Файл: Аветиков В.Г. Магнезиальная электротехническая керамика.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.06.2024
Просмотров: 97
Скачиваний: 1
производят на литейном аппарате в металлические формы при давЛё-
иии 3—4 кгс/'см2 с выдержкой под давлением в течение 1—2 мин. Связку из отлитых изделий удаляют в засыпке из технического
глинозема в шамотных коробах в несколько стадий: нагревают пред
варительно до 100 |
°С, затем |
150 и |
400 °С. |
После каждой |
стадии |
на |
|
гревания производят смену |
технического |
глинозема |
и |
зачистку |
от |
||
нег изделий. При |
одностадийном |
режиме |
удаления |
связки на |
по |
верхности изделий образуется плотная корка из глинозема, пропитан ного парафином. Дакая корка препятствует достаточно полному уда лению связки даже при длительном нагревании и высокой температу ре (вплоть до 50 ч при 500 °С).
Продолжительность нагревания при 100—150 °С составляет 15 ч, при 400 °С — около 30 ч, скорость подъема температуры 20—30 °С в час. Применение такого режима дает возможность получить изде лия без дефектов (трещин, вспучивания, сколов) с малым остаточным содержанием связки (2—3 мае. %). Необходимость длительного, мно гостадийного режима удаления связки вызвана применением тонкодисперсного порошка окиси магния и в результате этого повышенным содержанием связки по сравнению, например, с термопластичными шликерами из стеатитовых, форстеритовых и других керамических материалов (16—20 мае. % связки вместо 8—10 мае. %).
В свою очередь применение тонкодисперсных порошков окиси магния позволяет понизить температуру спекания керамики на ее основе и улучшить некоторые характеристики материала. Упомянутые режимы пригодны для удаления связки из малогабаритных изделий и должны уточняться для изделий разных типоразмеров. Особенно
существенной |
в этом |
вопросе является |
толщина стенки |
изделия, |
с увеличением |
которой уменьшается скорость подъема температуры |
|||
и возрастает |
общее |
время термической |
обработки. Обжиг |
изделий |
из керамики подобного типа производится в высокоогнеупорных кап селях на подставках из обожженной окиси магния в камерной печи периодического действия или туннельной печи в строго окислитель ной газовой среде при конечной температуре 1 850—1 950 °С. Шликер для литья изделий в гипсовые формы получают из тонкодисперсной, обожженной и размолотой окиси магния. Так как даже обожженная окись магния гидратируется, для литья изделий приготавливают сус пензию с щелочной реакцией на основе безводного спирта.
Горячее прессование
Горячим прессованием из окиси магния изготавливают малога баритные изделия с большой плотностью, приближающейся к теоре тической. Прессование производят из тонкодисперсных порошков окиси магния без специальных связующих добавок (Л. 144, 168]. По рошок окиси магния засыпают в графитовую пресс-форму, состоящую из матрицы и внутреннего пуансона (электрода). Для изготовления пресс-форм применяют высококачественный графит с большой плот ностью и возможно большей механической прочностью.
Прессование можно производить на гидравлических пресса*. При горячем прессовании порошок окиси магния подвергается одновремен но воздействию давления и повышенных температур в результате прохождения электрического тока. Температуру замеряют оптическим пирометром или термопарами, предназначенными для замера темпе ратур в восстановительной газовой среде. Из-за частичного сгорания графита при нагреве пресс-формы образуется окись углерода. По-
srföKiy спекание окиси магния происходит в сильно восстановительной газовой среде. В результате этого отпрессованные изделия сильно науглерожены, о чем свидетельствуют темная окраска и содержание углерода, особенно на поверхностях, соприкасающихся при прессо вании с графитом.
Отпрессованные изделия рекомендуется медленно охлаждать в пресс-формах на воздухе. При быстром охлаждении на изделиях из окиси магния возникают трещины. Для удаления углерода охлаж денные, извлеченные из пресс-формы изделия прокаливают в окис лительной газовой среде при температуре около 1 000 °С.
