Способ изготовления поликристаллических изделий и шликер для литья поликристаллических изделий Советский патент 1982 года по МПК C04B35/00 B28B1/26 

иитно-анизотропноё изделие, которое затем намагничивают 2. Такой способ можно было бы перенести на материалы, обладающие электрическим дипольным моментом, но электрический дипольиый момент, даже если он присущ неко торым материалам, долго существовать не может. Он компенсируется за счет различных механизмов проводимости. Наиболее близок к предлагаемому способ изготовления поликристаллических изделий из пиро- и пьезоэлектрического материала пу тем пироэлектрической обработки, по которо му изделие формуют из крупно- или мелкозернистых порошков пироэлектрических материалов,- обладающих собственным электрическим Дипольным моментом, зависящим от температуры. Порощок до и/или во время у лотнения в изделие или затвердевания вяжущего или пластмассы подвергают действию электрического поля. Компенсацию ди польного момента за счет проводимости пред отвращают изменением.температуры порощка находящегося в электрическом поле. Если скорость компенсащ1и дипольного момента меньще скорости изменения температуры, то электрическое поле эффективно воздействует на нескомпенсированный дипольный момент И ориентирует частицы порошка. Способ изготовления текстурованных изде лий из пироэлектрических материалов путем пироэлектрической обработки применим толькок узкому классу пироэлектрических материалов, характеризующихся тем, что они обладают спонтанной электрической поляризацией, которая изменяет свою величину при изменении температурыС37. Однако известный способ не позволяет по лучить на кристаллической частице электрический дипольный момент, неколлинеарный полю и способный существовать длительное время, что в свою очередь, не позволяет ориентировать кристаллические частицы элект рическим полем. Процесс уплотнения сориентированных частиц порошка в .изделие играет большую роль, так как от него зависит окончательная степень ориентации частиц в изделии. Уплотнение изделия осуществляют литьем керамич ких изделий из водных суспензий. Известен, например, водный литейный щликер влажностью 30-40% с добавками поверхностно-активного вещества (соляная кислота) до 1 вес. % 4. Литейные шликерь, применяющиеся для литья керамических изделий, непригодны для изготовления текстурированных изделий в электрическом поле, поскольку они не при4способлены длк работы в сильных электрических полях и имеют высокую концентрацию твердой фазы, что не позволяет частицам порошка свободно разворачиваться под действием поля на начальных стадиях процесса уплотнения. Цель изобретения - изготовление текстурированных изделий из материалов, обладающих анизотропией диэлектрической проницаемости. Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления поликристаллических изделий путем приготовления исходного . порощка, формования изделия при одновременном воздействии электрическим полем с последующим спеканием формование осуществляют литьем в пористые формы из шликера на основе жидкого диэлектрика в Переменном во времени периодическом электрическом поле положительной иотрицательной полярности с периодом, .меньшим удвоенного времени жизни электрического диполя, наведенного на любой частице порошка. Изделие после литья охлаждают до температуры, ниже температуры застывания диэлектрика и вынимают из формы при этой температуре. При этом щликер для литья поликристаллйческих изделий, содержащий жидкий диэлектрик, керамический порошок и 0,1 1,0 об.% поверхностно-активного вещества, содержит указанные компоненты в следующем соотнощении, об. %: Поверхностно-активное вещество0,1-1 Жидкий диэлектрик Остальное Шликер содержит жидкий диэлектрик, обладающий диэлектрической проницаемостью, близкой к минимальной диэлектрической проницаемости частиц керамического порошка. Вследствие анизотропии диэлектрической проницаемости частицы направление наведенного дипольного момента не совпадает с направлением вектора напряженности внешнего электрического поля при произвольной начальной ориентации частицы. Поэтому на частицу действует механический вращающий момент, который вращает частицу до тех пор, пока направление максимальной диэлектрической проницаемости не становится параллельным направлению вектора напряженности внешнего электрического поля. Направление максимальной диэлектрической проницаемости частицы определяется свойствами решетки, поэтому частицы порошка ориентируются в поле в соответствии с кристаллографической симметрией кристаллической решетки. Для . предотвращения компенсации составляющей дипольного момента, непараллельной вектору напряженности электрического поля и обусловленной процессами проводимости, используется переменное во времени электрическо Поле. Если скорость компенсации диполи меньше скорости изменения напряженности поля, то диполь эффективно взаимодействует с полем на протяжении - всего времени изменения поля. Применение периодических полей положительной и отрицательной полярности позволяет значительно продлить время взаимодействия наведенного диполя с внешним полем и довести его до времени, в течение которого существует внешнее поле. При этом важную роль играет период внешнего поля, который должен быть меньше удвоенного времени жизни неколлинеарной полю составляюшей дипольного момента, наведенного на любой частице порошка. Жидкие диэлектрики rie приспособлены дл выполнения функций вяжущих, они медленно испаряются, поэтому для придания механической прочности отформированному путем литья изделию его охлаждают до температуры ниже температуры застывания диэлектрика, вы нимают из формы при этой температуре и помещают в капсели для предварительного обжига в засыпке из глинозема. Литейный шликер на основе жидкого диэлектрика должен содержать достаточно большое-количество жидкости, чтобы частицы порошка на начальных стадиях ориентации могли беспрепятственно разворачиваться под действием поля. Для этого-расстояние между соседними частицами должно быть сравнимо размером частиц. Это определяет концентрацию твердей фазы в шликере, составляющую об. 10%. Частицы порошка в электрическом поле могут ориентирова-гься либо в соответствии с диэлектрическими свойствами, либо в соответствии с формой (направление, в котором размер частицы максимален, становится параллельно силовым линиям поля). Когда фор частиц не согласована со свойствами кристаллической решетки, эти факторы могутконкурировать и приводить к неблагоприятной ориентации частиц, особенно сильно вытянуты Величина механического вращающего момента, действующего на частицу эллипсоидальной фирмы в электрическом поле, дается соотнош нием:Г у-6 MH/2E, р ,(€,где М - механический вращающий момент; ЕО - диэлектрическая постоянная вакуума EQ - напряженность внешнего электрического поля; V - объем частицы; ot - угол между направлением максимальной диэлектрической проницаемости частицы и направлением вектора напряженности электрического поля; - относительная диэлектрическая проницаемость жидкости, в которой находится частица; gj(- минимальная диэлектрическая проницаемость частиць порощка; У - максимальная диэлектрическая проницаемость частицы порошка; N)( коэффициенты деполяризации частицы в соответствующих направлениях, зависящие от формы частицы. Из приведенного соотношения видно, что, выбирая жидкий диэлектрик, обладающий диэлектрической проницаемостью достаточно близ кой к минимальной диэлектрической проницаемости частиць, можно существенно снизить или устранить вовсе влияние формы частицы на ориентацию. Иорис-гая форма, используемая для литья изделий по предлагаемому способу, должна быть снабжена обоймой из диэлектрического материала, позволяющей производить вакуумирование формы с наружной стороны, а также уплотняющей прокладкой. Текстурованные поликристаллические изделия изготавливают из порошка, содержащего корунд ( oL ) в количестве вес. 98%. Используют порошок с размером частиц до 5 мкм и средней несферичностью частиц Р 1,5-2 (Р ci,) Кристаллы корунда имеют максимальную относетельную диэлектрическую проницаемость 11,53, миниг мальную - 9,35. Уплотнение в изделие осуществляют путем литья в пористую глиноземистую форму. Во время уплотнения изделия порошок подвергают воздействию переменного однородного электрического поля частотой 50 Гц, из- / меняющегося во времени по гармоническому закону, напряженностью 14,5 кВ/см. Изделие имеет форму диска диаметром 58 и высотой 3 мм. Электрическое поле прикладывают в направлении, параллельном плоскости диска. Форму с залитым в нее шликером вакуумируют со стороны донышка до давления 2,66 + + 3,99-10 Па. Шликер состоит из, об.%: порошок 30; жидкий диэлектрик трансформаторное масло 69,5 к поверхностно-активное вещество (олеиновая кислота). Длительность формования изделия в поле 1 ч. Отформованное изделие охлаждают до минус-9СРС, вынимают в охлажденном состоянии из формы и помещают в глиноземистую засыпку . Предварительный обжиг изделий проводят в засыпке при максимальной температуре в течеше 2 ч. Максимальная температура окончательного обжига. 1780 С, время выдержки при максимальной температуре 6ч.

