Электроизоляционная керамика
Скачать 0.61 Mb.
|
Министерство образования Российской Федерации Уфимский Государственный Нефтяной Технический УниверситетКафедра 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.
керамики 2
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: П  одгруппа
Подгруппа основе алюмосиликатов 511 магния, пористые термо Подгруппа стойкие; 512 Подгруппа высококордиеритовый
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). Кварцевые материалы. Кристаллический кремнезем SiO2 является одним из основных компонентов фарфоровой массы, который вводят в состав шихты в виде кварцевого песка или жильного кварца. Размер гранул кварцевых песков составляет 0,05—3 мм. Кристаллический кремнезем существует в нескольких полиморфных формах; три основные — кварц, тридимит и кристобалит. В свою очередь кварц и кристобалит имеют α- и β-модификации, тридимит — α-, β- и γ-модификации. Стабильными формами являются β-кварц (при температуре ниже 573 °С), α-тридимит (870—1470 °С) и α-кристобалит (1470—1710°С). Переход из одной модификации кремнезема в другую сопровождается изменением объема, плотности и других параметров. При производстве электрокерамики используются пески и жильный кварц, химический состав которых приведен в табл. 5 (см. приложения). В зависимости от месторождения кварцевые пески имеют примеси (Fe2O3, TiO2, A12O3, CaO, MgO и др.), наиболее нежелательные из которых Fe2O3 и ТiO2 (допустимое содержание не более 0,15 %), СаО и MgO (не более 0,2 %). Полевые шпаты представляют собой безводные алюмосиликаты, содержащие щелочные (Na+, К+) и щелочно-земельные (Са2+) катионы. Основные виды применяемых в керамическом производстве полевых шпатов: калиевый (микроклин) с приблизительной формулой К2О•А12O3•6SiO2, натриевый (альбит) Na2O•Al2O3•6SiO2, кальциевый (анортит) СаО•А12О3•2SiO2 и бариевый (цельзиан) ВаО•А12О3•2SiO2. Полевые шпаты всегда содержат примеси оксидов железа, магния, кальция и др./18/ Лучшим для изоляционной керамики полевым шпатом является микроклин. Из-за повышенного содержания Na2O в полевом шпате снижаются температура обжига, вязкость стеклофазы керамики и существенно ухудшаются его электрофизические свойства. Чем больше соотношение К2О и Na2O в полевом шпате, тем лучше свойства керамики. В связи с ограниченностью запасов высококачественного полевого шпата для производства высоковольтных изоляторов используют пегматиты. Пегматиты представляют собой крупнозернистые кристаллические породы — смесь полевого шпата с кварцем. Химический состав пегматитов и полевых шпатов приведен в табл. 6 (см. приложения). Глинозем — безводный оксид алюминия Al2О3 — представляет собой порошок со средними размерами сферических гранул 50— 200 мкм. Глинозем широко применяется как основной компонент электрофарфора и ультрафарфора (на основе корунда) и в качестве самостоятельного материала для изготовления высоковольтных, высокочастотных изоляторов, конденсаторов, деталей вакуум-плотных узлов (корпусов предохранителей, колб натриевых ламп, корпусов полупроводниковых вентилей, обтекателей антенн, плат для интегральных схем и др.). Безводный оксид алюминия существует в нескольких кристаллических модификациях, из которых самой устойчивой является α-А12О3 (корунд). Эта модификация характеризуется малым tgδ≈2•10-4, высоким ρ≈1014 Ом•м, высокой теплопроводностью и стойкостью к термоударам, наибольшей плотностью (3999 кг/м3). Две другие модификации: γ-А12О3 и β-А12О3, последняя из которых представляет собой соединение глинозема со щелочными и щелочноземельными оксидами, имеют меньшую плотность (соответственно 3600 и 3300—3400 кг/м3) и более высокие значения tgδ (≈50•10-4 и 1000•10-4). Технический глинозем представляет собой в основном γ-А12О3 с частичным содержанием гидратов глинозема. При нагреве γ-Аl2О3 переходит в α-А12О3 с уменьшением объема на 14,3 процента. Для уменьшения усадки керамики при обжиге технический глинозем предварительно обжигают при температуре 1450—1550 °С. Спектрально чистый корунд плавится при 2050 °С, а изделия из него при небольшой механической нагрузке могут быть использованы даже при температуре до 1800°С. Для производства электроизоляционной керамики применяются технический глинозем (шесть сортов), электроплавленный корунд и глинозем особой чистоты в зависимости от