氧化焰燒成高強度電瓷材料的研究解析

李月明　張黎暉　陳立夫

【摘要】本次研究中選用正交實驗方法，采用整改配方、工藝流程等形式，在氧化焰氛圍中燒制電瓷產品。并在RD、SEM等檢測技術的協助下，對瓷胎在顯微鏡下的結構形態進行分析與研究。實驗結果表明，在氧化焰環境下制得高強度電瓷是切實可行方案之一，經檢測產品的機械性能達到了140.5MPa。

【關鍵詞】氧化焰? 高強度電瓷? 燒制工藝? 機械強度

伴隨著國民經濟發展腳步的推進，高電壓等級持續性提升，此時其對電瓷材料的性能，尤其是機械強度提出更高的要求。有調查資料顯示，當下世界上電瓷工業最發達的國家電瓷機械強度在70～80MPa范圍內取值，高強度電瓷大概是普通瓷強度的1.5倍，而國內超高高強度電瓷材料的機械強度基本在100NPa以下取值。提升高強度電瓷的機械強度，促進電瓷效能的充分發揮，進而迎合國民經濟的快速發展需求，這始終是電瓷工業發展進程中需突破的難點。

一、實驗

（一）實驗材料

為迎合為滿足配方工藝、瓷質性能需求，本文設定的實驗選用了某電瓷廠生產用原料。以鍛燒鋁礬土、安口土、左云土、長石等為主。鋁礬土中SiO2、Al2O3、Fe2O3+TiO2、CaO+Na2O的占有率依次為10.00%、85.00%、1.00+4.20、0.60，;安口土以上化學組分對應的指標分別為61.00%、24.00%、1.50+1.00、0.40+0.20;左云土分別為57.00%、26.00%、1.70+1.00，、2.00%;長石依次為66.00%、18.80%、0.15%、0.38%。

（二）規劃配方

在規劃配方過程中，擬定應用正交設計法。并將配方內的主要化學成分與鍛燒溫度（T）設為因素。嚴格依照正交實驗選表規則，擬定應用L9（34）正交表設置實驗。

（三）制備樣品

嚴格依照設計的配方精確稱量原材料，料、球、水三者依照1：2：0.3的比例進行球磨。出磨后注漿成型是100mm×15mm×10mm的試條，在100℃高溫環境下干燥24h，再將試條打磨制作成規格為70mm×8mm×4mm的試條，整合至爐體內并在氧化焰進行緞燒。

二、檢測儀器

（1）機械強度：選用德國401/3型抗折儀進行檢測。

（2）坯料顆粒構成：采用T-1500型離心沉降式粒度分布儀。

（3）XRD：日本理學D/max-2200PC。起始角、終止角依次為25°、70°。掃描速度8度/min，靶Cu，管流管壓為4mA40kv。

（4）顯微結構：SEM掃描電子顯微鏡。

三、分析與討論

（一）配方對電瓷強度的影響

（1）最適宜配方的選擇。結合電瓷機械強度的檢測結果，在正交表上進行極差分析。發現K1、K2、K3、優水平R對應的SiO2依次為233.42%、332.54%、315.24%、30%、98.86%，Al2O3依次為319.47%、369.10%、193.24%、60%、175.48%，T分別為305.24℃、355.14℃、219.41℃、1312℃、135.07℃。

結合優水平組合形式，并通過數次實驗研究檢測，擬定了如下最適宜的配方為：鋁礬土、安口土、左云土、長石依次為62%、5%、13%、19%。其對應的抗折強度為125.27MPa。

（2）配方對電瓷機械強度形成的影響。配方對電瓷機械強度形成的影響實質是采用調整材料顯微結構中晶相構成去達成的。剛玉作為主晶相，其與莫來石、石英相相比較，其在彈性模量方面占據更高的優勢（380GPa），故而可以認為剛玉晶相量是影響瓷材料機械強度的主要因素之一，分析不同強度指標試驗樣品后發現，提升鋁礬土物質用量，導入坯料內的剛玉晶相量就會相應增加，這對增強瓷質機械強度是百利而無一害的。

（二）生產工藝對電氣機械強度形成的影響

（1）球磨時間。將正交實驗中優先選擇的配方設為基礎，調整球磨時間，進而獲得試驗樣本抗折強度的變化曲線示意圖。對其整體分析后，發現坯料細度是影響產品性模量指標的主要因素之一，其有益于提升全復合體系的彈性模量。Szibor與Hennicke應用于石英瓷和鋁質瓷燒制工藝進程中，發現伴隨彈性模量的增加，產品的機械強度有連續上升的趨勢。由此可以推測出，高彈性模量晶相多少與電瓷機械強度高度之間存在正相關性。故而，在工藝實踐中，盡量選用細磨的、顆粒級配合理的粉體原料，對產品燒結目標的實現有明顯的促進作用，其還能降低瓷質結構內大顆粒晶體的含量，同步提升瓷胎微觀結構勻稱性與化學組分的相對穩定性，進而增強電瓷自身的強度。

（2）煅燒方法。在配方及他類工藝條件恒定的狀況下，把試條劃分為兩個小組，一組用于裝置柑禍用氧化鋁粉埋覆，另一組直接安置在箱式電爐中燒成。結果表明前者強度約為140.5MPa，明顯高于裸燒的瓷強度（約80MPa）。認真分析SEM圖示，發現裸燒狀態中試樣中形成的氣孔數目相對較多，性狀以絮狀與蠕蟲狀為主。埋燒試樣內氣孔數目較少，勻稱分布，氣孔外部結構性狀以球狀、團狀為主，該種煅燒方法有益于提升電瓷材質的強度，具有較大的推廣價值。

四、結束語

原材料、配方與生產工藝是影響電瓷產品顯微結構的主要因素，而材料的顯微結構將對電瓷產品強度高低水平形成直接影響。國內外具有大量生產實踐表明，采用氧化焰燒制高強度電瓷具有較高的可執行性。在現實生產中，可以采用優化配方構成、調整生產工藝流程等方式，能在氧化焰下燒制具備更高機械強度的電瓷材料。

參考文獻：

[1]范剛.英國球土和工業氧化鋁在高強度電瓷坯料配方中的應用[J].電瓷避雷器，2014.

[2]劉震.低品位長石搭配礦化劑高強度電瓷配方的研究[J].電瓷避雷器，2014.

[3]解廣文，田壯鋒.影響高強度電除塵器瓷絕緣子強度因素的分析探索[J].電瓷避雷器，2013.