книги из ГПНТБ / Соломоник И.Ш. Производство керамических деталей радиоаппаратуры

Некоторые керамические материалы (стеатит, тиглин, уль­ трафарфор) отличаются коротким температурным интерва­ лом спекания (±15°С). Избыточные максимальные темпера­ туры оплавляют заготовки и коробят их при охлаждении. Не­ достаточный нагрев массы приводит к неполному спеканию

красящего раствора метилвиолета и по изменению тангенса угла диэлектрических потерь увлажненных заготовок. Изделия считаются спеченными, если при промывке их теплой мыль­ ной водой удается полностью смыть следы метилвиолета, а тангенс угла потерь увлажненных образцов, взятых из различ­ ных мест печи обжига, увеличивается не более, чем в 1,8-^2 раза.

В серийном и массовом производствах температурный ре­ жим обжига поддерживается автоматически с помощью тер­ морегуляторов. О температуре в печи судят по показаниям оп­ тических или электрических п и р о м е т р о в . В индивидуаль­ ном и мелкосерийном производствах часто используются конт­ рольные т е р м о м е т р и ч е с к и е конусы. Конусы формуются из керамических масс с узким и разным температурным интер­ валом плавления. Они устанавливаются в местах печи, доступ­ ных визуальному наблюдению через смотровые щели или окна. Наблюдая за поведением вершин конусов, определяют достиг­ нутые температуры нагрева заготовок.

Состав газовой среды рабочего объема печи обжига оказы­ вает также заметное влияние на технические характеристики керамических деталей. Период утильного и начальный этап окончательного обжига материала заготовок должны проте­ кать в окислительной среде, чтобы гарантировать полное уда­ ление из заготовок продуктов разложения органических ве­ ществ. Окислительная среда нужна и для выгорания углеро­ да, отложившегося в порах и на поверхности черепка. Даль­ нейший обжиг (после 1200°С) должен протекать в нейтраль­ ной среде.

Если обжигаются фарфоровые массы, содержащие окислы железа, то для устранения желтизны деталей окись железа переводят в закись железа. Для этого на конечной стадии об­ жига либо ограничивают доступ кислорода к заготовкам де­ талей, либо создают слабую восстановительную среду.

Марганец-цинковые ферриты имеют высокую магнитную проницаемость и небольшие потери, когда содержат двухва­ лентную закись МпО. При температурах обжига ферритовой керамики выше 800° С устойчивым окислом марганца является

вых ферритов производят в печах, позволяющих в конце об­ жига вести непрерывную откачку кислорода и создавать ва­ куум до 1-і- 10 мм рт. ст.

П р и с п о с о б л е н и я и о б о р у д о в а н и е д л я о б ж и ­ г а з а г о т о в о к . При обжиге заготовок деталей нельзя до­ пускать непосредственного контактирования изделий со стен­ ками печи, так как это ведет к взаимному загрязнению обжи­ гаемых деталей и печной футеровки, вызывает неравномерный нагрев частей заготовок, портит подовую поверхность печи каплями стекловидной массы и не позволяет эффективно загру­ зить рабочий объем печи. Кроме того, имеются причины, обус­ ловленные особенностями работы печей обжига, структурой и составом материала заготовок и т. д. Многие осложнения уст-

Р и с. 3-39

раняются, если пользоваться простейшими керамическими при­ способлениями: подставками, крышками, капселями, бомзами. Подставки формуются прессованием из шамотных глин, дву­ окиси циркония, глинозема или из масс, имеющих состав заго­ товок. Поверхности обожженных подставок должны быть ров­ ными. Если на подставки предполагается устанавливать тон­ кие или очень точные изделия, то их шлифуют. До размеще­

деталей, чтобы предотвратить спекание зерен порошка с заго­ товкой и подставкой. Длинные стержневые и трубчатые заго­ товки обжигаются в подвешенном положении. Для этого они вставляются в сквозные отверстия обожженных шамотных крышек и для предотвращения выпадания обмазываются свер­

