Обжиг фарфоровых изделий является важным, в ряде случаев завершающим процессом производства. В процессе обжига, преимущественно в стадии нагрева, удаляется вода, выделяются газы, происходят полиморфные превращения материала, изменяются размеры и плотность, образуются кристаллические и аморфные фазы и происходят другие процессы. Обжиг и охлаждение ведутся при заданных температурном, газовом и гидравлическом режимах с учетом габаритов изделий и конструкции применяемых печей. Для обжига фарфоровых изделий используют пламенные печи периодического и непрерывного действия, для малогабаритных изделий и изделий специального назначения — электрические печи периодического и непрерывного действия с использованием силитовых и других нагревателей и на основе дисилицида молибдена, а иногда нагревателей с защитной средой. Обжиг керамических изоляторов является наиболее дорогостоящей операцией технологического процесса приготовления фарфора. Для обжига крупногабаритных изоляторов также используют пламенные печи периодического действия, круглые (горны), прямоугольные, одно-, двух- и трехэтажные, со стационарным или выдвижным подом. Рабочий объем круглых печей, используемых в производстве, составляет от нескольких до 120 м3. Нагрев печей производится за счет тепла от сгорания жидкого или газообразного топлива; продукты сгорания поступают в рабочую камеру и обогревают находящиеся в горне изоляторы; охлаждение производится воздухом, проходящим через камеру с обожженными изоляторами. Обжиг изделий в пламенных печах периодического действия производится в капселях, устанавливаемых на поду печи. Обжиг в больших круглых печах требует большого расхода топлива и затрудняет механизацию процесса загрузки изоляторов.
За последние годы начали применять прямоугольные камерные печи объемом до 80 м3 с высоким подом, особенно для обжига однотипных крупногабаритных заготовок изоляторов стержневого типа, применение которых позволяет механизировать и трудоемкие технологические процессы, повысить производительность труда, сократить цикл обжига, снизить удельный расход энергии, автоматизировать режим и среду обжига.
Печи непрерывного действия дают возможность бесперебойного выпуска готовой продукции при меньшем расходе топлива. Они значи-тельно экономнее периодических печей. Условия труда обслуживающего персонала значительно лучше, чем при работе на периодических печах.
Туннельные печи дают возможность для механизации и автоматизации процесса обжига. По этим причинам туннельные печи широко применяются для обжига большого ассортимента изоляторов и являются наиболее перспективными. Для обжига фарфоровых изоляторов используются туннельные печи нескольких типов длиной 140, шириной до 2,3 и высотой до 2,2 м. Обжигаемые изделия устанавливаются в вагонетках, футерованных огнеупорным материалом. Режим обжига (температурные, газовые и гидравлические параметры) по всей длине печи контролируется контрольно-измерительными приборами и во времени остается постоянным.
Основой правильного ведения процесса обжига является соблюдение температурного и газового режима (создание нейтральной, окислительной или восстановительной среды). Режим обжига выбирается в зависимости от свойств материалов и размеров изделий. Фактическая температура обжига, изделий может несколько отличаться от оптимальной, что не отражается на качестве изделий (в пределах интервала спекшегося состояния). Этот интервал является важной производственной характеристикой электрокерамического материала: для разных материалов он находится в пределах 10—80 К. Температура обжига для различных керамик составляет 1100—2000 °С и более./3/
4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И МЕТАЛЛИЗАЦИЯ КЕРА-МИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Механическая обработка. В современной технике находят широкое применение керамические изделия, соответствующие жестким требованиям по точности размеров, форме и чистоте обработки поверхности. Обеспечить выполнение таких требований способами обычной керамической технологии не представляется возможным. Изготовленные изделия всегда имеют незначительные отклонения размеров от заданных, обусловленные некоторой нестабильностью усадки в процессе сушки и обжига. Значения усадки зависят как от состава материалов, так и от некоторых технологических операций./7/
Для получения керамических изделий, имеющих точные размеры и высокую чистоту поверхности, используют механическую обработку обожженных изделий путем шлифования. Для шлифования в основном используют шлифовальные круги и реже порошки из абразивных материалов: алмаза, нитрида бора, карбида кремния, электрокорунда и др. (см. приложения, табл. 12).
Механическая обработка керамических изделий всеми видами шлифования осуществляется абразивными инструментами из карбида кремния и алмаза различной зернистости. Для шлифовки применяют шлифовальные круги, головки, бруски и сегменты соответственно шлифуемой поверхности.
