ПОЛУЧЕНИЕ АЛЮМООКСИДНОЙ КЕРАМИКИ С ПОВЫШЕННЫМИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО ШЛИКЕРА С ДОБАВКАМИ ВОСКА И ЦЕРЕЗИНА 75
|
АННОТАЦИЯ 2ВВЕДЕНИЕ 4
1 Технология и свойства корундовой керамики 8
1.1 Основные этапы изготовления керамики 8
1.1.1 Механическое измельчение исходных материалов 8
1.1.2 Заготовка полуфабрикатов 16
1.1.3 Формообразование 17
1.1.4 Обжиг 18
1.2 Методы изготовления корундовой керамики 19
1.3 Назначение различных добавок в спеке 21
1.4 Основные методы оценки физико-механических свойств шликера и
корундовой керамики 22
1.5 Заключение по главе 1. Постановка задач исследования 30
2 Сырьевые материалы и методы исследования 31
2.1 Сырьевые материалы 31
2.2 Методы исследования 33
2.2.1 Измерение вязкости шликера ротационным методом 33
2.2.2 Измерение плотности и пористости материалов методом
гидростатического взвешивания 35
2.2.3 Измерение твердости материалов по Виккерсу 37
2.2.4 Определение дисперсности порошков методом лазерной
дифракции 38
3.Экспериментальная часть работы 41
3.1 Этапы изготовления керамики с повышенными диэлектрическими
свойствами 41
3.2 Приготовление СТК 43
3.3 Приготовление спека 47
3.4 Приготовление шликеров 50
3.5 Исследование вязкости шликеров 51
3.6 Изготовление опытных образцов 53
3.7 Измерение плотности, пористости, твердости опытных образцов 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 57
1 Технология и свойства корундовой керамики 8
1.1 Основные этапы изготовления керамики 8
1.1.1 Механическое измельчение исходных материалов 8
1.1.2 Заготовка полуфабрикатов 16
1.1.3 Формообразование 17
1.1.4 Обжиг 18
1.2 Методы изготовления корундовой керамики 19
1.3 Назначение различных добавок в спеке 21
1.4 Основные методы оценки физико-механических свойств шликера и
корундовой керамики 22
1.5 Заключение по главе 1. Постановка задач исследования 30
2 Сырьевые материалы и методы исследования 31
2.1 Сырьевые материалы 31
2.2 Методы исследования 33
2.2.1 Измерение вязкости шликера ротационным методом 33
2.2.2 Измерение плотности и пористости материалов методом
гидростатического взвешивания 35
2.2.3 Измерение твердости материалов по Виккерсу 37
2.2.4 Определение дисперсности порошков методом лазерной
дифракции 38
3.Экспериментальная часть работы 41
3.1 Этапы изготовления керамики с повышенными диэлектрическими
свойствами 41
3.2 Приготовление СТК 43
3.3 Приготовление спека 47
3.4 Приготовление шликеров 50
3.5 Исследование вязкости шликеров 51
3.6 Изготовление опытных образцов 53
3.7 Измерение плотности, пористости, твердости опытных образцов 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 57
Керамика — собирательное название широкой группы искусственных каменных материалов, получаемых формованием из глин с минеральными и органическими добавками с последующей сушкой и обжигом. [15]
Техническая керамика применяется в большом спектре областей техники и промышленности.
Например, керамика применяется для футеровки высокотемпературных агрегатов, некоторые виды керамик способны выдерживать температуру до 4000°С.
Из прозрачной керамики изготовляются высокотемпературные оптические линзы, лазерные устройства, поляризаторы.
Керамическим изделиям свойственны высокие показатели твердости, прочности, износостойкости, поэтому их широко применяют в машиностроении и авиационной промышленности. Из керамик изготавливают режущий инструмент, лопасти турбин, детали двигателя внутреннего сгорания и другие изделия.
Также керамике свойственна химическая стойкость, благодаря этому ее применяют при производстве коррозионностойких деталей, реакторов.
