Составы электрофарфоровых масс зависят от состава и структуры применяемых сырьевых материалов. Большинство электрофарфоровых изделий изготовляют из пластичной массы. Электроустановочные изделия малых размеров изготовляют из порошковых масс.
Поверхность изделий из электрофарфора покрывают стекловидным слоем глазури. Глазурное покрытие надежно соединяется с поверхностью фарфора в процессе обжига изделий, образуя гладкий стекловидный слой. Глазурь повышает механическую прочность, защищает изолятор от загрязнений, облегчает очистку изоляторов в эксплуатации и придает изолятору хороший внешний вид.
Одним из назначений глазури является также повышение механических характеристик электрофарфора. Это достигается правильным выбором состава глазури, соответствующим данному составу электрофарфора.
Для удовлетворения основных требований, предъявляемых к глазури, необходимо их минеральный и химический составы приблизить к составам электрофарфоровых изделий.
В состав глазури вводят флюсующие вещества (плавни), понижающие температуру плавления глазури и способствующие хорошему разливу ее по поверхности изделия.
Правильно подобранная глазурь повышает механическую прочность изоляторов. Для этого температурные коэффициенты линейного расширения электрокерамического материала и глазури должны быть близкими друг к другу, причем у глазури он должен быть несколько ниже, чем у массы. Температура плавления глазури должна соответствовать температуре спекания электрофарфора. Несоответствие ТКЛР и температура плавления вызывает брак.
Свойства электротехнического фарфора
Правильно изготовленный электротехнический фарфор является хорошим электроизоляционным материалом. Он обладает высокими диэлектрическими и механическими характеристиками. Создание фарфора, удовлетворяющего необходимым требованиям, является делом сложным, поскольку свойства фарфора зависят от ряда факторов:
1. характеристики фарфора зависят от соотношения составных частей – компонентов фарфоровой массы;
2. от способов обработки исходных сырьевых материалов и способов обработки фарфоровой массы;
3. от режимов сушки и обжига изделий;
4. влияние отдельных компонентов на свойства электротехнического фарфора обычно характеризуют процентные соотношения различных компонентов.
Влияние отдельных компонентов на свойства готового изделия
Область выделения двумя кривыми в левом углу соответствует составу масс , обладающих высокой термической устойчивостью(термостойкостью).
Выше располагается область, соответствующая составам фарфора с высокой электрической прочностью. На диаграмме видно, что с увеличением в фарфоровой массе полевого шпата за счет каолина мы приходим в область, соответствующую составам фарфоровых масс с высокой электрической прочностью, но менее термостойких.
С увеличением содержания в массе кварца за счет снижения содержания каолина повышается механическая прочность фарфора, но снижается термостойкость.
Данная диаграмма приблизительно показывает влияние отдельных компонентов на свойства готового изделия [1].
Технологическая схема приготовления лабораторных образцовдля проведения испытаний
Приготовление фарфоровых масс
М-0 М-1 М-2 М-3
(тонкодисперсная) (15% глинозема) (25% глинозема) (27% глинозема)
↓
Помол в шаровых мельницах
(τпомола=8ч5мин) (τпомола=8ч50мин) (τпомола=11ч15мин) (τпомола=11ч40мин)
остаток на сите N0040
(4%) (3.3%) (3%) (3.6%)
↓
Обезвоживание шликера в тканевых мешках, помещенных в гипсовые формы (4 дня) (W=19 – 19.5%)
↓
Изготовление лабораторных образцов для проведения испытаний
↓
Сушка образцов → Испытания (сухих образцов)
↓ ↓
Глазурование Обжиг → Испытания
(обожженных неглазур. образцов)
↓
Обжиг
↓
Испытания
(обожженных глазурованных образцов)
↓
Обработка результатов,
подведение итогов
Важнейшим свойством электротехнического фарфора является механическая прочность. Создание новых высокопрочных изоляторов будет развиваться в направлении увеличения в составе фарфора основного компонента – муллита, кристаллизации стекловидной фазы, что может быть достигнуто за счет введения в состав массы глинозема.
При изыскании новых керамических материалов необходимо рассчитать химический и минералогический составы массы, исходя из анализа сырьевых материалов.
