Способ изготовления керамических изделий
О П И С А Н И Е ()927780
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Советскип
Социапнстическнк
РеспуЬпнк
К 4ВТОРС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополннтельное к авт. санд-ву(22)Заявлено 02.0 1.80 (21) 2862055/29-33 с прнсоеднненнем заявки № (23) ПриоритетОпубликовано 15.05.82, Бюллетень № 18 (51)М. Кл.
С 04 В 35/00 (еоудерсткиный комитет па делом изаоретеиий к открытий (53) УДК 666.762. .22 (088. 8) Дата опублнковання описания 15.05.82
А.И.Акимов и И.В.Попова (72) Авторы изобретения (71) Заявнтель
Институт физики твердого тела и полупро
AH Белорусской ССР (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ
Изобретение относится к технологии изготовления керамических материалов, преимущественно керамических материалов, используемых в радиоэлектронике.
Известен способ получения керамических материалов для изготовления конденсаторов, пьезоэлектрических датчиков, электромех нических преобразователей, состоящий в предварительном прессовании заготовки из исходного порошка и последующем обжиге при температуре большей 1000оС в течение нескольких часов. Весь процесс длится десятки часов (11.
К недостаткам этого способа следует отнести длительность технологического процесса и высокие температуры обжига. Кроме этого, не всегда можно получать указанным способом плотные керамические изделия.
Известен также способ изготовления высокоплотных керамических изделий методом горячего прессования, заключающийся в том, что при температуре спекания к заготовке прикладывают определенное давление. Температура обжига выше 1800оС, длительность процесса десятки часов (2J.
Однако одновременное приложение к заготовке температуры свыше 800 С и давления порядка 1 ° 10 Па осуществ8 ляется технически сложными способами. to
Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления высокоплотных керамических изделий, включающий предварительное формованив заготовки путем изостатического т5 прессования при комнатной температуре. Причем, после изостатического прессования при давлении (1,5-3,6) х х10 Н/м проводится спекание (3 ).
Недостатками указанных способов являются достаточно высокая температура обжига, длительность и сложность технологического процесса.
9277
Цель изобретения - снижение энергозатрат за счет исключения термообработки.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления изделий, включающему формование заготовки путем изостатического прессования при комнатной температуре, после формования к заготовке прикладывают давление 8 10 200 ° 10 ИПа и выдер- 10 живают в течение 0,5-60 мин до достижения плотности, близкой к теоретической.
При обычном высокотемпературном спекании порошков все процессы прямо или косвенно связаны с количественными и качественными изменениями контакта между частицами. Основным процессом, приводящим к росту величины контактной поверхности при спекании, является перемещение атомов к контактным участкам, вызванное различными в подвижности атомов. Этот процесс сопровождается сближением частиц — усадкой, т.е. происходит увеличение плотности. Иожно предположить, что при сжатии порошка происходит увеличение контакта между частицами.
Чем выше сжимающее усилие, тем больше поверхность контакта. Чем больше поверхность контакта, тем больше силы сцепления. Следовательно должны существовать такие усилия, при которых силы сцепления между частицами не меньше, чем силы сцепления между
З5 частицами у керамики, полученной обычным высокотемпературным способом.
Это удается осуществить при давлениях 8-10 -200 ° 10 ИПа.
Предлагаемый способ осуществляют
40 следующим образом.
Предварительно прессуют заготовку иэ исходных порошков получаемого керамического материала с размером зерна <1 мкм при давлении 6.10 a lla.
Затем помещают заготовку в аппарат
45 высокого да вления. Да вление поднимают до величины 8 ° 10 ИПа в течение
10-20 с и фиксируют, а температура поддерживается комнатной, выдержка при указанных условиях 0,5-60 мин.
Предлагаемый способ может быть осуществлен в известных устройствах высокого давления.
Изготовлено 16 образцов керамического титаната свинца при следующих давлениях, ГПа: 8; 30; 60, 85.
Длительность получения образцов, мин: О, 5> 3, 30, 60. Образцы полу80
4 чают по следующей схеме. Предварительно спрессованная заготовка при давлении прессования 60 ГПа помещается в аппарат высокого давления.
Давление поднимается до заданного за 10-20 с и фиксируется. Отключается электромотор гидронасоса и давление выдерживается в течение заданного времени. По истечении срока выдержки образца под давлением, давление сбрасывается и исследуются его свойства: определяется плотность, водопоглощение, диэлектрическая проницаемость и потери, удельное злектросопротивление, пористость.
