УДК 622-25

Балкевич В.Л.

СВЕДЕНИЯ О КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ И ДЕТАЛЯХ

     Под технической керамикой  понимается класс твердых поликристаллических материалов, полученных спеканием тонкодисперсных порошков и применяемых в промышленных целях. К другим классам относятся керамика строительная, бытовая и т. д.
     Широкий диапазон механической прочности и твердости позволяет использовать керамику в качестве конструкционных материалов в машиностроении, инструментальной промышленности и приборостроении. В конструкционных деталях из керамики реализуются, кроме механической прочности, отличные электрофизические характеристики материала. Керамика, применяемая в электротехнике и радиоэлектронике, обладает уникальным набором электрических и магнитных свойств. диэлектрическая проницаемость колеблется в пределах от 4,5 до 50 тыс. Химическая устойчивость и радиационная стойкость керамики используются в химическом машиностроении и атомной энергетике.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

     Свойства изделий из керамики определяются составом и структурой материалов, режимами технологического процесса изготовления, причем набор показателей материала служит основой при выборе области применения. Рассмотрим классификацию керамики в зависимости от химических признаков, области применения и технологии изготовления. По признаку преобладающей кристаллической фазы керамика подразделяется на следующие классы :
     

     1) окисная керамика (корундовая, цирконовая, бериллиевая, кальциевая и др.);
     2) силикатная керамика (магнезиальная, цирконовая, цельзиановая и др.);
     3) титаносодержащая керамика;
     4) шпинели (магнезиальные и феррошпинели);
     5) бескислородная керамика (карбиды, нитриды, бориды, силициды);
     б) стеклокристаллическая керамика (ситаллы и сиконды).
     

     По области применения можно разделить керамику на следующие виды:
     1) конструкционная керамика для огнеупорных, химически и радиационностойких деталей, изделий машино- и приборостроения;
     2) электротехническая керамика (для изоляторов и других изделий электротехники);
     3) радиоэлектронная (для установочных деталей, конденсаторов, магнитных элементов изделий радиоэлектроники и радиотехники).
     

     Наиболее обширной по разнообразию изделий и применяемым материалам является радиоэлектронная керамика, которую можно подразделить на три основные группы:
     1) диэлектрики (для установочных изделий, конденсаторов, пьезоэлементов);
      2) полупроводники (для резисторов, термисторов, варисторов, конденсаторов, интегральных схем);
     3) магнитодиэлектрики (для магнитных элементов радио. электроники).
    

      ГОСТ 5458—75 классифицирует диэлектрическую радиокерамику на три типа в зависимости от диэлектрической проницаемости (ниже 9, от 12 до 1000 и выше 1000). В стандарте для каждого типа приведены данные по тангенсу угла потерь при трех температурах, температурному коэффициенту линейного расширения, удельному объемному сопротивлению и электрической прочности, а также пределу прочности при статическом изгибе. Параметры изделий из технической керамики в значительной степени определяются технологией изготовления.
     Так, например, пористость керамического черепка, вполне допустимая по критерию физических и электрических свойств, может оказаться причиной низкой шероховатости поверхности после шлифования и доводки. Внутренние напряжения, возникающие в процессе обжига керамики, могут привести к растрескиванию заготовок при механической обработке. Поэтому, при ступая к механической обработке керамических заготовок, необходимо убедиться в отсутствии «наследственных» дефектов предшествующих стадий технологии. С этой целью следует проверить параметры материалов, влияющих на режимы механической обработки, произвести выбор оптимального инструмента и режимов обработки, провести обработку опытной партии, при необходимости откорректировать выбранный технологический процесс.
     Рассмотрим более подробно физико-механические свойства керамики в связи с ее механической обработкой, имея в виду прежде всего плоское шлифование алмазным инструментом. Особенностью алмазной обработки керамики по сравнению с шлифованием металлов являются большие припуски на первой стадии. Получение точных размеров керамических заготовок после обжига невозможно в связи с многообразием и случайным характером факторов, влияющих на усадку при обжиге. Плоские тонкие заготовки из керамики после обжига теряют форму, «коробятся», что вынуждает увеличивать толщину заготовок. Поэтому припуски на механическую   обработку (шлифование) в ряде случаев (например, для подложек 60×48 мм) достигают нескольких миллиметров. В связи с этим производительность чернового шлифования  другим способом съем больших припусков керамики невозможен) становится первоочередной задачей, которая успешно решается при применении алмазного инструмента. Припуски на чистовое шлифование вызваны необходимостью снять дефектный, слой, возникающий на предыдущей стадии, а также приблизиться к точной геометрической форме.

ДЕФЕКТЫ ОБРАБОТКИ КЕРАМИКИНА ПЛОСКОШЛИФ0ВАЛЬНЫХ СТАНКАХ И ИХ УСТРАНЕНИЕ

     Надежность и долговечность функционирования приборов, радиотехнических и других изделий, например конденсаторов переменной емкости, микросхем, зависит главным образом от точности размеров, формы, взаимной координации поверхностей, от шероховатости поверхности и состояния поверхностного слоя, Наличие же микродефектов — сколов, трещин, царапин, раковин, включений, выколок и потемнения обработанных поверхностей недопустимо.
     Получение деталей с чрезвычайно высокими требованиями, например, к шероховатости поверхности с Rz = 0,1÷0,04 мкм, неплоскостности — десятые и сотые доли мкм, накладывает жесткие ограничения на состояние и условие работы технологической системы СПИД. Каждый элемент системы ответственен за получение того или иного параметра качества деталей. Неплоскостность и непараллельность прошлифованных поверхностей определяется схемой обработки деталей, геометрической точностью станка, приспособлений, качеством базирования и закрепления заготовок, состоянием алмазного инструмента и режимами обработки.
     Шероховатость поверхности керамических заготовок после их шлифования зависит от характеристик алмазного инструмента и его состояния в момент обработки, физико-механических свойств материала обрабатываемых деталей, режимов обработки и виброустойчивости станка. Алмазное шлифование керамики предопределяет состояние ее поверхностного слоя: трещиноватость, рыхлость, микровыколы. Глубина его зависит от характеристик алмазных кругов, режимов обработки, наличия вибраций, физико-механических свойств и характеристик материала деталей.

ЛИТЕРАТУРА

1.Балкевич В.Л. Техническая керамика. М., Стройиздат, 1968.230 с.

2. Качалов Н.Н. Основы процессов шлифовки. М.Л., Издательство АН СССР, 1982. 275 с.

3. Павлушкин Н.М. основы технологии ситаллов. М., Издательство литературы по строительству, 1970. 352 с.