Курсовая с практикой на тему Технологический процесс получения установочной керамики

Содержание:

РЕФЕРАТ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
РАЗДЕЛ 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Диэлектрические материалы. Классификация 8
1.2 Керамика. Структура и свойства 16
1.3 Классификация технической керамики по различным признакам 24
1.4 Установочная керамика. Классификация. Свойства. Структура 26
1.5 Классическая технология получения керамики 38
РАЗДЕЛ 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ УСТАНОВОЧНОЙ КЕРАМИКИ 40
2.1 Подготовка исходных компонентов 40
2.2 Описание оборудования 45
2.3 Описание технологического процесса. Построение технологической схемы 54
2.4 Факторы, влияющие на процесс. Свойства установочной керамики на основе оксида алюминия 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 68

Введение:

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное развитие новых отраслей науки и промышленности, та¬ких как радиоэлектроника, полупроводниковая, атомная, авиационная, ракетная техника и ряд других, ставит большие и сложные задачи в соз¬дании совершенно новых конструкционных материалов. Отличительной особенностью большинства направлений новой техники является значительная интенсификация рабочих процессов, что практически всегда свя¬зано с ростом рабочих температур и давлений, ускорением энергетических превращений. В связи с этим к конструкционным материалам предъявляются требования высокой механической прочности, огнеупорности, термической, химической устойчивости и ряда других свойств. Кроме того, от ряда материалов требуются особые электрические, радио¬технические и другие свойства. Керамические материалы, применяемые в конструкциях ядерных реакторов, должны, например, обладать высо¬ким поперечным сечением поглощения для широкого спектра нейтронов, высокой механической прочностью и термической устойчивостью. Для изоляционных покрытий космических кораблей, на поверхности которых температура при возвращении на землю через плотные слон атмосферы доходит до 7000°С, необходима высокая огнеупорность и высокая теплоизоляционная способность. Значительная роль в удовлетворении потреб¬ностей новой техники в конструкционных материалах принадлежит но¬вому виду керамики, так называемой технической и специальной [3].
В ряде случаев керамика пришла на смену металлам и другим материалам. Это объясняется не просто выбором нового материала, а превосходством, в определенных условиях службы, свойств технической кера¬мики над ранее применявшимися материалами. Следует отметить, что понятие о керамике и керамических изделиях в современном понимании в принципе не согласуется с традиционным представлением о керамике как изделиях из глины или глиносодержащих материалов. По керамиче¬ской технологии в настоящее время получают: металлокерамику (изде¬лия порошковой металлургии), ферриты, титанаты, изделия из чистых окислов, керметы, карбиды, нитриды, силициды и другие безглиннстые материалы, без которых немыслимо развитие новой техники.
Среди новых областей применения технической керамики – атомная техника (конструкционные и защитные материалы), ракетно-космиче¬ская техника (обтекатели, защитные оболочки и другие детали ракет и спутников), режущие инструменты (керамические резцы), радиоэлек¬троника. радиотехника, телевизионная аппаратура, электронно-счетные машины (ферромагнитпая керамика). Можно назвать большое число сфер применения новой керамики и с уверенностью сказать, что область ее использования будет неуклонно расширяться.
Технические керамические материалы отличаются от традиционной керамики прежде всего тем, что за исключением стеатита, кордиерита и ряда других материалов, требуют специальной очистки или получения исходных сырьевых материалов химическим путем.
Развитие производства технической керамики привело к разработке новых процессов керамической технологии, таких как литье из пластифицированных масс, формование инжекционное, гидравлическое в газо¬вой и твердо-газовой фазах. В последнее время изучаются такие методы, как формование методом импульсов высоких энергий (методом взрыва), спекание в ходе термических реакций, пропитка пористой керамики.
Спекание изделий технической керамики зачастую осуществляется в специальных газовых средах. Техническая керамика отличается от традиционной и тем, что она во многих случаях имеет бессиликатный химический состав. Иногда примеси SiO2 являются причиной значитель¬ного изменения свойств, например, ферритов [7].
Некоторые изделия технической керамики в связи с применением их в ответственных конструкциях подвергают механической обработке, например шлифованию, при этом требуемая точность обработки достигает второго и третьего класса точности. В ряде случаев изготовляются то¬карно-винторезные керамические детали, которые обрабатывают спосо¬бами, принятыми в металлообработке. Часто керамические детали эксплуатируются в жестком контакте с металлическими, в связи с этим разработаны специальные методы соединения керамики с металлом.
Керамические материалы не обладают едиными свойствами. В одних материалах доминирует высокая химическая стойкость, в дру¬гих – высокая термостойкость, огнеупорность, способность к защите от ядерного излучения. В большинстве случаев в них сочетается комплекс свойств, необходимых для их успешной эксплуатации.
В отличие от обычной керамики (например, строительной) и огнеупоров, техническая керамика отличается небольшим тоннажем производства.
В развитии производства керамических материалов и мето¬дов их изготовления наметились два направления создание комбиниро¬ванных материалов, обладающих свойствами как одного, так и другого, и заимствование специфических технологических процессов из одной от¬расли в другую. С этой точки зрения значительный интерес представля¬ют керметы, сочетающие в себе ряд свойств керамики и металлов. При¬мером сочетания керамики с металлом является армирование керамиче¬ских материалов металлической арматурой с целью повышения термо¬стойкости и уменьшения хрупкости. Немаловажную роль играют кера¬мические покрытия на металлах, значительно улучшающие службу по¬следних [21].
Эмпирический подход к керамической технологии в прошлом объяснялся незнанием или слабым изучением сложных керамических систем. В настоящее время достаточное изучение строения и физико-химических особенностей твердых тел, поведения этих тел при нагревании, механиз¬ма и кинетики реакций позволяет рассматривать технологию технической керамики на значительно более высоком научном уровне.

