Keramika pro elektrotechniku

4. Keramika pro elektrotechniku

Definice – Keramika je anorganický polykrystalický materiál, často se sklovitými silikáty obsahujícími tavící a vazné látky,vzniklý ze surovin vypálením za vhodné teploty. Směsi surovin jsou zpravidla po zformování plastické a svoje významné vlastnosti zejména tuhost a pevnost získávají výpalem. Teplota výpalu je ve výši cca 80 – 90% teploty tavení směsi. (nedá se úplně vyloučit plynná fáze) Při zpracování dochází ke vzniku 3 fází (krystalická, skelná, plynná) => keramický sloh
Suroviny po výrobu

a) hlavní suroviny – tvoří strukturu keramických materiálů

b) pomocné suroviny – vyžaduje technologický postup
A) surové keramické látky i glazury se připravují vesměs z anorganických práškových materiálů (suroviny se jako prášek vyskytují nebo se připravují
tvárlivé plastické práškové suroviny – ve spojení s vodou poskytují tvárlivou látku

- kaoliny a jíly

- suroviny mastkové (pouze za ur+čitých předpokladů – jemné mletí)
netvárlivé neplastické práškové suroviny

- přírodní – živec, křemen, vápenec, magnesit, dolomit

- chemicky připravené – Al₂O₃, TiO₂, MgO, ZnO, ZrO₂, SnO₂, CaCO₃, BaCO₃
B)

- voda

- organické plastifikační látky (škrob, dextrin, polyvinylalkohol)

- lisovací oleje

- paliva
TECHNOLOGIE VÝROBY ELEKTROTECHNICKÉ KERAMIKY
SLED VÝOBNÍCH OPERACÍ

• 
  úprava výchozích surovin - dosáhnout stejnorodosti surovin a potřebné čistoty
  

- drcení, mletí, mechanické čistění, čištění proudem vzduchu

• 
  příprava surové keramické látky - dosáhnou vlastnosti potřebné ke tváření
  

- jemné mletí, mikromlýn, kalolis (vytlačení přebytečné vody přes hustou pevnou tkaninu (bavlna, silon)), pásmový vakuový lis (látka se pohněte, zhomogenizuje a odvzdušní)

- plastifikační voda – na jejím obsahu závisí tvárlivost látky

• 
  tváření surové keramické látky – lití do forem, plastické tváření (točení - přesnost  3-5%, tažení) – nejrozšířenější způsob při výrobě elektrotechnické keramiky (izolátory, průchodky), vlhké lisování – značně členité tvary, suché lisování – homadná výroba jednoduchých tvarů (isolační a konstrukční součásti), hydrostatické lisování, vstřikování (horké lití), lisování v žáru
  

- sušení polotovarů - odstranění přebytečné vody

- surový výrobek se suší před výpalem aby se zamezilo popraskání

- sušení (konvektivní –suchý vzduch, radiační – infračervené paprsky)

• 
  výpal vysušených výrobků – procesy: a) odstranění krystalicky vázané vody (smrštění, ztráta plasticity, zpevnění)
  

b) vypálení uhlíku a síry

c) chemické reakce - dehydratace

- rozklad uhličitanů

- vznik nových chemických sloučenin

d) fázové přeměny (polymorfní přechody, tavení

složek, rozpouštění krystalů, krystalizace z 

taveniny

e) slinování – za nebo bez přítomnosti taveniny

teploty: běžná elektrotechnická keramika 1200 – 1400 °C

speciální druhy keramik > 2000 °C

- glazování polotovarů – chrání keramický střep, povrch je hutnější a stálejší, dokonale hladký, chrání výrobek před vnikem vlhkosti, zabraňuje usazování nečistot a tím vzniku vodivých cest, lepší elektrické vlastnosti, chrání proti povětrnostním vlivům a účinkům chemických látek, zlepšuje vzhled