декстрином, что благоприятно сказывается на последующей чистке верхних частей изделий от созданных утолщений. Толс­ тостенные (>15 мм) трубки большого диаметра и длины (>200 мм) ставят нижними торцами на подставку, а верхние торцы покрывают крышкой, промазанной жидкой смесью као­ лина и глинозема. Наиболее полное использование рабочего объема печи при обжиге заготовок достигается применением к а п с е л е й — закрывающихся керамических коробов цилин­ дрической формы (рис. 3—40). Капсели должны формоваться из материалов, не содержащих соединений железа, и выдер­ живать температуру более высокую (на 200° С), чем конечная температура обжига деталей. При укладке изделий в капсели предусматривается их пересыпка порошком кварцевого песка или глинозема, чтобы избежать приплавления изделий к стен­ кам капселя (и между собой). Заготовки сложной конфигура­ ции в процессе обжига могут изгибаться, перекашиваться, осе­ дать. Деформацию заготовок можно уменьшить, если приме­ нить подпирающие, растягивающие б о м з ы и другие приспо­ собления (рис. 3—41). Они формуются из того же материала,

бомзы РастиВотщя Подпирающая

Р и с . 3-40 Р и с . 3-41

что и обжигаемые заготовки для уравнивания усадок, и, сле­ довательно, фиксации частей заготовок между собой на весь период обжига. Соприкасающиеся поверхности бомз и загото­ вок также припудриваются порошком обожженного кварцево­ го песка или глинозема, чтобы предотвратить спекание. Эф­ фективность использования полезного объема печи достигает­ ся многослойным заполнением капселей пересыпанными заго­ товками деталей и установкой капселей один над другим поч­ ти по всей высоте камеры.

Во время утильного обжига капсели загружаются заготов­ ками только на 25-s-30%. При этом для облегчения выхода продуктов выгорания парафина и других веществ предусмат­ ривается неплотное прилегание крышек к стенкам капселя.

Термическое оборудование, используемое для обжига заго­ товок керамических радиодеталей, определяется целевым на­ значением, ритмом работы, видом топлива, движением пото-

Р и с . 3-42

щель шириной, в 1,5 раза превышающей высоту, то такая печь называется щ е л е в о й . В щелевых печах обжигаемые изде­ лия транспортируются по каналу на плитах по неподвижным направляющим. В условиях массового или крупносерийного производства непрерывность процесса термической обработки заготовок органически вписывается в общий технологический цикл и способствует ритмичности работы предприятия. Посто­ янство температурного режима каждой зоны печи благопри­ ятно сказывается на долговечности футеровки и расходах энергии на единицу продукции. Загрузка и выгрузка изделий происходит вне печи, поэтому обслуживающий персонал ра­ ботает в облегченных условиях. Туннельные печи могут иметь пламенный и электрический обогрев рабочей камеры. В пла­ менных туннельных печах топливом служит распыленная нефть, мазут, сланцевое масло или горючий газ (сланцевый, природный), а в электрических печах расходуется электро­ энергия. Туннельные печи с электрическим обогревом легче всего поддаются автоматизации и не загрязняют керамику продуктами горения топлива, но стоимость расходуемой энер­ гии велика. К недостаткам туннельных печей относят высокую стоимость строительства и монтажа оборудования, большую потребность в производственных площадях и сложность пере­ наладки режимов обжига. Поэтому в условиях мелкосерий­ ного или индивидуального производства при широкой номен­ клатуре обжигаемых заготовок туннельные печи оказываются менее удобными, чем камерные печи периодического действия.

Камерные печи с пламенным или электрическим обогрева­ ми имеют примерно одинаковые размеры рабочего простран­ ства по высоте, длине и ширине. Камерные пламенные печи — г о р н ы — просты в изготовлении, занимают мало места, не требуют высококвалифицированного обслуживающего персо­ нала, особенно когда они оснащены системами программного регулирования температуры. Переход от одного режима рабо­ ты к другому не связан с капитальным переоборудованием печи. В камерных печах можно обжигать крупногабаритные заготовки в подвешенном состоянии и производить синтез вы­ сокотемпературных спеков. Все эти достоинства камерных пе­ чей предопределили их широкое распространение в производ­ стве керамических изделий и, в частности, радиодеталей.

