Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков (540408), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Керамику можно подвергать металлизации обычно методомвыжигания серебра и осуществлять герметичные спаи с металлом.Широкое применение в качестве электроизоляционного материала находитэлектротехнический фарфор, который является основным керамическим материалом,используемымвпроизводствеширокогоассортиментанизковольтныхивысоковольтных изоляторов и других изоляционных элементов с рабочим напряжениемдо 1150 кВ переменного и до 1500 кВ постоянного тока. Электротехнический фарфор,как и любая керамика, состоит из кристаллической, аморфной и газовой фаз. Егосвойства определяются химическим и фазовым составом, микро- и макроструктурой итехнологией изготовления.Рассмотрим основные особенности керамической технологии на примереэлектротехнического фарфора.
Основными компонентами фарфора являютсясырьевые материалы минерального происхождения - глинистые вещества (каолин иглина, кварц, полевой шпат, гипс, пегматит). Глинистые вещества в сыром виде призамешивании их с водой обладают свойствами пластичности и при достаточно высокойтемпературе способны спекаться. Пластичность глинистых веществ дает возможностьформовать из них изделия различной формы, которая сохраняется после сушки иобжига при высоких температурах. Изделия, изготовленные из глинистых веществ, даютбольшую усадку при сушке и при обжиге, кроме того, они склонны к образованиютрещин. Температура спекания таких веществ высока.
Поэтому в состав фарфора102вводят «отощающие» материалы, снижающие усадку и деформацию изделий присушке. Такими материалами служат кварц и битые фарфоровые изделия. Полевойшпат и пегматит являются главными при образовании фарфора: они плавятся приболее низких температурах, чем глинистые вещества и кварц. Главной составнойчастью каолина является гидроалюмосиликат, называемый глинистым веществом иликаолинитом, его состав Al2О3•2SiО•2Н2О - это высокосортная глина.
В воде каолинобразует суспензию. Пластичные огнеупорные глины в качестве составной частисодержат каолинит. Кварц состоит из кремнезема SiО2 с ничтожными примесями.Полевые шпаты представляют собой безводные алюмосиликаты, содержащие ионыNa+, К+, Са2+ . Пегматит состоит из полевого шпата и кварца. Твердые компонентыфарфоровой массы подвергаются грубому и тонкому помолу и после добавлениянебольшого количества воды взмучиваются, образуя суспензию, и подаются в сборникичерез вибросито и магнитные сепараторы. Затем на фильтр-прессах отжимаетсяизбыточная вода и масса после переминки в вакуумных прессах, проходя черезмундштук определенной формы, превращается в заготовки требуемой длины, которыеи подаются на формовку.Изделия из фарфоровой массы получают различными способами: обточкой,прессовкой, отливкой в гипсовые формы, выдавливанием через отверстие нужнойконфигурации.
После оформления изделия производится сушка полуфабриката дляудаления воды, вводимой в массу для придания ей пластичности. Следующая операция- глазурование фарфоровых изоляторов – производится для предохранения отзагрязнения и создания поверхности, легко очищаемой в условиях эксплуатации. Приобжиге глазурное покрытие плавится и покрывает поверхность изолятора тонкимстекловидным слоем. Глазурь увеличивает механическую прочность, «заглаживая»трещины и другие дефекты, уменьшает ток утечки по поверхности изоляторов иповышает их напряжение перекрытия. Обжиг фарфоровых изоляторов в зависимости отразмеров длится от 20 до 70 ч.
по соответствующему режиму. Максимальнаятемпература обжига в зависимости от вида фарфора от 1300 до 1410оС. Фарфоровыеизделия помещаются в печь в специальных коробках - капселях, изготовляемых изогнеупорных глин, чтобы предохранить изделия от топочных газов и другихзагрязнений.
Обжиг производится в горных-печах непрерывного действия - или втуннельных печах непрерывного действия. При обжиге происходит усадка изделий(уменьшение размеров обжигаемого изделия), которая может достигать 20%, поэтомуусадку необходимо учитывать при конструировании изделий.Наличие стекловидной фазы определяет довольно высокую механическуюпрочность фарфора. Фарфор имеет высокий предел прочности на сжатие (400÷700Мпа), значительное меньший предел прочности при растяжении (45÷70 Мпа) и приизгибе (80÷150 Мпа).
Электроизоляционные свойства фарфора при нормальнойтемпературе позволяют использовать его при низких частотах: εr~6÷7, tgδ~0,02; tgδэлектротехнического фарфора, однако, быстро растет при увеличении температуры,что затрудняет применение его при высоких температурах и на высоких частотах.Электротехническийфарфорнаходитприменениедляизготовлениявысоковольтных и низковольтных изоляторов различного типа. К числу высоковольтныхизоляторов относятся: 1) стационарные для оборудования распределительныхустройств и аппаратуры - опорные, проходные, вводы, маслонаполненные, покрышкиразного назначения, 2) линейные для линий электропередачи - подвесные и штыревые.Для изготовления высокочастотных высоковольтных изоляторов применяютстеатитовую керамику, так как фарфор имеет сильную зависимость электрическиххарактеристик от температуры из-за наличия большого количества полевошпатового103стекла с повышенной электропроводностью.