Текст работы:

В процессе выполнения курсовой работы были изучены литературные источники, посвященные керамическим материалам, которые получали обжигом глин и их смесей с минеральными добавками еще в древние времена.
Подробно рассмотрены строение современных керамических материалов и их свойства.
Приведена классификация технической керамики по различным признакам: классы, виды; отнесение их к высокочастотным и низкочастотным в зависимости от величины диэлектрической проницаемости; основные области применения.
Отдельно рассмотрена установочная керамика: свойства и структура; химический состав; области применения; технология получения.
Подробно представлена характеристика оксида алюминия и характеристики добавок, улучшающих свойства керамики.
Выполнен подбор оборудования для изготовления керамических деталей электронной техники: шаровые мельницы для помола сырья; грохоты для рассеивания материалов на фракции; магнитные сепараторы для отделения металлических частей; вакуумные сушилки и вакуумные прессы для прессования изделий различной формы; фрезерный станок с ЧПУ для обработки заготовок после спекания; камерная электрическая печь для термообработки.
Разработана технологическая схема процесса изготовления установочной керамики из оксида алюминия.
Выявлены факторы, влияющие на технологический процесс (температура, давление, тонкость помола, виды добавок и их количество), и установлен их диапазон.
Приведены основные свойства керамики на основе оксида алюминия, которые получают при изготовлении установочной керамики.

Заключение:

