半硬塑挤出高压电瓷的制备及机械性能的研究

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1、半硬塑挤出高压电瓷的制备及机械性能的研究第一章引言1.1课题的背景与意义电工陶瓷简称电瓷。广义上的电瓷是指绝缘用陶瓷、半导体陶瓷等电工用陶瓷制品。绝大多数的高压设备的外绝缘都采用电瓷，以电瓷为绝缘体的绝缘子称为瓷绝缘子。本论文研究的电瓷材料采用铝矾土、粘土、长石等天然矿物为主要原料，经高温烧结制成的一类应用于电力工业系统的瓷绝缘子，包括各种线路绝缘子和电站电器用绝缘子，以及其它带电体隔离或支持用的绝缘部件。电瓷制造业是国民经济的基础产业。电瓷在电力设备中起到了十分重要的作用[1]。由于电瓷能够耐受不利的自然环境，具有良好的绝缘性能、耐候性和耐热性，抗老化性较好，并且还具有足够

2、的电气强度和机械强度等优良的特性，因此电瓷成为绝缘子最广泛选用的绝缘材料。在电力的输送、保护和分配等各方面都离不开电瓷。根据粘土中的主要矿物类型，可以分为高岭石类粘土、蒙脱石类粘土及伊利石类粘土。根据地质成因情况，可以分为原生粘土和次生粘土，原生粘土杂质少，颗粒粗，塑性差，烧结温度高；次生粘土颗粒粒度极细，可塑性强，杂质多，烧结温度低。根据可塑指数可将粘土分为强可塑性粘土、中可塑性粘土、弱可塑性粘土和非可塑性粘土。根据耐火度可将粘土分为耐火粘土、难熔粘土及易熔粘土，耐火粘土杂质少，耐火度高于1580℃；难熔粘土含10%~15%的易熔杂质，耐火度为1350℃~1580℃；易熔粘

3、土含大量杂质，含有较高的铁杂质，耐火度小于1350℃。.1.2电瓷材料的性能要求电导和损耗是电介质在弱电场作用下所表现的固有电气性质，在强电场下，这些电气性能会更加突出，当外加电场逐渐加强直到电场强度超过某一临界值时，电介质将会丧失绝缘性能转变为导体，这种现象称为电介质的击穿。电介质发生击穿时相应的电压U称为击穿电压，有时击穿电压也称作电介质的耐受电压。绝大多数的情况下，绝缘子工作在空气中构成瓷绝缘件和空气并联绝缘的状况，在电瓷和空气间有明显的交界面。闪络是指当电压超过一定值时，运行中的绝缘子的极间界面上有可能发生放电或贯穿性的空气击穿。因此，在正常工作电压和一定幅值的过电压

4、下的绝缘子应当耐受一定的电压而不发生闪络。绝缘等级是任何电气设备应该有的一个衡量标准，不同额定电压的电气设备其绝缘等级是不一样的。电气强度测试就是观察在给被测设备加一定的高电压（可以参考IEC标准或者国标）时是否会导致其击穿。如果不击穿，则说明合格，即通过，击穿则说明不合格，即未通过。电瓷配方对原料的要求因机械强度性能指标的提高而变得严格起来。高铝原料是刚玉晶体的唯一，它应当满足烧后瓷体中对刚玉晶相的数量、形态及尺寸等方面的要求，这也是决定瓷质机械强度的最重要的因素。铝质瓷的充分致密化是保证其良好的电气性能和其他性能的必要条件。原料配方并不直接影响瓷质机械强度，坯料经过一定的

5、工艺处理过程使坯体内部发生复杂的固相反应，形成一定的显微结构，这时的材料才具有一定的机械强度。因此，瓷质强度不但与配方有关，而且也取决于工艺参数。在恒定不变的工艺条件下，可以认为强度基本上取决于原料配方。第二章实验方案及测试方法2.1实验原料本研究所需原料均由中材江西电瓷电气有限公司提供，原料分别为矾土、长石、粘土（章村土、淘洗青草岭、木节土）、滑石、碳酸钡，各原料的化学成分见表2-1。用立式真空练泥机挤制试条，将试条放入烘箱中烘干至恒重。取10块试块，做好标记分别为1#~10#。将试样放入智能高温电炉中，烧成制度按图2-4执行。并分别于1210℃、1220℃1300℃保温1

6、0min后取样置于坩埚中自然冷却。将冷却的试块称出干重m0，然后将试块放入抽真空装置中，在真空环境下浸泡4个小时，之后称其湿重m2，浮重m1。然后将试块放到吸红试验机中，做吸红实验。采用阿基米德排水法测量各种坯体经烧结后所形成的陶瓷材料的体积密度和显气孔率。..2.2实验方法2.2.1实验配方的设计电瓷生产的原料多为天然矿物原料，对电瓷坯料的化学成分而言，最重要的氧化物为SiO2、Al2O3和K2O，因此，可以将坯料的成分归结于K2OAl2O3SiO2三元系统。图2-1为K2OAl2O3SiO2系统相图。本系统有5个二元化合物和4个三元化合物。高压电瓷一般用粘土（高岭土）、长

7、石和矾土配料。高岭土的主要矿物组成是高岭石Al2O3•22SiO2•2HO，煅烧脱水后的化学组成为Al2O3•22SiO，称为烧高岭。图2-2的D点即为烧高岭的组成点，D点是一个附加的辅助点，表示配料中的一种原料的组成。根据重心原理，用高岭土、长石、矾土三种原料配制的陶瓷坯料组成点必处于三角形QPa，电气强度达到28kV/mm，冷热急变性达到300K。2)在1220℃~1260℃范围内，随着温度的升高，试样的体积密度和抗折强度都相应增加，在1260℃达到最大值，分别为2.7