назначения керамики. Кальцит — карбонат кальция СаСО3, представляющий собой плотный кристаллический агрегат, называется мрамором, а при тонкодисперсной структуре — мелом. При нагреве СаСО3 разлагается с выделением СО2 согласно реакции СаСО3 → СаО + СО2↑. Скорость разложения зависит от скорости подъема температуры и от давления воздуха. При нормальных условиях температура разложения составляет порядка 900 °С. Для производства электроизоляционной керамики в основном используют мел Белгородского месторождения с содержанием СаСО3 не менее 98 %. В керамике карбонат кальция используется как основной компонент кристаллических фаз титанатов, станнатов и цирконатов кальция, анортита, волластонита, а также входит в состав стеклофазы различных электрокерамик и глазурей. Ашарит — борат магния 2MgO•B2O3•H2O является стеклообразующим оксидом. Его твердость по Моосу — 4. Он добавляется в керамические массы в количестве 2—3 %. Ашарит в состав ашаритового фарфора вводится в виде предварительно приготовленного спека из глинозема, ашарита и полевого шпата в количестве до 60 % массы, для улучшения электроизоляционных свойств фарфора. Циркон ZrO2•SiO2 (цирконовая руда) имеет твердость 7—8; плотность его около 4700 кг/м3. Руду обогащают, в результате полученный циркон содержит ZrO2 не менее 60 % и Fe2O3 не более 0,15 %. Циркон используется в качестве основного компонента в стойкой к термоударам керамике и в виде части кристаллической фазы цирконового фарфора. В последнем случае циркон вводится в состав фарфора вместо кварца, кристаллическая фаза керамики в таком случае представлена цирконом и муллитом. Химический состав сырья, содержащего цирконий, приведен в табл. 7 (см. приложения)./13/ |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Б езметалловая керамика на имплантах Безметалловая керамика самый долговечный и безопасный материал для изготовления зубных коронок на имплантаты. Такой дуэт прослужит... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Художественная керамика во всех ее видах обладает высокой силой воздействия, которая способна затмить другие формы произведений искусства,... |
| Гжельская керамика | | Керамика. История и современность |
| Основной образовательной программы Основная образовательная программа: 070801. 65 – Декоративно-прикладное искусство (художественная керамика) | | Учебно-методический комплекс по специальности 070801 «Декоративно-прикладное... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Декоративно-прикладное искусство (02. Художник декоративно-прикладного искусства (художественная керамика)) | | Деревянное зодчество села Яльчики Работу Основу народного искусства составляли резьба по дереву, камню и кости, керамика, плетение, вышивка, вязание, узорное ткачество, шитьё... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, первым созданным человеком материалом. Время появления керамики относят... | | Образовательная программа «народные промыслы» Искусствоведы опасаются, что ткачество и вышивка, резьба и роспись по дереву, керамика, кузнечное дело и плетение из лозы и соломы... |
 | Апрель месяц естественных наук план мероприятий Конкурс газет на химическую тематику: «Этот удивительный углерод», «История появления бумаги и других материалов для письма», «Стекло... | | Занятие химического кружка «М. В. Ломоносов – великий химик» Цели Родины, бережного отношения к окружающей среде. Развивающие: развивать творческие способности, речь учащихся, умение работать с дополнительной... |
| Корвякова Лидия Михайловна моу гимназия с. Боринское Липецкого района Липецкой области Цели урок Родины, бережного отношения к окружающей среде. Развивающие: развивать творческие способности, речь учащихся, умение работать с дополнительной... | | Керамика это изделия и материалы, полученные спеканием глин и их... Она появилась в глубокой древности, а точнее в эпоху неолита, и существует до сих пор. Со временем сосуды меняли свою форму и назначение,... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В домах людей во всем мире; трудно представить себе быт, полностью лишенный каких бы то ни было элементов керамики: посуды, кафеля,... | | Программа дисциплины для направления подготовки бакалавра Правительство Российской Федерации Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки для... |
