книги из ГПНТБ / Технология электрокерамики

ТЕХНОЛОГИЯ

ЭЛЕКТРОКЕРАМИКИ

П о д р е д а к ц и е й п р о ф . Г. Н. М А С Л Е Н Н И К О В О Й

П Р Е Д И С Л О В И Е

Перспективные планы развития народного хозяйства

СССР предусматривают дальнейшее увеличение электровооруженностп труда в промышленности. Задача эле­ ктротехнической промышленности состоит в обеспечении народного хозяйства надежным и высокоэффективным электрооборудованием.

Современный технический уровень машин, аппаратов и других электротехнических изделий в значительной мере определяется характеристиками электротехничес­ ких материалов, среди которых значительная роль при­ надлежит электроизоляционным материалам. Важней­ шие характеристики и технико-экономические показате­ ли электрооборудования (масса, габариты, мощность, надежность, срок службы и т. д.) обусловливаются в первую очередь качеством электроизоляционных мате­ риалов.

В настоящее время широко применяются электроизо­ ляционные керамические материалы. Требования, предъявляемые к керамическим материалам, весьма разнообразны. В одних случаях необходимы высокие электроизолирующие свойства при отсутствии статичес­ ких или динамических нагрузок, в других — высокие электроизолирующие, механические свойства при повы­ шенных температурах и воздействии нагрузок и т. д.

Электрокерамические материалы применяются для создания некоторых видов изоляторов, предназначенных для работы в условиях повышенных и высоких темпера­ тур. Эти изоляторы не должны терять существенно свои электроизолирующие свойства при нагреве и одновре­ менно должны обладать повышенной устойчивостью к резким колебаниям температуры. Примером могут служить керамические детали дугогасительных камер высоковольтных выключателей, корпуса низковольтных предохранителей и т. п.

3

Г Л А В А П Е Р В А Я

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

1-1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Особые условия службы и повышенные требования, предъявляемые к изоляционным материалам рядом от­ раслей промышленности: энергетической, электротехни­ ческой, атомной и др., требуют создания материалов с высокими электрофизическими и термомеханическими свойствами, обеспечивающими надежность и долговеч­ ность электрических машин и аппаратов [Л. 1-1 — 1-8].

Для снижения потерь электроэнергии при передаче наблюдается тенденция как к непрерывному повышению переменного напряжения на линиях электропередачи, так п к передаче электроэнергии на большие расстояния постоянным напряжением. Последнее требует создания изоляторов, способных не подвергаться старению.

Наиболее широкое применение получил электротех­ нический фарфор, из которого изготавливают изоляторы

иотдельные изоляционные детали [Л. 1-9—1-16]. Линейные подвесные фарфоровые изоляторы являют­

ся наиболее распространенным видом изоляторов. Они работают на высоковольтных воздушных линиях элект­ ропередачи. В процессе эксплуатации подвесные изоля­ торы подвергаются различным физико-химическим воз­ действиям, которые могут привести к необратимым из­ менениям в изоляционном материале, армировочной связке и арматуре [Л. 1-17— 1-20].

Опорные изоляторы для внутренних установок дол­ жны работать при температурах от —45 до +60°С на

5

жаться химические примеси, разрушающие фарфор, глазурь, цемент и арматуру.

При работе изоляторов в условиях тропического кли­ мата (влажного или сухого) к конструкциям изоляторов и материалов предъявляют более высокие требования, связанные с воздействием влаги, снижающей разрядные характеристики изоляторов.

Повышенные температура и влажность могут приве­ сти к выщелачиванию глазурных покрытий, развитию на их поверхности плесени и грибковых культур. Соле­ вые отложения при влажном морском климате и загряз­ ненной атмосфере могут вызвать не только снижение разрядных характеристик изолятора в результате уменьшения поверхностного напряжения, но п химичес­ кое взаимодействие с поверхностью, сопровождающееся необратимыми изменениями материала изолятора н ар­ матуры.

По своим свойствам фарфор относится к высоковольт­ ным низкочастотным материалам. Технические условия его применения и условия испытаний достаточно подроб­ но отражены в соответствующих нормативных докумен­

Так, в конструкциях корпусов низковольтных насыпных быстродействующих предохранителей в настоящее время вместо фарфора находят применение высокоглнноземнстые материалы [Л. 1-27]. Быстродействующие предохра­ нители используются для защиты полупроводниковых приборов мощных преобразовательных установок, и в связи со спецификой эксплуатации они должны отвечать ряду требований, которые ранее к предохранителям не предъявлялись. Из них необходимо отметить следующие:

1. Корпуса предохранителей должны обладать высо­ кой механической прочностью против давлений, возника­ ющих внутри предохранителя при отключении токов ко­ роткого замыкания порядка (200—300) • 103 а. Важность этого требования становится особенно ясной, если учесть

С

пиковых вентилей в .производстве крупных турбогенера­ торов позволило создать компактную конструкцию си­ стем возбуждения, монтируемую непосредственно на роторе турбогенератора. Для защиты вентилей системы возбуждения п для сопротивления центробежным силам при вращении ротора созданы роторные предохранители с корпусами из корундовой керамики с повышенной ме­ ханической прочностью [Л. 1-27].

