Способ спекания оксидного керамического материала

 

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/см<SP POS="POST">3</SP>, коэффициент нелинейности 36-99. 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (50 4 С 04 В 35/64"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А9ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 ,(21) 4326197/23-33

i(22) 06.1i.87 (46) 15. 11.89. Бюл. Р 42 (7.1) Уральский политехнический институт им. С.М. Кирова (72) И.С. Семириков, Т.Ф. Тельных и А.В. Зострецова (53) 666.655(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

0 1143239, кл. Н 01 С 7/10, 1986.

Авторское свидетельство СССР

9 908775. кл. С 04 В 35/64, 1980. (54) СПОСОБ С !ЕКАНИЯ ОКСИДНОГО

КЕРАМИЧЕСКОГО ИАТБРИАПА (57) Изобретение относится к керамической технологии и может быть использовано при изготовлении малогабаритных изделий из варисторных материалов, применяемых в ограничителях перенапряжения. Цель изобретеИзобретение относится к керамической технологии малогабаритных изделий варисторных материалов и предназначается для использования в ограничителях перенапряжения.

Цель изобретения — регулирование усадки, увеличение 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 входили следующие оксиды, мас.%: Bi 0> 25,21;

Ип О 8,4; Со О 10,08; Sb Oq 29,43;

2 ния - регулирование усадки и увели-, чение коэффициента нелинейности керамического цинкоксидного материала, Новым является то, что в интервале йнтенсивного спекания материала (700-10000С) ведется циклический подъем температуры (ЬТ цикла состав ляет «+50-75 С в течение 20-30 мин), что ведет к замедлению и выравнива.нию 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 удучшает электрофнзические свойства оксидно-цинковой керамики.

Плотность получаемого материала

5,49-5,5 г/см, коэффициент нелинейности 36-99.. 4 ил., 1 табл..ЕгО 12,6; Н ВО 12,6, кальций стеариьовокислый 1 68.

Установлено, что усадка при иэотермическом спекании описывается математической зависимостью

61 (1) о

61 где — — относительная усадка; ! о — вр емя спек ан ия, мин; и — пок аэ атель степени, равный для исследованной цинкоксидной керамики;

1521734

Азу (О/КТ), (2) 10

Свойства

Рекимные параметры

Ял отность, ре г/см

Скорость T „„, усадки i C интервале

700«1000+ 30 С, мин

Время цикла, мин5

Коэффициент нелинейности, Усредненная скорость подъема тем пературы в интервале

700-1000азо

С/мин

Скорость подъема тенпературы в интервале, С/нин

Ивмененн температ ры по ци в

m, 67, го-7оо

000004 зо с усреденная) 700»

1ООО

1ООО

1ООО

1ООО

1,2 ° IO

1,5 10

0 7. О-Ъ

0,9 10

5,49 36-99

5 49 39-99

5,50 36-99

5 50 36-99

2О зо зо

1,В

1,91

0,66

1,О4 зоо зоо гоо

1ОО

Протозоо

4,0- 10!

070 5,50 13-20 го

12О ч

- тенпература начала спекания, определенная по кинетическим кривым (фиг. 3). и 0,66-0,80 при t = 870-970 С; и 1 при 870 > t > 970 С;

k — - константа скорости усадки.

Константа скорости усадки зависит от температуры по уравнению

Аррениуса где Т вЂ” абсолютная температура;

Я - энергия активации спекания, кДж/моль К.

Иэ 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 все .процес- 20 сы, связанные с диффузией, протекают иайболее активно. На первом участке нагрева до 900 С энергия активации спекания составляет 496 кДж/моль К, на втором - выше 900 С, 320.кДж/моль-К.

На фиг. 2 представлены исследованные режимы нагрева и усадки кера" мики. При непрерывном нагреве со скоростью 200 С/ч основная усадка . о проходит нри температурах 850-950 С. в течение одного часа нагрева (кривая 1). Нрименение циклического о: нагрева с амплитудой +(50-75 С) при шаге 20-30 мин (кривая 2) позволило непрерывно регулировать (замедлять или ускорять) усадку. При замедления скорости усадки в интервале 850950 С, когда наблюдается наибольшая диффузия вещества, более полно протекают химические реакции в спекаемом 40 материале. При этом сохраняется длительное время-пористое состояние, 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 проходит как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения. Усадка при непрерывном нагреве завершается при 1100 С, при циклическом — при 1000 С. Замедление скорости усадки в наиболее активный период приводит к завершению усадки при более низких температурах.

На фиг. 4 приведено снижение температуры спекания при замедлении скорости усадки с 4 10 Вдо 1 ° 10 3 мин

Снижение температуры спекания позволяет снизить потерю летучих KQMпонентов Bi20» Sb 205, Mnz03 и др.

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

Формула изобретения

Способ спекания оксидного керамического матер..зла путем непрерывного подъема температуры со скоростью

100-300 град/ч с последующим циклическим нагревом и охлаждением с общей продолжительностью цикла 20-30 мин, о т л и,ч а ю шийся тем, что, с целью регулирования усадки и увеличения коэффициента нелинейности керамического цинкоксидного материала, циклическое температурное воздействие начинают при температуре начала усадки s интервале ?00-1000 С при изменении температуры в пределах цикла 5075 С.

1521734