Контрольная работа по "Технология строительных материалов"

Вариант 9

1. Контроль качества  шихты.

2. Технология  подготовки керамического шликера. 

1. Контроль качества  шихты.

   Основным показателем качества  стекольной шихты является ее  химическая однородность – соответствие  заданному составу шихты во  всех микрообъемах одного отвеса. Однородность шихты зависит от  гранулометрии сырьевых компонентов, от постоянства их химического состава, от точности дозирования и условий смешивания компонентов шихты. При использовании неоднородной шихты в первую очередь провариваются те ее участки, которые обогащены легкоплавкими компонентами (сода, сульфат натрия, селитра), и только потом провариваются участки, обогащенные тугоплавкими компонентами (песок, глиноземсодержащие материалы). Поскольку при обогащении стекломассы кремнеземом ее плотность снижается, то эти участки расплава оказываются в стекловаренной печи вблизи поверхности стекломассы, что затрудняет усреднение стекломассы.  Существует два варианта контроля качества шихты – текущий и периодический. Отбор проб шихты на контрольные анализы производят после завершения процесса смешивания шихты.

   Точность соблюдения рецепта шихты – важнейшее требование технологии стекла, так как даже незначительные отклонения от заданного рецепта приводят к нарушениям варки стекла и его формования. Точность контроля химического состава  шихты составляет 0,2-0,3 %. Сокращение объема пробы производят путем ее последовательного квартования. Соответствие шихты заданному рецепту характеризуется величиной отклонения от заданного ее состава. Степень однородности шихты оценивают по отклонениям состава проб, взятых из отдельных точек смесителя (не менее 10), от среднего состава шихты в опробуемом объеме.

  Допустимые  отклонения отдельных компонентов  шихты от заданного не должны превышать ±1 %. При больших отклонениях шихту считают браком. Использование такой шихты в стекловарении не допускается. Обычно отклонения составляют ±(0,2÷0,8) %.      Зарубежная норма отклонений составляет ±0,3 %. По величине отклонений качество шихты делят на группы.

   Таким образом, основными факторами,  определяющими стабильность выдерживания  заданного рецепта шихты, являются  соблюдение требуемой точности  дозирования, своевременная корректировка  рецепта при изменении состава  сырьевых материалов. Иначе не  обеспечивается стабильность выработочных и физико-химических свойств стекла. Поэтому до 60 % брака в производстве стекла связано с неоднородностью состава шихты.

    Химическую однородность шихты  контролируют два-три раза в  сутки. Для этого щупом отбирают  три пробы и каждую подвергают  химическому анализу. Если результаты  анализов сходны между собой,  то шихту признают однородной.

    При нарушении однородности шихты  затормаживается процесс стеклообразования.  В неоднородной шихте могут  быть участки, обедненные содержанием  щелочных и щелочноземельных  компонентов и с повышенным  содержанием тугоплавких окислов.  При таких условиях большая  часть песка останется непрореагировавшей  и не связанной в более легкоплавкие  силикаты. Для получения однородной  шихты необходимо строго следить  за отклонениями составляющих  компонентов в разных ее участках  и строго придерживаться установленных  норм.

 Допустимые  отклонения компонентов в шихте, % по массе:

 Кварцевый  песок..............                1

 Мел,  известняк и доломит..........    0,5

 Сода  и сульфат натрия............        1

    Для контроля химического состава  шихты из разных ее участков  отбирают пробы. Среднюю пробу  подвергают химическому анализу  на содержание основных компонентов:  песка, известняка, доломита, соды  и сульфата. На скорость протекания  процессов стекловарения оказывает  влияние и химический состав  газов шихты. От их состава  во многом зависит скорость  осветления стекломассы. Могут  оказать влияние на скорость  стекловарения примеси, содержащиеся  в сырьевых материалах. Некоторые  из них могут оказаться тугоплавкими и для их растворения может потребоваться большее время.

   Зерновой состав компонентов  влияет как на склонность шихты  к расслаиванию, так и на скорость  протекания процессов силикатообразования и стеклообразования.

   Шихта с пересушенным кварцевым  песком при транспортировании  расслаивается. Поэтому пески  при составлении шихты увлажняют.  В чистые пески вводят 1 % воды, в пески, содержащие глинистые  примеси, до 4—5% от массы песка. 

   В качестве примера можно привести  пятикомпонентную сырьевую шихту,  состоящую из песка, доломита, мела, соды и технического глинозема,  для получения следующего химического  состава стекла, % по массе: Si02 -72,1,А1203 -l,6,CaO-8,6,MgO-3,6,Na20- 14,1. дозирование компонентов  шихты осуществляют автоматическими весами с дистанционным управлением.