Для определения шихтового состава массы и опробирования ее в лабораторных условиях выберем три рецепта с содержанием глинозема в количестве 15, 25 и 27%.
Химический анализ материалов приведен в табл.13.
Таблица 13 Химический состав сырья
| Наименование | Содержание оксидов, масс. % | |||||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | TiO2 | ппп | ∑ | |
| Глина Дружковская | 52.18 | 33,30 | 0,60 | 0,30 | 0,20 | 1,70 | 0,60 | 1,42 | 9,70 | 100.0 |
| Каолин Кыштымский | 46,10 | 37,35 | 0,60 | 0,35 | 0,45 | 0,90 | 0,80 | 0,70 | 12,75 | 100.0 |
| Каолин Просяновский | 45,90 | 38,00 | 0,20 | 0,50 | 0,20 | 0,40 | 0,40 | 0,80 | 13,60 | 100.0 |
| Полевой шпат Мамс.-Чуйск. | 66,20 | 18,80 | 0,20 | 0,69 | 0,60 | 10,20 | 2,90 | 0,01 | 0,40 | 100.0 |
| Пегматит Енский | 72,50 | 17,43 | 0,15 | 0,80 | 0,40 | 6,05 | 2,43 | 0,04 | 0,20 | 100.0 |
| Кв.песок Ташлинский | 98,60 | 0,70 | 0,05 | 0,25 | 0,20 | 0,09 | 0,07 | - | 0.04 | 100.0 |
| Бой фарфоровый | 71,30 | 23,14 | 0,32 | 0,42 | 0,33 | 2,55 | 1,084 | 0.79 | 0.07 | 100.0 |
| Глинозем, ГЭФ | - | 99,63 | - | - | - | 0,03 | 0,33 | - | 0.01 | 100.0 |
| Наименование | %-ноесодерж.в массе | Содержание оксидов, масс. % | ||||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | TiO2 | ппп | ||
| Глина Дружковская | 23 | 12,0014 | 7,659 | 0,138 | 0,069 | 0,046 | 0,391 | 0,139 | 0,3266 | 2,231 |
| Каолин Кыштымский | 13 | 5,990 | 4,8555 | 0,078 | 0,045 | 0,0585 | 0,117 | 0,104 | 0,091 | 1,6545 |
| Каолин Просяновский | 12 | 5,508 | 4,560 | 0,024 | 0,060 | 0,024 | 0,048 | 0,048 | 0,096 | 1,632 |
| Полевой шпат Мамс.-Чуйск. | 10 | 6,620 | 1,880 | 0,020 | 0,069 | 0,060 | 1,020 | 0,290 | 0,001 | 0,040 |
| Пегматит Енский | 9 | 6,525 | 1,568 | 0,0135 | 0,072 | 0,036 | 0,5450 | 0,2187 | 0,0036 | 0,0180 |
| Кв.песок Ташлинский | 27 | 26,622 | 0,189 | 0,0135 | 0,0675 | 0,0540 | 0,0243 | 0,0189 | - | 0,0108 |
| Бой фарфоровый | 6 | 4,278 | 1,3884 | 0,0192 | 0,0252 | 0,0198 | 0,1530 | 0,0650 | 0,047 | 0,004 |
| Расчетный хим. анализ массы | 100 | 67,54 | 22,10 | 0,31 | 0,41 | 0,30 | 2,30 | 0,88 | 0,57 | 5,59 |
Таблица 15 Химический состав глиноземистой массы М-1
| Наименование | %-ноесодерж.в массе | Содержание оксидов, масс. % | ||||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | МgO | K2O | Na2O | TiO2 | ппп | ||
| Глина Дружковская | 24 | 12,5232 | 7,992 | 0,144 | 0,072 | 0,048 | 0,408 | 0,144 | 0,3408 | 2,328 |
| Каолин Кыштымский | 10 | 4,610 | 3,735 | 0,060 | 0,035 | 0,045 | 0,09 | 0,08 | 0,07 | 1,275 |
| Каолин Просяновский | 5 | 2,295 | 1,90 | 0,010 | 0,025 | 0,010 | 0,020 | 0,020 | 0,04 | 0,68 |
