ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1998 года по МПК C04B35/10 C04B35/18 

Изобретение относится к электротехнической, электронной промышленности и может быть использовано для изготовления электроизоляционных изделий, в частности оснований для резисторов.

Известна шихта для изготовления керамического материала М-4, используемого для оснований постоянных резисторов, содержащая глину Часов- Ярскую - 19%, каолин Глуховецкий сырой - 15%, оксид алюминия (Al₂O₃) - 11%, углекислый барий (BaCO₃) - 8%, каолин обожженный - 45%, тальк - 2% [1].

К недостаткам материала М-4 относятся малая теплопроводность (1,7 Вт/м^oК) и низкая механическая прочность (98 МПа), что связано с низким содержанием оксида алюминия.

Известен состав шихты для изготовления более прочного высокоглиноземистого керамического материала, содержащий глинозем 75-80%, глину - 10-15%, бентонит 5-7%, углекислый барий 3-5% [2].

Недостатком данного материала является высокая температура спекания (1450-1480^oC).

Известен состав шихты для изготовления высокоглиноземистого керамического материала, выбранный в качестве прототипа, содержащий мас.%: глинозем 60-65, глина 25-26, тальк 1,5-2,0, мрамор 2,5-3,0, углекислый барий 3,0-4,0, силикат циркония 3,0-5,0 [3]. У прототипа интервал спекшегося состояния невелик и составляет 15-25^oC. Это можно объяснить тем, что использование углекислых солей кальция и бария сокращает интервал спекшегося состояния за счет выделения в процессе спекания углекислого газа (см. Богородицкий Н.П. и др. Радиокерамика, М.: Энергия, 1963, с. 74-75; Белинская Г.В. и др. Технология электровакуумной и радиотехнической керамики. М.: Энергия, 1977, с. 76).

Еще одним недостатком прототипа является сравнительно низкая теплопроводность, которая будет находиться в пределах 4-8 вт/м^oК (Батыгин В.Н. и др. "Вакуумплотная керамика и ее спаи с металлами". М.: Энергия, 1973, с. 72), что можно объяснить более низким содержанием глинозема у прототипа 60-65% против 71-74% (источник тот же, с. 72-73), а также наличием в составе прототипа соединений бария, обладающих весьма низкой теплопроводностью (Химическая энциклопедия, т. 1. М. "Советская энциклопедия", 1988, с. 243).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение интервала спекшегося состояния и повышение теплопроводности. Для решения указанной задачи шихта для изготовления высокоглиноземистого керамического материала, включающая глинозем, глину, тальк и минерализатор, соединение щелочноземельного элемента, согласно изобретению, в качестве минерализатора содержит титанат кальция и в качестве дополнительного пластификатора бентонит при следующем соотношении компонентов,в мас.%:
глинозем - 71-74
глина - 14-19
тальк - 1,5-2,5
титанат кальция - 3-4
бентонит - 4,5-6,5.

Использование в качестве минерализатора титаната кальция вместо углекислых солей кальция и бария позволяет исключить выделение в процессе спекания углекислого газа, увеличить вязкость стеклофазы и, следовательно, расширить интервал спекшегося состояния.

Введение тонкодисперсного бентонита позволяет сохранить необходимую пластичность материала. Кроме того, более высокое содержание в составе шихты глинозема и исключение из него углекислого бария позволяют повысить теплопроводность керамического материала.

Указанный состав имеет существенные отличия от прототипа, то есть является новым; не следует явным образом из изученного уровня техники, то есть имеет изобретательский уровень.

Керамический материал заявленного состава может найти широкое применение в промышленности, то есть соответствует критерию "промышленная применимость". Сущность изобретения поясняется представленной на чертеже схемой технологического процесса подготовки компонентов и изготовления керамического материала из заявляемой шихты и таблицами, где в табл. 1 представлены составы шихт, из которых были изготовлены образцы керамических материалов для испытаний, а в табл. 2 - результаты испытаний.

Высокоглиноземистый керамический материал из заявляемой шихты получали следующим образом.

Все компоненты за исключением глинистых материалов подвергали измельчению и смешиванию в планетарной мельнице мокрым способом при соотношении материал : вода : мелющие тела= 1:1,2:5 до удельной поверхности 8000-9000 см²/г. Затем к полученной смеси добавляли в виде водного шликера глинистые материалы -глину Часов-Ярскую и Огланлинский бентонит.

После удаления влаги методом сушки в сушильном шкафу при температуре 120^oC±10^oC до остаточной влажности 8-10% из данной массы готовили пресс-порошок двукратной протиркой через сито 0355, из которого прессовали образцы с удельным давлением 100-120 кг/см² для испытаний по ОСТ.0309-86 УП В 3,5.

Образцы подвергали спеканию в электрической щелевой печи непрерывного действия при температуре 1360-1400^oC.

Примеры конкретного выполнения.

По приведенной выше схеме были изготовлены образцы керамических материалов, соответствующие семи составам шихт (см. табл. 1).

В состав 1 глинозема, талька и бентонита больше нормы, предусмотренной данным изобретением, а титаната кальция и глины меньше нормы. В составе VII глинозема, талька и бентонита меньше нормы, а титаната кальция и глины больше нормы. Остальные составы (II-VI) содержат все компоненты в заявляемых пределах.

Физико-технические свойства изготовленных керамических материалов и прототипа представлены в табл. 2.

Анализ физико-технических свойств показывает, что состав 1 имеет высокую температуру спекания - 1400^oC и низкую механическую прочность - 171 МПа.

Состав УП отличается высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь - 13,1. Остальные составы (II-VII) характеризуются удовлетворительными значениями исследуемых характеристик.

Более высокие значения механической прочности у прототипа объясняются тем, что образцы керамических материалов из заявляемой шихты изготавливались методом прессования, а образцы прототипа - методом экструзии.

Для сравнения в табл. 2 приведены свойства образцов керамического материала состава IV¹, аналогичного по составу материалу IV, которые были изготовлены методом экструзии в производственных условиях по технологической схеме, представленной на чертеже, механическая прочность на изгиб составляет 307 МПа (300-319 МПа у прототипа), а температуре спекания 1320^oC (1355-1365^oC у прототипа).

Таким образом, заявляемый состав шихты позволяет получить высокоглиноземистый керамический материал с широким интервалом спекшегося состояния (1360-1600^oC) и сравнительно высокой теплопроводностью (9,5-10,5 Вт/м^oК).

Использование: электронная и электротехническая промышленность, электроизоляционные изделия, в частности основания для резисторов. Сущность изобретения: шихта для изготовления высокоглиноземистого керамического материала содержит следующие компоненты в мас.%: глинозем 71-74, глина 14-19, тальк 4,5-6,5, титанат кальция 3-4 и бентонит 4,5-6,5. Использование шихты обеспечивает расширение интервала спекшегося состояния и повышает теплопроводность материала. 2 табл., 1 ил.

Шихта для изготовления высокоглиноземистого керамического материала, включающая глинозем, глину, тальк и минерализатор соединение щелочноземельного элемента, отличающаяся тем, что она содержит в качестве минерализатора титанат кальция и в качестве дополнительного пластификатора - бентонит при следующем соотношении компонентов, мас.

Глинозем 71 74
Глина 14 19
Тальк 1,5 2,5
Титанат кальция 3 4
Бентонит 4,5 6,5н