Высокоглиноземистая керамика Лекция 10

Высокоглиноземистая керамика Лекция 10

Виды высокоглиноземистой керамики Установочная керамика для изготовления установочных деталей, на которых ведут монтаж аппаратуры, изготовляют радиоузлы, крепят антенны, линии электропередач • муллито–кремнеземистая керамика (или домуллитового состава) содержание 45– 70 % Al 2 O 3. • муллито корундовая 70– 95 % Al 2 O 3 (высокоглиноземистая керамика: УФ– 46, УФ– 53, КМ– 1, М– 4 и др). Фазовый состав керамики определяется соотношением Al 2 O 3 и Si. O 2. • корундовая 95– 100 % Al 2 O 3. фазовый состав керамики УФ– 46: после 1000– 1200 о. С: корунд, геленит 2 Са. О∙Al 2 O 3∙Si. O 2, анортит Са. О∙Al 2 O 3∙ 2 Si. O 2, цельзиан Bа. О∙Al 2 O 3∙ 2 Si. O 2 после обжига при 1350– 1400 о. С: 75 % корунда и 25 % муллитизированной стеклофазы

Свойства Al 2 O 3 Глинозем в промышленности получают несколькими способами: по щелочному способу Байера (из боксита, г. Каменск Уральский). из нефелина (г. Ачинск – Восточная Сибирь). ГОСТы на глинозем более 150 шт. : ГОСТ 6912. 1– 93. Глинозем. Технические условия (межгосударственный стандарт) ГОСТ 27798– 93. Глинозем. Отбор и подготовка проб. ГОСТ 25469– 93. Глинозем. Ситовый метод определения гранулометрического состава. ГОСТ 28733– 83. Глинозем. Метод кристаллооптического определения α-Al 2 O 3. ГОСТ Р 50152– 92. Рентгенофракционный метод определения содержания α-Al 2 O 3. ГОСТ Р 50151– 91. Глинозем. Технические условия. γ Al 2 O 3 и α Al 2 O 3 – это чистый Al 2 O 3, β Al 2 O 3 – соединения Al 2 O 3 со щелочными и щелочноземельными оксидами. β Al 2 O 3, γ Al 2 O 3 – низкотемпературные модификации глинозема. При нагревании переходят в α Al 2 O 3.

Характеристика модификаций Al 2 O 3 γ Al 2 O 3 – имеет кубическую кристаллическую решетку типа шпинели В природе не существует. Образуется при прокаливании бёмита Al 2 O 3∙H 2 O, гидраргиллита Al 2 O 3∙ 3 H 2 O и солей алюминия. необратимый процесс Заканчивается переход только при 1400– 1450 о. С с уменьшением объема на 14%. сферолиты размером 60 мкм β Al 2 O 3: Me. O∙Al 2 O 3 и Me 2 O∙ 11 Al 2 O 3, где Me. O – могут быть Ca. O, Sr. O, Ba. O Me 2 O –оксиды Li 2 O, Na 2 O и K 2 O. При нагревании до 1600– 1700 о. С β Al 2 O 3 разлагается на Al 2 O 3 и оксид Щ или ЩЗМ введение при обжиге добавок: H 3 BO 3, Al. F 3, Mg. Cl 2 1%

Свойства кристаллических форм глинозема Модификац Кристалли Ng Np Плотность, Поведение ия ческая г/см 3 при решетка нагревании α Al 2 O 3 Гексагональ 1. 768 1. 760 4. 0 Tпл=2050(20 ная 43) о. С β Al 2 O 3 Гексагональ 1. 66– 1. 68 1. 63– 1. 65 3. 30– 3. 40 При 1600 о. С ная – разлагается γ Al 2 O 3 Кубическая 1. 73 – 3. 65 T выше 1100– 1200 о. С переходит в α Al 2 O 3

Необходимость перевода γ Al 2 O 3 и β Al 2 O 3 в α Al 2 O 3 • Получение термически устойчивой модификации α Al 2 O 3, • Уменьшение содержания щелочных оксидов в Al 2 O 3, • Стабилизация технологических свойств Al 2 O 3 (сокращение материала в объеме на 14%), • Облегчение процесса помола глинозема технический глинозем и белый электроплавленный корунд Марки глинозема Г 00 и Г 0 содержание щелочных оксидов не более 0. 4% в пересчете на Na 2 O, а α Al 2 O 3 не менее 30% ГК –для производства электроизоляционных изделий, щелочных оксидов не более 0. 3% в пересчете на Na 2 O и α Al 2 O 3 не менее 85– 95%. ГЭК – глинозем для производства белого электрокорунда

