CN1340475A - a－Al2O3电真空陶瓷 - Google Patents

Abstract

α－Al₂O₃电真空陶瓷,其坯体原料重量百分组成为:α－Al₂O₃95%、石英1%、苏州土2%、碳酸钙2%。各原料的组成本发明有较严格的要求。其性能指标除满足了GB/T5593－1996的特性外,在体积密度、直流击穿强度、体积电阻率、抗折强度方面比该标准的规定有了提高,产品的热稳定性、化学稳定性提高,具有高强度、高绝缘的特点,能够适应高压、超高压输配电工程真空灭弧室管壳的要求。

Description

α-Al2O3电真空陶瓷

本发明涉及一种电真空陶瓷。

输配电工程用真空灭弧室的陶瓷管壳，要满足GB/T5593—1996的规定，即：体积密度为≥3.40g/cm²，抗折强度≥240Mpa，直流击穿强度≥15KV/mm等。在高压、超高压输配电工程中，随着负荷的增加，上述技术指标的电真空陶瓷已不能满足耐高温、高压、高绝缘的要求。为此，必须增大真空灭弧室的体积来适应，体积增大，使制造工艺复杂，成品率低；体积增大，重量提高，成本增加，而且抽真空难度大，不易保持高度真空，影响产品的绝缘性。在抗折强度方面，真空灭弧室的原理决定了在运行过程中会受到较大的机械冲击力，管壳必须具有足够的机械强度；再如击穿强度方面，在真空灭弧室的动触头和静触头施加额定电压时，屏蔽筒上的悬浮定位与动触头或静触头端的较高或较低电位形成穿过陶瓷的强磁场，有可能击穿陶瓷造成产品漏气，要求陶瓷有足够的击穿强度。在高压、超高压输配电工程中，对上述指标要求更高。特别是对电真空陶瓷，要求其具有高绝缘性，绝缘度达到2000兆/厘米。

陶瓷管壳的制造工艺为热压铸成型，包括原材料选购磁选、配料制板、注浆成型、排塑、烧成、磨加工、上釉清洗。坯体原料中的α-Al₂O₃含量一般在92～95％之间，对K₂O、Na₂O的含量要求不严格，而实际上K₂O、Na₂O的含量对烧成过程中形成的烧结气氛严重影响产品的气密性、机械强度及绝缘性能。

本发明的目的是提供一种α-Al₂O₃电真空陶瓷，具有高强度、高绝缘的特点。

本发明的α-Al₂O₃电真空陶瓷，其特征在于其坯体原料重量百分组成为：

α-Al₂O₃ 95％、石英1％、苏州土2％、碳酸钙2％

由于本发明为一种功能陶瓷，原料配比将决定其特性。

对各原料的组成要求如下，以百分数计：

α-Al₂O₃：α-Al₂O₃≥99.5％、SiO₂≤0.08、MgO≤0.05、Fe₂O₃≤0.04、Na₂O≤0.05，烧失量≤0.02，不含K₂O

碳酸钙：CaCO₃盐酸不溶物≤0.05、硫酸盐≤0.03、Fe₂O₃≤0.05、K≤0.05、MgO≤0.05、氯化物≤0.01

石英：SiO₂≥95、Al₂O₃≤0 5、Fe₂O₃≤0.3、MgO≤0.5、K₂O≤0.05、Na₂O≤0.05

苏州土：SiO₂≥40、Al₂O₃≤35、Fe₂O₃≤0.5、MgO≤0.3、CaO≤0.4、K₂O≤0.05、Na₂O≤0.05。

原料组成的限定，也是提高本发明电真空陶瓷性能的措施之一，特别是对其中的K₂O、Na₂O的含量有了要求。

本发明的釉料可以是原有陶瓷管壳所用釉料，也可以是一般陶瓷产品所用釉料配方。

生产工艺同现有技术，即包括原材料选购磁选、配料制板、注浆成型、排塑、烧成、磨加工、上釉清洗。其中：

配料制板：将除铁后的α-Al₂O₃粉烘干，原料混合，球磨14～20小时，待材料在球磨机内球磨时间过半，投入少量油酸，继续球磨，然后加入原料重量的9～15％的石蜡和1～3％的蜂蜡加热熔化到60～80℃制成蜡板；