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное развитие новых отраслей науки и промышленности, та¬ких как радиоэлектроника, полупроводниковая, атомная, авиационная, ракетная техника и ряд других, ставит большие и сложные задачи в соз¬дании совершенно новых конструкционных материалов. Отличительной особенностью большинства направлений новой техники является значительная интенсификация рабочих процессов, что практически всегда свя¬зано с ростом рабочих температур и давлений, ускорением энергетических превращений. В связи с этим к конструкционным материалам предъявляются требования высокой механической прочности, огнеупорности, термической, химической устойчивости и ряда других свойств. Кроме того, от ряда материалов требуются особые электрические, радио¬технические и другие свойства. Керамические материалы, применяемые в конструкциях ядерных реакторов, должны, например, обладать высо¬ким поперечным сечением поглощения для широкого спектра нейтронов, высокой механической прочностью и термической устойчивостью. Для изоляционных покрытий космических кораблей, на поверхности которых температура при возвращении на землю через плотные слон атмосферы доходит до 7000°С, необходима высокая огнеупорность и высокая теплоизоляционная способность. Значительная роль в удовлетворении потреб¬ностей новой техники в конструкционных материалах принадлежит но¬вому виду керамики, так называемой технической и специальной [3].
В ряде случаев керамика пришла на смену металлам и другим материалам. Это объясняется не просто выбором нового материала, а превосходством, в определенных условиях службы, свойств технической кера¬мики над ранее применявшимися материалами. Следует отметить, что понятие о керамике и керамических изделиях в современном понимании в принципе не согласуется с традиционным представлением о керамике как изделиях из глины или глиносодержащих материалов. По керамиче¬ской технологии в настоящее время получают: металлокерамику (изде¬лия порошковой металлургии), ферриты, титанаты, изделия из чистых окислов, керметы, карбиды, нитриды, силициды и другие безглиннстые материалы, без которых немыслимо развитие новой техники.
Среди новых областей применения технической керамики – атомная техника (конструкционные и защитные материалы), ракетно-космиче¬ская техника (обтекатели, защитные оболочки и другие детали ракет и спутников), режущие инструменты (керамические резцы), радиоэлек¬троника. радиотехника, телевизионная аппаратура, электронно-счетные машины (ферромагнитпая керамика). Можно назвать большое число сфер применения новой керамики и с уверенностью сказать, что область ее использования будет неуклонно расширяться.
Технические керамические материалы отличаются от традиционной керамики прежде всего тем, что за исключением стеатита, кордиерита и ряда других материалов, требуют специальной очистки или получения исходных сырьевых материалов химическим путем.
Развитие производства технической керамики привело к разработке новых процессов керамической технологии, таких как литье из пластифицированных масс, формование инжекционное, гидравлическое в газо¬вой и твердо-газовой фазах. В последнее время изучаются такие методы, как формование методом импульсов высоких энергий (методом взрыва), спекание в ходе термических реакций, пропитка пористой керамики.
Спекание изделий технической керамики зачастую осуществляется в специальных газовых средах. Техническая керамика отличается от традиционной и тем, что она во многих случаях имеет бессиликатный химический состав. Иногда примеси SiO2 являются причиной значитель¬ного изменения свойств, например, ферритов [7].
Некоторые изделия технической керамики в связи с применением их в ответственных конструкциях подвергают механической обработке, например шлифованию, при этом требуемая точность обработки достигает второго и третьего класса точности. В ряде случаев изготовляются то¬карно-винторезные керамические детали, которые обрабатывают спосо¬бами, принятыми в металлообработке. Часто керамические детали эксплуатируются в жестком контакте с металлическими, в связи с этим разработаны специальные методы соединения керамики с металлом.
Керамические материалы не обладают едиными свойствами. В одних материалах доминирует высокая химическая стойкость, в дру¬гих – высокая термостойкость, огнеупорность, способность к защите от ядерного излучения. В большинстве случаев в них сочетается комплекс свойств, необходимых для их успешной эксплуатации.
В отличие от обычной керамики (например, строительной) и огнеупоров, техническая керамика отличается небольшим тоннажем производства.
В развитии производства керамических материалов и мето¬дов их изготовления наметились два направления создание комбиниро¬ванных материалов, обладающих свойствами как одного, так и другого, и заимствование специфических технологических процессов из одной от¬расли в другую. С этой точки зрения значительный интерес представля¬ют керметы, сочетающие в себе ряд свойств керамики и металлов. При¬мером сочетания керамики с металлом является армирование керамиче¬ских материалов металлической арматурой с целью повышения термо¬стойкости и уменьшения хрупкости. Немаловажную роль играют кера¬мические покрытия на металлах, значительно улучшающие службу по¬следних [21].
Эмпирический подход к керамической технологии в прошлом объяснялся незнанием или слабым изучением сложных керамических систем. В настоящее время достаточное изучение строения и физико-химических особенностей твердых тел, поведения этих тел при нагревании, механиз¬ма и кинетики реакций позволяет рассматривать технологию технической керамики на значительно более высоком научном уровне.