Стеатитовая керамика изготовляется наоснове тальковых минералов, основной кристаллической фазой которых являетсяметасиликат магния MgО•SiО2. Стеатитовые материалы характеризуются высокимизначениями ρ, в том числе при высокой температуре, малым tgδ, за исключениемматериала, предназначенного для производства крупных высоковольтных изоляторов.Стеатитовая керамика характеризуется высокими механическими свойствами,стабильностью параметров при воздействии различных внешних факторов (влаги,температуры, высокого напряжения и др.). Благодаря высоким электромеханическимсвойствам стеатит нашел применение для изготовления высокочастотныхустановочныхдеталей,высоковольтныхинизковольтныхконденсаторов,высоковольтных антенных внутриламповых пористых и других изоляторов.
Пластичныйвысокочастотный высоковольтный стеатитовый материал СПК-2 применяется дляизготовления крупногабаритных изоляторов, а непластичные СНЦ, СК-1, Б-17, С-55 и С4 - для изготовления электроизоляционных деталей и высокочастотных конденсаторов.Для применения в радиотехнической и электронной промышленности былоразработано большое количество новых керамических материалов, обладающихповышенными свойствами по сравнению с фарфором. Отметим лишь некоторые изэтих материалов.Радиофарфор представляет собой фарфор, стекловидная фаза которогооблагорожена введением в нее тяжелого оксида ВаО.Ультрафарфор различных марок характеризуется большим содержанием Al2О3 иявляется дальнейшим усовершенствованием радиофарфора, Ультрафарфор имеет посравнению с обычным фарфором повышенную механическую прочность итеплопроводность.Высокоглиноземистая керамика (алюминооксид) в основном состоит из оксидаалюминия (глинозема) Al2О3.
Это материал требует весьма высокой температурыобжига (до 1750оС), затрудняющей его изготовление. Он отличается высокимихарактеристиками: нагревостойкостью до 1600оС, высоким ρ и малым tgδ приповышенных температурах, чрезвычайно высокой теплопроводностью и механическойпрочностью.Поликор, имеющий особо плотную структуру (близкую к теоретической для Al2О3),обладает оптической прозрачностью и применяется для изготовления колб некоторыхспециальных источников тока.Электрические характеристики некоторых высокочастотных керамическихматериалов приведены в таблице.Материалtg δ•104 при 1 МГци Т, 0СЭлектрическаяпрочность при20оС и 50 Гц,МВ/м20100Радиофарфор35-4550-6015-20Ультрафарфор6-916-1515-2012-2015-2420-303-66-1020-30СтеатитУльтрастеатитС марками и основными типами стеклянных и керамических изоляторов, которыемогут понадобиться при производстве ремонтных и электромонтажных работ, можнопознакомиться по учебному пособию Серебрянникова С.В.
Электромонтажные работы.Книга 9. Материалы. - М.: Высшая школа, 1992.104Конденсаторная керамика имеет повышенные (εr=10÷230) и высокие (εr = 900)значения диэлектрической проницаемости. В первом случае керамика относится квысокочастотным диэлектрикам. Ее tgδ на частоте 1 МГц не должен превышать 0,0006,во втором случае керамика низкочастотная - на частоте 1000 Гц tgδ =0,002÷0,025. Кконденсаторной керамике обычно предъявляется требование возможно меньшегозначения температурного коэффициента диэлектрической проницаемости. Многие изконденсаторных материалов имеют в своем составе диоксид титана - рутил (TiО2).
Впринятом обозначении такие составы имеют букву Т («титановая керамика»);последующаяцифраобычнообозначаетноминальнуюдиэлектрическуюпроницаемость. Эти материалы называют также тикондами. Среди них можно выделитькерамику на основе титаната кальция и титаната стронция - СаТiО3 и SrТiО3. Привысоких частотах у этих материалов температурная зависимость tgδ выражена слабо,однако эти виды материалов характеризуются пониженной электрической прочностью(8÷12 МВ/м). При длительной выдержке под постоянным напряжением тикондоваякерамика подвергается электрохимическому старению. Из-за высокого отрицательногоэти материалы применяются длязначения температурного коэффициента εrконденсаторов, к которым не предъявляются требования температурной стабильностиемкости. Для повышения температурной стабильности в керамику вводят компоненты сположительным значением температурного коэффициента εr.
Такие материалы частоназывают термокомпенсированными. К этой группе относятся титано-циркониеваякерамика ТiО2-ZrО2; СаТiО3-СаZrО3; лантановая керамика системы LaAlО3-СаТiО3,станнатная и другие керамические материалы. Преимуществом беститановой керамикиявляется более высокая устойчивость к воздействию постоянного напряжения.В ряде случаев для изготовления конденсаторов применяют ультрафарфор,стеатит и другие виды установочной керамики.Основу низкочастотной керамики составляют титанат бария ВаТiО3 и твердыерастворы на его основе.
Эти материалы отличаются высокими значениямидиэлектрической проницаемости и ее нелинейной зависимостью от напряженностиэлектрического поля.Слюда и слюдяные материалыСлюды представляют собой группу материалов, относящихся к воднымалюмосиликатам с ярко выраженной слоистой структурой. В качестве электрическойизоляции в настоящее время применяют два вида минеральных слюд - мусковит ифлогопит.
Кроме природных слюд применяются также и синтетические. Использованиеслюды в качестве изоляции крупных турбо- и гидрогенераторов, тяговыхэлектродвигателей и в качестве диэлектрика в некоторых конденсаторах связано с еевысокой электрической прочностью, нагревостойкостью, механической прочностью игибкостью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