Степень ориентации кристаллической фазы в изделии определяют путем измерения диэлектрической проницаемости изделия, Айизотропия диэлектрической проницаемости в плос394248

кости диска составляет 25-307t по отношению к монокристаллу. (Анизотропия nujJiCKipiiiecкой проницаемости понимается в смысле разности диэлектрических проницаемостей в двух 5 взаимно перпендикулярных направлениях, в которых диэлектрическая проницаемость максимальна и минимальна).

В таблице приведены данные степени ориентации и времени формования в зависимости о 0 концентрации твердой фазы в шликере.

Плотноцгь текстурования образцов после окончательного обжига составляет 3,68 г/см ,

6 - 57,7 кг/ммЯ Диэлектрическая проницаемость в двух взаимно перпендикулярных направлениях имеет значения:

fmdx ra,87,eniin 10,08,ЛЕ 0,79;

та- 10,73,€mir, 10,38,лЕ 0,35

Таким образом, предлагаемый способ изготовления поликристаллических изделий, литейный шликер и пористая форма для его осуществления позволяют получать текстурованные изделия из широкого класса материалов, обладающих анизотропией диэлектрическо проницаемости.

Формула изобретенмя

И отрицательной п&лярности с периодом, меньшим удвоенного времени жизни электрического диполя, наведенного на любой частице порошка.

Керамический порошок10-50

Поверхностно-активное

вещество-0,1-1

Жидкий диэлектрикОстальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

993942410

3.Заявка ФРГ N 2352241,кл. С 04 В 35/00, Госстройиздат, 1960, с. 214. опублик. 1975.5