Керамическая технология получения ситаллов

По керамической (порошковой) технологии получения ситаллов из расплава стекла вначале получают гранулят, который измельчают и сушат, после чего в него добавляют термопластическую связку и из образовавшейся массы прессованием или шликерным литьем формуют изделия. Затем их спекают при высокой температуре с одновременной кристаллизацией. По сравнению с керамикой аналогичного состава спеченные ситаллы характеризуются более низкими температурами обжига и расширенным интервалом спекания. Порошковая технология позволяет получать из ситаллов термически стойкие изделия сложной конфигурации и малых размеров [3].

Область применения ситаллов

Ситаллы широко используются в промышленности в качестве облицовочного материала, элементов слоистых панелей в конструкциях промышленных зданий. Очень большое распространение в химическом машиностроении получили стеклокристаллические покрытия, наносимые на поверхность различных металлов для защиты их от коррозии, окисления и износа при обычных и повышенных температурах. На предприятиях химической, коксохимической и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности используют ситалловые трубы.

Все шире области применения ситаллов в электронной промышленности. Их используют в качестве диэлектрической изоляции микросхем и межслойной изоляции печатных схем на керамических и других подложках. Ситаллы на основе горных пород (перлита и доломита) рекомендуются для изготовления высоковольтных стержневых и штыревых электроизоляторов. Стеклокерамические корпуса нашли применение для герметизации полупроводниковых приборов и интегральных схем. Литиево-алюмосиликатная стеклокерамика в сочетании с барийалюмосиликатным стеклом в наши дни служит наполнителем в материалах для пломбирования зубов. Применяются также ситаллы в строительстве. В отличие от многих традиционных материалов, применяемых при отделке зданий и сооружений, эти материалы характеризуются комплексом весьма ценных эксплуатационных свойств: повышенной прочностью и долговечностью, морозоустойчивостью, низким водопоглощением, высокой абразивоустойчивостью, способностью длительное время работать в неблагоприятных условиях и агрессивных средах. Стеклокристаллические материалы биостойки, гигиеничны, имеют абсолютную устойчивость к выцветанию под воздействием солнечного излучения и моющих средств. Они относятся к категории негорючих отделочных материалов, под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют, не обугливаются и не выделяют токсичных веществ.

Если в структуре материала преобладает стеклообразная фаза, отдельные кристаллики и кристаллические образования оказываются диспергированными в объеме стекловидной матрицы. К таким материалам относятся авантюриновые стекла, стекломрамор, стеклокристаллит, стеклокремнезит. Если количество кристаллической фазы в структуре материала составляет более 50 – 60%, то стеклофаза выполняет роль цементирующей прослойки, скрепляющей отдельные кристаллы силикатов [2].

Анализ обзора литературы

В данном разделе был проведен обзор литературы по теме исследование в области стеклокристаллических материалов (ситаллов). Рассмотрены свойства и структура стекол, их классификация по составу. Изучено понятие ситалл, рассмотрены его основные свойства, классификация, методы получения и область применения.

Целью данной работы является изучение технологического процесса получения конденсаторных ситаллов с высокой диэлектрической проницаемостью. Во втором разделе представлен расчет шихты, описание технологического процесса и технологическая схема.

Технологический процесс получения конденсаторных ситаллов с высокой диэлектрической проницаемостью

Обоснование выбора состава

Исходное стекло для получения на его основе ситалла должно удовлетворять следующим требованиям:

1. Оно не должно кристаллизоваться в процессе формования из него

изделий и при охлаждении.

2. В то же время оно не должно отличаться особой устойчивостью

аморфного состояния. В определенном температурном интервале стекло должно обладать достаточной склонностью к кристаллизации с образованием мелкокристаллической структуры.

3. Исходное стекло должно быть технологичным, т.е. обладать

приемлемой температурой варки, изготовления изделий и т.д.

4. Исходные составы стекол для получения ситаллов следует выбирать

по соответствующим диаграммам состояния в области ликвидации или примыкать к ней. Выбор таких составов и применение катализаторов создает благоприятные условия для получения микроликвационных систем, обеспечивающих равномерную высокодисперсную кристаллическую структуру ситаллов.

На основе системы BaO-Al₂O₃-SiO₂-TiO₂ получаются ситаллы с высокой диэлектрической постоянной и низкими диэлектрическими потерями ().

Это объясняется синтезом соединения с сегнетоэлектронными свойствами (а именно BaTiO₃). Поэтому ситаллы могут быть использованы для изготовления низкочастотных конденсаторов большей емкости и т.д.

SiO₂ и Al₂O₃ вводятся для улучшения стеклообразования (т.к. это оксиды – стеклообразователи).

F₂ и CaO (понижают Тпл. шихты). Чтобы исключить образование других соединений ВаО вводится в стекло с избытком.

Высокая концентрация SiO₂ и недостаток Al₂O₃ приведет к уменьшению количества BaTiO₃ и значительному снижению диэлектрической проницаемости.

TiO₂ – (оксидный катализатор) применяется при синтезе ситаллов разных составов. Отличается высокой степенью упорядоченной структуры, обуславливающей быструю ее кристаллизацию. Увеличение содержания катализатора приводит к усилению ликвидации стекла. Количество вводимого оксида титана составляет от 5 до 15% и зависит от состава исходных стекол[4].