Уплотнение и спекание окиси магния при горячем прессовании достигается при значительно более низких температурах и давлении, чем при полусухом прессовании, благодаря одновременному воздей
ствию давления и температуры. Изделия из |
чистой |
окиси магния |
с высокой объемной массой (3,50—3,55 г/см3), |
т. е. с |
относительной |
плотностью (97—99%), близкой к теоретической, могут быть получе ны при 'давлении 200—300 кгс/см2, температуре 1 300—1 400 °С и вре мени прессования 20—40 мин. Применение более высоких давлений прессования, что позволило бы понизить температуру спекания, огра ничено механической прочностью пресс-форм из графита даже самых лучших марок. Получаемые при упомянутых условиях изделия ха рактеризуются мелкокристаллической однородной структурой, состоят из кристаллов периклаза, средний размер которых 10—15 мкм. По мере повышения конечного давления и температуры прессования про исходит рост зерен периклаза.
5-3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ОБЖИГЕ КЕРАМИКИ ИЗ ОКИСИ МАГНИЯ
а) Спекание окиси магния
При применении в качестве исходных материалов для получения керамики из окиси магния различных ее со единений, главным образом солей (табл. 5-1), при их нагревании происходит разложение с выделением окиси магния и газообразных продуктов реакции. Для умень шения активности окиси магния, ее гидратации при хра нении на воздухе соединения окиси магния (так же как и окись магния) обжигают при 1 100—1 300°С. Такой предварительный обжиг соединений окиси магния так же уменьшает усадку изделий при их обжиге до спека ния в результате удаления газовой фазы.
Данные о опекаемое™ керамики из окиси магния, из готовленной горячим литьем под давлением, в зависи мости от применяемого исходного материала приведены в табл. 5-5. Керамика из тонкодисперсной окиси магния уплотняется в большей степени, чем из гидроокиси маг ния и основного углекислого магния при одинаковой ко нечной температуре обжига.
Т а б л и ц а 5-5
|
Материал |
Темпера |
Пористость, % |
Средняя |
|
|
тура об |
кажущаяся |
истинная |
плотность, |
|
|
|
жига, °С |
г(см* |
||
Гидроокись магния, ч. д. а. |
1 600 |
13,80 |
21,22 |
2,82 |
|
|
|
1 650 |
10,53 |
17,04 |
2,97 |
|
|
1 750 |
8,30 |
13,96 |
3,08 |
Основной углекислый магний, |
1 600 |
10,00 |
15,36 |
3,03 |
|
ч. д. |
а. |
1 650 |
1,65 |
9,49 |
3,24 |
|
|
1 750 |
0,67 |
6,97 |
3,33 |
Окись |
магния, ч. д. а. |
1 600 |
10,00 |
16,20 |
3,00 |
|
|
1 700 |
1,70 |
9,21 |
3,25 |
|
|
1 750 |
0,40 |
6,70 |
3,34 |
Зависимости рис. 5-13 указывают на то, что керамика из окиси магния ч. д. а. наиболее активно спекается при температурах до 1 750 °С, судя по изменению относитель-
4$
«5J
19
ю.І
17 5
Рис. 5-13. Зависимость от температуры обжига относительной плотности (/), линейной усад ки (2), истинной пористости (3) и кажущейся пористости (4) образцов окиси магния, изготов ленных горячим литьем под давлением.
ной плотности (отношению объемной массы к плотно сти) , пористости и усадки. При 1 750 °С кажущаяся пори стость составляет всего 0,4%. При более высоких тем пературах спекание замедляется и завершается при 1 950 °С, достигая наиболее высокой относительной плот ности (0,96).
На рис. 5-14 изображены зависимости относительной
плотности |
и линейной усадки образцов окиси магния |
(ч. д. а.), |
изготовленных полусухим прессованием и |
обожженных до различных температур. Окись магния была предварительно обожжена в брикетах до 1 400 °С и размолота до удельной поверхности около 9 м2/г (раз мер зерен 1—0,1 мкм). Полученный порошок был сме-
Рис. 5-14. Зависимость относи тельной плотности (1) и линей ной усадки (2) образцов оки си машин, изготовленных по лусухим прессованием, от тем пературы обжига.
шан со связкой (5%-ным раствором поливинилового спирта) и отпрессован в образцы.
Интенсивное спекание |
(снижение |
усадки, рост |
от |
|||
носительной плотности) |
происходит |
до |
1 400°С; |
при |
||
более |
высоких температурах, до |
1 600°С, |
плотность |
об |
||
разцов |
мало увеличивается, хотя |
сильно |
возрастаетраз- |
Рис. 5-15. Зависимость относительной плот ности образцов окиси магния от времени и температуры горячего прессования при дав лении 35 кгс/см2.
