Xreferat.com » Рефераты по технологии » Керамика, сварка

Керамика, сварка

микрокапиллярах называется свободной .

При сушке удаляют влагу, имеющую физико-химическую и физико-механическую связь; химическая связь в процессе сушки не нарушается. При сушке уменьшаются размеры изделия; более влажные внутренние слои препятствуют усадке в результате чего возникают напряжения, которые при определенных параметрах сушки могут привести к образованию трещин и деформации детали.

После сушки влажность изделия составляет 0.2-1%.

Сушка изделий осуществляется естественным путем - на воздухе, или принудительным путем в специальных установках.

Сушка естественным путем выполняется для небольших по размерам изделий и является длительным процессом, так как температура воздуха в помещении 20-25 ОС.

Принудительная сушка осуществляется конвективным (обдувом подогретым воздухом) радиационным и конвективно-радиационным способом в сушилках периодического и непрерывного действия.

Температурный режим и время сушки в сушилках периодического действия регулируются автоматически, а в сушилках непрерывного действия определяется скоростью движения изделий через 4 зоны сушки с температурой соответственно 50-60, 60-80, 80-100 и 100-120 ОС.


  1. Обжиг.


При обжиге происходит спекание керамического материала в результате протекания ряда физико-химических процессов с приобретением обожженным изделиям определенных свойств. При обжиге происходит уплотнение и упрочнение материала за счет протекания процессов переноса и перераспределения веществ.

Установлено, что спекание происходит за счет следующих механизмов переноса вещества: 1) диффузионного, 2) жидкостного, 3) испарения и конденсации, 4) пластической деформации 5) реакционного. Для большинства радио- и электрокерамических материалов присущи 2 первых вида механизмов спекания - диффузионный и жидкостной.

Диффузионное спекание - характерно для соединения твердых частичек. Спекание протекает при температурах, когда элементы кристаллической решетки (атомы, ионы) приобретают определенную подвижность. Причиной диффузии являются дефекты кристаллической решетки - вакансии, т.е. пустоты в узлах кристаллической решетки.

Благодаря тепловому движению атом или ион кристаллической решетки может перескочить на соседнюю вакантную позицию, создавая на прежнем месте новую вакансию. Этим создаются условия для дальнейшего передвижения элементов кристаллической решетки.

Перед спеканием материал представляет собой пористое тело, состоящее из контактирующих друг с другом частиц и пор между ними. При определенной температуре вследствие поверхностной диффузии элементов решетки округляются углы частиц, их поверхность сглаживается, а в местах контакта частицы соединяются, образуя узкие перешейки. По мере утолщения перемычек имеющиеся в теле поры смыкаются, образуя меньшее количество закрытых более крупных пор. Дальнейшее уменьшение размера закрытых пор и их исчезновение связано с диффузией вещества область поверхности пор, являющихся источниками вакансии. Полное зарастание пор происходит при диффузии вакансий к границе, что может происходить при обжиге в вакууме или среде водорода.

Жидкостное спекание характерно для керамических масс, при обжиге которых используются расплавы.

Различают два случая жидкостного спекания 1) жидкая фаза не взаимодействует с твердой фазой; 2) жидкая фаза реагирует с твердой.

Спекание в первом случае определяется величиной поверхностного натяжения на границе фаз, вязкостью жидкой фазы, ее количеством и размером кристаллов. В этом случае так же образуются закрытые поры, удаление которых на поверхность затрудняется тем больше, чем меньше поверхность твердой фазы. В этом случае всегда имеются закрытые поры, объем которых в изделии составляет 3-8%.

При спекании во втором случае образующаяся жидкая фаза растворяет твердую фазу, а после насыщения расплава наступает процесс кристаллизации его. Выделение твердой фазы из расплава происходит в основном на поверхности оставшихся нерастворенных зерен крупной фазы и ростом их размеров. Частично кристаллы возникают и в расплаве, в этом случае они имеют малый размер. Процесс спекания протекает в три стадии.

На первой стадии спекания возникает жидкая фаза и под влиянием сил поверхностного натяжения происходит сближение частиц твердой фазы. На второй стадии происходит растворение твердой фазы жидкой в местах их контакта, дальнейшее сближение твердых частиц за счет поверхностного натяжения и начинается кристаллизация. На третьей фазе завершается кристаллизация и образуется скелет из кристаллической фазы.

Другие механизмы спекания. Спекание за счет испарения и конденсации. В основе этого процесса лежит перенос вещества с поверхности одной частицы на поверхность другой связанный с различной величиной упругости пара.

Спекание за счет пластической деформации происходит при одновременном воздействии температуры и движения (горячее прессование), позволяет получать практически беспористые материалы.