В ядерной энергетике керамика используется для обеспечения радиационной защиты ядерного топлива и теплоотводящих элементов. Также керамика используется в медицине в качестве материала для производства протезов и имплантатов, для нужд стоматологии и ортопедии.
Техническая керамика имеет широкий диапазон электрофизических свойств, поэтому из нее могут быть изготовлены резисторы, пьезоэлементы, магнитные устройства, конденсаторы, датчики и другие детали электронной техники. [15]
Преимущества технической керамики по сравнению с другими материалами:
1. Керамика отличается широким многообразием характеристик по сравнению с другими материалами (полимерами, металлами). Среди видов технической керамики всегда можно выбрать те, что могут заменить полимеры и металлы, в то время как обратное возможно не всегда.
2. Важным достоинством керамики является высокая доступность сырья
3. Производство керамических изделий не столь энергозатратно, как производство металлических материалов.
4. Производство керамике меньше загрязняет окружающую среду, чем производство металлов. И керамические изделия сами по себе более экологичны, так как в большинстве случаев производятся из экологически чистого минерального сырья [27].
5. Керамика более устойчива при нахождении в агрессивных средах чем металлы, так техническая керамика обладает высокими устойчивостью к радиации и коррозионой стойкостью. Стоит также сказать, что была попытка замены в космических аппаратах магнитной керамики на полупроводниковые элементы, которая оказалась неудачной, так как под воздействием радиации полупроводниковые элементы перестают работать [25].
Керамика обладает большей биологической совместимостью, чем металлы и полимеры, и это позволяет применять её в медицине для установки имплантатов [22].
Техническая керамика нашла широкое применение в электронной промышленности. С использованием керамики изготавливают полупроводники, конденсаторы, диэлектрики, магниты. Столь широкое применение керамики в электронной промышленности обусловлено её характерными свойствами.
При изготовлении диэлектриков используется керамики с следующими характерными свойствами:
1. Малая диэлектрическая проницаемость (е < 10)
2. малые диэлектрические потери (tg8) при частоте 106 Гц;
3. большие значения: механической прочности, удельного объемного сопротивления, пробивного напряжения(стеатит)
При изготовлении конденсаторов используется керамики с следующими характерными свойствами:
1. Большое значение диэлектрической проницаемости, отрицательное
значение температурного коэффициента диэлектрической
проницаемости TKe (Рутиловая керамика)
2. Малое значение температурного коэффициента TKe ~ 0 (Титано- циркониевая керамика)
3. Очень большое значение диэлектрической проницаемости e < 300 (стронций-висмутовый титанат)
4. Низкое значение тангенса угла диэлектрических потерь (Пористая корундовая и пористая стеатитовая керамика)
5. Высокая термическая стойкость(шамот)
6. Наличие сегнетоэлектрического гистерезиса (Твердые растворы станнатов)
7. Высокое значение пьезомодуля (Т-1700)
8. Резкая зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля (Варикониды)
При изготовлении полупроводников используется керамики с следующими характерными свойствами:
1. Малая зависимость сопротивления от температуры и напряжения(силит)
2. Высокая электронная проводимость
3. Резкая зависимость сопротивления от напряжения (вилит)
4. Резкая зависимость сопротивления от температуры (Керамика на основе медно и кобальто-марганцевых обратных шпинелей)
При изготовлении магнитов используется керамики с следующими характерными свойствами:
1. Высокая магнитная проницаемость при высоком электрическом сопротивлении
2. Низкое значение коэрцитивной силы (марганцево-цинковые ферриты)
3. Высокое значение коэрцитивной силы (Бариевые ферриты)
В данной же работе рассматривается керамика с повышенными диэлектрическими свойствами на основе керамической массы ВК95-1. ВК95- 1 это корундовая керамика, широко использующаяся при изготовлении электровакуумных металлокерамических приборов, работающих на сверхвысоких частотах. В частности, из ВК95-1 изготавливаются дугогасительные камеры, вакуумные выключатели и другие электрозащитные устройства, работающие в сильных электрических полях [20]. Отличительными особенностями керамических материалов являются доступность сырья, экологичность, низкие энергозатраты производства, устойчивость к воздействие агрессивных сред.
