Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Высоконагревостойкая электрическая изоляция

Заливочные компаунды - Высоконагревостойкая электрическая изоляция

Оглавление
Высоконагревостойкая электрическая изоляция
Введение
Материалы на основе природных слюд
Гибкие, формовочные и прокладочные материалы из природных слюд
Исследование свойств материалов из природных слюд
Электрические свойства природного фторфлогопита
Материалы на основе синтетических фторфлогопитов
Превращения в материалах на основе фторфлогопита под воздействием высокой температуры
Гибкие, формовочные и прокладочные фторфлогопитовые материалы
Исследование свойств материалов из фторфлогопита
Свойства формовочных и прокладочных материалов из фторфлогопита
Исследование свойств материалов на основе титансодержащего фторфлогопита
Пропиточные составы
Пропиточные составы на основе кремнийорганических связующих
Исследование свойств пропиточных составов при высоких температурах в разных средах
Свойства пропиточного состава на основе олигометилсилоксана, наполненного алундом
Покрытия
Органосиликатные, металлофосфатные и стеклокерамические покрытия
Исследования свойств покрытий
Свойства стеклокерамических покрытий
Заливочные компаунды
Фосфатные, органосиликатные и кремнийорганические заливочные компаунды и герметики
Исследование свойств заливочных компаундов
Свойства алюмосиликатфосфатных компаундов
Слоистые и композиционные пластики
Слоистые пластики на основе асбеста, стеклоткани и слюды
Исследование свойств слоистых пластиков при высоких температурах
Свойства слоистых пластиков на основе алюмофосфатов и стеклоткани или асбеста
Свойства слоистых пластиков на основе полиалюмоорганосилоксана и слюдопластовой бумаги
Свойства слоистых пластиков на основе фосфатов и нитевидных кристаллов
Композиционные пластики
Стекла
Стекла, микалексы и ситаллы
Исследование свойств стекол и материалов на их основе
Свойства новомикалексов
Свойства слюдоситаллов
Керамика из тугоплавких оксидов
Корундовая, периклазовая, бериллиевая, циркониевая керамика
Исследование свойств корундовых керамических материалов
Материалы из тугоплавких безоксидных соединений
Исследование свойств пиролитического нитрида бора при высоких температурах
Изоляция проводов
Изоляция проводов со стекловолокнистой изоляцией
Взаимодействие между проводниковыми и электроизоляционными материалами под воздействием высокой температуры
Исследование свойств изоляции проводов при высоких температурах
Свойства стекловолокнистой изоляции проводов
Системы электрической изоляции высокой нагревостойкости
Системы изоляции высоковольтного оборудования высокой нагревостойкости
Применение изоляции высокой нагревостойкости в электротехническом оборудовании
Применение изоляции высокой нагревостойкости в генераторах и трансформаторах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в электромагнитных насосах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в МГД машинах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в тензорезисторах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в электротермическом оборудовании
Заключение, литература