При реакционном спекании образуется новое вещество за счет кристаллической фазы спекаемого материала из газообразной фазы другого вещества.

Обжиг осуществляют в печах периодического или непрерывного действия с использованием жидкого топлива, генераторного газа, нефти или электронагрева.

Обжиг осуществляют в три периода. В первый период нагревают со скоростью 140 ОС в час от 150-200 ОС до 850-1000 ОС в окислительной атмосфере. При этом удаляют остатки влаги и химически связанную воду, выгорают органические вещества, разлагаются карбонаты с выделением СО2, образуются окислы, образуется требуемая фаза. Во втором периоде (выдержка) нагрев со скоростью 10-20 ОС в час в окислительной среде до температуры 900-1050 ОС с целью выравнивания температуры во всех участках и выгорания остатков органических веществ. В третий период подъем температуры ведут со скоростью 50-80 ОС в час до максимальной температуры 1250-1750 ОС, заканчивают его 2-3 часовой выдержкой при максимальной температуре. Рабочая среда в этом случае нейтральная. Затем охлаждение изделий с печью. Температуру нагрева и время выдержки для конкретного материала подбирают опытным путем.

В процессе спекания наблюдается усадка и образование новых зерен путем рекристаллизации. Процессом рекристаллизации можно управлять. Изменяя температуру и время выдержки и скорость нагрева можно получать различную величину зерен и различные значения электромагнитных параметров: при малой величине зерна повышенная механическая прочность; большая коэрцитивная сила, меньшая магнитная проницаемость. С увеличением зерна, кроме уменьшения механической прочности, ухудшаются параметры петли гистерезиса ферритов с ППГ, повышается магнитная проницаемость у ферритов с округлой петлей гистерезиса. Пористость при спекании изделий играет существенное значение для магнитных характеристик. Различают межзеренную и внутризеренную пористость. Внутризеренная пористость сильно ухудшает начальную магнитную проницаемость и параметры петли гистерезиса.

При спекании крупногабаритных изделий регулировкой скорости и температуры не удается получить равномерные свойства изделия по поперечному сечению. Для получения равномерных свойств в исходные материалы вводят различные добавки. Добавки оксида алюминия или хрома к составам магний-марганцевых или литьевых ферритов приводит к уменьшению размеров зерен при других равных условиях, а добавка оксида цинка или кадмия - к росту зерен и уменьшению коэрцитивной силы.

Оборудование. Для термической обработки используют электронагревательные печи; периодического и непрерывного действия. Низкотемпературные и высокотемпературные; камерные для создания рабочей атмосферы или вакуума и др.

В процессе работы печи строгое соблюдение режимов позволяет обеспечить повторение свойств вновь спекаемых таких же изделий, поэтому строго соблюдают в процессе обработки температуру, состав газовой атмосферы и объемное ее содержание во время спекания в рабочей зоне.


  1. Дополнительные операции.


Механическая обработка керамики. Различают механообработку до и после обжига керамики. Механообработка необожженной керамики производится с целью получения более сложной формы детали и выполняется с помощью твердосплавного инструмента. С этой целью заготовки пропитывают парафином или церизином при температуре 80-100 ОС в течение 20-60 мин. После предварительной сушки до 2-3% - ой влажности.

Механическая обработка необожженной керамической массы включает также очистку изделий (снятие выступов и неровностей), резку на требуемые размеры. Для очистки изделия используют инструменты типа заостренных ножей; стержней, скребков и т. д. Крепление изделия осуществляется с помощью клеящих веществ (церезина, воска, канифоли и др.).

Вырубка заготовок из ферритовых и керамических необожженных лент и пленок используется для получения изделий малой толщины (до 10-5 мкм). Изделия большей толщины выгоднее получать путем резки, шлифования, полирования и доводки спеченных заготовок.

Механообработку после обжига осуществляют с целью увеличения точности размеров до 5 квалитета и формы, а также для получения высококачественной поверхности (до RZ = 0.05-0.025 мкм). Обработку выполняют в этом случае на шлифовально-доводочных станках. Для обработки применяют также ультразвуковую обработку, алмазную обработку. Разрезку осуществляют на специальных станках вольфрамовой проволокой в сочетании с абразивной суспензией или алмазными пилами.

Глазурование. Производят для защиты поверхности детали от загрязнений, повышения поверхностного сопротивления, красивого внешнего вида и соединения отдельных керамических деталей. Для этих целей используют глазури, которые бывают тугоплавкие и легкоплавкие, первые имеют температуру плавления 1200-1400 ОС, вторые 600-1000 ОС. Глазури состоят из высокодисперсных материалов, близких по составу к составу керамической массы с добавлением стеклообразующих веществ.