Полный цикл обжига заготовок в камерных печах состоит из операций загрузки, нагрева, выдержки при максимальной температуре, охлаждения и выгрузки изделий. На протяжении одного цикла кладка печи должна выдерживать температуру от нормальной комнатной (цеховой) до максимальной 1400-т- 1500°С (иногда выше 2000°С), а затем охлаждение до темпера­ туры выгрузки 60°С. Периодичность нагрева и охлаждения пе­ чи в течение каждого цикла обжига вызывает бесполезную трату топлива (или электроэнергии), частую смену футеро-

вочных плит, затрудняет организацию поточного производства и его автоматизацию. На загрузку, остывание и выгрузку ка­ мерных печей тратится около 50% операционного времени, что заметно снижает их производительность. Но в условиях опыт­ ного, индивидуального или мелкосерийного производства все эти недостатки камерных печей не имеют решающего значе­ ния.

При выборе вида размещения колонок капселей по поду печи ( с х е м ы с а д к и ) добиваются равномерной газопрони­ цаемости рабочей камеры и хорошего заполнения объема. На­ пример, при обжиге крупногабаритных заготовок предпочти­ тельнее редкая установка колонок, а при обжиге мелких изде­ лий допускается более плотное распределение заготовок или капселей. Этим добиваются равномерного обжига изделий, ис­ ключающего местные недожоги и пережоги. Определенный интерес представляют двухэтажные пламенные камерные пе­ чи, где эффективно могут использоваться отходящие топочные газы для предварительного обжига. В этих горнах на нижних

них этажах одновременно производить утильный обжиг в по­ токах низкотемпературного (до 900°С) отходящего теплоноси­ теля.

Качество обожженных изделий при ручной регулировке режима обжига во многом зависит от опыта горновщика. В целях более строгого соблюдения заданного режима обжи­ га применяются программные регуляторы термических про­ цессов, состоящие из контрольных датчиков температуры, воздействующих на топливные насосы переменной произво­ дительности. Длительность выдержки конечной температуры задается настройкой реле времени. Наибольшее распростра­ нение получила регулировочная аппаратура типа ПРТП-57 и ее модификации ПРТП-2-57, ПРТП-4-57 и ПРТП-6-57, разли­ чающиеся числом цепей управления на 2, 4 и 6 топливных насосов. Автоматическая регулировка режима обжига, кроме повышения культуры производства и качества изделий, сни­ жает расход топлива (нефти, газа) на 204-25%.

Низкотемпературные электрические камерные печи для утильного обжига обогреваются нихромовыми прутками, лен­ тами или спиралями. В высокотемпературных печах (для полного спекания керамики) применяются силитовые (SiC связки), дисилицид-молибденовые (МоБіг), двуокисьциркониевые и вольфрамовые нагревательные элементы. В лабо­ раторной практике встречаются индукционные электрические камерные печи. Расположение нагревателей по объему печи должно гарантировать равномерность обогрева камеры. Из­ менение температуры теплоносителя (воздушной или иной газовой среды) достигается плавной регулировкой подводи-

мой мощности. Автоматическая регулировка режима обжига осуществляется с помощью установок типа ПРЭП в модифи­ кациях ПРЭП-9, ПРЭП-25 и ПРЭП-37 для печей мощностью 9,25 и 37 кет. Печи питаются от трехфазной сети перемен­ ного тока через понижающие автотрансформаторы. Датчики температуры, установленные в разных частях камеры обжи­ га, с помощью электронной аппаратуры влияют на величину потребляемой энергии в соответствующих областях печи.