мер зерен с 15—20 до 35—65 мкм в интервале темпе ратур 1 300—1 600 °С, что свидетельствует о дальнейшем процессе собирательной рекристаллизации периклаза. Максимально достигнутая относительная плотность спек шихся образцов составляет около 0,93.
Влияние давления, температуры и времени горячего прессования на относительную плотность образцов оки си магния, как одну из характеристик спекания, показа но на рис. 5-15—5-17. Повышение температуры приводит к увеличению размеров кристаллов периклаза, из кото рого состоят образцы (с 0,8 мкм при 1 200 °С до 25 мкм
Рис. 5-16. Зависимость относительной плот ности образцов окиси магния от времени и температуры горячего прессования при давлении 140 кгс/см2.
при 1 600 °С), и уменьшению размеров этих кристаллов по мере понижения давления прессования. Образцы, от прессованные при давлении 35 и 140 кгс/см2 и темпера туре 1 600 °С, состоят соответственно из кристаллов пери клаза размером 13 и 25 мкм.
Д а в л е н и е , кгс/см г
Рис. 5-17. Зависимость относитель ной плотности образцов окиси маг ния от давления и температуры го рячего прессования.
Относительная плотность образцов при одних и тех же времени и давлении прессования возрастает с повы шением температуры от 1200 до 1600 °С. С другой сто роны, чем ниже температура, тем сильнее выражена за
висимость относительной плотности от времени и давле ния прессования: при температуре 1 200 °С относительная плотность сильно возрастает при увеличении времени прессования до 60 мин — от 0,8—0,82 до 0,95—0,97 и в меньшей степени от давления прессования — с 0,90 при
15 кгс/см2 до |
0,96 при 130 кгс/см2. При |
температуре |
1 400—1 600°С |
относительная плотность |
изменяется |
меньше, всего лишь от 0,95—0,96 до 0,97—0,98. Повыше ние температуры обжига и давления прессования наряду с увеличением относительной плотности приводит к росту зерен периклаза, что является результатом интенсивной собирательной рекристаллизации.
Анализ имеющихся данных указывает на то, что при горячем прессовании окиси магния спекание, так же как и при полусухом прессовании, происходит значительно интенсивнее при более низких температурах — до 1 300—1 400 °С и замедляется с дальнейшим ростом тем пературы.
6) Спекание окиси магния с добавками
Снижение температуры спекания керамики рассматриваемого ти па достигается разными способами. Одним из путей для снижения
температуры |
спекания окиси магния является введение добавок. |
Одни из них |
дают с окисью магния твердые растворы замещения |
или внедрения, что разрыхляет кристаллическую решетку окиси маг ния и повышает ее энергию, в результате чего снижается температу ра спекания. Другие образуют с окисью магния расплавы эвтектиче ского состава. Наличие расплавов, возникающих при температурах ниже температуры спекания чистой окиси магния, также способст
вует ее спеканию. В этом случае |
имеет |
место не |
только спекание |
||
в твердой фазе, |
но <а жидкостное |
спекание. К числу добавок первого |
|||
типа относятся Zr02, МпО, Сг20 3 и др. |
широкая |
область твердых |
|||
В системе |
MgO — Zr02 |
существует |
|||
растворов MgO |
в Zr02. При |
высоких температурах |
(2 000°С) суще |
ствуют тетрагональные твердые растворы, содержащие до 10 мол. % MgO, которые при охлаждении переходят в моноклинную форму. При увеличении содержания MgO до 12 мол. % появляются кубиче ские твердые растворы, а до 16—25,7 мол. % MgO существует одно фазное поле кубической двуокиси циркония, в которой MgO нахо дится в твердом растворе.
Для |
системы |
MgO — МпО также характерно наличие |
широкой |
||
области |
твердых |
растворов (Mg, М п)0 |
при температуре |
2 800— |
|
1 587 °С. Сг20 3 |
входит в кристаллическую |
решетку MgO с образова |
|||
нием твердых |
растворов в интервале температур 2 350—1 000°С. По |
мере понижения температуры в указанном интервале содержание Сг20 3 в твердом растворе снижается от 47 до 2,5 мае. %, а при 1000 °С практически равно нулю. Наличие таких твердых растворов установлено рентгеноструктурным и петографическими методами ана лизов по уменьшению параметров решетки MgO и увеличению тюка-
166