| Полевой шпат Мамс.-Чуйск. | 13 | 8,606 | 2,444 | 0,026 | 0,0897 | 0,078 | 1,326 | 0,377 | 0,0013 | 0,052 |
| Пегматит Енский | 19 | 13,775 | 3,3117 | 0,0285 | 0,152 | 0,076 | 1,1495 | 0,4617 | 0,0076 | 0,038 |
| Бой фарфоровый | 14 | 9,982 | 3,2396 | 0,0448 | 0,0588 | 0,046 | 0,357 | 0,1518 | 0,1106 | 0,0098 |
| Глинозем, ГЭФ | 15 | - | 14,9445 | - | - | - | 0,0045 | 0,0495 | - | 0,0015 |
| Расчетный хим. анализ массы | 100 | 51,79 | 37,57 | 0,31 | 0,43 | 0,30 | 3,36 | 1,28 | 0,57 | 4,38 |
Таблица 16 Химический состав глиноземистой массы М-2
| Наименование | %-ноесодерж.в массе | Содержание оксидов, масс. % | ||||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | TiO2 | ппп | ||
| Глина Дружковская | 24 | 12,5232 | 7,992 | 0,144 | 0,072 | 0,048 | 0,408 | 0,144 | 0,3408 | 2,328 |
| Каолин Кыштымский | 12 | 5,532 | 4,482 | 0,072 | 0,042 | 0,054 | 0,108 | 0,096 | 0,084 | 1,530 |
| Каолин Просяновский | 5 | 2,295 | 1,9 | 0,01 | 0,025 | 0,01 | 0,02 | 0,02 | 0,04 | 0,68 |
| Полевой шпат Мамс.-Чуйск. | 25 | 16,55 | 4,7 | 0,05 | 0,1725 | 0,15 | 2,55 | 0,725 | 0,0025 | 0,1 |
| Бой фарфоровый | 9 | 6,417 | 2,0826 | 0,0288 | 0,0378 | 0,0297 | 0,2295 | 0,0975 | 0,0711 | 0,0063 |
| Глинозем, ГЭФ | 25 | - | 24,91 | - | - | - | 0,007 | 0,08 | - | 0,002 |
| Расчетный хим. анализ массы | 100 | 43,32 | 46,07 | 0,32 | 0,35 | 0,29 | 3,32 | 1,17 | 0,54 | 4,64 |
Таблица 17 Химический состав глиноземистой массы М-3
| Наименование | %-ноесодерж.в массе | Содержание оксидов, масс. % | ||||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | TiO2 | ппп | ||
| Глина Дружковская | 24 | 12,5252 | 7,992 | 0,144 | 0,072 | 0,048 | 0,408 | 0,144 | 0,3408 | 2,328 |
| Каолин Кыштымский | 10 | 4,610 | 3,735 | 0,06 | 0,035 | 0,045 | 0,09 | 0,08 | 0,07 | 1,275 |
| Каолин Просяновский | 5 | 2,295 | 1,900 | 0,01 | 0,023 | 0,01 | 0,02 | 0,02 | 0,04 | 0,68 |
| Полевой шпат Мамс.-Чуйск. | 26 | 17,212 | 4,888 | 0,052 | 0,1794 | 0,156 | 2,652 | 0,754 | 0,0026 | 0,104 |
| Бой фарфоровый | 8 | 5,704 | 1,8512 | 0,0256 | 0,0336 | 0,0264 | 0,204 | 0,087 | 0,0632 | 0,0056 |
| Глинозем, ГЭФ | 27 | - | 26,9 | - | - | - | 0,008 | 0,0089 | - | 0,0027 |
| Расчетный хим. анализ массы | 100 | 42,34 | 47,27 | 0,29 | 0,34 | 0,29 | 3,38 | 1,17 | 0,52 | 4,39 |
Сопоставление результатов расчета химических составов и изделий электрофарфора, изготовляемых на нескольких предприятиях России (УИЗ, ЛФЗ, ВЗЭФ), позволило выбрать три состава масс с применением 15, 25 и 27% глинозема, и, для сравнения, берется фарфоровая масса завода УИЗ (тонкодисперсная масса марки 110.1).