glazura – v podstatě tavenina, svojí povahou se blíží sklu, suroviny jako

na přípravu keramiky, ale vyšší čistota, má vyšší obsah taviv než

v látce střepové

nanášení – ponořením, stříkáním (velké izolátory)

typy – s dielektrickými vlastnostmi – tvrdé (živcové) výpal se střepem

- měkké (olovnaté, boritoolovnaté)

nanáší se po výpalu a znovu

výpalují

- s polovodivými vlastnostmi- glazura umožňuje řízení el. pole u

VN izolátorů

- polovodivé vlastnosti

ZnO – Fe₂O₃ – Cr₂O₃

- opracování a konečná úprava výrobků – alternativně

- opracování – broušení + řezání závitů, vrtání děr (ultrazvuk)

- pokovování – výpal kovového prášku, nástřik roztaveného kovu

- spojování – mechanické, lepení, tmelení, pájení, zátavy

- lze spojovat pouze pokud ozdíly roztažností nejsou

větší než 10%
- technická kontrola

SYSTEMATIKA KERAMICKÝCH MATERIÁLŮ

1. Silikátová (křemičitá) keramika

a) porcelán - tvrdý

- tvrdý se zvýšeným obsahem Al₂O₃ – lepší mechanické vlastnosti

- zirkoničitý

- nízkoztrátový - *

- ultraporcelán - * - snížená úroveň dielektrických ztrát

b) kamenina - kamenina

- hořečnatá kamenina

c) hořečnatá keramika - stealit

- porolit

- forsterit – dobré el.vlastnosti, vakuotěsná

- kordieritová – přibližně nulové hodnoty roztažností

- pyrostat

d) lithná - nulové hodnoty roztažností

e) bezalkalické alumosilikáty - celsiánová keramika – kostry cívek

- korundová

- mullitová
2. Oxidová keramika

- specifika technologického procesu

- suroviny se připravují synteticky

- plastifikace je obtížnější … mletí až na 5m

- výpal 1800 – 2000 vyjímečně až 2200 °C

- možnost chemické reakce s vyzdívkou

- druhy - slinutý korund (Al₂O₃)

- periklasová keramika (MgO)

- slinutý ZrO₂

- slinutý BeO

- slinutýThO₂

- keramika na podkladě TiO₂

- stabilit, rutilit, negatit, permitit
3. Bezkyslíkatá keramika
- karbidy

- nitridy

- boridy

- silicidy

- sulfidy

- fluoridy

Poznámky k materiálům

- KAOLÍNY A JÍLY – směsi různých minerálních surovin, velmi jemnozrných, jejich hlavní součástí jsou jílové mineály (hlinité hydrokřemičitany, vzniklé zvětráváním vyvřelých hornin, jejichž podstatnou součástí jsou živce (kaolinit, montmorillonit, illit

KAOLIN – („porcelánová zemina“) – hlavní součástí (jílovým minerálem) je kaolinit Al₂O₃ pro elektrotechniku upravený….plavený kaolin (obsahuje asi 70% jílových minerálů)
JÍLY – více či méně znečistěny zrnky křemenného písku, sloučeniny Fe, Mg, Ca pro výrobu kameniny a póroviny

- bohaté na Fe₂O₃ – obyčejné hrnčířské výrobky

- + písek – cihly a krytiny

- slíny (silné znečištění CaCO₃ a MgCO₃) – nevhodné pro výrobu keramiky

MASTEK – textura je buď šupinkatá (talek) nebo zrnitá (mastek)
ŽIVCE - ortoklas – po elektrotechniku

- albit

- živec draselný – důležitá složka při výrobě pocelánu, kde působí jako tavivo (taví se při 1150 – 1200 °C) a spolubůsobí při tvobě skelné fáze porcelánového střepu
KŘEMEN – čistý křemenný písek (více jak 99% SiO₂) v keramické směsi působí jako ostřivo tj. látka zmenšující velkou smrštivost při sušení a výpalu