用陶瓷工藝製造大尺寸可加工絕緣陶瓷材料(1 / 1)

用陶瓷工藝製造大尺寸可加工絕緣陶瓷材料

工藝中有三個關鍵步驟,即原料合成、等靜壓成型和燒成。

雖然製品內主要成分是雲母(氟金雲母),但是用現成的雲母粉碎成細粉,即使添加助燒劑也很難將其燒結成致密的製品,通常需要經過熱壓燒結才可形成致密的製品。熱壓工藝無法生產大尺寸製品,因此為了製造大尺寸致密的可加工氟金雲母陶瓷,必須人工合成所需要的陶瓷粉料。國外曾經報道過用溶膠-凝膠工藝合成氟金雲母粉料,經過等靜壓成型後,燒成為致密可加工雲母陶瓷。該工藝需要以矽的醇鹽為原料,價格非常昂貴,在大量工業化生產中用這種原料是不現實的。通過大量試驗,我們發現可以用普通的商品化的無機化工原料,如氫氧化物、氧化物、碳酸鹽、氟矽酸鹽等,通過充分研磨混合,在嚴格的煆燒溫度下合成出適合製造可加工陶瓷用的含氟金雲母的粉料來。粉料中主要成分是氟金雲母,此外還有一定數量的透長,透長石的存在有助於合成。合成出的氟金雲母晶粒發育得太大,則不利於燒結成致密的製品。另一方麵,如合成出的氟金雲母相數量太少,則最終製品的電性能和可加工性能都會降低。控製正確的合成料成分除了需要準確配料之外,還必須合理選擇合成所用的原料,以及嚴格控製煆燒溫度和保溫時間。煆燒溫度應控製在850~900℃內,保溫時間取決於所用設備的大小和煆燒原料的數量多少,一般需要3h左右。

合成出粉料按一定比例加入助燒劑和有機結合劑、表麵活性劑再入球磨機混合,製成懸浮性、流動性良好的泥漿,打入噴霧幹燥機進行幹燥造粒。為了等靜壓成型時減少粉料間的內摩擦力,促使壓力傳遞均勻,壓成後坯體密度均勻,噴霧造粒,使粉料形成球形團聚體是必不可少的工藝要求。球形團聚體的粒徑應在100~200μm之間。用於噴霧造粒的泥漿中固相含量不能太低,否則所得到的顆粒直徑太小。為了泥漿具有高固相濃度又有良好的流動性,可以采用表麵活性劑。本研究中采用四甲基氫氧化銨作為表麵活性劑,聚乙烯醇作為粘結劑,泥漿中水固比(重量)控製在:固∶水u003d1.2∶1,左右。

等靜壓成型本身控製比較簡單:壓力為180~220MPa,保壓10min左右。所成型的坯體質量在很大程度上取決於所用粉料的均勻性、流動性和含水量,以及所用模具的材料和密封情況。粉料的含水量控製在0.6%左右。

氟金雲母的熔點為1378℃,即使將氟金雲母粉體集合體加熱到熔點附近,它也不能被燒至完全致密。為了通過燒結得到致密的陶瓷製品,必須在素坯中加入助燒劑。本研製中采用硼矽酸鹽玻璃作為助燒劑,添加量大致為氟金雲母粉料的25%~37%,助燒劑量少最終產品的加工性能好,但是強度低,抗電擊穿性也差,反之則強度和抗電擊穿性高,但材料比較脆,加工性差。

由於素坯高度一般在800mm上下,需在特殊的窯爐內燒成如此高的製品,以保證燒成時上下溫度一致。在本研製中采用自上至下分三段用三支熱電偶和三個溫控器分段控製爐溫,使電爐內在垂直方向有一個約900mm高的恒溫區。燒成溫度控製在1150~1200℃之間,保溫時間根據製品大小而定,大致為3~5h。燒成一種外徑\/內徑為240\/150mm,高度為560mm圓筒製品的燒成曲線。