Легкоплавкие глазури наносят на детали после их обжига, тугоплавкие - после формования или сушки, если в массе нет органической связки, либо после предварительного или окончательного обжига.

Металлизацию керамики осуществляют с целью выполнения электрических цепей, обеспечения электрических контактов, а иногда и для соединения деталей друг с другом. Нанесение металлических слоев на керамику осуществляют вжиганием, химическим осаждением металлов из водных растворов, вакуумным испарением, ультразвуковым лужением и др.


ЛИТЕРАТУРА .

1. Технология материалов в приборостроении. Под ред. А.Н. Малова,

М, Машиностроение, 1969, 440 с.

2. Технология электрокерамики. Под ред. Г.Н. Масленниковой. Энер-

гия, М., 1974, 224 с.

3. Белинская Г.В., Выдрик Г.А. Технология электровакуумной и радио-

технической керамики. Энергия, М., 1977, 335 с.

4. Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков. М., Энергия,

1976, 336 с.

5. Бабич Э.А., Улановский Б.М. Технология производства ферритов и

радиокерамики . Уч. пособие для техн. училищ. Высшая школа . М.,

1984, 223 c.


СВАРКА

1. Физическая сущность и классификация способов сварки

Сварка это процесс получения неразъемного соединения путем расплавления и совместной кристаллизации материала двух соединяемых деталей или без расплавления в результате электронного взаимодействия в месте контакта свариваемых деталей.

Сваркой изготовляют в приборостроении каркасы и стойки элементов вычислительной и электронной техники, соединение выводов микросборок и микросхем с печатными проводниками печатных плат и др.

Сварку осуществляют двумя способами: плавлением без внешнего механического воздействия и с приложением давления к соединяемым элементам. В первом случае материал соединяемых элементов в месте соединения расплавляют, во втором случае процесс выполняют без нагрева или с местным нагревом.

При сварке плавлением расплавленный металл соединяемых элементов образует общую сварочную ванну, затвердевающую при кристаллизации в результате охлаждения металла нагретого до 2000 оС и выше. Различают электрическую, химическую и литейную сварку плавлением.

Сварку с приложением давления в зависимости от источника теплоты делят на контактную, индукционную, трением (разновидность - ультразвуковая).


2. Выбор способа сварки

При выборе способа сварки необходимо учитывать чувствительность соединяемых материалов к тепловому воздействию, точность взаимного расположения соединяемых элементов и, кроме того, герметичность, коррозионную стойкость, прочность, воздействие вибрационных нагрузок и низких температур.


Основные требования, учитывающие при выборе способа сварки:

  1. с целью обеспечения точного взаимного расположения соединяемых деталей зона нагрева их должна быть минимальной;

  2. способ сварки должен обеспечивать точную дозировку и концентрацию тепловой энергии;

  3. защита свариваемых деталей от воздействия с воздухом химически активных металлов (титана, молибдена и др.), легких сплавов на основе алюминия и магния, сплавов на основе меди и никеля для исключения охрупчивания сварного соединения.


3.1 Сварка плавлением

Здесь рассмотрим дуговую сварку без защитных и с защитными газовыми средами наиболее часто применяемыми в производстве несущих конструкций приборных изделий (каркасы блоков, стоек, шкафов и др.).

Дуговая сварка. Источником тепла в этом случае служит электрическая дуга - стационарный разряд в газах, характеризуемая высокой температурой электродов (2400-2600 оС) и большим током в зоне разряда. При дуговой сварке возникает разряд между свариваемым металлом и специальным стержнем (электродом) (рис.1) или между двумя электродами (рис.2). В первом случае сварку осуществляют дугой прямого, а во втором косвенного действия.

При сварке дугой прямого действия формирование шва осуществляется за счет присадочного металла (плавящегося электрода) и без него; при сварке дугой косвенного действия шов формирует за счет плавления металла соединяемых деталей. При сварке электродом прямого действия применяют сварочные проволоки, ленты и др., содержащие на поверхности минеральное покрытие, служащие для защиты и легирования металла шва; при сварке электродов косвенного действия для защиты металла шва используют инертные газы (аргон, гелий).

В зависимости от рода тока, воздействия дуги на металлы, электрода, степени механизации эту сварку разделяют на: ручную, полуавтоматическую, автоматическую, аргонно-дуговую плавящимся и не плавящимся электродом, сварку в среде СО2, водородно-дуговую неплавящимся вольфрамовым электродом.

Другие способы сварки (плазменной, лазерной, электроннолучевой) изложены в разделе электрофизической обработки.

3.2 Сварка с приложением давления.

К этому виду сварки относят контактную, конденсаторную, холодную, диффузионную и сварку ультразвуком (рис.3).

