2. Порядок выполнения работы

Задание. Определение усадки, плотности, пористости и водопоглощения керамических материалов

1. Измерить геометрические размеры спеченных керамических образцов.

2. С учетом геометрических размеров образцов рассчитать их объем.

3. Зная объемы заготовок V₀ до спекания и объемы образцов V₁ после спекания, рассчитать коэффициенты усадки образцов по формуле (2).

4. Определить плотности спеченных образцов, используя значения их масс и формулу (3).

5. Рассчитать пористость спеченных образцов по формуле (5).

6. С помощью формулы (6) найти водопоглощение спеченных образцов.

3. Отчет о работе

Отчет о работе должен содержать:

1. Результаты расчета коэффициента усадки, плотности, пористости и водопоглощения керамических образцов.

2. Анализ полученных результатов.

4. Контрольные вопросы

1. Определение усадки заготовок в результате высокотемпературного обжига.

2. Рассказать, как определяется плотность образцов правильной и неправильной геометрической форм.

3. Что такое пористость образцов и как она определяется в эксперименте?

4. Два способа определения водопоглощения керамических образцов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Нагибин, Г. В. Лаборант керамического производства / Г. В. Нагибин. – М.: Высшая школа, 1972. – 199 с.

Лабораторная работа № 3

Механическая обработка и металлизация образцов керамических материалов

Цель работы: приобрести теоретические знания и практические навыки, связанные с механической обработкой и металлизацией образцов керамических материалов.

1. Краткие теоретические сведения

1.1. Механическая обработка керамики

Получаемая после обжига керамика представляет собой заготовку, которой механической обработкой придают желаемую форму и доводят до заданных размеров. Применяются различные способы механической обработки: шлифование, резание, сверление, полирование, обработка ультразвуком и т.п.

Наиболее широко используется шлифование обожженных заготовок как по плоскости (на планшайбах или плоскошлифовальных станках), так и по диаметру (на круглошлифовальных станках). При шлифовании плоскости, как правило, используются такие приспособления, как кассеты, зажимы, трафареты и т.д. Для шлифования по диаметру наиболее приемлемы бесцентрово-шлифовальные станки с подачей заготовок из вибробункера.

Сферические, полусферические, корытообразные и тому подобные заготовки шлифуются при помощи притиров. В качестве абразива используются шлифовальные круги (например, из зеленого корунда на керамической основе), шлифпорошки, возможно применение и алмазного инструмента.

Обработка резанием осуществляется на обычных токарных станках победитовыми резцами. То же относится к сверлению и фрезерованию.

Керамика хорошо полируется. Обычно ее полируют фетром или войлоком, на которые подается водная суспензия окиси хрома или полировочная паста гои.

В последнее время все чаще используется механическая обработка ульразвуком.

Керамические материалы с более крупными зернами имеют меньшую микротвердость и легче обрабатываются, чем материалы с мелким зерном. Следует также отметить, что закалка керамики приводит к повышению ее микротвердости и несколько затрудняет механическую обработку.

1.2. Металлизация керамики

Металлизация образцов керамических материалов – нанесение металлопокрытий (электродов) на специально обработанные поверхности образцов керамических материалов. Материалом электрода может служить серебро, никель, палладий, алюминий, медь и другие металлы. Способы нанесения электродов весьма различны: вакуумное напыление, вжигание (обычно металлсодержащей пасты), металлизация в плазме газового разряда низкого давления и химическое покрытие. Качество электрода зависит как от его материала и способа нанесения, так и от предварительной обработки покрываемой поверхности (шлифование, очистка).

Среди известных способов нанесения электродов на поверхности образцов керамических материалов наибольшее распространение получил способ вжигания серебряной пасты, который состоит в следующем: на обезжиренную поверхность (промывка в мыльной, а затем в проточной воде с последующей прокалкой при 600 °С или ультразвуковой очисткой) наносят обычно пульверизацией или кистью слой серебряной пасты, заготовку просушивают при температуре 200 °С и затем производят вжигание при температуре 750-850 °С.

Толщина серебряного покрытия колеблется в пределах от нескольких микрон до нескольких десятков микрон и выбирается с учетом необходимости обеспечения требуемой прочности сцепления покрытия с керамикой. Считают, что тонкие слои серебра не обеспечивают высокой прочности.

Нанесенные электроды должны иметь достаточную прочность сцепления с керамическими материалами, практически нулевое электрическое сопротивление и высокую стойкость к химическим и физическим воздействиям, а также не должны ухудшать свойства керамики. Кроме того, должна быть обеспечена возможность такой пайки выводов к серебряным покрытиям, чтобы спай имел большую прочность при растяжении и хорошую надежность. При этом необходимо учитывать, что керамика плохо реагирует на термические удары и что серебряное покрытие растворяется в используемых припоях. Поэтому при пайке следует избегать контакта керамики с паяльником, а время соприкосновения с расплавленным припоем должно быть минимальным.