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

Е с т е с т в е н н у ю в о з д у ш н у ю с у ш к у рекомендуется применять для заготовок, полученных методами холодного ли­ тья из водного шликера, когда исходная влажность велика. Вода при естественной сушке испаряется за счет разности пар­ циальных давлений водяных паров на поверхности заготовки и в окружающем воздухе. Поэтому отформованные изделия сушатся в камерах, оборудованных вытяжной вентиляцией. Равномерность объемной усадки заготовок достигается медли­ тельностью процесса сушки (8-*-10 суток) и относительно низ­ кой температурой окружающего воздуха-теплоносителя (20± ±2°С). Заготовки деталей устанавливаются на полках-стелла­ жах в удалении друг от друга, что способствует лучшему воз­ духообмену. В сушильных камерах не должно быть сквозня­ ков и одностороннего подогрева. Все эти условия снижают производительность сушки, но зато устраняются причины, вы­ зывающие образование микро- и макротрещин.

В ы с о к о т е м п е р а т у р н у ю к а м е р н у ю с у ш к у го­ рячим сухим воздухом рекомендуется применять для сушки прессованных заготовок, имеющих малую воздушную усадку. Изделия должны нагреваться постепенно. Конечная темпера­ тура нагрева заготовок 60-^-70° С. Ускоренная неосторожная сушка может привести к значительному браку, особенно при большой влажности теплоносителя.

Если прессованные заготовки сразу поместить в камеру с высокой температурой, то на холодных поверхностях загото­ вок конденсируется влага. Она заполняет капилляры поверх­ ностных слоев и препятствует выходу паров воды из глубин­ ных частей подогреваемых изделий.

Материал прессованных заготовок после операций формо­ вания находится в напряженном состоянии. Устойчивость структуры отформованных заготовок зависит от сил молеку­ лярного взаимодействия сближенных частиц твердой фазы ке­ рамики и связи их гидратных оболочек. Некоторое влияние на прочность структуры заготовок оказывают силы поверхностно­ го натяжения, создаваемые водной компонентой, включенной в состав прессовочной массы в качестве пластифицирующей связки. При быстром нагреве материала силы, способствую­ щие упрочнению структуры изделия, уменьшаются, а быстро увеличивающееся давление закупоренных паров воды увели­ чивает и без того значительные внутренние напряжения прес­ сованных заготовок. Как только внутренние напряжения превы­ сят предел прочности заготовок, происходит их разрушение (растрескивание).

Рабочий объем сушильных камер обогревается электриче­ скими, водяными или газовыми нагревательными устройства­ ми.

Массовую сушку заготовок радиотехнических деталей це­ лесообразно производить в туннельных сушилках. Основной

частью таких сушилок является удлиненная камера, разделен­ ная на секции с независимой регулировкой режима сушки в пределах каждой секции-зоны. Необходимый режим зонной сушки определяется свойствами материала заготовок, спосо­ бами формования, размерами и сложностью конфигурации изделий.

Прессованные заготовки сушатся теплым сухим воздухом, температура которого постоянно повышается от зоны к зоне. Изделия из пластического полуфабриката и холодного литей­ ного шликера сушатся влажным теплым воздухом, темпера­ тура которого от зоны к зоне постепенно повышается, а влаж­ ность уменьшается.

Заготовки в процессе сушки перемещаются внутри камеры либо с помощью транспортерных лент, либо на вагонетках.

При с у ш к е т о к а м и п р о м ы ш л е н н о й ч а с т о т ы используется значительная электропроводность влажных не­ обожженных керамических материалов. Электрический ток, протекая по влажной керамической заготовке, разогревает ее, причем верхние слои заготовки за счет явлений поверхностно­ го испарения влаги оказываются более холодными, чем внут­ ренние слои. Возникающая разница температур, определяю­ щая движение потоков тепла и влаги от центральных слоев изделия к периферийным, способствует наилучшему протека­ нию процессов сушки. Меняя величину тока, можно плавно изменять режим сушки. Для стабилизации процессов сушки торцы высушиваемых изделий г р а ф и т и р у ю т , что увеличи­ вает надежность контактного соединения источника тока и на­ грузки-заготовки. Максимальная температура сушки 70° С.

Ценным свойством контактной электросушки является са­ морегулирование процессов выделения тепла и влаги. Внут­ ренние слои заготовки более влажные, следовательно, их соп­ ротивление меньше, а это ведет к тому, что плотность тока в глубинных слоях заготовки выше плотности тока в наружных частях. Соответственно повышается эффективность выравни­ вания влажности по всему сечению просушиваемого изделия, устраняются внутренние напряжения, уменьшается опасность коробления деталей, увеличивается производительность.

Заготовки средних и крупных размеров токами промыш­ ленной частоты высушиваются за 2-^-3 суток вместо 8-^20 су­ ток камерной сушки конвективным способом (воздушным теп­ лообменом). Контактная электросушка применяется в случа­ ях, когда заготовки имеют постоянное поперечное сечение и допускается графитирование их торцов.

