Файл: Аветиков В.Г. Магнезиальная электротехническая керамика.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 25.06.2024

Просмотров: 124

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

зателя светопреломления с ростом содержания Сг20 3 в твердом рас­ творе.

К добавкам, образующим с окисью магния расплавы эвтектиче­ ского состава, относятся фтористый кальций, окись бора « ее неко­

торые

соединения,

двуокись

титана. В системе

MgO—CaF2

при

1 350 °С

образуется

эвтектика,

состоящая из 18

мол. % MgO и

82 мол. % CaF2. Для системы

MgO — В20 3 известны

две эвтектики

и для системы МпО — Ті02 — четыре эвтектики (табл.

5-6).

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

5-6

Составы и температуры образования эвтектик в системах MgO — Т102 и MgO — В20 3

Содержание,

мол. %

Содержание, мае. %

Темпера­

тура обра-

Система

 

 

 

зования

 

т ю 2

 

ВдОз

эвтектики,

M g O

M g O

M gO —ТіОг

56

44

_

_

1 583

 

44

56

1 592 .

 

14

86

— .

1 606

 

79

21

1 707

M gO —в 2о 3

57,7

42,3

1 313

 

72,5

27,5

1 358

Добавка к ч. д. а. окиси магния чистых 1—3 мае.

%

Zr02, 1—

3 мае. % Ті02 и 1 мае. % CaF2 снижает температуру

спекания ке­

рамики,

изготовленной горячим литьем

под давлением, с

1 950 до

1 750 °С.

Кроме того, введение добавок

увеличивает размер

кристал­

лов периклаза в обожженной керамике от 5—30 до 15—45 мкм. Это является одной из причин снижения механической прочности керами­ ки (табл. 5-4) при использовании добавок Zr02 и CaF2.

Имеются также данные о снижении температуры спекания образ­ цов из ч. д. а. окиси магния, полученных полусухим прессованием

при

добавке 0,5—5 мае.

%

борного ангидрида

(ч. д. а.)

и 0,5—

3 мае. % датолита — боросодержащего

минерала

состава

2СаОХ

ХВ20 3 • 2Si02 • Н20. Добавка

до

3 мае.

% борного

ангидрида улуч­

шает

спекание образцов

при

1 300 °С,

увеличивая

относительную

плотность с 0,88—до 0,91—0,94, линейную усадку примерно с 11 до 13—14% и размер кристаллов периклаза с 15—20 до 20—25 мкм. Повышение температуры обжига образцов до 1 600 °С еще больше повышает эти характеристики и способствует значительному увеличе­ нию размера кристаллов периклаза (до 35—65 мкм).

0,5

Еще в большей мере улучшает спекание окиси магния добавка

мае. %

датолита. Наибольшая относительная плотность (0,96)

у

образцов,

обожженных при 1 600 °С, при

этом образцы имеют

меньшую усадку (11,5%) и тонкозернистую

структуру с размером

кристаллов

15—20 мкм. Увеличение добавки

борного ангидрида до

5 мае. %> а датолита до 1—3 мае. % 'дает худшие результаты в отно­ шении спекания окиси магния [Л. 141]. Введение добавок, образую­ щих твердые растворы или расплавы эвтектического состава, в изве­


стных случаях мтенсифицирует процесс спекания окиси магния, однако наряду с этим изменяются химический и фазовый состав ке­ рамики и ее микроструктура. Эти изменения зачастую снижают меха­ ническую прочность керамики и изменяют некоторые ее свойства.

в) Влиянке дисперсности на спекание окиси магния

Одним из способов снижения температуры спекания окиси магния без изменения ее химического и минера­ логического состава является увеличение дисперсности и удельной поверхности исходных материалов. Хорошие ре­ зультаты в этом отношении дает вибропомол окиси маг­ ния, особенно в случае применения вибромельниц с ке­ рамической футеровкой и мелющими телами. Примене­ ние вибромолотах порошков окиси магния позволяет зна­ чительно увеличить их дисперсность и понизить темпера­ туру спекания керамики, изготовленной по различной технологии, в том числе прессованием и горячим литьем под давлением. Вибропомол, кроме того, дает возмож­ ность получить тонкозернистую керамику с высокой ме­ ханической прочностью.

