PL206705B1

PL206705B1 - Półprzewodnikowy wyrób w postaci szkliwa, sposób wytwarzania wyrobu w postaci szkliwa oraz zastosowanie wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa

Info

Publication number: PL206705B1
Application number: PL362108A
Authority: PL
Inventors: Osamu Imai; Masaru Murase
Original assignee: Ngk Insulators Ltd
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2010-09-30
Also published as: EP1398302B1; US7262143B2; PL362108A1; CN1279551C; DE60301463T2; EP1398302A1; DE60301463D1; CN1495806A; US20040084659A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotowy wynalazek dotyczy półprzewodnikowego wyrobu w postaci szkliwa, który nakłada się na powierzchnię ceramicznego izolatora, celem wykonania izolatora pokrytego przewodzącym szkliwem, sposobu wytwarzania takiego wyrobu w postaci szkliwa oraz zastosowania wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa do powlekania izolatora.

Konwencjonalnie, ceramiczny izolator powlekało się szkliwem, celem poprawienia wytrzymałości takiego izolatora. Wykorzystuje się tu „efekt ściskania szkliwa, zgodnie z którym warstwa szkliwa ściska izolator na skutek różnicy współczynników rozszerzalności cieplnej izolatora i szkliwa (zasadniczo, współczynnik rozszerzalności cieplnej izolatora jest wyższy niż współczynnik rozszerzalności szkliwa). Istnieją różne rodzaje szkliwa, a szkliwo półprzewodnikowe nakłada się na powierzchnię izolatora, celem umożliwienia przepływu niewielkiej ilości prądu przez powierzchnię powleczonego izolatora, a dzięki temu usunięcia zabrudzeń i zanieczyszczeń do niego przywierających oraz poprawienia charakterystyki izolowania elektrycznego izolatora, co w przeciwnym przypadku mogłoby na niego negatywnie wpływać, gdy brud i zanieczyszczenia osadzają się na powierzchni izolatora.

Firma zgłaszającego w przedmiotowej sprawie ujawniła takie półprzewodnikowe szkliwa: w szczególnoś ci przewodzą ce szkliwo w postaci fryty na bazie tlenku cyny - tlenku antymonu (patrz Japońska Publikacja Patentowa (kokoku) nr 49-3816, str. 6); szkliwo przewodzące na bazie tlenek cyny - tlenek antymonu - tlenek niobu (patrz Japońska Publikacja Patentowa (kokoku) nr 55-37804, str. 1); a także szkliwo przewodzące na bazie tlenek cyny - tlenek antymonu, w którym rozkład ρ jest regulowany (patrz Japońska Publikacja Patentowa (kokoku) nr 59-23051, str. 1). Niniejszy opis odnosi się do treści przytoczonych publikacji. Japońska publikacja patentowa 59-23051 odpowiada publikacji US-A-4232185 i ujawnia kompozycje o cechach zgodnych z częścią przedznamienną według zastrzeżenia 1 przedmiotowego zgłoszenia.

Powyżej wymienione przewodzące szkliwa mają wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej wynoszący około 0,32%. Gdy takie konwencjonalne szkliwo przewodzące nakłada się na materiał podstawowy mający wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej (np. materiał na bazie krystobalitu, mający współczynnik rozszerzalności cieplnej wynoszący około 0,42%), różnica między współczynnikami rozszerzalności cieplnej przewodzącego szkliwa i materiału podstawowego wynoszą około 0,10%, a zatem szkliwo wykazuje dostateczny efekt ściskania.

Niemniej jednak, gdy powyżej wymienione, konwencjonalne szkliwo przewodzące nakłada się na materiał niebędący krystobalitem, mający współczynnik rozszerzalności cieplnej wynoszący około 0,38% (który to materiał podstawowy ostatnimi laty był wykorzystywany na przykład w izolatorach typu LP, izolatorach typu SP czy też porcelanowych izolatorach przepustowych), ponieważ różnica współczynników rozszerzalności cieplnej pomiędzy szkliwem a materiałem podstawowym zaczyna wynosić zaledwie 0,06%, efekt ściskania szkliwa zmniejsza się na skutek tak niewielkiej różnicy współczynników rozszerzalności cieplnej, co prowadzi do pojawienia się problemu obniżenia wytrzymałości otrzymanego w ten sposób izolatora, to jest izolator nie ma uprzednio określonej wytrzymałości.

