3.3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПРЕСС-ПОРОШКОВ

  Главная      Учебники - Радиотехника     Технология керамических радио- электронных материалов

 поиск по сайту           правообладателям

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

 

 

3.3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПРЕСС-ПОРОШКОВ

При прессовании изделий порошок должен обладать пластичностью, под которой понимают свойство структурированных систем из твердой и жидкой фаз принимать под влиянием внешнего усилия желаемую форму и сохранять ее после прекращения воздействия или уменьшения его до значения ниже предела текучести. Порошки оксидных РЭМ, находясь после обжига и помола в мелкодисперсном состоянии, несыпучи и непластичны. При засыпке в пресс-формы они образуют полости, арки, своды, мостики, которые могут привести к появлению трещин, расслоений в заготовках в результате сжатия заключенного в массе воздуха и упругого расширения частиц после снятия давления в заготовках. К тому же заготовки будут обладать низкой механической прочностью, что затруднит их выгрузку из пресс-формы, транспортировку, укладку на обжиг и т. п.

Классические керамические смеси на основе фарфора, стеатита обладают природной пластичностью, так как содержат в своем составе глинистые материалы, на поверхности которых находятся крепко связанные силами адсорбции слои ориентированных молекул воды. Непластичные по природе порошковые смеси РЭМ требуют добавления связующих, пластифицирующих и смазывающих веществ для изготовления упрочненных заготовок различных форм и размеров. Количества добавок зависит от способа формования. На свойства изделий, формуемых из порошков, большое влияние оказывают процессы возникновения и роста контактной поверхности. Введение технологических добавок облегчает процессы пластической деформации порошков, позволяет увеличить плотность их укладки и механическую прочность изделий. При полусухом прессовании порошки гранулируют, литье — приготавливают шликер, экструзии — пасту.

Технологические добавки должны удовлетворять следующим требованиям:

быть органического происхождения, исключающего засорение материала;

адсорбироваться и придавать пластичность массе, иметь хорошую смачиваемость;
придавать формованным изделиям достаточную механическую прочность (до спекания);

разлагаться и обладать летучестью при температурах 200— 600°С (473—873 К);

быть химически нейтральными к порошкам и материалам пресс-форм (не прилипать);

не образовывать зольного остатка и неорганических примесей;

достигать эффекта при минимальных количествах; иметь невысокую стоимость.

Гранулирование — это операция, придающая веществу, порошку (суспензии), формы гранул (зерен) приблизительно одинаковых размеров. Перед гранулированием порошок перемешивают со связующими и другими добавками. Известно применение таких веществ, как эфиры целлюлозы, декстрин, искусственные воски, полиэтиленгликоли (карбоваксы), смолы и смольные эмульсии, акрилаты, пшеничная мука, керосин и др. Наибольшее применение в СССР и за рубежом для приготовления пресс-порошков нашел поливиниловый спирт [—СН2СН(ОН)—]„, который является высокомолекулярным полимером, растворимым в воде и не растворимым в органических веществах. В порошок он вводится в виде 10 (15) %-ного водного раствора в количестве 10 % массы порошка (1 % в пересчете на сухой продукт).

Механизм связывания порошков раствором ПВС состоит в образовании большого количества водородных связей с поверхностями кристаллических частиц, а также между собственными макромолекулами. Образуется довольно прочная коагуляционная структура, в которой между твердыми частицами находятся тонкие прослойки раствора спирта, которые как бы склеивают их друг с другом. Данное объяснение построено на основе пачечной структуры полимеров. Структурообразование в присутствии наполнителя (порошка) происходит при взаимодействии пачек макромолекул со свободными гидроксильными группами на поверхности твердых частиц, которые, очевидно, сильнее, чем взаимодействие макромолекул внутри пачек [28, 30, 34, 35].

Из множества методов гранулирования в производстве керамических РЭМ наибольшее применение получили традиционные методы просеивания и протирки через металлические сита с ячейками 0,3—1 мм. В первом случае через сита просеивается пластифицированная масса порошка, во втором — протираются отпрессованные брикеты. Получаемые гранулы — это рыхлые конгломераты неопределенной формы с непостоянными и низкими физикомеханическими характеристиками, с большим количеством пыльных фракций, затрудняющих процесс прессования. Такие пресс-порошки требуют подсушки (естественной или искусственной). Для этого необходимы специальные стеллажи, дополнительные площади и удлинение технологического процесса.

Для получения пластифицированных пресс-порошков широко используется метод распылительной сушки суспензий. Сферическая форма гранул, их гладкая поверхность, широкий спектр гранулометрического состава, повышенные значения насыпной массы, сыпучести, пластичности и т. д. повышают технологичность пресс-порошка при формовании заготовок, что позволяет увеличить точность геометрических размеров (классность) изделий, плотность структуры, износостойкость пресс-оснастки и т. п. Регулируя состав суспензий и режимы распылительной сушки можно эффективно управлять свойствами пресс-порошков. Следует отметить особенности и некоторые закономерности, присущие любым керамическим материалам при получении из них пресс-порошков с комплексом технологических добавок.

Метод сушки распылением при получении пресс-порошков в отличие от традиционных методов просеивания и протирки пластифицированных масс через металлические сита имеет две принципиальные особенности. Во-первых, образование твердых гранул происходит из капель суспензии; во-вторых, процесс формирования макроструктуры гранул — при нагревании. Термический удар может вызвать коркообразование на гранулах с потерей пластичности, нарушение их формы, что осложняет прессование изделий.

Гранулометрический состав пресс-порошков определяет сыпучие свойства и плотность засыпки в пресс-форму. Если частицы одного размера, то наблюдается беспорядочная упаковка, которая обусловливает около 40 % пористости. При введении более мелких частиц промежутки заполнятся и плотность упаковки возрастет. На практике значительного уменьшения пористости достичь не удается, так как нельзя получить совершенного распределения фракций. При смешении частиц двух размеров были получены следующие результаты. Минимум пористости имеет место в массе, содержащей около 70 % грубой фракции. При смешении трех фракций можно достичь пористости около 25 %. Пористость упаковки частиц равна усадке материала при спекании при получении полностью уплотненной керамики (25—40 % объемных равно 8—13 % линейных). Наилучшим образом отвечают требованиям прессования пресс-порошки, полученные распылительной сушкой суспензий.