В исследованном интервале давлений и времен плотность полученных при давлении 30 ГПа и выше не зависит ни от давления, ни от времени, при которых образцы получают и составляет 7,82 г/см .
Свойства керамики, например титаната свинца, в зависимости от условий получения приведены в табл. 1.
Плотность образцов, полученных при 8 10 ИПа, меньше плотности образцов, полученных при других давлениях на 8ф. Подобная зависимость характера и для других исследованных характеристик.
Э
В табл. 2 приведены конкретные примеры изготовления высокоплотной керамики данным способом в сравнении с известными способами. о
Высокое значение диэлектрических потерь у керамики титаната свинца, полученной горячим прессованием можно объяснить тем, что в этом процессе не обеспечиваются нейтральные или слабоокислительные условия, что приводит к переходу четырехвалентного титана 8 низкие валентности, в результате чего и увеличиваются потери. При получении же керамики предложенным способом кислородный баланс не нарушается и титан остается четырехвалентным, что не может увеличить диэлектрические потери.
Таким образом, как видно из таблицы 2,предложенный способ получения керамики позволяет значительно сократить знергозатраты за счет исключения термообработки и уменьшить токсичность производства. Кроме того, полученная предложенным способом керамика обладает хорошим диэлектрическими свойствами в сравнении с известной.
° 1!
gp 1
1 й
З м
ОО
° \
С j<
<О
<<< I
I
1
СО
Ю л
1
I
<
I
1
I
1
1 .1 о
LA
Ю о!
Ю о!
Ю о о
LA о
<О о
СЧ
С1
<4Ъ
Ч о
<ФЪ о о О
CV
CI
Ю о о о
Ф о о м о
Ю о
I б
X 1
X 1
X I
LA
° Ь
C) о
<Ч
C)
СЧ! щ 3 б
1 б 1
Y 1
I 1
1
Kl 1
E 1
0 и !
L 1
1 б
1 в
Q I
r
У
Сж 1
I о
О 1
О
CO 1
I
1 е ! и
О < б" дФ <
X I а
О 1
1
1 й
° М
О X 1
1 1
1 1 (р <
1 Ql I
I М 1
1 1
I I
1 I
1 I
1 1
I I
1 I
1 1
1 I
1. г
1 1
1 I
I Ф
<- o
1 о
1 < ! I
1
1
i <<< I
<б Ю I б
1 !
9.27780
LA СЧ
Л «О
В л л м м
CO. CO
Ю ° \ л л о о о о ф
Ю A
<<Ъ фб е о о
LA O
СЧ CV о
° ° ь о о
00 0О л
LA о е м о о о
СЧ CV о а 0 аО л
A о о
LA
% о
<О л о м
С<
ФЧ
LA
OCI
927780
Т а б л и ц а 2
Показатели
Состав
РЬТгО с добавкой
0,0190 Нпо, по-. лученный по обычной керамической технологии
РЬТ10, полученный горячим прессованиегл
РЬтгО
Плотность g,,г/см
7,82
7,74
7,85
Диэлектри ческая проницаемость .., 175
155
2000
Диэлектрические потери t gd
О, 03.10
0,7-0,8 ° 10
50 10
Удельное электросопротивление г:г
Ом-см
10"" - 101" -2,6 3
1О
Пористость, 3
Водопоглощение, 3
1 5
0,1
Давление получения, МПа
30 .10
Давление прессованием
300 10 Па
Избыточного давление нет
Температура получения, OC
1140
1000
Длител ь ност ь процесса получения, мин
1000
1000
Формула изобретения
ВНИИПИ Заказ 3159/33 Тираж 640 Подписное
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Способ изготовления керамических изделий, включающий формование заготовки путем изостатического прессования при комнатной температуре, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат за . счет исключения термообработки, после формования к заготовке прикладывают давление 8 -10 -200-10 МПа и выдерживают в течение 0,5-60 мин до достижения плотности, близкой к теоретической.
Источники информации, 45 принятые во внимание при экспертизе
1. Глозман И.А.Пьезокерамика.
М., "Энергия", 1972, с. 82.
2. Самсонов Г. В. и др. Горячее прессование. Киев.из-во технической
5о литературы УССР, 1962, с. 152-180.
3 ° Патент ФР Г Ю 2 311? 32, кл. С 04 В 35/46, опублик-1977 (прототип).
