Титан и медные сплавы

Для того, чтобы температура  изолятора не превышала некоторого критического значения, выше которого неизбежно наступает тепловое разрушение изолятора, необходимо правильно установить допустимое напряжение. Если считать, что все изменение температуры происходит вне диэлектрика, то рабочее напряжение можно найти, приравняв тепловыделение количеству тепла, отводимого при данной температуре с поверхности изолятора:

U²wCtgd= sS(T_раб – T₀), (1.28)

где U – напряжение, В; U²wC– реактивная мощность, В·А; w – угловая частота, с^-1; С – емкость изолятора, Ф; tgd – тангенс угла потерь при рабочей температуре; s – коэффициент теплоотдачи , Вт/м²·К; S – площадь поверхности изолятора, м²; T_раб и T₀ – температуры поверхности изолятора и окружающей среды, К.

Данное выражение  с достаточной степенью точности позволяет рассчитать допустимое напряжение для изделий с известной электрической емкостью и хорошей теплопроводностью диэлектрика, обеспечивающей малый перепад температуры по сечению изделия.

Для более точных расчетов В.А.Фоком и Н.Н.Семеновым получено строгое аналитическое выражение для пробивного напряжения в случае теплового пробоя:

(1.29)

где g _т – удельная электропроводность диэлектрика, Вт/м·К; f – частота, Гц; tgd₀ – тангенс угла потерь диэлектрика при температуре окружающей среды; a_tgd – температурный коэффициент tgd, 1/K; j(cs) – поправочная функция аргумента с, зависящая от теплопроводности металла электродов, коэффициента теплопередачи из диэлектрика в металл, толщины диэлектрика и электродов.

Электрохимический пробой имеет особенно существенное значение при повышенных температурах и высокой  влажности воздуха. Этот вид пробоя наблюдается при постоянном и  переменном напряжении низкой частоты, когда в материале развиваются электролитические процессы, обуславливающие необратимое уменьшение сопротивление изоляции.

Такое явление часто  называют старением диэлектрика  в электрическом поле, поскольку  оно приводит к постепенному снижению электрической прочности, заканчивающемуся пробоем при напряженности поля, значительно меньшей пробивной напряженности, полученной при кратковременном испытании. Это явление имеет место в органических (пропитанная бумага, резина и т.д.) и некоторых неорганических диэлектриках (титановая керамика).

Электрохимический пробой требует для своего развития длительного  времени, т.к. он связан с явлением электропроводности, приводящем к медленному выделению  в материале малых количеств  химически активных веществ, или с образованием полупроводящих соединений. В керамике, содержащей окислы металлов переменной валентности (например, ТiО₂), электрохимический пробой встречается значительно чаще, чем в керамике, состоящей из окислов алюминия, кремния, магния, бария.

Наличие щелочных окислов в алюмосиликатной керамике способствует возникновению электрохимического пробоя и ограничивает допустимую рабочую температуру. При электрохимическом пробое большое значение имеет материал электрода. Серебро, способное диффундировать в керамику, облегчает электрохимический пробой в противоположность, например, золоту. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основные методы формования изделий 

Контактный метод  
 
Это метод, при котором совмещается стадия просачивания и формования в форме. Метод состоит в том, что на поверхность формы , смазанной воском или другим антиадгезивом, поочередно наносят смолы с отвердителем и другими технологическими добавками, потом налаживают стеклянную ткань и прижимают ее к поверхности формы. Прижимание к форме и и уплотнение осуществляется валиком вручную или механически.  
 
После набора слоя соотвествующей толщины осуществляют отверждение в форме при нагревании или на воздухе без нагрева. Режим зависит от природы связующего и отвердителя. Толщина слоя набирается с учетом усадки связующего.  
 
Преимущества контактного метода:

дешевизна и простота формования;

простота и дешевизна формы (форма может быть из металлического листа, дерева или гипса);

возможность формования крупногабаритных тонкостенных изделий. 

