玻璃真空滅弧室中封炸線機理淺析

李春香 付育文 張早勤 張武元 董超

摘 要：屏蔽筒中間封接式滅弧室設計，符合真空滅弧室小型化及高電壓等級的發展方向，但中間封接式真空滅弧室中封處為玻璃外殼的薄弱部位，其中中封炸線為中封處一重要缺陷。該研究者通過對中封炸線真空滅弧室解剖分析，觀察玻珠色澤，玻珠與可伐環粘接狀況、測量玻珠寬度，結合玻璃應力、玻璃與金屬封接理論，確定出中封炸線形成的機理。

關鍵詞：應力 抗張強度 玻珠寬度 玻珠色澤

中圖分類號：TM85 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（a）-0090-01

1 玻璃中的應力理論

玻璃的熱應力定義玻璃中由于存在溫度差而產生的應力，分為暫時應力和永久應力。暫時應力隨溫度梯度的存在而存在，隨溫度梯度的消失而消失，暫時應力雖然隨玻璃溫度梯度的消失而消失，但對其數值也必須加以控制。如果暫時應力超過了玻璃的抗張強度極限，玻璃就會破裂。永久應力當玻璃溫度梯度消失時（表面及內部溫度皆等于常溫殘留的熱應力，稱為永久應力，又稱內應力。機械應力是指外力在玻璃中引起的應力。外力除去時，機械應力也隨即消失。

2 玻璃與金屬封接機理

氧化過渡層玻珠封接理論：玻璃與金屬氧化物都具有離子結構，它們由正離子和負離子（氧離子）構成，所以當玻璃成熔融狀態時，氧化層的表面易被玻璃所潤濕，并會發生溶解作用從而在玻璃和金屬氧化層之間形成一個過渡層，正是由于這一過渡層的存在，使玻璃與金屬封接處獲得緊密的接合。金屬表面的氧化物在玻璃與金屬封接中起著橋梁作用，一方面粘附在金屬表面，另一方面又可溶解、擴散到熔融狀態的玻璃中去，或者說金屬能被玻璃所潤濕，從而把玻璃和金屬緊密聯結在一起。

為了在封接金屬表面獲得一層厚度和氧化物結構成分都合適的氧化膜，封接時必須嚴格控制好氧化的溫度和時間，其中氧化溫度是影響氧化速度和氧化膜性質的最重要的因素，而且在許多場合下，當改變金屬氧化溫度時，所生成的氧化物便不同。而當氧化溫度一定時，隨著氧化不足時則呈現出封接金屬本身的顏色并非光亮。

3 試驗及討論

（1）中封炸線定義：中間封接式滅弧室中封處封接結構為盤狀封接，即玻璃管端面與金屬環的封接，玻殼中封玻珠處出現的局部玻璃與金屬分離的現象，從玻殼外壁觀察為線狀炸裂，定義為中封炸線。

（2）為什么中封玻殼中封處會出現線狀炸裂現象？

①試驗1。

對出現的中封炸線滅弧室100只進行了統計、解剖分析：

數據1：A型排氣臺出現中封炸線21只，比例21%，B型排氣臺出現中封炸線79只，比例79%，比例差異較大。

原因分析：從B型記錄儀降溫曲線可看出，從降溫開始420℃降至270℃，降溫時間為35～45min，降溫速率為3.3～4.3℃/min，參照A型排氣臺降溫時間90min后烘箱提起10cm，降溫速率為1.67℃/min，根據有關資料介紹，可伐與玻璃封接件降溫速率原則上不超過2℃/min，因此，B型排氣臺中封玻殼降溫速率過大，容易產生永久應力。B型降溫過快產生的永久應力容易造成玻殼的中封炸線。

數據2：中封玻殼中封玻珠寬度設計要求為2.0～4.5mm，<2.0mm的：18件，> 4.5mm的42件，符合設計要求的40件。

原因分析：中封玻珠寬度中封玻珠寬度過寬使中封處通過中可伐環釋放應力作用減弱，在玻珠過寬處易形成玻珠內邊緣炸裂，造成中封炸線。玻珠局部寬度較小，封接強度不足，也易造成中封炸線。

數據3：解剖的100件中封玻殼其中有34件不同程度出現局部不粘料，最嚴重的5件玻珠不粘料部分接近圓周的1/2，觀察中封玻珠色澤封接顏色較淺。

原因分析：中封玻殼玻珠局部不粘料及玻珠色澤過淺玻珠封接強度會變差，影響玻珠封接強度。

4 結語

（1）玻璃真空滅弧室排氣降溫過程中因降溫速率過快，在玻殼上產生的永久應力，是造成中封炸線的影響因素。

（2）中封玻珠寬度過寬（玻珠超上限）大于4.5mm使中封處通過中可伐環釋放應力作用減弱，在玻珠過寬處易形成玻珠內邊緣炸裂，造成中封炸線；中封玻珠寬度過窄（玻珠超下限）<2.0mm使中封處強度達不到要求，也易在中封玻珠處造成中封炸線。

（3）玻珠色澤過淺影響玻珠封接強度，正常色澤應為鼠灰色。

參考文獻

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