Исследование и разработка составов масс высоковольтного фарфора с повышенными электромеханическими характеристиками (стр. 15 из 18)

Были приготовлены керамические массы, согласно рецептов, указанных в таблице 18.

Таблица 18 Рецепты керамических масс, используемых в работе

Наименование материалов	Содержание материалов, %, кг
	М-0		М-1		М-2		М-3
	%	кг	%	кг	%	кг	%	Кг
Глинозем, ГЭФ	-	-	15	0,30	25	0,50	27	0,54
Глина Дружковс, ДН-0	23	0,46	24	0,48	24	0,48	24	0,48
Каолин Кыштым, КЭ-3	13	0,26	10	0,2	12	0,24	10	0,2
Каолин Просян, КЭ-2	12	0,24	5	0,10	5	0,10	5	0,10
Полевой шпат Мамско-Чуйск, ПШК-0,20-3	10	0,20	13	0,26	25	0,50	26	0,52
Пегматит Енский, КПШМ-0,20-2	9	0,18	19	0,38	-	-	-	-
Бой фарфоровый	6	0,12	14	0,28	9	0,18	8	0,16
Песок Ташлинск,ВС-050-1	27	0,54	-	-	-	-	-	-
ИТОГО	100	2	100	2	100	2	100	2

Керамический шликер приготовлялся в фарфоровых шаровых мельницах с добавлением воды, при помощи мелющих тел – уралитовых шаров.

Загрузка шаровых мельниц производилась весовым способом, а помол сырьевых материалов осуществлялся на лабораторной установке до остатка на сите №0040 в количестве 3-4%.

Время помола в шаровых мельницах составило от 8 до 12 часов в зависимости от рецепта массы.

Тонкость помола шликера проверяем остатком: промываем через сито №0040 100мл шликера, остаток сушим в сушильном шкафу при температуре 105°С и взвешиваем его. По таблице удельных весов находим остаток в процентах.

Готовый шликер из шаровой мельницы сливаем через сито №01 и промагничиваем постоянным магнитом для удаления металлических включений. Затем шликер переливаем в тканевые мешки, заложенные в гипсовые формы для обезвоживания.

Влажность шликера глиноземистой массы составила 55-56%, обычная заводская масса имеет влажность 58-59%.

Чтобы обезвоживание шло быстрее, мешки со шликером перекладываем в сухие формы с одновременным перемешиванием, путем встряхивания мешка.

Обезвоженную массу сбивали на фильтровальном полотне до влажности 19-19,5%.

Из массы приготовили лабораторные образцы для определения физико-химических свойств:

- механическую прочность на изгиб;

- усадку (воздушную и полную);

- пористость кажущуюся;

- пористость открытую;

- термостойкость;

- химический анализ.

Для испытания образцов применяли методики испытания физико- химических свойств ГОСТ 24409-80 [12].

Расчет фазового состава фарфора

Для сравнения физико–технических свойств фарфора производится расчет их фазового состава, что позволяет получить сведения о структуре материала и о химическом составе стекловидной фазы.

Считаем, что оксид алюминия – Al₂O₃, введенный в состав массы глиной, каолином и глиноземом, полностью расходуется на образование муллита. Расчет количества муллита в таблице 19.

Расчет ведется по методике, утвержденной институтом фарфора.

Таблица 19 Расчет количества муллита

Индекс массы	Al₂O₃	Муллит,%3Al₂O₃*2SiO₂	SiO₂, %	Индекс массы	К₂O	Полевой шпат	Al₂O₃	SiO₂
М-0	10.007.000.08=17.08	13.9289.7500.111=23.79	3.92.750.031=6.71	М-0	2.000.3=2.3	11.851.78=13.63	2.170.33=2.5	7.681.15=8.83
М-1	20.008.000.500.08=28.58	27.85611.1420.6960.111=39.805	7.8563.1420.1960.031=11.22	М-1	3.000.30.06=3.36	17.781.780.36=19.92	3.250.330.07=3.65	11.521.150.23=12.67
М-2	30.009.000.200.08=39.28	41.78412.5350.2790.111=54.71	11.7843.5350.0790.031=15.43	М-2	3.000.30.02=3.32	17.781.780.12=19.68	3.250.330.02=3.6	11.521.150.08=12.75
М-3	40.00.50=40.5	55.7120.696=56.41	15.7120.196=15.91	М-3	3.000.30.08=3.38	17.781.780.47=20.03	3.250.330.09=3.67	11.521.150.31=12.98
Индекс массы	Na₂O	Полевой шпат	Al₂O₃	SiO₂
М-0	0.80.08=0.88	6.780.68=7.46	1.320.13=1.45	4.670.47=5.14
М-1	1.000.20.08=1.28	8.481.700.68=10.86	1.650.330.13=2.11	5.831.170.47=7.47
М-2	1.000.10.07=1.17	8.480.850.59=9.92	1.650.160.11=1.92	5.830.580.41=6.82
М-3	1.000.10.07=1.17	8.480.850.59=9.92	1.650.160.11=1.92	5.830.580.41=6.82

Общее количество полевошпатовой стеклофазы (данные из табл.19):

Калиевый Натровый

Массы: М-0 13,63 + 7,46=21,09%

М-1 19,92 + 10,86=30,78%

М-2 19,68 + 9,92=29,6%

М-3 20,03 + 9,92=29,95%

Количество SiO₂, израсходованное на образование муллита и полевошпатовой стеклофазы:

Массы: М-0 6,71+8,83+5,14=20,68%

М-1 11,23+12,67+7,47=31,37%

М-2 15,43+12,75+6,82=35,00%

М-3 15,91+12,98+6,82=32,71%

Количество свободного кварца состоит: расчетное количество SiO₂ в массе (см. табл. 14-17) минус израсходованное количество SiO₂ на образование муллита и полевошпатовой стеклофазы (см. предыдущий пункт).

