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

ческие устройства позволяют плавно регулировать скорость продавливания массы и, следовательно, получать равномерное уплотнение заготовок, что особенно важно при изготовлении тонкостенных и мелких радиодеталей.

Скорость образования заготовок достигает 9 м/мин, а удельное давление 50-^-300 кг/см2.

Процесс мундштучного выдавливания заготовок обычно совмещается с предварительной сушкой (подвяливанием) за­ готовок в электросушилках (рис. 3—31), благодаря чему со­ кращается склонность влажных заготовок к короблению.

Р и с . 3-31

Керамические заготовки в ряде случаев целесообразно оформлять непосредственно из водных шликеров, используя

пленок на органическую подложку) или силы электрического поля (электрофорезное литье). Ценность этих способов в том, что они позволяют получать крупногабаритные детали очень сложной конфигурации без применения дорогого оборудования и пресс-форм, выдерживающих большие давления формования. Однако значительная длительность процессов формообразова­ ния и сушки заготовок, многочисленность и малая оборачива­ емость парка гипсовых форм, большая потребность в мощных

сушильных устройствах и в производственных помещениях ог­ раничивают широкое распространение литьевых методов фор­ мования.

Формовочный полуфабрикат, используемый для х о л о д ­

формуемых заготовок и к повышенному браку деталей. Склон­ ность литейной суспензии к расслоению зависит от сил взаи­ модействия компонент шликера. В результате диссоциации частиц поверхностных слоев массы (или вследствие «захвата» ими ионов из жидкой среды) масса приобретает определен­ ный электрический заряд. Величина и знак заряда зависят от поверхностной энергии кристаллической решетки, концентра­ ции ионов в жидкой среде и других физико-химических фак­ торов. Желательно, чтобы частицы массы имели одноименные заряды. Развивающиеся при этом кулоновые силы отталкива­ ния предотвращают слипание частиц и выпадание осадка. Хо­ рошие результаты получаются при обволакивании минераль­ ных частиц защитными оболочками толщиной, превышающей

Для упрочнения формуемых заготовок в состав литейного шликера рекомендуется вводить феноло-формальдегидные и мочевино-формальдегидные смолы. С этой же целью применя­ ют поливиниловый спирт и водорастворимые эфиры целлюло­ зы при литье пленочных заготовок.

Приготовление формовочной литьевой массы производится либо беспрессовым, либо прессовым способами. Беспрессовый способ более выгоден, так как он позволяет избежать опера­ ций фильтр-прессования и повторного разжижения массы, ус-

ложняющих и удорожающих технологический процесс изго­ товления керамических деталей. Но он пригоден только в слу­ чаях, когда компоненты массы не содержат природных материалов с вредными примесями, ухудшающими технологи­ ческие характеристики шликера. Этим способом готовятся суспензии для отливки высоковольтных конденсаторов из титансодержащих материалов. Беспрессовый шликер приготов­ ляют в шаровых мельницах. В них сначала измельчаются «тощие» материалы. Затем туда вводятся электролит и защит­

вакуумирования жидкий шликер отправляется для литья из­ делий. Прессовый способ рационален для изготовления шли­ кера из природных материалов, содержащих примеси раство­ римых веществ. При фильтр-прессовании вместе с отжимаемой водой удаляются соли, растворенные в воде. Полученные кор­ жи дробят и «распускают» в необходимом количестве воды. Туда же добавляют электролит и защитные составы. Получен­ ный шликер после вымешивания и вакуумирования поступает на отливку деталей. В производстве радиокерамики прессовым способом готовят шликеры корундо-муллитовых и цельзиановых материалов, содержащих значительное количество при­ родных глин и каолинов.

Технологические характеристики шликера: водосодержание, крупность помола, вязкость и загустеваемость массы подбираются опытным путем. Следует иметь в виду, что:

а) слишком малая влажность шликера приводит к образо­ ванию пустот в отливках, а избыточная — к деформациям и трещинам;

б) крупность помола должна быть больше, чем в случаях мундштучной протяжки, так как слишком мелкий помол за­ трудняет водоотдачу шликера гипсовой форме (закупоривает ее поры);

в) вязкость шликера определяет степень текучести шликера и, следовательно, его способность заполнять полости формы; г) шликер с нормальной исходной влажностью и текуче­ стью не должен быстро загустевать (до заполнения всех поло­

стей гипсовой формы); д) литье изделий в гипсовые формы производят в помеще­

ниях, где нет сквозняков, при температуре 18-^25°С и влажно­

сти 60-4-75%.