Список литературы:

РАЗДЕЛ 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Диэлектрические материалы. Классификация

Диэлектрики – это вещества, которые не проводят электрический ток, до определенной поры. При определенных условиях проводимость в них зарождается. Этими условиями выступают механические, тепловые – в общем, энергетические виды воздействий. Кроме диэлектриков, вещества также классифицируются на проводники и полупроводники [14].

Рисунок 1.1 – Теоретическая разница между тремя видами материалов

В проводниках электроны находятся в валентной зоне, но не все, так как валентная зона – это самая внешняя граница. При воздействии внешнего электрического поля, крайние электроны приобретают энергию и перемещаются в свободные уровни зоны проводимости. Это движение называется электрическим током.
В диэлектриках и проводниках всё аналогично, за исключением того, что имеется «забор» – запрещенная зона. Эта зона расположена между валентной и зоной проводимости. Чем больше эта зона, тем больше энергии требуется для преодоления электронами этого расстояния. У диэлектриков величина зоны больше, чем у полупроводников. Этому есть даже условие: если дЭ > 3Эв (электрон-вольт) – то это диэлектрик, в обратном случае дЭ < 3Эв – полупроводник. Именно по этой причине в обычном состоянии полупроводники и диэлектрики не проводят электрический ток [1].
Классификация диэлектриков довольна обширная. Тут встречаются жидкие, твердые и газообразные вещества. Далее они делятся по определенным признакам. Ниже приведена условная классификация диэлектриков с примерами в форме списка:
1. газообразные:
– полярные;
– неполярные (воздух, элегаз);
2. жидкие:
– полярные (вода, аммиак);
– жидкие кристаллы;
– неполярные (бензол, трансформаторное масло);
3. твердые:
– центросимментричные;
– аморфные;
– смолы, битумы (эпоксидная смола);
– стёкла;
– неупорядоченные полимеры;
– поликристаллы;
– нерегулярные кристаллы;
– керамика;
– упорядоченные полимеры;
– ситаллы;
– монокристаллы;
– молекулярные;
– ковалентные;
– ионные;
– параэлектрики смещения;
– параэлектрики «порядок-беспорядок»;
– дипольные;
– нецентросимметричные;
– пироэлектрики;
– сегнетоэлектрики смещения;
– сегнетоэлектрики «порядок-беспорядок»;
– линейные пироэлектрики;
– пьезоэлектрики;
– с водородными связями;
– текстуры;
– электронных дефектов;
– ионных дефектов;
– полярных молекул;
– макродиполей;
– сегнетоэлектрических доменов;
– кристаллов в матрице.
Если брать жидкие и газообразные диэлектрики, то основная классификация лежит в вопросе полярности. Разница в симметричности молекул. В полярных, молекулы несимметричны, в неполярных – симметричны. Несимметричные молекулы называются диполями. В полярных жидкостях проводимость настолько велика, что их невозможно использовать в качестве изоляционных веществ. Поэтому для этих целей используют неполярные, тоже трансформаторное масло. А наличие полярных примесей даже в сотых долях значительно снижает планку пробоя и негативно сказывается на изоляционных свойствах неполярных диэлектриков.
Кристаллы представляют собой нечто среднее между жидкостью и кристаллом, как следует из названия.
Еще популярным вопросом о свойствах и применении жидких диэлектриков будет следующий: вода – диэлектрик или проводник? В чистой дистиллированной воде отсутствуют примеси, которые могли бы вызвать протекание тока. Чистую воду можно создать в лабораторных, промышленных условиях. Эти условия сложны и трудновыполнимы для обычного человека [2].