Недостатки контактного  метода:

низкие физико-механические свойства (из-за низкого давления уплотнения);

неоднородность пластика;

гладкая поверхность  только с одной стороны (со стороны  формы);

большие затраты ручного  труда и высокая вредность  процесса из-за непосредственной работы человека со смолой, которая содержит отвердитель, в частности, аминного типа. 

Вакуум-формование с эластичной диафрагмой  
 
Технологический процесс состоит из двух стадий:

набор пакета контактным способом;

создание разрежения под эластичной диафрагмой, которая  впоследствии этого обжимает по поверхности  композицию, одновременно, прижимая ее к поверхности формы. Композиция приобретает форму изделия.

Для повышения плотности  укладки слоев в композиции над  диафрагмой создается давление воздухом или паром (в зависимости от условий  отверждения).  
 
По данному методу формования получают более прочное изделие с гладкой поверхностью. Толщина предварительно набранного пакета залаживается с учетом уплотнения под давлением. 
 
Метод прессования упругим пуансоном  
 
Для прессования используют оформленную заготовку (контактным методом) или набранный пакет просоченной стеклоткани с соответствующей толшиной, несколько большей, чем толщина изделия (учитывают уплотнение). 
 
Прессование осуществляют в металлической форме на гидравлических прессах. Используют пуансон – резиновый или металлический. Давление прессования находится в пределах 0,2-1,5 МПа. 
 
При таком методе получают изделия с повышенной в 10-20 раз прочностью по сравнению с контактным формованием. 
 
Формование намоткой  
 
Этот способ состоит в том, что получают армированные изделия вращением шаблона – сердечника, который вращается и служит для формования внутренней поверхности изделия. При этом используют намоточное устройство, которое позволяет достичь максимальной прочности изделия в нужных направлениях.  
 
Существует две разновидности метода формования намоткой: а) мокрый; б) сухой.  
 
Мокрый метод состоит в намотке волокна или ткани на шаблон, который повторяет форму изделия с дальнейшим просачиванием полученной арматурной заготовки связующим. Просачивание связующим осущетствляется путем вжимания его в заготовку под давлением с дальнейшей опрессовкой в ванне или в форме. Опрессовка может осуществляться извне, с помощью разрежения, изнутри и под действием отцентровочной силы при ротационном формовании. Использование специальных форм при опрессовании извне обеспечивает получение высокопрочных крупногабаритных изделий с высокой точностью геометрических размеров и минимальную механическую обработку изделия. 
 
Недостатки мокрого метода: высокая загрязненность и вредность процесса; возможность использования смолы с узким диапазоном вязкости.  
 
Сухой метод состоит в том, что стекловолоко или ткань, жгут просачивают связующим перед намоткой на шаблон, после чего проводят отверждение. Такой способ обеспечивает высокую культуру производства, возможность переработки связующих с разными технологическими свойствами (в том числе твердых и высоковязких), возможность неприрывного процесса формования. 
 
Наиболее ответственная операция процесса производства изделий методом намотки – намотка на оправку (шаблон), поскольку именно здесь формируется структура будущего материала и его физико-механические свойства. Взависимости от укладки волокна на оправку различают окружную, спиральную, продольно-поперечную и планетарную намотку. 
 
После намотки и достижения необходимых геометрических параметров выбора полученную заготовку перемещают на стадию отверждения. 
 
Повышения прочности изделия можно достичь, кроме изменения схемы укладки, изменением натяжки арматуры или при скручивании ниток при намотке. Последнее особенно важно при использовании связующего с низкой способностью к смачиванию и вязкостью. 
 
Кроме условий укладки арматуры на свойства изделия влияет режим отверждения связующего – это температура и время отверждения, которые, в первую очередь, зависят от типа смолы и состава композиции. Как правило, тепература изменяется по ступенчатому режиму (от комнатной до установленной выше) с целью избежания больших внутренних напряжений при достижении максимальной степени отверждения. 
 