Глава пятая
ЗАЛИВОЧНЫЕ КОМПАУНДЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Заливочные компаунды — жидкие, полужидкие или пастообразные композиции в исходном состоянии и затвердевающие при комнатной температуре или при нагревании. Для работы при температурах 300 °С и выше известны заливочные компаунды, полученные на основе фосфатных [39] и кремнийорганических связующих, наполненных неорганическими тугоплавкими наполнителями. Для компаундирования могут использоваться также легкоплавкие и жидкие стекла, гидравлические вяжущие вещества и композиции на их основе или порошкообразные ’’сухие засыпочные материалы” в виде оксидов алюминия, магния и др.
В нашей стране наибольшее применение нашли заливочные составы на основе алюмофосфатных связующих, наполненных корундом (типа АФ-5), корундом и молотой слюдой (типа АФС-4), а также компаунды из фосфатных связующих, наполненных оксидами кремния и алюминия (типа АСФ-3). Свойства этих компаундов при кратковременном и длительном воздействии температуры до 600 °С в разных газовых средах подробно изучены [1,2].
В последнее время проведены работы по получению компаундов на основе алюмофосфата и различных неорганических наполнителей, обладающих улучшенными механическими свойствами и влагостойкостью (компаунды АФ-6 и АФ-8).
С целью упрощения технологии — снижения температуры обработки до 200 °С — получен компаунд из корунда, алюмофосфатного связующего и воллостонита (АФ-6). Этот компаунд обладает также повышенными механическими свойствами. С целью повышения влагостойкости заливочного компаунда и его механической прочности получена композиция, содержащая кроме алюмофосфатной связки и корунда еще нитрид кремния (АФ-8). Механическая прочность такого компаунда увеличилась примерно вдвое против прочности известного компаунда на основе алюмофосфата и корунда (АФ-5). Значение р после увлажнения в течение 12 сут улучшилось у нового компаунда примерно на два порядка.
Проведена работа по снижению температуры обработки (с 900 до 500—700 °С) компаунда на основе метафосфата бария и силикагеля за счет применения в качестве связующего хлорфосфата алюминия.
Исследованы химические и структурные превращения под воздействием высокой температуры в композициях алюмофосфат—оксид алюминия и фосфаты—оксиды кремния и алюминия, а также изучены электрические и механические свойства при кратковременном и длительном воздействиях температур до 850 °С в разных газовых средах алюмофосфатных заливочных компаундов и при температурах до 600° С алюмосиликатфосфатных компаундов.

ХИМИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ЗАЛИВОЧНЫХ КОМПАУНДАХ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Физико-химическими методами были исследованы композиции алюмофосфата с корундом в соотношениях по массе 0,7:1 (АФ-5а), 0,7:4 (АФ-56) и 0,7:6 (АФ-5в). Все композиции в исходном состоянии были термообработаны при 200 °С в течение 10 ч, затем при 600 °С в течение 3 ч и при 1000 °С - 3 ч.
По данным ДТА в композициях в исходном состоянии отмечен эндотермический эффект при 190—212 С, интенсивность которого уменьшается с увеличением содержания корунда; по данным ТГА потери массы при нагревании исходных образцов до 700 °С составляют: 3,8% для АФ-5а, 1,6% для АФ-56 и 1,4% для АФ-5в. На термограмме композиции АФ-56, термообработанной при 600 °С в течение 3 ч, полностью пропадают эндотермические эффекты и потери массы.
Рентгенографическое исследование композиции АФ-56 показало отсутствие рефлексов, характерных для алюмофосфатного связующего, в то же время на рентгенограмме наблюдали линию 4,03 · 10“10 м, которая после нагревания композиции при 1000 °С — 3 ч смещалась к 4,08· 10”1υ м и интенсивность которой возрастала. Это значение совпадает с наиболее интенсивной линией А1РО4 — кристобафита. На рентгенограммах наполнителя (корунда) и связующего (алюмофосфата) этой линии не наблюдали независимо от режима их термообработки. Полученные результаты свидетельствуют о том, что связующее и наполнитель в композиции Аф-5 химически взаимодействуют между собой, в результате чего кристаллическая структура исходного алюмофосфата разрушается и появляется новая структура, отображаемая интерференцией, равной 4,08-10-10 м. Так как при этом структура корунда остается неизменной, можно предположить, что реакция между алюмофосфатом и корундом протекает под воздействием температуры в местах их контакта и сводится к образованию спаек.

Таблица 5.1. Химический состав компаундов


Обозначение
компаундов

Соотношение, массовые части

Содержание, %

Агаомофос-
фат

Корунд

Р

А1

К-1 (АФ-5а)

0,7

1

11,15

35,09

К-2 (АФ-56)

0,7

4

5,42

44,06

К-3 (АФ-5в)