Существенное значение в этом вопросе имеет время помола, необходимое для получения тонкодисперсных порошков окиси магния. Чрезмерно тонкодисперсные по­ рошки агрегируют, а наличие в них агрегатов создает известные трудности технологического порядка при по­ лучении керамики. Сухой помол магнезии «уста», обожженной при 1 300 °С, в вибромельнице типа ВМ-10 стальными шарами в течение 30 мин (намол железа со­ ставляет 0,1—0,2 мае. %) увеличивает ее удельную по­ верхность, определяемую по методу низкотемпературной адсорбции азота, и насыпную плотность. При увеличении времени вибропомола до 60 мин эти характеристики изменяются незначительно.

Время вибропомола,

Удельная поверхность,

Насыпная плотность

м и н

м*}г

г / с м 8

0

1 ,3

0 ,7 5

30

2 ,7

0 ,8 3

60

2 ,9

0 ,8 7

Агрегаты, образующиеся при длительном вибропомо­ ле, могут деформироваться, уплотняться и комковаться с уменьшением внутренней пористости. Поэтому насып­ ная масса сильно возрастает, а удельная поверхность изменяется незначительно. Стабилизация удельной по­ верхности при увеличении времени вибропомола от 30

168


до 60 мин свидетельствует о прекращении измельчений. Вибропомол в течение 30 мин также эффективно повы­ шает объемную массу образцов полуфабриката, отпрес­ сованных при 500 кгс/см2 и обожженных при 1 600 и 1 750 °С, и снижает их объемную усадку. Кажущаяся по­ ристость уменьшается (рис. 5-18). Увеличение вибропо­ мола до 90 мин по-разному влияет на эти характеристи­ ки образцов; средняя плотность образцов полуфабриката

50

49

48

47

46

45

44'\

ЧзХ

■ta

«

41

40

39

38

Рис. 5-18. Зависимость объемной массы образ­ цов окиси магния в полуфабрикате (/), обо­ жженных при 1 60 0 °С (2) и 1 75 0 °С (3 ), объемной усадки при 1 600 °С (4) и 1 750 °С (5) и кажущейся пористости при 1 600 °С (6) от времени вибропомола.

и после обжига практически остается постоянной. Образ­ цы из вибромолотой магнезии в течение 30 и 90 мин спекаются до нулевой кажущейся пористости при 1 700

и1 600 °С, из немолотой магнезии — при 1 750 °С. Усадка образцов, изготовленных из порошков, время

измельчения которых 60 мин, при 1 600 и 1750°С значительно снижается (с 48—50 до 38—39%), затем несколько (примерно на 2%) возрастает —при времени вибропомола 90 мин. Уменьшение усадки образцов — ре­ зультат уплотнения и комкования порошков. Вследствие этого происходит увеличение насыпной массы порошка и объемной массы полуфабриката.


Таким образом, вибропомол магнезии «уста» значи­ тельно интенсифицирует процесс спекания и снижает тем­ пературу ее спекания. Вибропомол в течение 30 мин обеспечивает получение полусухим прессованием кера­ мики, спекающейся при 1 700 °С и характеризующейся высокой объемной массой. Весьма эффективно в отноше­ нии спекания окиси магния применение вибропомола также при изготовлении керамики горячим литьем под давлением. При помоле обожженной при 1300°С ч. д. а. окиси магния в вибромельнице типа ВМ-10 с глиноземи­ стой футеровкой и мелющими телами с увеличением вре­ мени вибропомола до 15 мин количество зерен размером менее 1 мкм возрастает до 90% за счет уменьшения зе­ рен размером до 10 мкм. Если время помола увеличива­ ется до 60 мин, содержание мелких зерен, 1—5 мкм, уменьшается, а более крупных, 5—10 мкм, возрастает (табл. 5-7). Кроме того, в этом случае под микроскопом

