Методы формирования геометрии для объемной керамики

В этой статье рассказывается о том, как получают нужную геометрию керамического изделия. Какие способы наиболее распространены, а какие являются специфическими. Рассмотрим основные трудности формировании геометрии изделия и его последующей механической обработки.

Процесс изготовления керамического изделия условно можно описать так: формируется смесь специального состава, создается оснастка, в которую запрессовывается смесь, состав спекается в печи затем обрабатывается механически (при необходимости).

Получение формы

В зависимости от конфигурации и размеров изделий в электронной промышленности для формования заготовок используют следующие методы:

1)изостатическое прессование;

2)шликерное литье в гипсовые формы, горячее литье под давлением в металлические формы;

3)пленочное литье [2];

Рассмотрим формирование геометрии на основе Al2O3. Порошок Al2O3 является непластичным материалом, для придания пластичности в массу, содержащую глинозем, необходимо введение временной технологической связки.
Литье под давлением горячих шликеров достигается введением 15–18 % технологической связки, содержащей парафин, олеиновую кислоту и воск. Количество связки зависит от степени обжига глинозема и его дисперсности. Температура выжигания связки при этом составляет 1100–1200 °C.

Подробнее рассмотрим методы формирования геометрии:

1) Изостатическое прессование. Такое прессование, в котором давление в заготовке распространяется равномерно во всех направлениях. Изостатическое прессование делят на холодное (жидкостное и сухое) и горячее.

При жидкостном прессовании сосуд высокого давления заполняется жидкостью, и резиновая оболочка с порошком помещается в жидкость. Данный тип изостатической обработки требуется для получения больших, сложных по форме деталей или в случае, когда необходимо получать большое количество деталей.

При сухом изостатическом прессовании, в качестве оболочки выступает непосредственно сам сосуд высокого давления. Данный тип прессования применяется для получения деталей несложной формы и небольших размеров.

В процессе горячего изостатического прессования реализуется одновременное воздействие на обрабатываемый материал температуры (как в процессе спекания) и давления. Это приводит к равномерному уплотнению и спеканию материала. Горячее изостатическое прессование может быть использовано для непосредственной обработки порошковых материалов или для дополнительной обработки деталей после процесса холодно изостатического прессования [3].

2) Шликерное литье в гипсовые формы. Шликер – глина, разбавленная до текучего состояния. Она имеет консистенцию сливок (но не жидких, а густых). Лишняя вода проходит через поры в гипсе. Затем заготовку достают, сушат и спекают в печи. [4].

Сущность метода горячего литья под давлением заключается в заполнении шликером, нагретым до 60—80°С, холодных металлических форм. Шликер поступает в форму под давлением сжатого воздуха в 5-8 ат. После затвердевания термопластичного шликера металлическая форма разбирается, и изделие извлекается из формы. Заготовки получаются при этом весьма прочные, возможна механическая обработка изделий — резка, сверление [1].

К шликерному литью можно отнести производство различных изоляторов, втулок, трубок и т.д.

3) Плоская форма подложек получается литьем керамической массы с дальнейшим выравниванием ракелем.

Механическая обработка

Из-за своей хрупкости, спеченные керамические изделия плохо поддаются резанию. Поэтому геометрию изделия закладывают на этапе проработки пресс-формы с учетом усадки материала.

Для обеспечения нужной шероховатости изделие шлифуют (полируют) абразивными кругами и лентами.

Компания GNelectronics обеспечивает шлифовку и полировку подложек до Ra 0.025, объемных деталей до Ra 0.63. Также компания помимо производства типовых керамических изделий может изготавливать изделия нестандартной формы по Вашим чертежам.

Источники:

1. Журавлев И. Химия и технология ферритов / И. Журавлев, 1970.

2. Толкачева А.С., Павлова И.А. Технология керамики для материалов электронной промышленности / А.С. Толкачева, Павлова И.А., 2019.

3. Изостатическое прессование при синтезе керамических и металлокерамических материалов [Электронный ресурс]. URL: https://labdepot.ru/novosti/izostaticheskoe-pressovanie-pri-sinteze-keramicheskih-i-metallokeramicheskih-materialov/ (дата обращения: 07.09.2020).

4. Шликерное литье в гипсовые формы [Электронный ресурс]. URL: http://mosgonchar.ru/shlikernoe-lite-v-gipsovye-formy.html (дата обращения: 07.09.2020).