В ы с о к о ч а с т о т н а я с у ш к а является наиболее произ­ водительным и универсальным способом сушки изделий раз­ нообразной конфигурации. Однако сложность эксплуатации и дороговизна электронного оборудования, большой расход электрической энергии (15 кет на 1 кг испаренной воды) пре-

пятствуют очень широкому внедрению методов высокочастот­ ной сушки в производстве радиокерамики.

Сушка заготовок в полях высокой частоты (выше 5 мгц) происходит за счет диэлектрических потерь в материале заго­ товки. Высушиваемые изделия помещаются между обкладками контурного конденсатора генератора высокой частоты. Так как керамический материал прогревается одновременно по всей массе, а испарение влаги идет с поверхности, то, как и в случае сушки токами промышленной частоты, происходит интенсив­ ная диффузия влаги из центральных участков заготовки к пе­ риферии. Производительность высокочастотной сушки выше производительности сушки токами промышленной частоты в 3-^-4 раза.

состоянии производится основная размерная обработка изде­ лий, выполненных из низкочастотных пластичных материалов, так как износ инструмента невелик, а процесс резания не со­ провождается значительным выделением керамической пыли. Хрупкие заготовки из высокочастотных малопластичных ма­ териалов не рекомендуется обрабатывать в подвяленном состо­ янии из-за частого образования сколов. Их необходимо высу­

готовок, подвергнутых парафинированию. Кроме того, при парафинировании сокращается пылеобразование.

Заготовки точных деталей сложной формы (например, зубчатых реек и гребенок) целесообразно обрабатывать два­ жды: начерно — после подвяливания и окончательно — после парафинирования. Размерная обработка необожженных заго­ товок выполняется на типовом токарном, револьверном, фре­ зерном, сверлильном и другом металлорежущем оборудовании, пользуясь инструментом повышенной стойкости. Керамические изделия обладают свойствами хрупких структур, поэтому во время их размерной обработки режущие кромки инструмента

обработки. Однако последующий обжиг заготовок сглаживает рельеф микронеровностей надрыва и повышает чистоту обра­ ботки до 4 класса. Для получения керамических деталей с более чистыми поверхностями размерную обработку заготовок ведут на больших скоростях, снимая широкую стружку при

электрическим пробоям поверхности керамических деталей покрывают г л а з у р о в о ч н ы м и в е щ е с т в а м и . Эти веще­ ства, заполняя поры заготовок стеклообразующими составами, предохраняют их от пылевых загрязнений. После обжига гла­ зурованные детали имеют малую водопроницаемость и повы­ шенную стойкость ко многим химически активным кислотам и щелочам. Кроме того, глазуровочные материалы используются для склеивания составных частей сложных заготовок деталей. Глазурованные детали имеют гладкую глянцевитую поверх­ ность, цвет которой подбирается по желанию конструкторапроектировщика. Следовательно, глазурование может приме­ няться и в декоративных целях.

наноситься на высушенные необожженные заготовки. Парафи­ нированные заготовки перед глазурованием предварительно обжигают до полного удаления парафина и органических до­ бавок.

Целевое назначение глазури и состав керамических масс заготовок определяют рецептуру глазуровочного шликера. Она должна:

а) обеспечивать равенство температурных коэффициентов линейного расширения глазури и керамического черепка дета­ лей, чтобы предотвратить растрескивание глазуровочного по­ крова детали в интервале рабочих температур радиотехничес­ кой аппаратуры;

б) уменьшать пористость структуры изделий, повышая их влагостойкость и, следовательно, стойкость к электрическим напряжениям;

в) способствовать улучшению диэлектрических характери­ стик детали, например, повышать поверхностное и объемное сопротивления материала;

г) обеспечивать прочность клеенных соединений в требуе­ мых интервалах температур и давлений;

д) придавать изделиям приятный внешний вид.

По способу изготовления различают сырые и фриттованные глазуровочные шликеры. С ы р ы е г л а з у р и чаще всего со­ ставляются из тугоплавких материалов: полевых шпатов, квар­ цевых песков, талька и мрамора. Соответственно получаются

мических заготовок. Например, детали из стеатитовых масс

женные, так и на необожженные, но предварительно хорошо просушенные и очищенные заготовки. Для окраски глазурей применяются красящие вещества. Красители либо растворяют­ ся в глазурях, либо равномерно распределяются в них. Дл я получения белой глазури используют двуокиси олова, цирко­ ния или титана, а также окиси цинка или сурьмы.

Помол и перемешивание компонентов глазури ведутся мок­ рым способом в шаровых мельницах. Продукты помола про­ сеиваются (сетки № 0056) и освобождаются от ферромагнит­ ных загрязнений магнитными сепараторами. В результате по­ лучается жидкая глазуровочная суспензия. Жидкую глазурь наносят на поверхности заготовок окунанием или пульвериза­ цией. Участки заготовки, на которых не должна образовывать­

Рекомендуется применять следующий состав шихты: свин­ цового сурика — 43%, борной кислоты — 30%, кварцевого пес­

быстро охлаждается и распадается от термоудара на мелкие

верхности деталей должны покрываться равномерным слоем глазури, что достигается при определенной плотности глазуровочной массы. В серийном производстве применяются сырые тугоплавкие глазури плотностью 1,2-5-1,3 и фриттованные лег­ коплавкие составы плотностью 1,6ч-1,8.