Преимущества и недостатки высокоглиноземистой и корундовой керамики Преимущества: высокие диэлектрические свойства при комнатной температуре и при повышенных температурах (вплоть до 300 о. С). высокая механическая прочность. высокая термостойкость высокая химическая стойкость Недостатки: высокая абразивность (корундовая керамика) использование сравнительно высоких температур обжига (корундовая керамика) узкий интервал спекания (УФ– 46) дорогой материал (УФ– 46)

Диаграмма состояния Al 2 O 3–Si. O 2

Состав высокоглиноземистой керамики Шихтовый состав керамики УФ– 46 (изготавливают методом протяжки, содержится 26% глины): глинозем, обожженный при 1380 о. С – 65 % Ba. CO 3 технический 4% мрамор 3% глина часовьярская 26% тальк онотский 2% в настоящее время для расширения интервала обжига вводят сверх 100% минерализаторы: 2– 3% Zr. Si. O 4, и (или) диопсид Ca. Si. O 3∙Mg. Si. O 3. Шихтовый состав керамики М– 4: Каолин глуховецкий (обожженный) 45% Каолин глуховецкий (сырой) 15% Глинозем 11% Тальк 2% Ba. CO 3 – 8% Глина веселовская 19%

Индекс Содержание на прокаленное вещество, мас. % Тобжига, керамик о. С и Al 2 O 3 Si. O 2 Fe 2 O 3 Ca. O Mg. O Na 2 O K 2 O Ba. O 78. 65– 1350– УФ– 46 15. 37 0. 42 2. 16 0. 27 0. 18 3, 02 75. 69 1380 78. 65– 1350– УФ– 53 12. 36 0. 37 2. 45 1. 98 0. 21 0. 31 2. 45 76. 51 1380 Высоко вольтн 0. 6– 0. 4– 0. 11– 1. 50– 2. 20– 1300– 24– 25 68– 70 – ый 0. 9 0. 8 0. 36 2. 20 3. 54 1350 фарфор

Технология УФ-46 тальк 2% глинозем 65% твердость 1, но Мрамор ГК(α) – (если пластинчатая 3% технический, то структура, трудно Ba. CO 3 твердость требуется обжиг) Глина 26%, молоть 4% 4 твердость 9 твердость 1 подготовка компонентов к производству первая закгрузка (часть глины) Мокрый тонкий помол (шаровая мельница) вторая загрузка (остаток глины и карбонат бария) Мокрый тонкий помол слив, ситовая и магнитная сепарация обезвоживание массы на фильтр прессах до влажности 23 25 % Промин (массом ялка), вылежив ание

вакуумирование (2 х, 3 х кратное, влажность 21 23 %) формование изделий (протяжка в вертикальном или горизонтальном виде). Движутся по горизонтальным рольгангам, на которых одновременно проходит сушка через подогрев металлической формы Сушка, утильный обжиг заготовок 900 о. С) резка заготовок и их обработка Окончательный обжиг 1360± 20 о. С Глазурование (низкотемпературная глазурь, поверхность корунда шероховатая); вжигание глазури металлизация (серебросодержащей пастой, иногда делают омеднение, а потом покрывают серебросодержащей пастой, т. к. медь сильно окисляется) вжигание металлизационного покрытия

Свойства высокоглиноземистой керамики Муллито- кремнеземистая Показатели корундовая керамика (уралит) (домуллитовая) Высокоглиноземистую Истинная 3. 2– 3. 4 керамику используют в плотность, г/см 3 качестве изоляторов Предел прочности 250– 280 запальных свечей 45– 70 при статическом дви гателей внутреннего изгибе, МПа сгорания различных ТКЛР∙ 106, К-1 4. 2– 5. 5 деталей радио аппаратуры ТКε (Т=20– 80 о. С +(80– 130)∙ 10 6 и т. п. Ультрафарфор УФ– f=0. 5– 5 МГц) ε (Т=20 о. С, f=0, 5– 5 6. 5– 9 5. 5– 6. 5 46 и УФ– 53 широко МГц) применяют для tgδ∙ 104(Т=20 о. С, f=1 6– 12 30– 60 изготовления МГц) радиокерамических Rv при 100 о. С, 1013 109 де талей. Ом∙см Пробивное 20– 25 напряжение, к. В/мм