При контактной сварке (рис.3а), нагрев соединяемых деталей осуществляют электрическим током, проходящим через них и выделяющим в месте контакта большое количество тепла (Q=I2RT). По типу сварного шва различают контактную сварку стыковую - сопротивлением и оплавлением, точечную, рельефную, Т-образную и шовную. В производстве приборов наиболее часто детали соединяют в одной или нескольких точках одновременно (рис.3,б,в). Точечная сварка может быть одно- и двусторонней; её применяют для листовых деталей одинаковой толщины из однородных или разнородных материалов: углеродистых, конструкционных и легированных сталей, некоторых титановых сплавов, алюминиевых и медных сплавов. Толщина свариваемых деталей от 0,001 до 5 мм.. Шовной или роликовой сваркой (рис.3,г) называют разновидность точечной сварки, при которой прочно-плотный шов создают из ряда последовательно расположенных и частично перекрывающих друг друга сварочных точек. Эта сварка может быть также одно- и двусторонней, свариваемые толщины 0,001-3 мм.

Конденсаторная сварка (рис.3,д) - это разновидность контактной сварки, при которой энергия накапливается в конденсаторах при зарядке и в процессе разряда конденсатора преобразуется в теплоту , используемую для сварки . Процесс часто используют в производстве приборов для соединения металлов и сплавов в различных сочетаниях , медь-ковар, медь-вольфрам, медь-железо, медь-алюминий и др.

Холодная сварка осуществляется без нагрева при нормальных или отрицательных температурах. Соединение получают в результате совместного пластического деформирования (рис.3,е), при котором образуется металлическая связь между свариваемыми деталями. Свариваемые поверхности тщательно очищают от адсорбированных и мировых пленок. Свариваемые толщины 0,2-15 мм, ширина сварного шва (1-3)S , S- толщина соединяемых листов; соединяемые материалы: алюминий, дюралюминий, сплавы меди, никеля, цинка и серебра - пластичные материалы.

Диффузионная сварка в вакууме соединение образуется в результате диффузии атомов поверхностных слоев, соединяемых деталей в вакууме под небольшим давлением; температура близка к температуре рекристаллизации; перед сваркой поверхности очищают от окислов и загрязнений. В этом случае соединяют однородные и разнородные материалы; этим способом получают биметаллические, триметаллические и тетраметаллические детали. Возможна также сварка металлов с керамикой.

Сварка ультразвуком - этот способ будет представлен в разделе электрофизические методы обработки.

4. Технологичность сварных соединений.

4.1 Выбор металла. Металл свариваемых деталей должен удовлетворять не только эксплуатационным требованиям, но и обладать хорошей свариваемостью. При сварке из-за теплового воздействия в зоне соединения механические и эксплуатационные свойства металла могут значительно отличаться от аналогичных свойств основного металла. Поэтому необходимо выбирать материалы с хорошей свриваемостью.

4.2 Выбор сварного соединения. Тип сварного соединения определяет взаимное расположение соединяемых деталей и форму подготовки кромок под сварку. Тип соединения выбирают с учетом равно прочности соединения с основным металлом и других требований (технологичности для других процессов. Различают следующие типы соединений (рис.4): стыковые, тавровые, нахлесточные, угловые.

Стыковые соединения распространены для плоских и пространственных заготовок, сварной шов при нагрузках равномерно работает. Тавровые соединения применяют для изготовления пространственных (не плоских) изделий, соединения обеспечивают высокую прочность при полном проваре по толщине с одно- или двусторонней разделкой кромок. Нахлесточные соединения применяют для простой подготовки деталей под сборку; они менее прочны, чем стыковые соединения, здесь получают перерасход металла. Это основной тип соединения тонколистовых металлов при точечной и шовной сварке. Угловые соединения используют в качестве соединяющих, они не предназначены для передачи рабочих усилий.

4.3 Форма свариваемых элементов у заготовок из проката (листа, труб, профиля), отливок, штамповок должна быть наиболее простой: прямолинейная, цилиндрическая, коническая и полусферическая с длинными прямыми и замкнутыми кольцевыми стыками и тавровыми соединениями. Предпочтителен сортамент проката.

4.4 Вид сварки - см. выбор способа сварки выше.

4.5 Выбор способа уменьшения сварочных деформаций. Эти деформации возникают из-за неравномерной температуры в зоне сварочного шва, при которой в локальных зонах возникают пластические деформации. Все мероприятия в этом случае направлены на уменьшение этих деформаций, устранение несимметричности сварных швов, повышение сопротивления свариваемых элементов деформированию и выбор конструкции, в которой эти деформации не оказывают какого-либо влияния на эксплуатацию изделия.

Похожие рефераты: