Дипломная работа на тему: Классификация и основные свойства электроизоляционной керамики

Введение

Электроизоляционная керамика представляет собой материал, получаемый из формовочной массы заданного химического состава из минералов и оксидов металлов. Любая керамика, в том числе и электроизоляционная,- материал многофазный, состоящий из кристаллической, аморфной и газовой фаз. Ее свойства зависят от химического и фазового составов, макро- и микроструктуры и от технологических приемов изготовления./1/

В электрической и радиоэлектронной промышленности керамическая технология широко применяется для изготовления диэлектрических, полупроводниковых, пьезоэлектрических, магнитных, металлокерамических и других изделий. В настоящее время, особенно с проникновением в быт электронной техники, из электроизоляционной керамики изготавливаются десятки тысяч наименований изделий массой от десятых долей грамма до сотен килограммов и размерами от нескольких миллиметров до нескольких метров. В ряде случаев изделия из керамики, главным образом из электрофарфора, покрываются глазурями, что уменьшает возможность загрязнения, улучшает электрические и механические свойства, а также внешний вид изделия./14/

Электрофарфор является основным керамическим материалом, используемым в производстве широкого ассортимента низковольтных и высоковольтных изоляторов и других изоляционных элементов с рабочим напряжением до 1150 кВ переменного и до 1500 кВ постоянного тока./8/

Преимущества электрокерамики перед другими электроизоляционными материалами состоят в том, что из нее можно изготовлять изоляторы сложной конфигурации, кроме того она имеет широкий интервал спекания. Сырьевые материалы мало дефицитны, технология изготовления изделий относительно проста./15/ Электрофарфор обладает достаточно высокими электроизоляционными, механическими, термическими свойствами в области рабочих температур; он выдерживает поверхностные разряды, слабо подвержен старению, стоек к воздействию атмосферных осадков, многих химических веществ, солнечных лучей и радиационных излучений./8/

В связи с передачей энергии высоким и сверхвысоким напряжением на дальнее расстояние резко возросли требования к качеству высоковольтных изоляторов, главным образом к механической прочности./12/

В последние годы выпускаются надежные высокопрочные изоляторы оптимизированной конструкции из электрофарфора высокого качества. Известно, что прочность фарфора при сжатии в 10-20 раз выше прочности при изгибе или растяжении.

По назначению компоненты фарфора различаются на пластичные и отощающие, а по роли при термической обработке - на плавни и кристаллорбразующие.

Механическая прочность фарфора в значительной степени зависит от механических свойств и кристаллической структуры отощающего материала, а также образованных в процессе обжига сетчатых волокнистых микроструктур кристаллической фазы (в частности, игл муллита). Стеклофаза в структуре фарфора ухудшает механическую прочность, так же как и наличие пор, неблагоприятно влияющих на распределение напряжений.

Наравне с обычным фарфором налажен выпуск фарфора с повышенным содержанием муллита, фарфор кристобалитовый и корундовый. В последнем кремнезем в шихте частично заменен корундом./13/

Большинство корундовых кристаллов при обжиге остается в исходной форме и благодаря высокому сопротивлению упругой деформации образует прочный каркас микроструктуры. Незначительная часть растворяется в стек-лофазе и является причиной возникновения вторичного муллита. Как следует из табл. 1 (см. приложения), механическая прочность корундового фарфора значительно выше прочности обычного фарфора.

Наиболее перспективным является корундовый фарфор./16/

Следует ожидать, что традиционные способы производства, т. е. литье изоляторов в гипсовые формы, а для больших опорных изоляторов - склейка отдельных элементов до обжига, заменяется пластическим прессованием, выдавливанием массивного цилиндра или трубки с дополнительной обработкой на копировальных станках, а также изостатическим прессованием заготовок с последующей автоматической обработкой. Использование последнего способа производства изоляторов существенно сократит технологический цикл и объем трудозатрат./5/

По ГОСТ 20419-83 (соответствует СТ СЭВ 3567-83) "Материалы керамические электротехнические" эти материалы по их составу классифицируются следующим образом:

