Способ спекания оксидного керамического материала Советский патент 1989 года по МПК C04B35/64 

Изобретение относится к керамической технологии малогабаритных изделий варисторных материалов и предназначается для использования в ограничителях перенапряжения.

Цель изобретения - регулирование усадки, зшеличение коэффициента нелинейности керамического цинкоксидного материала.

Предложенный способ спекания оп- ;робован на оксидно-цинковой керамике состава, мас.%: ZnO 94,05; добавка 5,95. В состав добавки входипи следующие оксиды, мас.%: Bi, 25,21; 8,4; CojOVlO.OB; SbjOs 29,43;

.ZrQ t2,6; HjBOj 12,6, кальций сте- ариновокислый 1,68,

Установлено, что усадка при изотермическом спекании описьгоается математической зависимостью

k

lo

(1)

IT

м

1о

где -т- - относительная усадка;

V - время спекания, мин;

п - показатель степени,

равный для исследованной цинкоксвдной керамики;

n 0,66-0,80 при t 870-970 С;

n 1 при 87О t

k - константа скорости усадки.

Константа скорости усадки зависит от температуры по уравнению Аррениуса

k - А,р(- Q/RT),(2)

где Т - абсолютная температура;

Q - энергия активации спекания, кДж/моль«К.

Из фиг. 1 видно, что наибольшая скорость усадки наблюдается при 900°С. Известно, что скорость усадки определяется коэффициентом диффузии. Следовательно, при 900°С в исследованной керамике всё процессы, связанные с диффузией, протекают наиболее активно. На первом участке нагрева до энергия активации спекания составляет 496 к| /моль К,. на втором-вьще 900 с, 320.кДж/моль-К.

На фиг. 2 представлены иссдедо- ванные режимы нагрева и усадки керамики. При непзрерьшном нагреве со скоростью 200°С/ч основная усадка проходит при температурах 850-950 С в течение одного часа нагрева (кривая 1), Применение Циклического нагрева с амплитудой ±(50-75 С) при шаге 20-30 мин (кривая 2) позволило непрерывно регулировать (замедлять или ускорять) Усадку. При замедлении скорости усадки в интервале 850- 950°С когда наблюдается наибольшая диффузия вещества более полно протекает химические реакции в спекаемом материале. При этом сохраняется длительное время пористое состояние.

5

0

5

0

5

0

мин

рост кристаллических зерен замедлен. Такой режим циклического спекания приводит к снижению конечной температуры спекания на 100-150 с.

На фиг. 3 приведена зависимость усадки исследованной керамики от температуры. Усадка керамики при термоциклировании прохрдйт как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения. Усадка при непрерывном нагреве завершается при , при циклическом - при . Замедление скорости усадки в наиболее активный период приводит к завершению усадки при более низких температурах.

На фиг. f приведено снижение температуры спекания при замедлении скорости усадки с 4 10 до 1-10

Снижение температуры спекания позволяет снизить потерю летучих компонентов , SbjOj-, и др.

В таблице приведены опробованные режимы спекания и некоторые свойства оксидно-цинковой керамики.

Формула изобретения Способ, спекания оксидного керамического матер1.ала путем непрерывного подъема температуры со скоростью 100-300 град/ч с последующим циклическим нагревом и охлаждением с общей продолжительностью цикла 20-30 мин, о тля ч аю щийс я тем, что, с целью регулирования усадки и увеличения коэффициента нелинейности керамического цинкоксидного материала, циклическое температурное воздействие начинают при температуре начала усад- юй в интервале 700-1000°С при измене- НИИ температуры в пределах цикла 50- 75 С.

Способ спекания относится к керамической технологии и может быть использовано при изготовлении малогабаритных изделий из варисторных материалов, применяемых в ограничителях перенапряжения. Цель изобретения - регулирование усадки и увеличение коэффициента нелинейности керамического цинкоксидного материала. Новым является то, что в интервале интенсивного спекания материала (700-1000°С) ведется циклический подъем температуры (Δ Т цикла составляет ±50-75°С в течение 20-30 мин), что ведет к замедлению и выравниванию усадки, наиболее полному протеканию химических реакций в спекаемом материале, замедлению роста кристаллитов и дает возможность завершить спекание при более низких температурах обжига, снижает потерю летучих компонентов. Способ спекания существенно улучшает электрофизические свойства оксидно-цинковой керамики. Плотность получаемого материала 5,49-5,5 г/см³, коэффициент нелинейности 36-99. 1 ил., 1 табл.

- температура начала спекания, определенная по кинетическим кривым (фиг. 3).

--«

0.7

ав о,д fos/j

Фиг, 1

700 see т fffffff гт

Фагз

Фиг. 2

JL

3