   Шихта должна быть строго однородной  по своему составу, т. е. в  каждом участке шихты соотношение  сырьевых материалов должно быть  одинаковым и соответствовать  заданному рецепту. Допустимые  отклонения по массе отдельных  компонентов от заданного состава  не должны превышать, % по массе:  кварцевый песок, сода и сульфат  натрия — 1 мел, известняк и  доломит — 0,5. Стекломасса требуемого  качества может быть получена  только из однородной шихты  заданного химического состава.  Присутствие в шихте комков  или скоплений отдельных материалов  приводит к образованию в стекле  пороков. Степень однородности  стекольной шихты зависит от  зернового состава сырьевых материалов, их влажности, транспортирования  и хранения.

   Смешивание шихты. Качество и  продолжительность смешивания компонентов  шихты зависят от конструкции  смесителя. Наиболее распространены  скоростные тарельчатые смесители  периодического действия, которые  имеют следующее устройство: чаша  смесителя вращается по часовой стрелке, а один или два вертикальных вала, на каждом из которых имеются по три лопатки, вращаются против часовой стрелки. Помимо вращающихся лопаток имеются неподвижные лопатки. Последние направляют материал к середине тарелки — дополнительно перемешивают его. Продолжительность смешивания компонентов в данном смесителе составляет около 3 мин, при этом производительность составляет до 20 т/ч. Предусматривает систематическую (2 ... 3 раза в сутки) проверку ее однородности и соответствие заданному рецептурному составу путем химического анализа отобранных проб. 

2. Технология  подготовки керамического шликера.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ  ПРОЦЕСС

Приготовление шликера

I этап: приемка и первичная обработка  сырья 

Цепочка технологического процесса начинается с качественной приемки, сортировки и  складирования производственного  сырья. После определения влажности  и химического состава сырья, происходит взвешивание компонентов  массы согласно шихтовому составу. Для подкраски массы используют различные добавки, которые вводятся в основу. Взвешенный материал подается на транспортер, по которому он поступает  в цех подготовки шликера.

II этап: подготовка шликера

Для производства керамического гранита методом  прессования из полусухих порошков принята шликерная технология приготовления массы.  Основная задача этого технологического передела - разрушение природной структуры глин, ее дезагрегирование,  удаление вредных примесей из природного сырья, правильное дозирование шихтовых компонентов по заданной рецептуре и придание массе достаточной плотности и однородности путем тонкого измельчения компонентов и их тщательного смешивания.  Тонкий помол всех компонентов производится в шаровых мельницах мокрого помола. В качестве мелющих тел используются уралитовые шары.  Далее готовый шликер через вибросито при помощи мембранного насоса сливается в мешалки медленного хода, где он должен находится не менее 12-ти часов для усреднения.  После выдержки шликер подается по трубам в приемные мешалки цеха распыления.

III этап: распыление

В данном цехе осуществляется обезвоживание  шликера. Принцип сушки заключается в следующем: струя керамической суспензии подается поршневым насосом под давлением через сетчатый фильтр и форсунки в сушильную камеру. За счет центробежной силы поток закручивается и вылетает через сопло в виде конусного факела капелек шликера, которые, попадая в нагретое рабочее пространство, быстро отдают влагу и виде шариков оседают в конической части башенной распылительной сушилки, откуда через секторный затвор и вибросито высыпаются на ленточный конвейер.  Готовый пресс-порошок по транспортерам и ковшовому подъемнику подается в силосы для хранения и вылеживания.

IV этап: прессование и сушка

Из силосов  вылеживания базовый порошок  и окрашенная масса в заданной пропорции по транспортеру подаются в миксер, где происходит их тщательное перемешивание. Далее по транспортеру и элеватору масса подается в  стальную воронку для пресса через  контрольное сито.

Технология  приготовления низкотемпературной керамики

   Сегодня технология низкотемпературной  керамики  быстро развивается  и успешно применяется для  различных приложений – телерадиовещания, телекоммуникаций, мобильной связи,  портативных компьютеров, производства  ВЧ - и СВЧ-микросхем низкой и  средней степени интеграции и  др. Развитие глобальных сетей  вызвало повышенный интерес к  LTCC-технологии. И в первую очередь  это относится к высокочастотным  модулям обмена данными с их  высокой степенью интеграции, небольшими  размерами компонентов и, конечно,  предельными рабочими параметрами. LTCC-технология – это недорогое  решение для массового производства  электронных устройств, применяемых  в коммерческой и военной областях радиоэлектронной промышленности.