Выбор способа осуществления холодного литья зависит от

гипсовую форму наливают жидкий литейный полуфабрикат. Просушенная пористая гипсовая форма интенсивно поглощает

черепка. Скорость набора черепка определяется интенсивно­

сле образования заготовки достаточной плотности и толщины, излишки шликера выливаются (слива­ ются), а полое изделие продолжает отдавать воду гипсовой форме и окружающей атмосфере. Это сопровождается сокра­ щением размеров заготовки. Благодаря усадке отформован­ ная заготовка самостоятельно отстает от стенок формы. Из­ влеченное изделие подвергается воздушной сушке и дальней­ шей обработке. Сливным литьем производят заготовки дета­ лей диаметром до 200 мм. Высота деталей не должна превос­ ходить диаметр в 1,5-^2 раза.

Если конфигурация внутренней и внешней поверхностей де­ тали различна (рис. 3—34), то останавливаются на н а л и в -

н о м с п о с о б е оформления литых заготовок. При наливном способе литейный шликер остается в форме до тех пор, пока отфильтрованная загустевшая масса не заполнит всю рабочую полость формы. Если необходимо изготовить полую деталь, то в форму вставляется гипсовый сердечник и тогда диффузия воды из шликера происходит одновременно в форму и в сер-

Омиостыошлоnet Втащенный шлипер

О750 1500 йРшртс/п

Ри с . 3-33

дечник, что значительно ускоряет процессы фильтрации и насасывания черепка. Заготовки очень сложной формы со стен­ ками большой толщины рекомендуется изготовлять методами наливного литья. Детали сложной конструкции целесообразно отливать в составных гипсовых формах.

Это упрощает изготовление форм и из­ влечение отформованных заготовок. Мо­ мент разборки форм определяется опыт­ ным путем. Приступив к разборке формы слишком быстро, когда «черепок» еще не окреп, можно деформировать изделие — оно «подсядет». Задержка в удалении из­ делия также опасна. При этом те части черепка, которые соприкасаются с гипсо­ вой формой, усыхают быстрее, а внутрен­ ние медленнее. В изделии возникают зна­ чительные внутренние напряжения, при­ водящие к растрескиванию заготовок.

Разборку форм начинают с удаления гипсового стержня, который, как и внеш­ няя часть формы, может состоять из не­ скольких частей. Для облегчения вытал­ кивания крупных стержней пользуются сжатым воздухом. После удаления стерж­ ня раздвигают внешние стенки формы, предварительно сняв с них бандажные (охватывающие) обручи. Швы, образо­ вавшиеся на изделии у стыков частей формы, срезают и заделывают (протира­ ют деревянной пластинкой и заглажива­ ют влажной «греческой губкой»).

ность, большие и нерегулярные отклонения конечных разме­ ров заготовок после обжига.

Литье тонких керамических пленок на органические под­ ложки используется при изготовлении тонкостенных пласти­ нок и заготовок для низковольтных конденсаторов. Литьевой шликер готовится из обожженных и тщательно измельченных компонентов керамической массы. Средний размер частиц про­ сеянных материалов — 20-^30 мк. Если предполагается изго­ товление пленок толщиной менее 0,1 мм, то помол ведут до образования зерен размером 5-^-20 мк.

В качестве связующего вещества рекомендуется применять эмульсию следующего состава:

15-процентный водный раствор поливинилового спирта — 94%;

10-процентный водный раствор сульфанола — 3%; глицерин — 3%.

Глицерин, этиленгликоль или пентаэритрит вводят в состав Шликера для увеличения эластичности формуемой пленки и для замедления усадки заготовок во время воздушной сушки. Коробление заготовок уменьшается, если в водный шликер до­ бавить полисахариды (сахар, декстрин).

Перемешивание компонентов массы со связкой производит­ ся в фарфоровых барабанах в течение двух часов, после чего шликер подвергается вакуумированию при остаточном давле­ нии 20-^40 мм рт. ст. Вакуумированный шликер выливают в специальное фильерное устройство, движущееся над органи­

фильеры над подложкой. Органическая подложка представля­ ет собой либо полимерный листовой материал (оргстекло, по­ листирол), либо металлический лист, покрытый слоем поли­ мера.