Глазурованные заготовки деталей подсушиваются до вла­

§ 8. Окончательная термическая и механическая обработка заготовок

товок является решающей операцией технологического процес­ са производства керамических деталей. При высокой темпера­

ные структурные физико-химические преобразования керами­ ческого материала. Вода и органические соединения должны удаляться постепенно, чтобы в структуре заготовок не образо­ вались разрушительные перенапряжения. Наибольшие труд­ ности возникают при обжиге изделий из термопластического формовочного полуфабриката. Они вспучиваются и трескаются даже при медленном нагреве. Целостность структуры загото­ вок, в основном, нарушается летучими фракциями плавящего­ ся парафина, не имеющими свободного выхода из глубинных слоев материала к наружным. Плавление пластификатора вызывает также значительную деформацию (осадку) заготов­ ки под действием сил собственного веса. Все эти крайне неже­ лательные явления в значительной мере устраняются засып­ кой обжигаемых изделий порошком талька, глинозема или магнезита.

Зерна порошка «засыпки» под воздействием капиллярных сил смачиваются расплавленным парафином заготовки. Сле­ довательно, уменьшается концентрация пластификатора в по­ верхностных слоях изделия и создаются условия для постоян­ ной миграции (перемещения) жидкого пластификатора из внутренних слоев к периферийным, а оттуда в порошковую за­ сыпку. В образовавшиеся поры и пустотные каналы устремля­ ются летучие продукты обжига, и тем самым снижаются внут­ ренние напряжения и поверхностные вздутия заготовок.

Дальнейший нагрев органических соединений и пластифи­ катора" до температур 800-^1000°С в окислительной среде вы­ зывает их окончательное разложение. Образуются легкоудаляемые газовые продукты. Но некоторые газы (в частности, СО) помимо того, что создают восстановительную среду, яв­ ляются источниками загрязнения и печи, и керамики. Поэтому выжигание пластификаторов на стадии окислительного («утильного») обжига рекомендуется производить в отдель­ ных электрических печах или в верхних этажах пламенных пе­ чей периодического действия, используя тепло отходящих (утильных) газов. Продолжительность утильного обжига — 10-5-16 часов, в зависимости от формы, размеров и состава ке-

рамичееких масс. Средняя скорость подъема температуры в

готовок примерно в 2,5 раза за счет частичного спекания мас­ сы, но повышенная пористость обожженных заготовок затруд­ няет размерную обработку, так как материал крошится, осы­

пературный режим, газовая среда и длительность конечной стадии обжига подбираются для каждой массы отдельно и чаще всего экспериментальным путем. Интервал температур окончательного обжига радиокерамики 1270ч-1750°С. Более точные усредненные данные по процессу обжига отдельных ма­ рок керамики сведены в таблицу 3—12.

Картина явлений, сопровождающих процесс «спекание че­ репка», когда смесь отдельных зерен керамики превращается в физически однородный материал, достаточно сложна, особен­ но для многокомпонентных масс. Однако просматриваются два пути для такого объединения.

П е р в ы й п у т ь возможен, когда имеется жидкая фаза керамики. При большой температуре часть легкоплавких ком­ понентов массы расплывается и охватывает (иногда растворя­ ет) остальные части керамики. Усадка материала идет за счет сил поверхностного натяжения жидкой фазы керамики. Ука­ занным путем спекаются фарфоровые массы.

В т о р о й п у т ь встречается при спекании окислов твер­ дой фазы без образования легкоплавкой эвтектики. Высокие температуры обжига вызывают сильные тепловые колебания ионов, при которых возможен взаимный ионообмен соседних частиц. Таким путем, например, спекаются порошки чистого титаната бария.

Следует иметь в виду, что наиболее сильный ионообмен на­ блюдается при вакансиях в молекулярных решетках соседних частиц. Обе разновидности процессов спекания встречаются и обособленно, и совместно, усложняя картину явлений.

Загрязнение сырьевых компонентов массы посторонними примесями нарушает структуру обожженной керамики, так как вызывает либо образование не предполагавшейся жидкой фазы с большими усадочными дефектами, либо в кристалли­ ческую решетку молекул материала внедряются примесные ионы, искажающие технические параметры керамических из­ делий. Поэтому в производстве радиокерамических деталей не­ обходим строгий входной контроль сырья.

Скорость охлаждения обожженной керамики влияет на ме­ ханические и электрические характеристики деталей. Работа­ ми сотрудников проф. Н. П. Богородицкого подтверждается целесообразность быстрого охлаждения заготовок после спе­ кания, то есть з а к а л к а керамических материалов. Ими уста­ новлено, что механическая и электрическая прочность загото­ вок увеличивается на 25-4-50%. Закалка сказывается и на улучшении магнитных свойств марганцевых ферритов. К сожа­ лению, закалке нельзя подвергать толстостенные изделия, так как они часто растрескиваются. Такие изделия надо охлаж­ дать вместе с печью в течение 1 + 2 суток.