W ś wietle powyż szego, celem przedmiotowego wynalazku jest przedstawienie wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa, wykazującego niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, bez niekorzystnego oddziaływania na inne właściwości szkliwa, a który również po nałożeniu na izolator, zapewnia uzyskanie poprawionej wytrzymałości mechanicznej izolatora. Kolejnym celem przedmiotowego wynalazku jest przedstawienie sposobu wytwarzania wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa. Kolejnym celem przedmiotowego wynalazku jest przedstawienie izolatora powleczonego wyrobem w postaci półprzewodnikowego szkliwa.

Według pierwszego aspektu przedmiotowego wynalazku przedstawia się wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa, zawierający kompozycję szkliwa, przy czym ta kompozycja szkliwa zawiera szkliwo podstawowe na bazie KNaO-MgO-CaO-Al2O3-SiO2, w której proporcje w kompozycji według wzoru Segera dla składników podstawowych, to jest KNaO, MgO wynoszą odpowiednio 0,1 do 0,4, 0,2 do 0,6 oraz reszta składnika CaO, a proporcje kompozycji według wzoru Segera dla AI2O3 oraz SiO2, stanowiących szkliwo podstawowe wynoszą odpowiednio 0,5 do 0,9 oraz 4 do 7, przy czym kompozycja szkliwa zawiera ponadto kompozycję tlenków metali obejmującą tlenek cyny i tlenek antymonu, charakteryzujący się tym, że wyrób w postaci szkliwa zawiera ponadto tlenek boru jako topnik, przy czym ilość topnika wynosi od 1 część wagowej do 10 części wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych kompozycji szkliwa.

PL 206 705 B1

W powyż ej podanym produkcie w postaci półprzewodnikowego szkliwa według przedmiotowego wynalazku, proporcje kompozycji jak podano według wzoru Segera dla KNaO, MgO oraz CaO stanowiących szkliwo podstawowe zawarte w kompozycji szkliwa są ustalane jako 0,1 do 0,4, 0,2 do 0,6 oraz odpowiednio reszta, natomiast ilość topnika reguluje się od 1 części wagowej do 10 części wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych kompozycji szkliwa. Dzięki efektom synergicznym uzyskiwanym poprzez ustalanie proporcji dla składników podstawowych szkliwa podstawowego oraz ustalanie zawartości topnika, produkt w postaci półprzewodnikowego szkliwa wykazuje niski współczynnik rozszerzalności cieplnej bez niekorzystnego wpływania na inne właściwości szkliwa. Zatem gdy produkt w postaci półprzewodnikowego szkliwa nakłada się na izolator, otrzymany w ten sposób izolator wykazuje wysoką wytrzymałość mechaniczną, a w taki sposób nałożony produkt w postaci szkliwa wykazuje znakomite właściwości powierzchniowe.

W powyżej wymienionym wyrobie w postaci półprzewodnikowego szkliwa według przedmiotowego wynalazku, przy czym ilość kompozycji szkliwa podstawowego i kompozycji tlenków metali w kompozycji zawartej w kompozycji szkliwa wynoszą odpowiednio 60 do 80% wag. i 40 do 20% wag.; zawartość tlenku antymonu w kompozycji tlenków metali wynosi 2 do 15% wag.; a kompozycja tlenków metali zawiera tlenek niobu w ilości wynoszącej nie więcej niż 5% wag.

Zgodnie z drugim aspektem przedmiotowego wynalazku, sposób wytwarzania wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa obejmujący mieszanie kompozycji szkliwa zawierającej szkliwo podstawowe na bazie KNaO-MgO-CaO-Al2O3-SiO2, w której proporcje w kompozycji według wzoru Segera dla składników podstawowych, to jest KNaO, MgO wynoszą odpowiednio 0,1 do 0,4, 0,2 do 0,6 oraz reszta składnika CaO, a proporcje kompozycji według wzoru Segera dla AI2O3 oraz SiO2, stanowiących szkliwo podstawowe wynoszą odpowiednio 0,5 do 0,9 oraz 4 do 7 oraz kompozycje tlenków metali obejmującą tlenek cyny i tlenek antymonu, a także dodawanie wody do otrzymanej mieszaniny do wytworzenia zawiesiny, charakteryzuje się tym, że do szkliwa dodaje się tlenek boru jako topnik, przy czym ilość topnika wynosi 1 część wagową do 10 części wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych kompozycji szkliwa, a cząstki kompozycji szkliwa oraz topnika dodawane w postaci mieszaniny surowców mają zmniejszony rozmiar w taki sposób, że duże cząstki mające rozmiar wynoszący 10 μm stanowią nie więcej niż 15% wag. całości mieszaniny cząsteczek stałych surowca.