Керамическую суспензию следует лить только на тщатель­ но очищенную подложку. Дл я этого она последовательно про­ мывается 3-ь4°/0 водным раствором борной кислоты и горячей мыльной водой, а затем споласкивается чистой водой и насухо протирается.

Отформованная пленка вместе с подложкой сушится на воздухе в течение 3-*-4 часов или в термостате при температу­ ре 50-4-60°С в течение 20-^-25 минут. Очень тонкие пленки ре­ комендуется подсушивать в сушильных камерах при повышен­ ной влажности.

Качество пленки проверяется просвечиванием. Сквозные отверстия, образующиеся из-за плохого вакуумирования (ска­ зываются оставшиеся газовые включения), отмечаются каран­ дашом.

Высохшая пленка снимается с листов подложки и режется на требуемые заготовки.

Электрофорезное литье осуществляется путем направленно­ го движения заряженных частиц керамической массы под действием сил электрического поля и осаждения их на проти­ воположно заряженном электроде. Для этого через шликер пропускается постоянный или униполярный импульсный ток, а поверхностям электродов электрофоретической установки придают вид, соответствующий конфигурации формуемых за­ готовок. В керамическом производстве чаще всего использует­ ся а н а ф о р е з , когда осаждение частиц производится на аноде-форме.

Форма-анод изготовляется из металла или из металлизи­ рованной пористой пластмассы. В зависимости от состава шли­ кера для изготовления формующих электродов используются свинец, никель, цинк, медь. Чтобы предотвратить прилипание частиц к форме, рабочие поверхности смазываются смесью ми­ неральных или растительных масел (60%), глицерина (20%) и графита (20%).

Скорость перемещения частиц в электрическом поле и, сле­ довательно, скорость набора черепка зависит от потенциала частиц, напряженности электрического поля, вязкости и диэ­ лектрической проницаемости жидкой фазы шликера. Темпера­ тура керамической суспензии также влияет на скорость набора черепка, так как она определяет вязкость и диэлектрическую проницаемость шликера.

Качество формуемых керамических изделий зависит от критичности режимов формообразования заготовок. Электрофоретические способы оформления заготовок отличаются весьма большой чувствительностью к отклонениям рабочих режимов от оптимальных. Так, хороший плотный черепок мо­ жет быть получен в узком интервале напряженностей электри­ ческого поля. При малых напряженностях получается плотный черепок, но он сильно пристает к форме, а при больших нап­ ряженностях поля получается рыхлая пористая структура. Оптимальной напряженностью поля для перовскитовой массы считают 2-*-3 в/см, а для цельзиановой массы 3-5-5 в/см. Чрез­ мерное повышение температуры шликера также сказывается на пористости черепка, хотя скорость набора толщины стенки при этом увеличивается. Для перовскитовой массы рекомен­ дуется иметь температуру шликера 18-*-20°С, а температуру цельзиановой массы 20-т-30°С. Однако, несмотря на сложность подбора и выдержки оптимальных режимов, процесс электрофоретического формообразования заготовок является перспек­ тивным направлением в радиокерамической технологии, так как он позволяет получать из жидкого шликера заготовки по­ ниженной влажности и плотной структуры, сокращает время отливки деталей весьма сложной конфигурации и избавляет производство от использования непрочных гипсовых форм.

Ручное оформление заготовок с помощью формовочных стан­ ков встречается при изготовлении небольших партий деталей, имеющих конфигурацию тел вращения. Формовочный полу­ фабрикат влажностью 24-^-26% должен обладать хорошей пластичностью и однородностью структуры. Простые заготов­ ки можно получить свободным формованием куска массы, по­ мещенного в середине вращающегося круга. Ком массы, вращающийся вокруг своей вертикальной оси, сначала не­ сколько раз руками вытягивается вверх и медленно осажива­

ется приводная муфта 5, состоящая из двух фрикционных час­ тей с внутренним конусным зацеплением. Педальное устрой­ ство 6 и поводкозая система 7 обеспечивают переключение станка с холостого хода на рабочий (остановку и вращение формы 4). Формующий шаблон 8 устанавливается на рыча­ ге 9, снабженным противовесом 10. Пределы вертикального перемещения рычага, место закрепления шаблона на рычаге,

Конфигурация Внутренней ПОВерХНОСТИ ГИПСОВОЙ формы И КОН" тур шаблона определяют очертание внутренних и внешних поверхностей формуемых заготовок.