0,7

6

2,75

49,19

Исследования ИК-спектра композиции АФ-56 показали, что ее спектр является суммарным исходных продуктов с дополнением нового пика поглощения в области валентных колебаний связи фосфор—кислород — 1130 см-1. Интенсивность этого пика растет с увеличением содержания корунда в композиции. Появление новой полосы поглощения отражает возникновение в композиции новых структурных образований, имеющих связи фосфор—кислород. Форма и положение полосы 1130 см-1 характерны для валентных РО-колебаний в А1РО4 — берлините. Термообработка композиции при 600 и 1000 °С в течение 3 ч приводит лишь к незначительному возрастанию интенсивности этой полосы поглощения. По данным элементного состава композиция АФ-5 в исходном состоянии включает в себя фосфор, алюминий, кислород и водород. После нагревания при температуре 200 °С в течение 10 ч водород составляет 0,2%, а после термообработки при 600 °С водород исчезает. Содержание фосфора и алюминия в композиции практически не изменяется после нагревания при 1000 °С по сравнению с исходным образцом, что свидетельствует о высокой термостабильности композиции алюмофосфата с корундом. Потери массы при нагревании до 1000 °С у композиции АФ-5 б, прошедшей термообработку при 600 °С — 3 ч, не превышают 1 -1,5 %.
Масс-спектрометрическое исследование алюмофосфатных компаундов типа АФ-5 позволило установить предел их рабочих температур, а также определить химический состав их паровой фазы. Объектами исследования являлись как композиции алюмофосфат (отношение количества атомов Р и А1 составляло 3,1) — корунд, так и алюмофосфатные связующие с различным отношением атомов фосфора к атомам алюминия. После термообработки компаундов при 600 °С - 3 ч исследовали их химический состав (табл. 5.1).
Термообработка компаунда К-2 при 1000 °С в течение 3 (К-4) и 10 ч (К-5) не вызвала изменения содержания фосфора и алюминия в образцах. Алюмофосфатные связующие С-1, С-2 и С-3 подвергали термообработке при 600 °С — 3 ч (табл. 5.2). Кроме того, образец С-1 нагревали при 1000 ° С - 3 ч (С-4).
Ниже приведены масс-спектры насыщенного пара анализируемых компаундов и алюмофосфатных связующих. Там же для сравнения приведены масс-спектры мета- и ортофосфата алюминия (табл. 5.3).

Таблица 5.2. Химический состав алюмофосфатных связующих


Обозначение
связующих

Содержание, %

Отношение

Р

А1

атомов Р/А1

С-1

28,80

8,01

3,1

С-2

31,55

7,73

3,6

с-3

31,64

6,18

4,5

C4

32,85

11,00

2,6

Данные таблицы показывают, что компаунды при нагревании в глубоком вакууме ведут себя аналогично AlPO4. Деструкция анализируемых образцов компаундов начинается при температуре 1250 °С, и паровая фаза соответствует субокиси фосфора и молекулярному кислороду (продукты термической диссоциации Ρ4О10). При нагревании алюмофосфатных связующих в пар переходят молекулы Р4010. Было установлено, что состав паровой фазы связующих или компаундов не зависит от их химического состава и температуры обработки. В образцах связующих процесс перехода Р4О10 в паровую фазу начинается при более низких температурах и осуществляется в две стадии. Это четко регистрировалось при исследовании образцов С-2 и С-3. Рентгенофазовый анализ образцов связующих, прокаленных в вакууме при 500 С до полного исчезновения в масс-спектре иона Р4О10 показал, что конденсированная фаза отвечает А1(РО3)3. Исходя из этого был сделан вывод, что первая зона перехода в пар Р4О10 соответствует термической диссоциации связующего до А1(РО3)3, вторая - термической диссоциации А1(РО3)3 до А1РО4. Из табл. 5.3 видно также, что алюмофосфатные связующие С-1 и С-4 имеют температуру деструкции ниже, чем те же алюмофосфаты, но составляющие композицию с А12О3 - компаунды. Это можно объяснить химическим взаимодействием связующих с корундом. Таким образом, деструкция алюмофосфатных связующих протекает в две стадии:
АФС - [А1(РО3)3] + (Р4О10);
[А1(РО3)3] -* [А1РО4] + (В4О10)
и начало ее зависит от соотношения Р/А1 в образцах.
Процесс деструкции алюмофосфатных компаундов не зависит от химического состава и температуры их обработки, как показано выше, и начинается при температуре 1250 °С. Конденсированная фаза всех образцов алюмофосфатных компаундов представляет собой А12О3 и ΑΙΡΟ4.

