Глазурование. Электрокерамические изделия покрывают тонким (0,1—0,3 мм) слоем глазури (стекловидный покров), что значительно повышает их механические свойства, изолирует от воздействия окружающей среды, улучшает внешний вид и электроизоляционные свойства, обеспечивает самоочистку изоляторов в процессе эксплуатации.
Химический процентный состав (по массе) глазури, используемой при изготовлении изоляторов в электротехнической промышленности: SiO2—66,0—72,2; А12О3—11,7—17,2; RO—5,7—7,7; R2O—4,2—5,4. Для приготовления коричневых глазурей обычно вместо части кварцевого песка вводят фарфоровый бой и красители, содержание которых в шихтовом составе составляет 16,0—35,4 %.
Красители для глазурей применяются для придания глазури определенного цвета. В качестве красителей обычно применяются оксиды железа, хрома, марганца и др., чаще всего — хромистый железняк, марганцевая руда и пиролюзит. Содержание красителей в глазури составляет 8—13 %.
Химический процентный состав коричневой глазури: SiO2—65,7—68,3; А12О3(ТiO2)—13,4—13,8; Fe2O3—2,1—2,3; СаО —3,8—5,1; MgO—3,7—4,7; Na2O—1,2—2,1; К2О—1,9—2,2; Сr2О3— 2,6—3,1. Сырьем для этих глазурей служат природные материалы.
В радиотехнической и электронной промышленности для глазурования широко используются стеклоэмали различных марок с температурой размягчения 560—710°С. Такие стеклоэмали на основе силиката свинца с добавкой оксидов металлов BaO, Na2O, K2O и др. характеризуются высокими электроизоляционными показателями, приведенными в табл. 11 (см. приложения).
От качества глазурного покрытия зависит механическая прочность глазурованных изделий (наличие микротрещин и других дефектов может служить причиной снижения этого показателя). Возникновение начальных трещин в глазури зависит от степени гладкости ее поверхности и от обеспечения состояния сжатия глазури на керамическом изделии. Значения напряжений в глазурованных изделиях и их распределение зависят от условий обжига и охлаждения, от соотношения значений ТКl керамики и глазури, от степени развития промежуточной зоны на контакте керамика — глазурь. Наиболее существенный фактор — различие в значениях ТКl керамического материала и глазури. Возникновение цека и отскакивание глазури также зависит от значения ТКl. Глазурь только тогда повышает механическую прочность керамики, когда она находится в состоянии сжатия. Когда ТКl глазури больше ТКl керамики, создается напряжение растяжения, и механическая прочность керамики снижается. Так, при ТКl глазури (4,5—5,5)/10-6 К-1 прочность при разрыве глазурованного фарфора составляет 140—130 МПа, а при ТКl глазури (6—7) • 10-6 К-1 — 120—70 МПа.
Высушенные заготовки изоляторов перед обжигом глазуруются методами полива, окунания или распыления глазурной суспензии плотностью 1400—1700 кг/м3. Глазурование в зависимости от размеров заготовок изоляторов осуществляют с применением станков карусельного типа, конвейерных машин и подъемных устройств для крупных изоляторов.
В проходных и подвесных изоляторах электрическое поле по поверхности изоляторов неравномерно, а в увлажненных и загрязненных изоляторах степень неравномерности резко усиливается и приводит к частичным разрядам, а иногда и к перекрытию. В ряде случаев для выравнивания электрического поля, а также для защиты от радио- и телевизионных помех применяют изоляторы полностью или частично покрытые полупроводящей глазурью. Удельное поверхностное сопротивление полупроводящей глазури составляет 102—109 Ом.
Для выравнивания электрического поля (особенно при покрытии внутренней поверхности проходных изоляторов) более благоприятно низкое сопротивление полупроводниковой глазури, но при этом должны быть учтены особенности конструкции изолятора. Кроме того, при низком сопротивлении глазури вероятнее возникновение теплового пробоя по глазури. Обычно верхний предел определяют экспериментальным путем в зависимости от термоустойчивости, сопротивления и условий эксплуатации изолятора. При этом под термоустойчивостью подразумевается температура, при которой удельное поверхностное сопротивление глазури уменьшается в 2 раза по сравнению с сопротивлением при температуре, принятой нормальной. Чем выше эта температура, тем выше термоустойчивость глазури.
Качество изоляторов с полупроводящей глазурью при их эксплуатаци в наружных установках ухудшается вследствие эрозии проводящего компонента в местах контакта с металлической арматурой. Износоустойчивость глазурных покрытий зависит от химического состава./6/
Полупроводящая глазурь представляет собой композиционный материал преимущественно с электронным характером электропроводности и состоит из 20—40 % (по массе) электропроводящих кристаллических компонентов и 60—80 % стеклообразующих оксидов. В качестве электропроводящих компонентов используют Fe2O3, TiO2, Cr2O3, ZnO, SnO2, Sb2O3 и др. оксиды и их твердые растворы или химические соединения, а в качестве стеклообразующих компонентов обычно применяют оксиды SiO2, А12О3, CaO, MgO, BaO и др.