W powyżej wspomnianym sposobie wytwarzania wyrobu półprzewodnikowego w postaci szkliwa, cząstki surowców mogą mieć zmniejszony rozmiar stosując dowolny sposób znany ze stanu techniki tak, że większe cząstki mające rozmiar 10 μm lub więcej stanowią nie więcej niż 15% wag. całości mieszaniny cząsteczek stałych surowca. Wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa wytwarzany za pośrednictwem tego sposobu wykazuje niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, bez niekorzystnego oddziaływania na inne właściwości szkliwa. Zatem gdy wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa nałoży się na izolator, uzyskany w ten sposób izolator wykazuje wysoką wytrzymałość mechaniczną, a w ten sposób nakładany wyrób w postaci szkliwa wykazuje znakomite właściwości powierzchniowe.

W powyżej wymienionym sposobie wytwarzania wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa według przedmiotowego wynalazku, korzystnie wykorzystuje się wollastonit jako źródło Ca.

Zgodnie z trzecim aspektem przedmiotowego wynalazku, przedstawia się zastosowanie wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa według przedmiotowego wynalazku do powlekania izolatora. Izolator zawierający korpus główny izolatora pokryty wyrobem w postaci półprzewodnikowego szkliwa według przedmiotowego wynalazku wykazuje wysoką wytrzymałość mechaniczną, nawet jeżeli materiał podstawowy izolatora wykazuje niski współczynnik rozszerzalności cieplnej.

Szczegółowy opis korzystnych przykładów wykonania wynalazku

Cecha charakterystyczna wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa według przedmiotowego wynalazku polega na tym, że wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa zawiera kompozycję szkliwa zawierającą szkliwo podstawowe na bazie KNaO-MgO-CaO-Al2O3-SiO2, w którym proporcje kompozycji według wzoru Segera składników podstawowych, to jest KNaO, MgO i CaO, wynoszą odpowiednio 0,1 do 0,4, 0,2 do 0,6 oraz reszta; a także na tym, że wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa zawiera topnik w ilości wynoszącej od 1 części wagowej do 10 części wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych kompozycji szkliwa. Stosowane w niniejszym dokumencie określenie wzór Segera dotyczy chemicznego wzoru stosowanego do określenia kompozycyjnych proporcji składników zawartych w wyrobie w postaci szkliwa.

PL 206 705 B1

W przedmiotowym wynalazku proporcja w kompozycji dla KNaO wedł ug wzoru Segera jest określana jako 0,1 do 0,4 z następujących powodów. Jak będzie zrozumiałym na podstawie poniżej opisanych wyników Przykładów wykonania, gdy proporcja w kompozycji dla KNaO wynosi mniej niż 0,1 wyrób w postaci szkliwa wykazuje niekorzystną charakterystykę topienia się, natomiast gdy proporcja w kompozycji dla KNaO przekracza 0,4 współczynnik rozszerzalności cieplnej wyrobu w postaci szkliwa nie osiąga pożądanego niskiego poziomu. Ta proporcja w kompozycji dla KNaO według wzoru Segera bardziej korzystnie wynosi w zakresie 0,2 do 0,35. Tymczasem proporcja w kompozycji dla MgO według wzoru Segera jest określana jako wynosząca 0,2 do 0,6 z następujących powodów. Jak będzie zrozumiałym na podstawie wyników poniżej podanych przykładów wykonania, gdy proporcja w kompozycji dla MgO wynosi mniej niż 0,2, współczynnik rozszerzalności cieplnej wyrobu w postaci szkliwa nie osiąga pożądanego niskiego poziomu, natomiast gdy proporcja w kompozycji dla MgO przekracza 0,6, oporność wyrobu w postaci szkliwa rośnie, a ten wyrób w postaci szkliwa wykazuje niekorzystną charakterystykę topienia się. Proporcja w kompozycji dla MgO według wzoru Segera bardziej korzystnie wynosi w zakresie 0,25 do 0,5.

Gdy izolator zostaje powleczony półprzewodnikowym szkliwem mającym niekorzystną charakterystykę topienia się, mogą powstawać pęcherzyki powietrza, a zatem otrzymany izolator będzie miał nierówne powierzchnie, co można zaobserwować gołym okiem jako nierówności. Takie nierówne powierzchnie powodują występowanie problemów (np. pękania), gdy prąd przepływa przez powierzchnię izolatora. Tymczasem, w przypadku gdy szkliwo półprzewodnikowe nie wykazuje pożądanego niskiego współczynnika rozszerzalności cieplnej, po nałożeniu tego szkliwa na materiał podstawowy, na przykład niebędący krystobalitem, wykazujący niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (na które było wysokie zapotrzebowanie ostatnimi laty), otrzymany izolator nie będzie wykazywał dostatecznej odporności na pękanie.

W szkliwie podstawowym na bazie KNaO-MgO-CaO-Al2O3-SiO2, korzystnie proporcje w kompozycji dla AI2O3 i SiO2 według wzoru Segera są określane jako wynoszące odpowiednio 0,5 do 0,9 oraz 4 do 7. Proporcja w kompozycji dla AI2O3 wynosi korzystnie 0,5 do 0,9, ponieważ gdy proporcja dla AI2O3 w kompozycji wynosi mniej niż 0,5, otrzymane szkliwo półprzewodnikowe może wykazywać wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej, natomiast gdy proporcja dla AI2O3 w kompozycji przekracza 0,9, otrzymane szkliwo może wykazywać słabe właściwości topienia się. Natomiast proporcja dla SiO2 w kompozycji wynosi korzystnie 4 do 7, ponieważ gdy proporcja dla SiO2 w kompozycji wynosi mniej niż 4, może pojawić się wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej, natomiast gdy proporcja dla SiO2 w kompozycji przekracza 7, mogą wystąpić słabe właściwości topienia się.

Nie nakłada się żadnych szczególnych ograniczeń na proporcję zawartości pomiędzy szkliwem podstawowym a kompozycją tlenków metali składającymi się na kompozycję szkliwa, przy czym tę proporcję można określić jak w przypadku konwencjonalnego szkliwa. Na przykład ilość szkliwa podstawowego składającego się na kompozycję szkliwa wynosi korzystnie 60 do 80% wag., bardziej korzystnie 65 do 75% wag; natomiast zawartość kompozycji tlenków metali składającego się na kompozycję szkliwa, wynosi korzystnie 40 do 20% wag., bardziej korzystnie 35 do 25% wag..

Żadnych szczególnych ograniczeń nie nakłada się na zawartości tlenku cyny i tlenku antymonu w kompozycji tlenków metali, przy czym ilości tych tlenków mogą być okreś lane jak w przypadku tlenku metalu zawartego w konwencjonalnym szkliwie. Na przykład, zawartość tlenku antymonu zawartego w kompozycji tlenków metali określa się jako wynoszącą 2 do 15% wag. Kompozycja tlenków metali może ponadto zawierać tlenek niobu w ilości wynoszącej 5% wag. lub mniej. Gdy proporcje zawartości pomiędzy szkliwem podstawowym a kompozycją tlenku metalu oraz ilości tlenków metalu zawartych w kompozycjach tlenku metalu są określane jak opisano powyżej, uzyskany wyrób w postaci szkliwa półprzewodnikowego wykazuje znakomitą oporność powierzchniową, charakterystykę opornośćtemperatura oraz odporność na korozję elektrolityczną.

Przyczyną włączenia topnika (korzystnie tlenku boru) do kompozycji szkliwa jest to, że obecność topnika poprawia charakterystykę topienia się wyrobu w postaci szkliwa poprzez efekt uplastycznienia.

W przedmiotowym wynalazku nakł ada się pewne ograniczenia na zawartość topnika; w szczególności zawartość topnika (korzystnie zawartość boru jako ograniczonego do tlenku boru) wynosi 1 do 10 części wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych kompozycji szkliwa. W przeciwnym przypadku oporność oraz współczynnik rozszerzalności cieplnej uzyskiwanego wyrobu w postaci szkliwa stałyby się niedopuszczalnie wysokie.

PL 206 705 B1

Charakterystyczną cechą sposobu wytwarzania wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa według przedmiotowego wynalazku jest to, że rozmiar cząstek surowców, to jest kompozycji szkliwa i topnika, są tak małe, że większe cząstki mające rozmiar 10 μm lub więcej stanowią 15% wag. lub mniej całości pylistych surowców. Tego zmniejszenia rozmiaru cząstek dokonuje się w celu dalszego poprawienia charakterystyki topienia się uzyskiwanego wyrobu w postaci szkliwa. Sposób wytwarzania według przedmiotowego wynalazku uwzględnia zastosowanie wollastonitu jako źródła Ca. Dzieje się tak dlatego, że gdy jako źródło Ca stosuje się wollastonit, zapobiega się tworzeniu pęcherzyków powietrza w uzyskiwanym wyrobie w postaci szkliwa, w porównaniu z przypadkiem konwencjonalnego sposobu wytwarzania szkliwa, w którym jako źródło Ca wykorzystuje się węglan wapnia.

Przedmiotowy wynalazek zostanie teraz opisany za pomocą przykładów.

P r z y k ł a d 1

Tlenek cyny (94% wag.), tlenek antymonu (5% wag.) oraz tlenek niobu (1% wag.) miesza się ze sobą, celem przygotowania kompozycji tlenków metali. Oddzielnie przygotowuje się szkliwo podstawowe zawierające KNaO, MgO, CaO (proporcje tych składników w kompozycji według wzoru Segera wskazano w Tablicy 1), 0,7 AI2O3 oraz 5,0 SiO2. Następnie w powyższy sposób przygotowaną kompozycję tlenków metali (30% wag.) miesza się z wyżej wymienionym szkliwem podstawowym (70% wag.), celem przygotowania kompozycji szkliwa. Następnie, do tak przygotowanej kompozycji szkliwa (100 części wagowych) dodaje się tlenek boru służący jako topnik (zawartość topnika wskazano w Tablicy 1). Do otrzymanej mieszaniny dodaje się wodę (65 części wagowych) i mieli się oraz miesza z wykorzystaniem młyna kulowego, celem przygotowania w ten sposób zawiesiny wyrobu szkliwa półprzewodnikowego, jak wskazano w Tablicy 1 (Przykłady Robocze i Przykłady Porównawcze).

Każdą z tak przygotowanych zawiesin szkliwa półprzewodnikowego według Przykładów Roboczych przedmiotowego wynalazku oraz Przykładów Porównawczych, nakładano na mający kształt płytki element testowy (20 mm x 40 mm x 60 mm) w taki sposób, że grubość powłoki szkliwa wynosiła 0,3 do 0,4 mm. Po wysuszeniu zawiesiny szkliwa otrzymany testowy element wypalano (maksymalna temperatura wypalania 1.275°C). Otrzymany element testowy poddawano pomiarom oporności powierzchniowej, a wygląd elementu testowego oceniano wizualnie. W celu dokonania pomiaru oporności powierzchniowej, na powierzchni elementu testowego umieszczano elektrody w odstępie 1 cm i powodowano przepływanie wcześniej określonego prądu pomiędzy tymi elektrodami. Jeżeli oporność powierzchniowa stawała się zbyt wysoka, by mogła być mierzona, wyrób w postaci szkliwa półprzewodnikowego nie mógł działać jako szkliwo przewodzące. Zatem oporność powierzchniowa musi wynosić około 1.000 MΩ lub mniej. Wygląd elementu testowego oceniano poprzez obserwacje nierówności powierzchni występujące na powłoce szkliwa elementu testowego w wyniku tworzenia się pęcherzyków powietrza.

Wygląd oceniano z zastosowaniem następujących kryteriów: AA: nie zaobserwowano żadnych części nierównych na powłoce szkliwa; BB: na powierzchni powłoki szkliwa zaobserwowano pewne nierówne części, ale nierówności te mieszczą się poniżej uprzednio określonego poziomu i nie powodują problemów; a także DD: wiele części nierównych zaobserwowano na powłoce szkliwa, a nierówności te przekraczają uprzednio określony poziom i powodują problemy.

Wyniki przedstawiono w Tablicy 1.

Tymczasem każdą z przygotowanych jak wyżej zawiesin szkliwa półprzewodnikowego według Przykładów Roboczych i Przykładów Porównawczych nakładano na korpus główny izolatora słupa wysokiego napięcia (używanego pod napięciem 77 kV, średnica 105 mm), uformowanego z materiału podstawowego niebędącego krystobalitem. Po wysuszeniu zawiesiny szkliwa, otrzymany korpus izolatora wypalano (maksymalna temperatura wypalania: 1275°C). Do tak wypalonego korpusu głównego izolatora dołączano za pomocą cementu uchwyt.

Otrzymany wyrób w postaci izolatora poddawano testom przełomu przy zginaniu, dzięki czemu określano jego obciążenie przełamania. Preferowany był wyrób w postaci izolatora, mający wysokie obciążenie przełamania. Gdy współczynnik rozszerzalności cieplnej zastosowanego wyrobu w postaci szkliwa półprzewodnikowego jest niski, obciążenie przełamania staje się wysokie. Wyniki testów przedstawiono w Tablicy 1.

PL 206 705 B1

T a b l i c a 1

	Szkliwo podstawowe (wzór Segera)	Ilość dodanego boru (% wag.)	Test elementu testowego	Ocena obciążenia przełamania wyrobu (kN)
KNaO	CaO	MgO	Oporność pow. (MO)	Wygląd
Przykłady Robocze
	0,1	0,7	0,2	3	5	AA	29,5
	0,25	0,55	0,2	7	10	AA	28
	0,4	0,4	0,2	5	8	AA	28,5
	0,2	0,55	0,25	5	13	AA	32,3
	0,35	0,4	0,25	3	12	AA	31
	0,1	0,5	0,4	1	30	BB	32,6
	0,25	0,35	0,4	5	45	AA	33,7
	0,4	0,2	0,4	5	55	AA	28,9
	0,2	0,3	0,5	3	120	AA	34
	0,2	0,3	0,5	10	910	AA	27,7
	0,35	0,15	0,5	3	130	AA	31,4
	0,1	0,3	0,6	7	1000	BB	28,5
	0,25	0,15	0,6	5	810	BB	28,2
	0,4	0	0,6	3	680	BB	28
Przykłady Porównawcze
	0,1	0,8	0,1	5	9	AA	19,6
	0,3	0,6	0,1	3	6	AA	18,8
	0,5	0,4	0,1	7	12	AA	17,7
	0,5	0,2	0,3	3	13	AA	17,9
	0	0,6	0,4	5	51	DD	15
	0,5	0	0,5	10	870	BB	14,5
	0	0,4	0,6	5	780	DD	14,7
	0,1	0,2	0,7	5	-	DD	14,3
	0,3	0	0,7	3	-	DD	13,9
	0,2	0,55	0,25	15	-	AA	23,3

- oznacza: Nienadają ce się do zmierzenia

Jak będzie widoczne z wyników Przykładów Roboczych i Przykładów Porównawczych przedstawionych w Tablicy 1, proporcje w kompozycji według wzoru Segera dla podstawowych składników, to jest KNaO, MgO oraz CaO, szkliwa podstawowego powinny wynosić odpowiednio 0,1 do 0,4, 0,2 do 0,6 oraz reszta, natomiast zawartość tlenku boru dodawanego jako topnik powinna wynosić 10 części wagowych lub mniej w odniesieniu do 100 części wagowych kompozycji szkliwa. Również porównanie wyników Przykładów Roboczych ujawnia proporcje w kompozycji dla KNaO oraz MgO według wzoru Segera wynoszące korzystnie odpowiednio 0,2 do 0,35 oraz 0,25 do 0,5.

P r z y k ł a d 2

W zwią zku z korzystnym przykł adem wykonania przedmiotowego wynalazku, dział anie AI2O3 oraz SiO2 zawartych w szkliwie podstawowym oceniano w następujący sposób. W szczególności, ilość tlenku boru (to jest topnika) dodawanego do kompozycji szkliwa określono jako wynoszącą 3 części wagowe w odniesieniu do 100 części wagowych kompozycji szkliwa, natomiast proporcje

PL 206 705 B1 w kompozycji dla KNaO, MgO oraz CaO według wzoru Segera, zawartych w szkliwie podstawowym, określono odpowiednio jako 0,25, 0,4 oraz 0,35; a proporcje w kompozycji dla AI2O3 oraz SiO2 były różne, jak pokazano w Tablicy 2, celem przygotowania wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa. W sposób podobny jak w Przykładzie 1, przygotowany wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa nakładano na element testowy oraz na korpus główny izolatora, następnie oceniano oporność powierzchniową i wygląd uzyskanego elementu testowego, jak również określano obciążenie przełamania uzyskanego wyrobu w postaci izolatora. Wyniki przedstawiono w Tablicy 2. Wynik CC wskazany w kolumnie wygląd w Tablicy 2 dotyczy przypadku, gdy na powłoce szkliwa zaobserwowano wiele nierównych części, ale nierówności te występowały na minimalnym poziomie, przy którym wyrób w postaci szkliwa półprzewodnikowego może być w realnych warunkach wykorzystywany w praktyce.

T a b l i c a 2

Szkliwo podstawowe (wzór Segera)	Test elementu testowego	Ocena obciążenia przełamania (kN)
AI2O3	SiO2	Oporność powierzchniowa (ΜΩ)	Wygląd
0,5	4	30	BB	29,4
0,5	5	35	AA	29,2
0,5	7	41	BB	32
0,7	4	29	BB	29,6
0,7	5	33	AA	33,1
0,7	7	28	BB	32,6
0,9	4	55	BB	30,1
0,9	5	36	BB	32,8
0,9	7	29	BB	31,7

0,3	4	30	BB	26,1
0,3	7	34	CC	27,3
0,7	3	35	BB	25,9
0,7	8	37	CC	28
1,1	4	57	BB	27,4
1,1	7	67	CC	27

Wyniki przedstawione w Tablicy 2 ujawniają, że proporcje w kompozycji dla AI2O3 oraz SiO2 według wzoru Segera wynoszą korzystnie odpowiednio 0,5 do 0,9 oraz 4 do 7.

