氧化铝高压绝缘陶瓷烧结工艺及性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

高压绝缘陶瓷是指用于高压、超高压输电线路和变电所使用的一种陶瓷,在高压输电线路中起着机械连接和电气绝缘的作用,使用中一般分为陶瓷绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子等。随着超高压(500-1000千伏)及特高压(1000千伏以上)输电工程的发展,对高压绝缘陶瓷的电学性能及力学性能提出了更高的要求。高压绝缘陶瓷的电学性能及力学性能取决于陶瓷的物相组成及显微结构,而陶瓷的物相组成及显微结构又密切地取决于陶瓷的烧结工艺,本选题拟开展烧结工艺及力学性能等相关研究,对揭示高压绝缘陶瓷材料结构性能相依关系和促进超高压输电工程发展具有重要意义。

氧化铝陶瓷以其优越的物理性能和优良的化学稳定性成为深受欢迎的陶瓷材料之一。它是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料,是发展比较早的高温结构陶瓷材料,其Al2O3的含量一般在75~99.9%之间,具有高熔点、高硬度、高强度、机械性能好、耐蚀、绝缘等优良特性[1]。氧化铝是目前精细陶瓷中用得最多的氧化物原料之一,制备氧化铝粉体时,要求氧化铝粉体高纯(纯度gt;99.9%)、超细(粒度lt;1μm)、活性大、团聚程度低,可以在较低温度下烧结成致密的氧化铝瓷[2]。近几年,在制备Al2O3粉体的方法上,国内采用溶胶-凝胶法和醇盐水解法等[3]。与其它制备方法相比,溶胶-凝胶法能到得到纯度较高(gt;5N)、粒度较小(lt;0.5μm)的氧化铝粉体,并能实现其产业化[4]

烧成是电瓷制造中最重要的工艺过程之一,对电瓷的显微结构具有决定性作用[5]。坯体在烧成中结构的变化,与一系列物理化学反应过程有关,如膨胀、收缩、气体的产生、液相的出现、旧晶相的消失、新晶相的析出等[10],可将导致结构变化的主要物理化学反应过程按烧成时温度的变化情况分为以下几个阶段:低温阶段,氧化分解阶段,中火保温阶段,高火还原阶段,高火保温阶段,冷却阶段。我国电瓷烧成基本上都采取了具有“两次保温”的升温曲线,大多数都采用了氧化气氛-还原气氛的烧成方式,在显微结构演化过程中,许多相的转变不会自发地进行[6,7]。组分的烙解和相的析出,尤其是二次莫来石的形成需要到达某个温度点并在该温度条件下保温一段时间,使得晶体生长[8]。对于尺寸较大的瓷坯,为了确保各截面方向上瓷件显微结构的均匀性与一致性,保温时间也是非常重要的,在高温下延长保温时间同样会改变电瓷的显微结构和性能[9]

国内外竞相开展了以提高电瓷机械、电学、热学性能为宗旨的技术研究,其成果不断涌现。

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