Электроизоляционная керамика (стр. 1 из 9)
Министерство образования Российской Федерации
Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет
Кафедра автоматизации производственных процессов
Реферат на тему:
«Электроизоляционная керамика»
Выполнил:
ст. гр. АЭ-01-01 Швыткин К.Е.
Проверил: Прахова Т.Ю.
Уфа 2004
СОДЕРЖАНИЕ:
стр.
1. Классификация и основные свойства электроизоляционной
керамики 2
2. Основные сырьевые материалы для производства электро-изоляционной керамики 6
3. Технология производства электрокерамических материалов
и изделий 9
4. Механическая обработка и металлизация керамических из-
делий 18
Приложения 22
Список литературы 31
1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРО-ИЗОЛЯЦИОННОЙ КЕРАМИКИ
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 %
А1203);
Подгруппа глиноземистый фарфор
130 высокой прочности, со-
держащий свыше 50 %
А1203.
Группа 200 материалы на основе си-
ликатов магния (стеати-
ты) :
Подгруппа стеатит прессованный;
210
Подгруппа стеатит пластичный;
220
Подгруппа стеатит литейный
220.1
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
3000;
Подгруппа материалы на основе ти-
350.1 таната бария, стронция,
висмута;
Подгруппа материалы на основе ти-
351 таната бария с εг свыше
3000;
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;
410
Подгруппа цельзиан.
420
Группа 500 материалы на основе
алюмосиликатов магния,
пористые:
Подгруппа510 материалы на
Подгруппа основе алюмосиликатов
511 магния, пористые термо
Подгруппа стойкие;
512
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
80—86 % А12О3;
Подгруппа высокоглиноземистый
786 материал, содержащий
86—95 % А12О3;
Подгруппа высокоглиноземистый
795 материал, содержащий
95—99 % А12О3;
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/
2. ОСНОВНЫЕ СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОД-СТВА ЭЛЕКТРОЛЯЦИОННОЙ КЕРАМИКИ
Сырьевые материалы для производства электрофарфора. Для изготовления электрофарфора основными сырьевыми материалами служат огнеупорные глины, кварц, пегматиты, полевые шпаты, каолины, глинозем, ашарит и циркон (для производства соответственно глиноземистого, ашаритового и цирконового фарфора), мел и доломит (в качестве плавней, главным образом, в глазури) и др.
Огнеупорные глины и каолины представляют собой тонкозернистые (от коллоидной дисперсности до размеров частиц менее 2 мкм) водные алюмосиликаты; для них характерна слоистая структура.
Основными составляющими тонкозернистой фракции глинистых пород являются минералы каолиновой группы с химическими формулами А12О3 x x2SiO2 • 2Н2О (каолинит), А12О3 • 2SiO2 • 4Н2О (галлуазит) и др. Для производства высоковольтного фарфора отечественными заводами используются глины и каолины, химический состав которых и потери по массе при прокаливании приведены в табл. 3 и 4 (см. приложения).