Таблица 5.3. Масс-спектры при 70 зВ насыщенного пара алюмофосфатных компаундов и связующих

Результаты дифференциально-термического, термогравиметрического, рентгенофазового анализов, а также данные ИК-спектроскопии, элементного состава и масс-спектрометрического исследования однозначно показывают, что а алюмофосфатных заливочных компаундах под воздействием высоких температур происходит химическое взаимодействие наполнителя и связующего, в результате которого образуется стабильный термостойкий продукт, способный длительно работать при температурах 850-900 °С.
Физико-химические исследования процессов, связанных с формированием структуры алюмосиликатфосфатных компаундов (цементов), проводили методами рентгенофазового, термографического, термогравиметрического и микроскопического анализов. С целью определения температурных границ структурной стабильности цементов исследования проводили при отверждении материала, а также при последующих воздействиях высоких температур — 600 и 900 °С [34-36].
Термографический анализ процессов отверждения и последующей термообработки алюмосиликатфосфатных композиций показал наличие характерных для фосфатных систем эндотермических эффектов, обусловленных удалением химически связанной и конституционной воды. Эндотермический эффект при 570 °С, наблюдающийся в алюмосиликатфосфатных цементах, не сопровождается потерей массы и обусловлен полиморфным превращением кварца.
По данным рентгенофазового анализа отвержденный состав алюмосиликатфосфата при комнатной температуре содержит кристаллическую фазу, представленную в основном кварцем и а-А12О3.

Образующийся в процессе отверждения алюмосиликатфосфатных цементов ортофосфат алюминия А1РО4 является кристаллохимическим аналогом оксида кремния SiО2, входящего в качестве наполнителя в компаунд. Так как при этом идентификация фаз по дифрактограммам условна, дополнительно был проведен кристаллооптический анализ. Микропросмотр образцов алюмосиликатфосфатных композиций, обработанных при температурах 300, 600 и 900 °С, показал, что по текстуре и наличию компонентов материалы близки между собой. Среди основной массы, образованной большим количеством обломочных зерен кварца и мелкозернистой фазой, распределены полупрозрачные агрегаты желто-бурого цвета и черные зерна. Суммарный показатель преломления основной массы для всех образцов равен 1,568, бурых участков - 1,602 (по-видимому, это оксиды хрома). В неоднородной структуре алюмосиликатфосфатных цементов можно выделить кристаллическую, аморфную и газовую фазы. Преобладающая кристаллическая фаза образуется мелкокристаллическими модификациями ортофосфата алюминия и зернами наполнителя: крупного — SiО2 и мелкого — непрореагировавшей а-А1203. Аморфная фаза, обеспечивающая связывание композиции, составляет 20%. Третья фаза - газовые включения - составляет 7-10%.
Наибольшие изменения в фазовом составе вызывает термообработка алюмосиликатфосфата при температуре выше 600 °С. Происходящие при этом необратимые изменения в фазовом составе связаны с образованием фосфокристобалита, значительной кристаллизацией аморфных продуктов с образованием берлинитовой формы А1РО4 и увеличением пористости до 15-17%. Ниже показана зависимость общей пористости алюмосиликатфосфатного компаунда от температуры обработки [34]:

Температура обработки, ° С          Общая пористость, %
300.......................................... 8- 10
600.......................................... 12 - 13
900.......................................... 15 - 17
Результаты физико-химического исследования алюмосиликатфосфатных композиций показали, что отвержденные при 300 °С составы представляют собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из кристаллической, аморфной и газовой фаз: кварца, зерен непрореагировавшего а-А12О3 и различных модификаций ортофосфата алюминия, стабильных при температурах до 600 °С. С учетом этого температура 600 °С может быть принята как максимально допустимая для длительной работы алюмосиликатфосфата. С дальнейшим повышением температуры до 900 °С происходит частичная кристаллизация аморфных продуктов с образованием берлинитовой формы алюмофосфата, обезвоживание цементов и увеличение пористости [35].



 
« Высоковольтные выключатели переменного тока   Генераторные выключатели и комплексы »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.