В технологическом процессе изготовления керамики с повышенными диэлектрическими свойствами используется воск, этот материал не изготавливается в промышленных масштабах, из -за этого его свойства могут значительно колебаться в зависимости от поставщика. Поэтому будет хорошим решением заменить воск церезином 75. Синтетический церезин - фракция нормальных парафиновых углеводородов с температурой каплепадения не ниже 100 °С. [17] По всем свойствам этот материал очень схож с воском, но церезин 75 изготавливается на заводе и поэтому имеет сертификат соответствия.
Техническая керамика применяется в большом спектре областей техники и промышленности.
Например, керамика применяется для футеровки высокотемпературных агрегатов, некоторые виды керамик способны выдерживать температуру до 4000°С.
Из прозрачной керамики изготовляются высокотемпературные оптические линзы, лазерные устройства, поляризаторы.
Керамическим изделиям свойственны высокие показатели твердости, прочности, износостойкости, поэтому их широко применяют в машиностроении и авиационной промышленности. Из керамик изготавливают режущий инструмент, лопасти турбин, детали двигателя внутреннего сгорания и другие изделия.
Также керамике свойственна химическая стойкость, благодаря этому ее применяют при производстве коррозионностойких деталей, реакторов.
В ядерной энергетике керамика используется для обеспечения радиационной защиты ядерного топлива и теплоотводящих элементов. Также керамика используется в медицине в качестве материала для производства протезов и имплантатов, для нужд стоматологии и ортопедии.
Техническая керамика имеет широкий диапазон электрофизических свойств, поэтому из нее могут быть изготовлены резисторы, пьезоэлементы, магнитные устройства, конденсаторы, датчики и другие детали электронной техники. [15]
Преимущества технической керамики по сравнению с другими материалами:
1. Керамика отличается широким многообразием характеристик по сравнению с другими материалами (полимерами, металлами). Среди видов технической керамики всегда можно выбрать те, что могут заменить полимеры и металлы, в то время как обратное возможно не всегда.
2. Важным достоинством керамики является высокая доступность сырья
3. Производство керамических изделий не столь энергозатратно, как производство металлических материалов.
4. Производство керамике меньше загрязняет окружающую среду, чем производство металлов. И керамические изделия сами по себе более экологичны, так как в большинстве случаев производятся из экологически чистого минерального сырья [27].
5. Керамика более устойчива при нахождении в агрессивных средах чем металлы, так техническая керамика обладает высокими устойчивостью к радиации и коррозионой стойкостью. Стоит также сказать, что была попытка замены в космических аппаратах магнитной керамики на полупроводниковые элементы, которая оказалась неудачной, так как под воздействием радиации полупроводниковые элементы перестают работать [25].
Керамика обладает большей биологической совместимостью, чем металлы и полимеры, и это позволяет применять её в медицине для установки имплантатов [22].
Техническая керамика нашла широкое применение в электронной промышленности. С использованием керамики изготавливают полупроводники, конденсаторы, диэлектрики, магниты. Столь широкое применение керамики в электронной промышленности обусловлено её характерными свойствами.