P r z y k ł a d 3

W związku z kolejnym korzystnym przykładem wykonania sposobu wytwarzania według przedmiotowego wynalazku, oceniano działanie źródła Ca dla CaO wchodzącego w skład szkliwa podstawowego, jak również znaczenie rozmiaru mielonych cząstek surowców, to jest kompozycji szkliwa i topnika. W szczególności, zawartość tlenku boru służącego jako topnik określono jako wynoszącą 3 części wagowe w odniesieniu do 100 części wagowych kompozycji szkliwa, natomiast proporcje w kompozycji dla składników stanowiących szkliwo podstawowe, to jest dla KNaO, MgO, CaO, SiO2 oraz AI2O3, według wzoru Segera określono jako wynoszące odpowiednio 0,25, 0,4, 0,35, 5 oraz 0,7, a źródło Ca oraz rozmiar mielonych cząstek były różne jak wskazano w Tablicy 3, celem przygotowania wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa. Odnośnie źródła Ca, porównywano wollastonit z węglanem wapnia, który był konwencjonalnie wykorzystywany jako źródło Ca. Zawartość (w % wag.) cząstek mających rozmiar wynoszący 10 μm lub więcej zawartych w mielonych cząstkach uzyskiwano za pomocą urządzenia do mierzenia mielonych cząstek (Sedigraph). W sposób podobny jak w Przykładzie 1, tak przygotowany wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa nakładano na element testowy oraz na korpus główny izolatora, a następnie oceniano oporność powierzchniową i wygląd uzyskanego elementu testowego, jak również obciążenie przełamania otrzymanego wyrobu w postaci

PL 206 705 B1 izolatora. Wyniki przedstawiono w Tablicy 3. Wynik CC w kolumnie wygląd w Tablicy 3 dotyczy przypadku, w którym na powłoce szkliwa elementu testowego zaobserwowano wiele części nierównych, ale te nierówności występowały na minimalnym poziomie, przy którym wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa może być w realnych warunkach wykorzystywany w praktyce.

T a b l i c a 3

Źródło Ca	Proporcja dużych cząsteczek powyżej 10 μιτι	Test elementu testowego	Ocena obciążenia przełamania (kN)
Oporność powierzchniowa (ΜΩ)	Wygląd
Wollastonit	5,1%	35	AA	33,1
Wollastonit	10,5%	36	AA	32,8
Wollastonit	15,0%	34	AA	30,9
Wollastonit	21,0%	32	BB	28,2
Węglan wapnia	9,8%	37	BB	29,7
Węglan wapnia	18,0%	36	CC	30,9

Wyniki przedstawione w Tablicy 3 ujawniają, że ilość cząstek mających rozmiar wynoszący co najmniej 10 μm, zawartych w mielonych cząstkach kompozycji szkliwa i topnika (surowce) zostały określone korzystnie jako 15% wag. lub mniej. Wyniki te również wskazują, że źródłem Ca dla CaO składającego się na szkliwo podstawowe jest korzystnie wollastonit.

Przedmiotowy wynalazek nie jest ograniczony do powyżej podanych przykładów. Również oczywiste jest, że składniki podstawowe (KNaO, MgO oraz CaO) wykorzystywane w powyżej opisanych przykładach zawierają ponadto śladowe ilości tlenku żelaza, tlenku tytanu, tlenku manganu oraz tlenku chromu. W powyżej opisanych przykładach stosowano kompozycję tlenków metali zawierającą tlenek cyny, tlenek antymonu oraz tlenek niobu. Nie trzeba jednak chyba wskazywać, że kompozycja tlenków metali nie musi zawierać tlenku niobu.

W powyżej opisanym sposobie wytwarzania wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa, chociaż surowce (zawierające duże cząstki) miesza się ze sobą, rozmiar cząstek surowców zmniejsza się poprzez mielenie, dzięki czemu surowce mają uprzednio określony rozmiar cząstek. Niemniej jednak, gdy dostępne są gotowe surowce mające zmniejszony rozmiar, pożądany wyrób w postaci szkliwa można wytwarzać jedynie poprzez zmieszanie takich surowców.