Переработка стеклопластиков требует мер по охране труда: интенсивная приточно-вытяжная вентиляция, очищение воздуха от мономеров, отвердителей, растворителей (спаливанием или регенерацией). Работа со стекловолокном в фильтрующих масках и в защитной одежде.

Литье под давлением  применяют преимущественно для  изготовления изделий из термопластов. Осуществляют под давлением 80-140 МПа (800-1400 бар) на литьевых машинах поршневого или винтового типа, имеющих высокую степень механизации и автоматизации. Литьевые машины осуществляют дозирование гранулированного материала, перевод его в вязкотекучее состояние, впрыск (инжекцию) дозы расплава в литьевую форму, выдержку в форме под давлением до его затвердевания или отверждения, размыкание формы и выталкивание готового изделия. При переработке термопластов литьевую форму термостатируют (температура ее не должна превышать температуры стеклования или температуру кристаллизации), а при переработке  реактопластов нагревают до температуры отверждения. Давление литья зависит от вязкости расплава материала, конструкции литьевой формы, размеров литниковой системы и формуемых изделий. Литье при сверхвысоких давлениях (до 500 МПа) уменьшает остаточные напряжения в материале, увеличивает степень ориентации кристаллизующихся полимеров, что способствует упрочнению материала и обеспечивает более точное воспроизведение размеров деталей.

Давление в литьевой форме при заполнении расплавом  полимера повышается постепенно (в  конце выдержки под давлением  достигает 30-50 % от давления литья) и  распределяется по длине оформляющей  полости неравномерно вследствие высокой вязкости расплава и быстрого ее нарастания при охлаждении или отверждении.

Литье под давлением  позволяет изготовлять детали массой от долей грамма до нескольких килограммов. При выборе машины для формования изделия учитывают объем расплава необходимый для его изготовления, и усилие смыкания, требующееся для удержания формы в замкнутом состоянии в процессе заполнения расплавом оформляющей полости.

Для выравнивания давления и улучшения условий заполнения формы применяют литье под  давлением с предварительным сжатием расплава, инжекционное прессование, литье под давлением с наложением механических колебаний и др. методы. 

Прессование – важнейший метод формования изделий из термореактивных материалов. Иногда он применяется и для изготовления изделий из термопластов. Сущность метода состоит в переводе твердого в исходных условиях пресс-материала в вязкотекучее состояние и дальнейшем формовании изделия из расплава под действием тепла и давления. При этом в результате химической реакции отверждения, протекающей при повышенной температуре, происходит образование изделия, которое, как правило, обладает устойчивостью формы при температуре прессования и не требует охлаждения перед извлечением из оснастки.  
 
Под прессованием обычно подразумевается прямое (или компрессионное) прессование, когда загрузка материала, его формование в изделие и отверждение осуществляется непосредственно в оформляющей полости пресс-формы (рис. 1, а). Кроме того, широко применяется также литьевое (или трансферное) прессование (рис. 1, б). В этом случае пресс-материал загружается в загрузочную камеру формы, где расплавляется, а затем расплав движением пуансона инжектируется через литниковую систему в формующую матрицу.  
 
Прессование осуществляется на специальных прессах – главным образом гидравлических или реже пневматических – в обогреваемых пресс-формах. Технологический процесс прессования складывается из следующих основных операций: подготовка и дозировка пресс-материала; предварительный подогрев; загрузка в форму и прессование; извлечение готового изделия и его механическая обработка.  
 
Основной морфологической разновидностью сырья являются пресс-материалы, которые в зависимости от метода приготовления могут поставляться как в виде порошков различной зернистости, так и в гранулированном виде с размером гранул 3-5 мм. Порошки обладают хорошей сыпучестью, легко поддаются холодному таблетированию.

 
Рис. 1: Схемы: а – прямого (компресионного) и б – литьевого (трансферного) прессования: 
1 – пуансон; 2 – пресс-материал; 3 – матрица; 4 – выталкиватель; 5 – изделие; б – загрузочная камера; 7 – литниковая система