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絕緣陶瓷——鎂質瓷介紹與應用

1. 鎂質瓷的種類

鎂質瓷是以含 MgO的鋁酸鹽和硅酸鹽為主晶相的陶瓷。按瓷坯的主晶相來劃分則有以下四類:滑石瓷、鎂橄欖石瓷、尖晶石瓷及堇青石瓷。它們都屬于MgO-Al2O3-SiO2三元系統。

滑石瓷用于一般高頻無線電設備中,如雷達、電視機常用它做絕緣零件,鎂橄欖石瓷的介電損耗低,比體積電阻大,可作為高頻絕緣瓷。堇青石的熱膨脹系數很低,熱穩定性好,用于要求體積不隨溫度變化耐熱沖擊的絕緣材料或電熱材料。

2. 滑石瓷的制造工藝

(1) 滑石瓷的組成

一般滑石瓷的基本組成是處于 MgO-Al2O3-SiO2三元系統的偏硅酸鎂(MgO·SiO2)和SiO2的相界曲線附近MgO·SiO2 和鎂橄欖石(2MgO·SiO2) 相界曲線附近,滑石瓷的主要原料是滑石,為了改進生坯加工工藝性能及瓷件的質量,引入一些外加劑。

(2)滑石瓷的預燒

滑石的預燒工藝是生產的關鍵之一。預燒的溫度及轉變程度決定于礦化劑的種類和量。為了降低預燒溫度,可以加入硼酸、碳酸鋇或高嶺土等礦化劑。

(3)滑石瓷的燒結

滑石瓷的燒結關鍵是擴大燒結范圍和嚴格控制窯爐溫度制度。因為滑石瓷生成液相的速度快,高溫粘度小。因此通常燒結溫度在1300~1350℃之間,燒結范圍窄,要求控制溫度在波化范圍的下限,不要過燒,保溫時間不宜過長,最好在1h以內,所選的窯爐應使窯爐溫度均勻,易于控制。


3.鎂橄欖石瓷的概述

(1) 制造工藝特點

鎂橄欖石瓷的主要工藝特點:坯料可塑性好,便于成型,燒結溫度為1250~1350℃, 燒結溫度范圍寬約60℃以上。為了改善坯料的加工性能、降低燒結溫度,配方中常加人粘土或加入雙硼酸鋇 、氧化鋅、碳酸鋇、碳酸鈣等外加劑。它們的作用是:降低燒結溫度,以氧化鋇、氧化硼的能力最強,以下依次是氧化鋅、碳酸鋇及碳酸鈣。

(2)性能

鎂橄欖石瓷的主要特點是介電損耗低,而且隨頻率的變小而變小,在微波范圍內也不增加。它的比體積電阻很高,并且在高溫下仍然具有相當高的數值。當溫度升高到很高的1000℃以上時,依然保持在104Ω·m以上,電性能比滑石瓷優良。鎂橄欖石瓷的另一特點是其熱膨脹系數與某些玻璃、合金(如 Ni-Fe合金)及金屬鈦的熱膨脹系數相近似,因此,便于金屬-陶瓷的封接,廣泛用于制造電真空器件。但由于它的熱膨脹系數高,熱穩定性較差。

4. 鎂尖晶石瓷

(1)鎂尖晶石瓷的制造工藝

鎂尖晶石瓷的主晶相為MgO·Al2O3 , 其理論組成點與最低共熔點非常接近,故燒成較困難。通常必須先經人工合成尖晶石熔塊,然后以熔塊為主要成分,再加少量的粘土及B2O3 CaF2、SiO2等添加劑,即可降低燒成溫度。鎂尖晶石熔塊的燒成溫度為1450~1600℃, 尖晶石瓷的燒成溫度為1360℃左右。

(2)鎂尖晶石瓷的性能與用途

鎂尖晶石瓷是一種介質損耗低于滑石瓷,而介電常數稍高,化學穩定性良好的介電陶瓷。

在電子工業中,它是低壓高頻電容器、感應線圈骨架及電子管插座等的良好材料。

5. 堇青石絕緣瓷

(1) 堇青石絕緣瓷制造工藝

青石絕緣瓷的制造工藝中,其主要問題是燒結范圍窄。當在1300~1400℃時,堇青石的生成速度很慢,達到1450℃時,堇青石就熔化分解為莫來石和玻璃體,由此可見它的燒結溫度與分解溫度只差幾度,故難以燒結為致密體。在配方中采用MgCO3、BaCO3、PbSiO3、ZrSiO3、ZrO2、B2O3、鋰輝石等作為添加劑能降低燒結溫度,擴大燒結范圍。

(2)堇青石絕緣瓷的性能與用途

堇青石絕緣瓷的主晶相為2MgO·2Al2O3·5SiO2.由于晶體結構中的離子排列不緊密,晶格內有較大的空腔,因而它的電性能較差,介質損耗高,不適合于高頻場合。但是,堇青石絕緣瓷線膨脹系數在室溫至700℃平均為(1~2) X10-6/℃, 熱穩定性好。因此,它常用于對電氣性能要求不高、但需要耐熱沖擊的地方,如加熱器底板、熱電偶絕緣材料。此外,它的耐酸性很差,不能用于有酸蝕的場所。

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