§2. Технология изготовления керамики

Основными технологическими операциями при получении керамических материалов являются подготовка шихты, формование изделия и спекание. Рассмотрим технологию керамики на примере изготовления сегнетоэлектрика BaTiO₃. Керамику BaTiO₃ получают обычно путем спекания при высокой температуре (1300-1400 ⁰С) эквимолекулярной смеси карбоната бария (BaCО₃) и двуокиси титана (TiO₂). При этом происходит следующая химическая реакция:

BaCO₃ + TiO₂  BaTiO₃ + CO₂ .

Пример технологической схемы изготовления керамики BaTiO₃ показан на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Технологическая схема изготовления керамики титаната бария

Керамику получают как путем однократного обжига, т.е. исходные компоненты (порошки BaCO₃ и TiO₂) формуют, обжигают и получают керамику, так и двукратным обжигом. Каждый из них имеет как достоинства, так и недостатки. Сравнение способов однократного и двукратного обжига дано в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Основные достоинства и недостатки способов получения керамики однократным и двукратным отжигом

Факторы качества	Однократный обжиг	Двукратный обжиг
Составление шихты	Если шихта сложная, то возникает опасность нарушения состава	Составление шихты значительно упрощается, ошибки, приводящие к нарушению состава, случаются реже
Примеси	Сокращается число операций, меньше вероятность внести примеси	При предварительном обжиге и помоле существует дополнительная опасность попадания примесей
Усадка	Из-за большой усадки существует опасность деформации заготовок	Усадка невелика, деформация незначительна
Распределение зерен по размеру	В порошке большой набор различных фракций зерен	Необходимое распределение зерен по размеру легко подбирается
Влияние давления прессования	Плотность керамики почти не зависит от давления прессования	Плотность керамики в значительной мере зависит от давления прессования

2.1. Выбор и подготовка исходных компонентов

Для получения высокоплотной керамики необходимо, чтобы исходные компоненты имели достаточно малый размер частиц, не более нескольких микрон, и содержали лишь допустимые в соответствии с поставленной задачей примеси. Чистота исходных компонентов указывается в паспорте на химические реактивы и имеет условные обозначения: «ч» - чистая, «осч» - особо чистая, «чда» - чистая для анализа. Встречаются также обозначения чистоты: «техническая», «конденсаторная», «малярная» и др. Чистоту компонентов нужно учитывать при расчете состава шихты, так как в исходном сырье содержание основного вещества отличается от 100%. В тех случаях, когда ставятся требования к высокой воспроизводимости свойств, синтез керамических материалов производится из реактивов, предназначенных для лабораторных анализов.

Таким образом, основные требования, предъявляемые к сырьевым материалам, заключаются в следующем:

1) стабильность химического состава,

2) стабильность физико-химического состояния,

3) малое количество примесей.