注浆成型：将制成的蜡板在铝制品容器中加热到60～80℃，抽真空到-1～-2Mpa，注入热压铸机，在压缩空气2～4Mpa压力下，注入制作好的产品模具，冷却后成为产品毛坯。

排塑：将结合在毛坯中的石蜡和蜂蜡，高温1100℃时，保温1小时，自然冷却，将产品中的蜡排掉，并有1％左右的体积收缩。

烧成：将排塑件在1650℃的高温窑中烧结，根据技术要求进行磨加工，再进行清洗上釉制成成品。

按照同现有技术同样的测定方法，本发明的性能指标为：

体积密度           ≥3.60g/cm²

抗折强度           ≥280Mpa

线膨胀系数         20～500℃，(6.5～7.5)×10^-6/℃

                   20～800℃，(6.5～8.0)×10^-6/℃

介电常数           1MHZ   20℃   9～10

                   10MHZ  20℃   9～10

介质损耗角正切     1MHZ   ≤4×10^-4

体积电阻率：       100℃，＞10¹³Ω.cm

                   300℃  ＞10¹⁰Ω.cm

                   500℃  ≥10⁸Ω.cm

直流击穿强度       ≥25KV/mm

化学稳定性         抗酸性：1∶9HCl∶H₂O ＜7.0mg/cm²

                   抗碱性：10％NaOH        ＜0.2mg/cm²

本发明的性能指标除满足了GB/T5593-1996的特性外，在体积密度、直流击穿强度、体积电阻率、抗折强度方面比原规定有了明显提高，产品的热稳定性、化学稳定性更为增强。具有高强度、高绝缘的特点。本发明的电真空陶瓷能够适应高压、超高压输配电工程真空灭弧室管壳的要求。在真空灭弧室负荷增加的情况下，可以不增加其体积。并可用于可控硅外壳、球磨机内衬材料，是耐高温、高电压、高绝缘的理想材料。

Claims (3)

1、α-Al₂O₃电真空陶瓷，其特征在于其坯体原料重量百分组成为：α-Al₂O₃ 95％、石英1％、苏州土2％、碳酸钙2％

2、根据权利要求1所述的电真空陶瓷，其特征在于各原料的组成要求如下，以百分数计：

α-Al₂O₃：α-Al₂O₃≥99 5％、SiO₂≤0.08、MgO≤0.05、Fe₂O₃≤0.04、Na₂O≤0.05，烧失量≤0.02，不含K₂O

碳酸钙：CaCO₃盐酸不溶物≤0.05、硫酸盐≤0.03、Fe₂O₃≤0.05、K≤0.05、MgO≤0.05、氯化物≤0.01

石英：SiO₂≥95、Al₂O₃≤0.5、Fe₂O₃≤0.3、MgO≤0.5、K₂O≤0.05、Na₂O≤0.05

苏州土：SiO₂≥40、Al₂O₃≤35、Fe₂O₃≤0.5、MgO≤0.3、CaO≤0.4、K₂O≤0.05、Na₂O≤0.05。

3、根据权利要求1所述的电真空陶瓷，其特征在于：

其体积密度        ≥3.60g/cm²

抗折强度          ≥280Mpa

线膨胀系数        20～500℃，(6.5～7.5)×10^-6/℃

                 20～800℃，(6.5～8.0)×10^-6/℃

介电常数          1MHZ  20℃  9～10

                 10MHZ 20℃  9～10

介质损耗角正切    1MHZ  ≤4×10^-4

体积电阻率：      100℃，＞10¹³Ω.cm

                 300℃＞10¹⁰Ω.cm

                 500℃≥10⁸Ω.cm

直流击穿强度      ≥25KV/mm

化学稳定性        抗酸性：1∶9HCl∶H₂O  ＜7.0mg/cm²

                 抗碱性：10％NaOH         ＜0.2mg/cm²