Полупроводящую глазурь приготовляют различными способами. По одному способу электропроводящие и стеклообразующие оксиды измельчают и смешивают помолом мокрым способом. Полученный шликер необходимой консистенции наносят на поверхность заготовки изолятора по принятой технологии глазурования.
При применении других способов электропроводящий компонент синтезируют отдельно в виде химического соединения или твердого раствора путем обжига. Полученный продукт измельчают мокрым способом в известных пропорциях, затем осуществляют помол со стекло-образующими компонентами.
Применяемая в электротехнической промышленности полупроводящая глазурь для изоляторов имеет следующий процентный химический состав (по массе): F2O3—7,9; А12О3—13,4; SiO2—52,5; TiO2—20,2; CaO—1,07: MgO—1,2; R2O—2,4; потери при прокаливании—2,18. Из такой смеси совместным мокрым помолом в шаровых мельницах приготовляется глазурная масса, которая наносится на поверхность заготовки изолятора. Обжиг изоляторов производят в туннельной печи или в горне при температуре 1320—1420 °С. Удельное поверхностное сопротивление имеет значение 10—80 МОм, термостойкость составляет 60—70 К, механическая прочность при статическом изгибе глазурованных стандартных образцов повышается примерно на 15—20 %.
Опубликовано большое количество работ с описанием получения полупроводящей глазури. Используя оксиды металлов в качестве проводящего компонента глазури ТiO2—10÷40, Fe2O3—50÷10, Сг2О3—40÷50% (по массе) и стеклообразующие оксиды SiO2 — 73÷77, А12О3— 12÷17, MgO —2÷9, CaO—2÷8 % (по массе), совместным смешением можно получить глазури с удельным сопротивлением 10—1000 МОм. Сопротивление глазури может быть уменьшено за счет уменьшения концентрации ТiO2. Полупроводящая глазурь на базе оксидов металлов Fe2O3—16, ТiO2—7,2, SnO2—13,6 в качестве электропроводящего компонента и оксидов металлов SiO2—44,1, А12О3—8,6, CaO— 2,9, MgO—1,7, R2O—2,2 % (по массе) в качестве стеклообразующего компонента может иметь удельные поверхностные сопротивления 3,4—12,2 МОм, термостойкость 70 К.
При этом следует иметь в виду, что с изменением температуры обжига изоляторов сопротивление глазури вследствие кристаллизации изменяется в широких пределах.
Температура обжига, °С 1270 1320 1350 1380
Удельное поверхностное
сопротивление, МОм 12,0 3,4—8 18—23 1500—3500
Японская фирма «Нихон Гайси» в качестве электропроводящего компонента полупроводящей глазури рекомендует смесь оксидов SnO2 и Sb2O5, а в качестве стеклообразующего компонента — обычную глазурную массу (SnO2—85÷94 и Sb2O5—6÷15 %, в молярных долях). Приготовление глазури осуществляется следующим образом. Компоненты SnO2 и Sb2O5 смешивают и обжигают при 1000—1300°С в окислительной атмосфере; 25—45 % (по массе) обожженного материала измельчают до среднего размера частиц 44 мкм, смешивают с 55—75 % (по массе) обыкновенной глазурной массы для изоляторов и обжигают в течение 2 ч в окислительной атмосфере при 1200—1430 °С. Полученный спек измельчают до среднего размера частиц 44 мкм. Далее, не менее чем 70 % спека смешивают с глазурной массой (не более чем на 30 %). Глазурование производят по принятой в керамической промышленности технологии. Обжиг глазурованных заготовок изоляторов осуществляют в восстановительной атмосфере согласно принятому режиму обжига. Наилучшие результаты при испытании подвесных изоляторов были получены при технологическом процессе приготовления полупроводящей глазури, описанном далее. Соотношение электропроводящих оксидов: SnO2—88, Sb2O5— 12 % (в молярных долях). Смешение компонентов с частицами размером не более 44 мкм производится в фарфоровых барабанах, и такая смесь для образования твердого раствора замещения обжигается в электрической печи при 1150°С в течение 2 ч. Электропроводящий порошок в количестве 35 % (по массе) смешивают с 65 % глазурной массы для изоляторов и обжигают в электрической печи в течение 2 ч при 1350°С. Спек измельчают. Удельное поверхностное сопротивление такого спека 5—12 МОм. Спек измельчают до среднего размера частиц 44 мкм. Производственная полупроводящая глазурь содержит 80 % измельченного порошка спека и 20 % каолина или глины. Глазурованная поверхность имеет слегка сероватый цвет, сопротивление 26—42 МОм. Изоляторы выдерживают 16—16,5 кВ без пробоя в условиях сильного загрязнения и увлажнения. По опубликованным данным такие глазури обладают высокой коррозионной стойкостью по отношению к электролитам и высокой термостойкостью (более 100 К).