Для дутогасительных решеток выключателей с маг­ нитным дутьем, камер взрывоопасных устройств (элек­ трических двигателей, разъединителей и контакторов), для специальных керамических ацетиленовых горелок, пирометрических защитных трубок п большого ассорти­ мента изоляторов, стойких к термоударам, широкое при­ менение находит кордиерптовая керамика [Л. 1-28, 1-29]. По стойкости к термоударам «орднерит уступает только кварцевому стеклу и некоторым видам литиевой керами­ ки [Л. 1-33—1-35]. Перспективно применение кордперпта взамен фарфора для изготовления ребристых изоля­ торов .пускотормозных резисторов электровозов, пред­ назначенных для равномерного размещения ленты фехралевых резисторов вдоль держателя п предотвращения замыкания витков спирали между собой.

Широкое применение в электроустановочных изде­ лиях находит также стеатитовая керамика. Стеатитовая керамика является хорошим электроизоляционным ма­ териалом и превосходит лучшие виды высоковольтного фарфора по механической прочности и величине диэлек­ трических потерь. Из стеатитовых материалов изготов­ ляют антенные (стержневые, крестообразные) и опорные изоляторы (опоры для радиомачт), изоляторы для рези­ сторов ламповых генераторов и др. [Л. 1-30—1-32].

В связи с повышением требований к электроизоляци­ онным материалам в отношении диэлектрических, меха­ нических и термомеханических характеристик взамен электротехнического фарфора начали широко использо­ вать высокоглиноземистые материалы. Из них изготов­ ляют аппаратные высоковольтные изоляторы, изолято­ ры свечей зажигания, проходные и подвесные изоляторы, герметизированные конструкции с использованием 'пап­

Ультрафарфор УФ-46 применяют для изготовления электроустановочных изделий (корпусов предохраните-

8

лей, аппаратных изоляторов малого ii среднего разме­ ра), УФ-53 — для изготовления установочных деталей. Глиноземистый керамический материал «уралит» приме- \< ияют для изготовления изоляторов свечей зажигания авототракторных двигателей и др.

Из высокоглиноземпстых керамических материалов 22Х, 22ХС, ГБ-7, ЦМ-332 изготовляют различные изо­ лирующие детали специального назначения: проходные изоляторы, работающие при высоких температурах, в ва- 'кууме, в агрессивных средах, износостойкую нптепроводящую гарнитуру .и др. (Л. 1-6, 1-12, 1-13].

Сочетание высокой механической прочности, низких диэлектрических потерь, высокого электрического сопро­ тивления, стабильности размеров .и стойкости к воздей­ ствию агрессивных сред делает высокоглиноземистые материалы единственно приемлемыми во многих обла­ стях современной техники. Это в первую очередь отно­ сится к материалам 22ХС, ГБ-7 и ЦМ-332 (микролиту) [Л. 1-22].

В различных отраслях техники находит применение цнрконовая керамика. Она характеризуется высокой огнеупорностью, низким температурным .коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), высокой стойкостью к термоударам и коррозионной стойкостью по отношению к ряду 'расплавленных металлов, кислым реагентам, рас­ плавленным шлакам и стеклам [Л. 1-36]. Зарубежные фирмы выпускают электромагнитные выключатели на напряжение 3—15 кв с дугогаеительнымн камерами из цнрконовой 'керамики. Температура гасимой дуги дости­ гает 6 000—20 ООО °С. Дугостойкость зависит от ТКЛР керамики, соотношения ТКЛР материала и остеклован­ ного слоя, образующегося под действием дуги, теплопро­ водности, стойкости к термоударам, огнеупорности >и ря­ да других свойств. Широкому применению цирконовой керамики препятствует высокая стоимость циркона.

Благодаря хорошим электрическим свойствам для из­ готовления высоковольтных конденсаторов большой реактивной мощности и других электроустановочных изделий используют цельзиановую керамику. Низкий ТК.ЛР дает возможность применять ее для изготовления катушек индуктивности высокой стабильности и других деталей, к которым предъявляют требования высокой стойкости к термоударам одновременно с высокой меха­ нической прочностью и плотностью [Л. 1-3, 1-4].

9