Jak opisano powyżej, zgodnie z przedmiotowym wynalazkiem, proporcje w kompozycji dla KNaO, MgO oraz CaO (to jest składników podstawowych) według wzoru Segera, stanowiących szkliwo podstawowe zawarte w kompozycji szkliwa, są ustalane odpowiednio jako 0,1 do 0,4, 0,2 do 0,6 oraz reszta, a zawartość topnika wynosi 1 do 10 części wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych kompozycji szkliwa. Dzięki efektom synergistycznym uzyskiwanym poprzez regulowanie proporcji w kompozycji dla składników podstawowych w szkliwie podstawowym oraz regulowaniu zawartości topika, uzyskiwany wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa wykazuje znakomitą charakterystykę topienia się oraz niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, bez niekorzystnego wpływu na inne właściwości szkliwa. Zatem, gdy wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa nakłada się na izolator, uzyskiwany izolator wykazuje wysoką wytrzymałość mechaniczną.

Ponadto, wyrób w postaci szkliwa zapewnia znakomite warunki powierzchniowe, a zatem uzyskany izolator wykazuje wysoką odporność na korozję elektrolityczną.

Nawet w przypadku zanieczyszczenia, izolator taki wykazuje znakomitą charakterystykę izolowania elektrycznego, charakterystykę wyładowania koronowego oraz stabilność termiczną.

Oczywiście w świetle powyższego omówienia możliwe są liczne modyfikacje i odmiany. Należy zatem rozumieć, że w zakresie załączonych zastrzeżeń przedmiotowy wynalazek może być wykonywany w inny sposób niż szczegółowo opisano w niniejszym dokumencie.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa, zawierający kompozycję szkliwa, przy czym ta kompozycja szkliwa zawiera szkliwo podstawowe na bazie KNaO-MgO-CaO-Al2O3-SiO2, w której proporcje w kompozycji według wzoru Segera dla składników podstawowych, to jest KNaO, MgO wynoszą odpowiednio 0,1 do 0,4, 0,2 do 0,6 oraz reszta składnika CaO a proporcje kompozycji według wzoru Segera dla AI2O3 oraz SiO2, stanowiących szkliwo podstawowe wynoszą odpowiednio 0,5 do 0,9 oraz 4 do 7, przy czym kompozycja szkliwa zawiera ponadto kompozycję tlenków metali obejmującą tlenek cyny i tlenek antymonu, znamienny tym, że wyrób w postaci szkliwa zawiera ponadto tlenek boru jako topnik, przy czym ilość topnika wynosi 1 do 10 części wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych kompozycji szkliwa.
2. Wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa według zastrz. 1, znamienny tym, że ilości szkliwa podstawowego oraz kompozycji tlenków metali zawartych w kompozycji szkliwa wynoszą odpowiednio 60 do 80% wag. i 40 do 20% wagowych.
3. Wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawartość tlenku antymonu w kompozycji tlenków metali wynosi 2 do 15% wagowych.
4. Wyrób w postaci półprzewodnikowego szkliwa według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 3, znamienny tym, że kompozycja tlenków metali zawiera tlenek niobu w ilości wynoszącej nie więcej niż 5% wagowych.
5. Sposób wytwarzania wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa obejmujący mieszanie kompozycji szkliwa zawierającej szkliwo podstawowe na bazie KNaO-MgO-CaO-Al2O3-SiO2, w której proporcje w kompozycji według wzoru Segera dla składników podstawowych, to jest KNaO, MgO wynoszą odpowiednio 0,1 do 0,4, 0,2 do 0,6 oraz reszta składnika CaO a proporcje kompozycji według wzoru Segera dla AI2O3 oraz SiO2, stanowiących szkliwo podstawowe wynoszą odpowiednio 0,5 do 0,9 oraz 4 do 7 oraz kompozycje tlenków metali obejmującą tlenek cyny i tlenek antymonu, a także dodawanie wody do otrzymanej mieszaniny do wytworzenia zawiesiny, znamienny tym, że dodaje się tlenek boru jako topnik, przy czym ilość topnika wynosi 1 do 10 części wagowych w odniesieniu do

100 części wagowych kompozycji szkliwa, a cząstki kompozycji szkliwa oraz topnika dodawane są jako mieszanina surowców przy czym duże cząstki o rozmiarze co najmniej 10 μm stanowią nie więcej niż 15% wagowych całości mieszaniny cząstek stałych surowca.
6. Sposób wytwarzania wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa według zastrz. 5, znamienny tym, że jako źródło Ca wykorzystuje się wollastonit.
7. Zastosowanie wyrobu w postaci półprzewodnikowego szkliwa jak podano w którymkolwiek z zastrzeżeń od 1 do 4 do powlekania izolatora.