 

 

 

Т а б л и ц а 5- 7

Зерновой состав

порошка окиси магния, °/0*

Время вибропо­

 

Размер зерен, м к м

 

 

 

 

 

мола, м и н

 

1-5

5-10

>10

 

 

0

23

50

27

4

2

37

42

18

3

5

56

34

7

3

15

90

10

0

0

60

80

15

5

0

* Зерновой состав

определен на

торзионных

весах

в среде абсо­

лютного спирта.

 

 

 

 

обнаружены агрегаты зерен

периклаза

размером до

500 мкм.

 

 

 

 

Вибропомол в течение 5—60 мин снижает температу­ ру спекания окиси магния с 1 950 до 1 850°С (табл. 5-8) в результате увеличения тонины помола. По этой же при­ чине значительно уменьшается истинная пористость и возрастает объемная масса образцов. Спекшиеся образ­ цы с минимальной истинной пористостью (всего 1,12%) и максимальной средней плотностью (3,54 г/см3) получены из вибромолотой в течение 15 мин окиси магния после обжига при 1 850 °С. Увеличение времени вибропомола окиси магния до 60 мин не способствует их дальнейшему уплотнению, а наличие в молотом порошке агрегатов затрудняет получение однородного термопластичного шликера с хорошими литейными свойствами.


Т аб л и ц а 5-8

С войства образц ов из вибромолотой окиси м агния, полученных горячим литьем под давлением

В р е м я в и б р о п о ­

Т е м п е р а ­

П о р и с т о с т ь , %

С р е д н я я

 

 

м о л а , м и н

т у р а о б ­

к а ж у щ а я с я } и с т и н н а я

п л о т н о с т ь ,

 

ж и г а , ° С

г} см3

 

1 750

0,40

7,10

3,34

 

1 850

0,36

6,78

3,35

 

1 950

0,00

2,80

3,48

2

1 750

0,24

4,98

3,41

 

1 850

0,20

4,67

3,42

 

1 950

0,00

1,67

3,52

5

1 750

0,18

4,65

3,42

 

1 850

0,00

2,23

3,50

 

1950

0,00

1,67

3,52

15

1 750

0,07

3,14

3,47

 

1 850

0,00

1,12

3,54

 

1 950

0,00

1,12

3,54

60

1 750

0,03

3,10

3,47

 

1 850

0,00

1,12

3,54

 

1950

0,00

1,12

3,54

Спекшиеся образцы из вибромолотой окиси магния, обожженные при 1 850 °С, имеют большую механическую прочность, чем изготовленные из окиси магния без пред­ варительного вибропомола и обожженные при 1950°С. Предел их прочности при статическом изгибе равен соот­ ветственно 1 650 и 1450 кгс/см2. Такая разница в меха­ нической прочности объясняется тем, что образцы из ви­ бромолотой окиси магния имеют большую плотность (объемная масса 3,54 г/см2 вместо 3,48 г/см2) и истин­ ную пористость (1,12% вместо 2,80%)- Применение ви­ бропомола не ухудшает электрических и термических свойств керамики такого типа.

Таким образом, к числу преимуществ вибропомола окиси магния для получения керамики горячим литьем под давлением относятся: эффективность тонкодисперс­ ного помола порошка, снижение температуры спекания, повышение плотности и механической прочности керами­ ки. К числу факторов, способствующих спеканию окиси магния, относятся не только увеличение тонины помола, плотности сырого полуфабриката и удельной поверхно­ сти размолотого порошка, но и вызванные помолом на­ рушения строения кристаллической решетки и как след­ ствие увеличение ее энергии. Эти нарушения заключают-

12*

-

171