Группа 100 материалы на основе щелоч-

ных алюмосиликатов

(фарфоры):

Подгруппа силикатный фарфор, со-

110 держащий до 30% А12О3;

Подгруппа силикатный фарфор тон-

110.1 кодисперсный;

Подгруппа силикатный фарфор прес-

111 сованный;

Подгруппа силикатный фарфор вы-

112 сокой прочности;

Подгруппа глиноземистый фарфор

120 (содержащий 30-50 %

Подгруппа глиноземистый фарфор

130 высокой прочности, со-

держащий свыше 50 %

Группа 200 материалы на основе си-

ликатов магния (стеати-

ты) :

Подгруппа стеатит прессованный;

Подгруппа стеатит пластичный;

Подгруппа стеатит литейный

Группа 300 материалы на основе ок-

сида титана, титанатов,

станнатов и ниобатов;

Подгруппа материалы на основе ок-

310 сида титана;

Подгруппа материалы на основе ти-

340 танатов стронция, вис-

мута, кальция;

Подгруппа материалы на основе ти-

340.1 таната кальция;

Подгруппа материалы на основе

340.2 стронций-висмутового ти-

таната;

Подгруппа материалы на основе

350 титаната бария с εr до

Подгруппа материалы на основе ти-

350.1 таната бария, стронция,

висмута;

Подгруппа материалы на основе ти-

351 таната бария с εг свыше

Подгруппа материалы на основе ти-

351.1 таната бария, станната и цирконата кальция.

Группа 400 материалы на основе

алюмосиликатов магния

(кордиерит) или бария

(цельзиан), плотные:

Подгруппа кордиерит;

Подгруппа цельзиан.

Группа 500 материалы на основе

алюмосиликатов магния,

пористые:

Подгруппа

510 материалы на

Подгруппа основе алюмосиликатов

511 магния, пористые термо

Подгруппа стойкие;

Подгруппа высококордиеритовый

520 материал, пористый;

Подгруппа высокоглиноземистый

530 материал, пористый, тер-

мостойкий.

Группа 600 глиноземистые материа-

лы (муллитокорундовые):

Подгруппа глиноземистый матери-

610 ал, содержащий 50 -65 % А1203;

Подгруппа глиноземистый матери-

620 ал, содержащий 65 -80 % А1203;

Подгруппа глиноземистый матери-

620.1 ал, содержащий 72 -77 % А1203.

Группа 700 высокоглиноземистые ма-

териалы (корундовые):

Подгруппа высокоглиноземистый

780 материал, содержащий

Подгруппа высокоглиноземистый

786 материал, содержащий

Подгруппа высокоглиноземистый

795 материал, содержащий

Подгруппа высокоглиноземистый

799 материал, содержащий свыше 99 % А1203./1/

Электроизоляционные керамические материалы по назначению классифицируются согласно табл. 2 (см. приложения)./16/

Если поры керамики сообщаются между собой и поверхностью изделия, то она называется "пористой", т. е. имеющей "открытые" поры.

Все керамические материалы более или менее пористые. Даже в обожженной до максимальной плотности керамике объем пор (закрытых) составляет 2-6 %, а в пористых материалах- 15-25 %.

Открытая пористость измеряется значением водопоглощения, т. е. количеством воды, поглощаемым материалом до насыщения и отнесенным к массе сухого образца.

В тех случаях, когда водопоглощение образца не превышает 0,5 %, для определения пористости часто применяется качественный метод: прокраска образцов в 1 %-ном спиртовом растворе фуксина. Наличие открытой пористости определяется по проникновению красителя в толщу образца.

Для характеристики плотности керамики употребляют параметр - кажущаяся плотность, ее значение 1800-5200 кг/м3./13/

Оглавление

- Классификация и основные свойства электроизоляционной керамики

- Основные сырьевые материалы для производства электро-изоляционной керамики

- Технология производства электрокерамических материалов и изделий

- Механическая обработка и металлизация керамических из- делий

- Приложения

- Список литературы 31