Массы: М-0 67,54-20,68=46,86%

М-1 51,79-31,37=20,42%

М-2 43,32-35,00=8,32%

М-3 42,34-35,71=6,63%

Исследование растворимости кварца и муллита в полевошпатовом стекле показало, что в нем растворяется 25% остаточного кварца и муллита. Исходя из этого, количество свободного кварца в фазовом составе фарфора составит:

Кварц:

М-0 46,86*0,75=35,15%

М-1 20,42*0,75=15,34%

М-2 8,32*0,75=6,225%

М-3 6,63*0,75=4,97%

Муллит:

М-0 23,79*0,75=17,84%

М-1 39,81*0,75=29,86%

М-2 54,71*0,75=41,03%

М-3 56,41*0,75=42,31%

В результате проведенного расчета установлен фазовый состав фарфора (см. табл.20).

Таблица 20 Фазовый состав фарфора

Индекс массы	Содержание в массе
Индекс массы	Кварц	Муллит + Корунд	Стекло
М-0	35,15	17,84	47,01
М-1	15,34	29,86	54,80
М-2	6,23	41,03	52,74
М-3	4,97	42,31	52,72

В ходе проведенных исследований были получены результаты испытаний лабораторных образцов (см. табл.21).

Таблица 21 Результаты испытания лабораторных образцов

Основной показатель	Подгруппа фарфора 110.1	Подгруппа фарфора 120
Основной показатель	М-0	М-1	М-2	М-3
Плотность, г/см³ (средний результат по трем образцам)	2,48	2,51	2,78	2,81
Кажущаяся плотность, г/см³ (средний результат по трем образцам)	2.39	2.40	2.51	2.54
Кажущаяся пористость, % (средний результат по трем образцам)	0,02	0.02	0,01	0.01
Открытая пористость (окраска в фуксине)	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
Механическая прочность на изгиб сухих образцов, МПа (средний результат по 6 испытаниям)	6.95	7.08	7.6	7.7
Механическая прочность на изгиб обожженных образцов, МПа (средний результат по 6 испытаниям)	100	112.6	135	136.6
Механическая прочность на изгиб обожженных глазурованных образцов, МПа (средний результат по 6 испытаниям)	110.6	120	159.2	164.7
Воздушная усадка (средний результат по 3 образцам)	5.8	5.2	5.0	5.1
Полная усадка обожженных образцов при t=1340ºС (средний результат по 3 образцам)	12.5	12.0	11.8	11.9
Электрическая прочность Кв/мм при частоте 50 Гц (средний результат по 3 образцам)	33.3	33.6	35.3	39
Относительная диэлектрическая проницаемость при частоте 50Гц (средний результат по 3 образцам)	5,9	6,0	6,7	6,9
Удельное объемное сопротивление при постоянном токе Ом*см при t=20°C(средний результат по 3 образцам)	1,6*10¹³	2,2*10¹³	5,2*10¹³	7,4*10¹³
Стойкость к термоударам, Dt, °С (средний результат по 3 образцам)	160	166	173	180
Коэффициент термического линейного расширения (средний результат по 3 образцам)	4,0	4,3	4,9	5,2

После получения, обработки и сравнения всех результатов была выбрана глиноземистая масса М-2 с содержанием глинозема в количестве 25%. Сравнительная таблица характеристик данной массы с характеристиками тонкодисперсной массы марки 110.1 (М-0) дает возможность еще раз убедиться в преимуществе массы М-2 над массой М-0 (см. табл.22).

Таблица 22 Свойства фарфора из глиноземистых масс, подгруппы 120 по ГОСТ 20419 – 83 [11]

Показатели	Требования к материалу подгруппы 120по ГОСТ 20419 – 83		Фактические результаты испытаний фарфора
Показатели	М – 0	М – 2	М – 0	М – 2
1.Плотность, г/см³,не менее	2.5	2.7	2.48	2.78
2.Кажущаяся плотность, г/см³,не менее	2.3	2.4	2.39	2.51
3.Кажущаяся пористость, %	0.0	0.0	0.02	0.01
4.Открытая пористость	отсутствует	отсутствует	отсутствует	отсутствует
5.Прочность на изгиб,МПа, не менее, неглазурован.глазурован.	6070	110140	100110.6	135159.2
6.Средний КТЛР,К^-1*10^-6, при температуре от 20 до 100ºС	от 3 до 6		4.0	4.9
7.Электрическая прочность, кВ*мм^-1 при частоте 50 Гц,не менее	25	30	33	35

Экономическая часть