С помощью автоматических регуляторов устраняются слу­ чайные пережоги нагревательных элементов, что увеличивает срок их службы на 30-;-50%. При этом точность повторения

тей, обусловленные требованиями конструкторской докумен­ тации, и не нуждаются в последующей механической обработ­ ке. Только при изготовлении деталей с очень жесткими допусками на форму, размеры и характер микрорельефа по­ верхностей приходится применять операции финишной обра­ ботки — шлифование и полирование. Кроме того, индивиду­ альное производство и макетные работы возбуждают инте­ рес к полной размерной обработке обожженных заготовок: сверлению, разрезанию, фрезерованию, обточке и т. д.

кошлифовальных притирочных станков, обеспечивающих од­ ностороннюю обработку поверхностей заготовок, либо с по­ мощью планетарных шлифовальных станков, позволяющих одновременно обрабатывать обе стороны заготовок.

Работу плоскошлифовального станка поясняет рис. 3-45, где 1—круглая чугунная вращающаяся шлифпланшайба, на которую насыпается сухой или влажный шлифпорошок; 2 — шлифуемые заготовки, установленные в углублениях нажим­ ного диска; 3 —нажимной диск, совершающий под воздей­ ствием кривошипно-шатунного механизма 4 возвратно-посту­ пательные перемещения над поверхностью планшайбы; 5 — прокладка из гофрированной резины, прижимающая заготов­ ки деталей к шлифпланшайбе. Если необходимо шлифовать тонкие заготовки ( < 1 мм), то вместо нажимных дисков при­ меняются комплектовочные диски, к которым приклеиваются шлифуемые пластинки. Клеящая мастика составляется из смеси канифоли (90%) и парафина (10%). Операции склеи-

провождающееся нанесением направленных ударов по по­ верхности обрабатываемой заготовки. Вращающаяся масса планшайбы обладает очень большой энергией, способной об­ разовать не только многочисленные трещины в поверхност­ ных слоях заготовки, но и раздробить зерна абразива. После­ дующее перекатывание мелких зерен абразива внутри микро­ трещин приводит к их расширению (расклиниванию) и об­ разованию микроосколков керамической заготовки. Харак­ терная для шлифованной поверхности м а т о в о с т ь созда­ ется множеством близко расположенных мельчайших выколок материала. Отсюда, естественно, возникают выводы о целесо­ образности использования мелкозернистых порошков для чистового и крупнозернистых — для грубого шлифования. Нормали на обработку керамических материалов рекоменду­ ют применять абразивные порошки зеленого и черного карби­ да кремния зернистостью № 60-^80 для предварительной (гру­ бой) шлифовки и порошки зернистостью № 180 и выше для чистовой обработки. При этом удельное давление на абразив должно быть не менее 100 г/см2. Оптимальное весовое соот­ ношение воды и абразивной суспензии 3 : 1 . Допуск на раз­ меры керамических деталей, обработанных на плоскошлифо­ вальных станках, например, типа МШ-44 не хуже +0,01 мм.

Станки планетарного типа для двухсторонней плоскопа­ раллельной шлифовки обожженной керамики позволяют зна­ чительно сократить основное (машинное) и вспомогательное время обработки изделий. Конструкция планетарной системы станка изображена на рис. 3-46, где 1—зубчатые кассеты, в отверстия которых закладываются обрабатываемые заго­

шлифующий диск, через который подается абразивная сус­ пензия; 6 — нижний неподвижный шлифующий диск (шлифовальник).

Кассеты с деталями при совместном вращении централь­ ной шестерни и зубчатого обода создают сложное перемеще­ ние заготовок относительно шлифующих дисков, способствую­ щее равномерному съему материала заготовки (рис. 3-47). Толщина кассет должна быть меньше толщины окончатель­ но обработанной детали.

В новых моделях планетарных станков предусматривается возможность автоматического выключения станка по дости­ жении требуемой толщины изделия. Разработаны и внедря­ ются станки для двухстороннего шлифования малогабарит­ ных пластинок толщиной 0,2^-0,5 мм. Однако они не полу­ чили еще полного признания из-за частых поломок кассет.

Высокие классы чистоты размерной обработки плоских заготовок возможны при шлифовании обожженных изделий