Корундовая керамика Для производства корундовой керамики марки глинозема, содержащие не более 0. 5– 0. 6% примесей (Si. O 2, Fe 2 O 3, Na 2 O) и не менее 25– 30% α-А 12 О 3 Для электроизоляторных и других ответственных видов изделий глинозем с меньшим (0. 24– 0. 3%) содержанием примесей и высоким (93– 95%) количеством α-А 12 О 3 Способы спекания За счет собирательной рекристаллизации – использование спекающих добавок: Zr. O 2, Ti. O 2, Cr 2 O 3, Mn. O 2, Fe 2 O 3, Y 2 O 3, Mg. O, тальк 0. 5– 2 % по массе. Температура обжига 1600 о. С и ниже. Но эти добавки повышают tgδ Использование твердожидкостного спекании (используют бесщелочные стекла) М– 7, ВК– 95– 1, К– 96 Температура обжига изделий без добавок 1710– 1750°С

Технология керамики М– 7 (миналунд) Стекло минерализатор с добавкой 7 % минерализатора Шихтовый состав минерализатора бесщелочного стекла: Глинозем 12. 25 % Песок кварцевый 52. 85 % (природное вещество) Мел или Ca. CO 3 химически осажденный 34. 9 % температура плавления 1550 о. С Обогащение песка Индикаторы: – роданистый аммоний (красный цвет) – тиоциановокислый аммоний

Технологическая схема производства корундовой керамики на примере М– 7 минерализатор 7 % (глинозем, глинозем 93 мел, кварцевый % песок) химическое Смешивание травление с H 3 BO 3, кварцевого песка от Mg. Cl 2 оксидов железа обжиг при 1600 о. С в капселях, помол содержание α-Al 2 O 3 не менее 98 компонентов %, γ-Аl 2 O 3→α-Al 2 O 3 минерализатора варка минерализатора в корундовых тиглях (1500 о. С) гранулирование на воду совместный мокрый тонкий помол обоженного глинозема и минерализатора до S=12 13 тыс. см 2/г

сушка минерального композита на металлических противнях прокаливание минеральной композиции (820 880 о. С) смешивание минеральной композиции с термопластичным пластификатором (s=6 -6. 5 тыс. см 2/г) формование изделий методом горячего литья под давлением утильный обжиг 1100 о. С (выжигание связки) окончательный обжиг в восстановительной среде 1650 -1680 о. С (печи дисилицид-молибденовыми нагревателями) механическая обработка металлизация Mo Mn пастами, вжигание при 1350 1400 о. С

Получение изделий из керамики К– 96, ВК– 95– 1 методом литья пленок на органическую подложку Шихтовый состав массы: Глинозем ГКИС 95. 92 % Кварцевый песок 2. 36 % Mg. O 1. 08 % Мел химически осажденный 0. 637 % Состав связки: Раствор синтамида 5 – 0. 16 % (ПАВ) Раствор трихлорэтилена – 21. 06 % Раствор бутвара (клеящее вещество) 9. 74 % Дибутилфталат – 8. 04 % Органический материал подложки –полиэтилен, лавсан, реже фторопласт (тефлон).

Свойства корундовой керамики • высокое сопротивление изоляции при комнатной и повышенной температурах, • низкие диэлектрические потери на высоких частотах, • высокое пробивное напряжение, • высокая механическая прочность, • низкое значение диэлектрической проницаемости высокая химическая стойкость по отношению к кислым и щелочным реагентам. При комнатной температуре не действует даже HF

Свойства типичных видов корундовой керамики Свойства ВК 100– 2 ВК 95– 1 М– 7 3. 88 3. 67 3. 66 Средняя плотность, г/см 3 0. 02 Водопоглощение, % Предел прочности при статическом изгибе, 320 310 400 МПа 5 7, 9 Ударная прочность к. Па ∙ м 2 3. 9 2. 5 Модуль упругости, Е∙ 10 2, ГПа 42 32 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙K) Диэлектрическая проницаемость при 25°С 10. 5 10 9, 5 и частоте 106 Гц Тангенс угла диэлектрических потерь 2/1 5/10 2/ tgδ∙ 104 при 25 о. С и частоте 106 Гц/109 Гц Удельное электрическое сопротивление 1014 1013 1016 при 100°С, Ом∙см 42 50 53 Электрическая прочность, к. В/мм ТКЛР α∙ 106 , в интервале 20 900 о. С, К 1 7. 9± 0. 5 8+0. 5 7. 9± 0. 5