Рабочий формовщик закладывает в гипсовую форму ком массы и, включив станок на рабочий ход, опускает рычаг («на^ клон») вниз, погружая шаблон в формуемую массу. Нажимом

шаблона на массу формовщик добивается равномерного рас­ пределения полуфабриката по внутренним поверхностям фор­ мы. Толщина стенок заготовки определяется местом закрепле­ ния шаблона на рычаге, а толщина донышка — нижним пре­ делом опускания рычага.

Отформованные заготовки вместе с гипсовыми формами просушиваются. После сушки заготовки извлекаются из фор­ мы и подвергаются дальнейшей обработке, а подсушенные и очищенные формы вновь устанавливаются на станках.

Изделия сложной конфигурации можно оформлять в разъ­ емных деревянных формах, пропитанных парафином или це­ резином. Уплотнение массы производится форсажными колод­ ками с помощью винтового пресса.

§ 6. Предварительная термическая и механическая обработка заготовок

а.С у ш к а з а г о т о в о к

Вструктуре материала отформованных заготовок со­ держится много воды, так как операции тонкого помола, пе­ ремешивания и формообразования требуют обильного увлаж­ нения формовочного полуфабриката. Для монолитного соединения частиц керамического материала, то есть превра­ щения смеси отдельных зерен в плотное прочное объединение, необходимо полностью удалить воду и другие вспомогатель­ ные включения (связки, пластификаторы, ПАВы). Это дости­ гается на операциях термической обработки заготовок. Предварительной первичной операцией термообработки явля­

ется сушка, когда из структуры материала удаляется та часть воды, которая связана с частицами твердой фазы кера­ мики только физико-механическими силами поверхностного натяжения и капиллярного давления.

Во время сушки влага испаряется с поверхности заготовок, поэтому влажность поверхностных слоев оказывается меньше влагосодержания внутренних частей изделия. Разница во влагосодержании разных частей заготовки приводит к неоднородностям усадки и, следовательно, к возникновению внутрен­ них напряжений, а это, в свою очередь, может привести к растрескиванию заготовок в процессе сушки.

Степень развития внутренних напряжений зависит от ско­ рости сушки, размеров и конфигурации заготовок, способов обогрева, термо- и влагопроводности структуры материала и других причин.

Поэтому сушка заготовок представляет собой одну из наиболее трудных и ответственных частей технологического процесса производства керамических деталей.

В процессе сушки отмечают три основных периода: период

36). Температура окружающей среды выше температуры заго­ товки. Поэтому заготовка прогревается, пока не наступает равновесное состояние (точка А), когда воспринимаемое и рас­ ходуемое на испарение тепло уравниваются.

П е р и о д п о с т о я н н о й с к о р о с т и с у ш к и (уча­ сток II) . Прогрев заготовок завершен. Скорость сушки макси­ мальная и постоянная. Влага, испаряющаяся с поверхности,

Степном)

сителя

6ценя час

Р и с . 3-36

компенсируется диффузионной влагой, поступающей из глу­ бинных слоев заготовки. В этот период происходит наиболь­ шая усадка материала. Когда средняя влажность заготовки уравняется с влажностью окружающей среды, процесс сушки замедляется (скорость сушки падает). Температура заготовки начинает вновь повышаться.

П е р и о д п а д а ю щ е й с к о р о с т и с у ш к и (участок III). Из макро- и микропор заготовок удаляется влага. Расход теп­ ла на испарение сокращается, что ведет к уменьшению разно­ сти температур теплоносителя и заготовки. Процесс сушки кон­ чается, когда уравниваются температура заготовки и темпера­ тура внешней среды.

Схема рис. 3—36 иллюстрирует процесс изменения влаж­

заготовок. В радиотехническом производстве чаще всего ис­ пользуются естественная воздушная сушка, сушка в сушиль­ ных камерах, сушка токами промышленной или высокой частоты.