Максимальная рабочая скорость абразивного инструмента обусловливается типом связующего материала. Так, для алмазного шлифовального круга на керамическом связующем рабочая окружная скорость составляет 25 м/с, а на фенолформальдегидном — до 35 м/с.
Для обработки керамических изоляторов, обладающих высокой твердостью и хрупкостью, наиболее эффективным является алмазный инструмент на металлическом и фенолформальдегидном связующем. Алмазный абразивный инструмент на металлическом связующем используется в основном для чернового шлифования керамики, а на фенолформальдегидном связующем — для окончательного, чистого шлифования.
Алмазные круги на металлическом связующем имеют более длительный срок службы. Для черновой обработки керамических изделий используют крупнозернистые абразивные круги, а для окончательной чистовой обработки поверхности применяют тонкозеристые абразивные инструменты.
Для шлифования керамических изделий используют обычные металлообрабатывающие станки: токарно-винторезные со шлифовальной головкой, токарно-карусельные, шлифовально-карусельные, универсально-шлифовальные и др. Крепление керамических изделий на станке производится при помощи специальной технологической оснастки, обеспечивающей прочное и безопасное положение детали в работе.
Режимы шлифования керамических изделий зависят от свойств керамического материала, от показателей используемого абразивного инструмента и устанавливаются экспериментально. При черновой обработке изделий в большинстве случаев толщина слоя, снимаемого шлифовкой за один проход, составляет примерно 0,25 мм, а при чистовой — 0,005— 0,025 мм.
Для охлаждения в процессе шлифования применяют 2—5 %-ный водный раствор кальцинированной соды, который подают со скоростью 20 л/мин.
При круглом шлифовании наружной поверхности изоляторов цилиндрической формы обрабатываемый изолятор и шлифовальный круг вращаются в одну сторону, а при обработке круглых внутренних поверхностей керамических изделий шлифовальный круг и обрабатываемая деталь вращаются в противоположные стороны. Шлифование торцевых поверхностей цилиндрических изделий может производиться на плоскошлифовальном станке с использованием соответствующей оснаст-ки./10/
Металлизация керамики. Металлические покрытия на поверхности керамики могут служить электродами конденсаторов, испытуемых образцов, витков катушки индуктивности или промежуточным слоем для соединения керамики с металлической арматурой посредством пайки.
Металлические покрытия керамики можно осуществлять методами вжигания металлосодержащей краски (пасты), испарения и конденсацией металла (серебра, золота, никеля, палладия и др.) в вакууме, химического осаждения, шоопирования и др.
Металлические покрытия должны обладать хорошей электропро-водностью (особенно для высокого напряжения высокой частоты) при малой толщине электродного слоя. Для таких покрытий чаще всего применяют благородные металлы (в основном серебро и палладий), устойчивые к окислению. Покрытия, предназначенные для последующей пайки с металлической арматурой, производятся из тугоплавких металлов в сочетании с различными добавками.
Вжигание паст — наиболее распространенный способ металлизации. Основным компонентом металлосодержащей пасты является окись серебра, азотнокислое серебро или тонкодисперсный порошок металлического серебра. Для спекаемости покрытия и хорошей адгезии по отношению к поверхности керамики в пасту вводятся 5—7 % (по массе) плавней в виде борнокислого свинца, оксида висмута или других соединений висмута. Компоненты пасты смешиваются с органическими связующими, представленными раствором канифоли в скипидаре или смесью скипидара с касторовым маслом до получения однородной массы. Паста, изготовляемая промышленностью на специализированных заводах, содержит 55— 70 % (по массе) металлического серебра.
Нанесение серебряной пасты на керамические изделия производится вручную кисточкой, пульверизатором, окунанием, а в массовом производстве — шелкографией. Нанесенные покрытия сушат при температуре 80—150 °С в термостатах или в проходных сушилках. Обжиг производится при температуре 750—850 оС в муфельных или проходных печах в воздушной среде. В процессе обжига покрытия в интервале температур 200—400 °С, т. е. при выгорании органической связки, подъем температуры должен быть замедленным во избежание вспучивания покрытия и образования трещин на металлизированной поверхности. Режим вжигания серебряной пасты устанавливается экспериментально. Он зависит от нагревостойкости керамики, размеров и конфигурации металлизируемого изделия. Длительность процесса может составлять 5—35 ч.