При изготовлении диэлектриков используется керамики с следующими характерными свойствами:
1. Малая диэлектрическая проницаемость (е < 10)
2. малые диэлектрические потери (tg8) при частоте 106 Гц;
3. большие значения: механической прочности, удельного объемного сопротивления, пробивного напряжения(стеатит)
При изготовлении конденсаторов используется керамики с следующими характерными свойствами:
1. Большое значение диэлектрической проницаемости, отрицательное
значение температурного коэффициента диэлектрической
проницаемости TKe (Рутиловая керамика)
2. Малое значение температурного коэффициента TKe ~ 0 (Титано- циркониевая керамика)
3. Очень большое значение диэлектрической проницаемости e < 300 (стронций-висмутовый титанат)
4. Низкое значение тангенса угла диэлектрических потерь (Пористая корундовая и пористая стеатитовая керамика)
5. Высокая термическая стойкость(шамот)
6. Наличие сегнетоэлектрического гистерезиса (Твердые растворы станнатов)
7. Высокое значение пьезомодуля (Т-1700)
8. Резкая зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля (Варикониды)
При изготовлении полупроводников используется керамики с следующими характерными свойствами:
1. Малая зависимость сопротивления от температуры и напряжения(силит)
2. Высокая электронная проводимость
3. Резкая зависимость сопротивления от напряжения (вилит)
4. Резкая зависимость сопротивления от температуры (Керамика на основе медно и кобальто-марганцевых обратных шпинелей)
При изготовлении магнитов используется керамики с следующими характерными свойствами:
1. Высокая магнитная проницаемость при высоком электрическом сопротивлении
2. Низкое значение коэрцитивной силы (марганцево-цинковые ферриты)
3. Высокое значение коэрцитивной силы (Бариевые ферриты)
В данной же работе рассматривается керамика с повышенными диэлектрическими свойствами на основе керамической массы ВК95-1. ВК95- 1 это корундовая керамика, широко использующаяся при изготовлении электровакуумных металлокерамических приборов, работающих на сверхвысоких частотах. В частности, из ВК95-1 изготавливаются дугогасительные камеры, вакуумные выключатели и другие электрозащитные устройства, работающие в сильных электрических полях [20]. Отличительными особенностями керамических материалов являются доступность сырья, экологичность, низкие энергозатраты производства, устойчивость к воздействие агрессивных сред.
В технологическом процессе изготовления керамики с повышенными диэлектрическими свойствами используется воск, этот материал не изготавливается в промышленных масштабах, из -за этого его свойства могут значительно колебаться в зависимости от поставщика. Поэтому будет хорошим решением заменить воск церезином 75. Синтетический церезин - фракция нормальных парафиновых углеводородов с температурой каплепадения не ниже 100 °С. [17] По всем свойствам этот материал очень схож с воском, но церезин 75 изготавливается на заводе и поэтому имеет сертификат соответствия.
1. В результате литературного обзора было выбран состав корундовой керамики, который содержит помимо классических минерализаторов добавки оксидов стронция и кальция, которые обеспечивают повышенные диэлектрические свойства корундовой керамики.
2. Керамическая композиция была получена по спёковой технологии с промежуточным отжигом стеклообразующей композиции для получения фазы кордиерита.
3. Было получено два вида шликеров с разными добавками в связку. В одном шликере в связку добавлялся воск , а в другом церезин 75. Была произведена оценка вязкости шликеров. Установлено, что добавление церезина 75 приводит к повышению вязкости термопластичного шликера, что положительно сказывается на литейных свойствах шликера и приводит к уменьшению брака при литье .
4. Установлено, что керамика с церезином 75 имеет повышенные значения плотности и твердости, таким образом первичная оценка влияния замены воска на церезин 75 показала свою перспективность и требует дальнейших экспериментальных исследований.
2. Керамическая композиция была получена по спёковой технологии с промежуточным отжигом стеклообразующей композиции для получения фазы кордиерита.
3. Было получено два вида шликеров с разными добавками в связку. В одном шликере в связку добавлялся воск , а в другом церезин 75. Была произведена оценка вязкости шликеров. Установлено, что добавление церезина 75 приводит к повышению вязкости термопластичного шликера, что положительно сказывается на литейных свойствах шликера и приводит к уменьшению брака при литье .
4. Установлено, что керамика с церезином 75 имеет повышенные значения плотности и твердости, таким образом первичная оценка влияния замены воска на церезин 75 показала свою перспективность и требует дальнейших экспериментальных исследований.