Основные  достоинства LTCC-технологии:

более экономичное производство по сравнению  с традиционной толстопленочной  технологией;

возможность проектирования и производства ЗD-контуров;

возможность вырезания ленты/подложки любой  формы;

число рабочих слоев не ограничено;

возможность размещения пассивных компонентов  внутри подложки, что уменьшает размер контуров более чем на 50% по сравнению  с печатными платами;  хорошая  теплопроводность по сравнению с  печатными платами;

рабочие частоты свыше 30 ГГц;

рабочие температуры до 350°С;

температура обжига порядка 850°С позволяет применять материалы с малым удельным сопротивлением, такие как золото и серебро, вместо молибдена и вольфрама, используемых в высокотемпературной технологии;

каждый  слой инспектируется до сборки модуля и при необходимости может  быть заменен, что повышает процент  выхода годных изделий;

отличная  герметизация слоев;

технологический цикл производства многослойных керамических модулей экологически чист и компактен;

отсутствие  химических процессов;

многие  процессы при серийном производстве можно автоматизировать;

сокращение  производственных циклов по сравнению  с обычными толстопленочными технологиями.

   Первый и, безусловно, наиболее  сложный процесс в LTCC-технологии  – это подготовка керамической  суспензии (шликера). Процесс включает в себя подбор сырья и его предварительную обработку (термическую, химическую, механическую), а также выбор связующих. Сегодня российские производители керамического сырья в большей степени ориентированы на "грубое" применение своей продукции (например, в строительстве или производстве посуды). Поэтому, чтобы получить стабильные составы LTCC-керамики, а значит, качественный конечный продукт, необходим тщательный входной контроль материалов. При изготовлении шликера для LTCC используют множество органических материалов для смешивания с неорганическим керамическим сырьем – это связующие материалы, пластификаторы, диспергирующие добавки и растворители.

Когда список необходимых материалов сформирован, а сами они взвешены, их смешивают  в шаровой мельнице ("ball mill) или на аналогичном оборудовании. Рассмотрим более подробно особенности получения шликера. Основные типы LTCC-керамики – это стеклокерамические композиты и кристаллическое стекло, и для каждого из них используются разные дополнительные материалы.

Для создания стеклокерамического композита  применяют два типа неорганического  порошка (керамический и стеклянный), причем обязательным условием является минимальная разница в величине поверхностного заряда основного и  вспомогательного материалов. В противном  случае произойдет агрегирование данных материалов. При подборе диаметра частиц и общей площади поверхности  порошка  необходимо уделить внимание количеству связки для формовки и  текучести стекла при отжиге. Если диаметр гранул порошка относительно мал, а, соответственно, общая площадь  поверхности всех гранул велика, то следует увеличить количество связующего вещества. Но с увеличением содержания связующего материала в процессе отжига (обязательный процесс в технологии LTCC) увеличится и его усадка. Поэтому, если усадка – критичный параметр, то лучше создавать порошок на основе частиц с большим диаметром. Важна также способность стекла компенсировать неоднородности частиц керамики в процессе отжига. Таким  образом, в зависимости от назначения конечного продукта можно задать его характеристики (например, плотность  и усадку) после термообработки, выбрав диаметр частиц. И, естественно, чем более однороден состав порошков по размеру и форме, тем более  качественный продукт получается после  отжига. В случае с кристаллическим  стеклом используется только один вид  керамического порошка, поэтому  зарядовые характеристики материала  не важны. Однако для получения однородной структуры нужно, чтобы частицы  были идеально распределены по форме  и размеру. В данном случае необходимо только подобрать размер гранул и  общую площадь поверхности, c учетом их способности к формованию и отжигу.

В производстве LTCC используются хорошо известные органические материалы:

связки (для поддержания прочности при  формовке);

пластификаторы (обеспечивают реологические свойства шликера и придают пластичность отлитой керамике);

диспергирующие агенты (добавки, которые контролируют рН шликера и поверхностный заряд частиц, а также являются пространственным барьером между частицами и в то же время – растворителями агломерирующих частиц);

противопенные добавки (для предотвращения вспенивания  шликера);

поверхностно  активные вещества ПАВ – для увеличения низкой смачиваемости керамического порошка посредством снижения поверхностного натяжения;

безводные органические растворители.

В основном эти органические материалы используются для задания характеристик промежуточных  продуктов – шликера, "зеленой" ленты, "зеленых" ламинированных объектов. Но на стадии отжига все органические составляющие должны быть удалены из конечного продукта, поэтому желательно использовать их в минимальном количестве.  Помимо грамотного и качественного подбора дополнительных материалов также важна и последовательность их смешивания. Надо сказать, что при организации производства LTCC-керамики в штате специалистов должны быть профессиональные химики. Хотя есть и готовые решения – существует ряд компаний, которые занимаются исключительно разработкой шликеров на основе стандартных материалов. Традиционно, чтобы обеспечить максимальную сочетаемость материалов "в технологии РЭА", шликер разрабатывается совместно с пастой для нанесения топологий проводников.