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

Корундовая, периклазовая, бериллиевая, циркониевая керамика - 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

Керамические материалы на основе оксида алюминия (корундовая керамика) содержат более 95% корунда (а-А1203). Эти материалы детально исследованы и широко, по сравнению с другими материалами на основе чистых оксидов, используются в технике. В настоящее время в промышленности применяются материалы с содержанием а-А12О3 до 99,9%.
Корундовая керамика характеризуется высокой механической и электрической прочностью, низкими диэлектрическими потерями в широком интервале температур и частот (табл. 8.4, 8.5, рис. 8.3), стойкостью к термоударам, стойкостью к воздействию агрессивных сред и ионизирующих излучений. Изделия из корундового материала сохраняют стабильность формы и размеров при высоких температурах. Невысокая испаряемость [для чистого корунда (1-И,5)-10-7 г/см2 при 1400-2000 °С] позволяет использовать этот материал в вакууме.
Применяемые в промышленности корундовые материалы различаются составом и содержанием стекловидной фазы, образующейся при введении различных добавок, снижающих температуру спекания материала. Состав вводимых добавок определяется требованиями, предъявляемыми к материалу.
Таблица 8.4. Тангенс угла диэлектрических потерь и диэлектрическая проницаемость корундового материала (99 % А12О3) при различных температурах и частоте электрического тока [57]

Таблица 8.5. Разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа, керамических материалов в разных средах [58]



Рис. 8.4. Температурная зависимость коэффициента теплопроводности керамических материалов на основе ZrО2 (1), А12О3 (2), MgO (3) и ВеО (4) [59]

Рис. 8.3. Температурная зависимость керамических материалов на основе А12О3 (1), MgO (2) и ВеО (3)  

Свойства корундовых материалов зависят не только от химико-минералорганического состава, но и от структуры: размера кристаллов, величины и характера пористости. Механические свойства корундовых материалов в основном зависят от плотности и величины кристаллов: при мелкозернистой структуре механическая прочность выше, чем при крупнозернистой (табл. 8.6). На теплофизические свойства плотной корундовой керамики состав и структура не оказывают существенного влияния. Электрические свойства (диэлектрические потери, электропроводность) корундовых материалов колеблются в зависимости от состава и количества добавок (примесей).
Область применения корундовой керамики значительно расширилась с появлением беспористого материала, прозрачного в видимой части спектра. Этот материал незаменим в условиях, где требуется сочетание светопрозрачности, нагревостойкости, устойчивости в агрессивных средах. Поликристаллический прозрачный корундовый материал является вакуумплотным, характеризуется высокой электрической прочностью и ультранизкими диэлектрическими потерями (tgS составляет 25 · 10"6 при 9720 МГц).
Керамические материалы на основе оксида магния (периклазовая керамика) характеризуются высокими значениями λ, ТК1 и р. ТК1 этих материалов, равный 12,8-1 ОТ6 °С-1, сравним с ТК низкоуглеродистой стали (15-КГ6 °С-1) и меди (17-10-6 С). Благодаря этим свойствам материалы из MgO в основном применяют в качестве изоляции нагревательных элементов. Зависимости теплофизических свойств керамического материала на основе MgO от температуры показаны в табл. 8.3 и на рис. 8.4.

Таблица 8.6. Зависимость механической прочности корундового материала (96% Al2O3) от размера кристаллов [57]
Зависимость механической прочности корундового материала

Таблица 8.7. Механические свойства циркониевой керамики при разных температурах


Периклазовые материалы устойчивы к воздействию щелочей и разрушаются под действием кислот. При высоких температурах поликристаллический материал из MgO хорошо противостоит воздействию основных шлаков и нейтральных солей. Показатели механической прочности керамики на основе MgO ниже, чем корундовой, и резкое снижение механической прочности начинается при 800 °С.
Изделия из материала на основе MgO обладают невысокой устойчивостью к термоударам вследствие большого значения ТК/ и относительно низкой механической прочности. Верхний температурный предел использования материала из MgO 1700-1800 °С в вакууме, около 2000 °С — при нормальном давлении в инертной газовой среде и около 2200 °С - в окислительной среде [55].
Применение керамического материала на основе MgO ограничено в результате значительных технологических трудностей производства изделий.
Керамические материалы на основе оксида бериллия (бериллиевая керамика) отличаются высокими значениями сопротивления термическим ударам и коэффициента теплопроводности λ (рис. 8.4), который в 7 раз превышает λ материала на основе А12О3 и находится на уровне коэффициента теплопроводности стали, алюминия, свинца [57].
Бериллиевая керамика в основном используется в тех областях техники, где наряду с электроизоляционными свойствами требуются интенсивный теплоотвод и высокая стойкость к термоударам.



Рис. 8.5 Температурная зависимость tg δ оксида бериллия [57]

Свойства материалов на основе ВеО при высоких температурах показаны в табл. 8.3 и на рис. 8.5. Недостатком этих материалов является летучесть, которая повышается, если в газовой среде при высоких температурах присутствуют пары воды. ВеО начинает улетучиваться при 2100 °С. В интервале температур 2000-2300 °С скорость испарения растет с 10-7 до 10-5 г/(см2 с) [57]. Улетучивание ВеО в присутствии водяных паров начинается при 1000 °С и возрастает с повышением температуры.
Материалы на основе ВеО токсичны, поэтому их следует применять только в тех случаях, где необходимы их уникальные свойства.
Керамические материалы на основе оксида циркония* (циркониевая керамика) высокоогнеупорны, отличаются большой механической прочностью, которая сохраняется при высоких температурах (табл. 8.7). Эти материалы химически стойки до 2000 °С по отношению к металлам, шлакам и кислотам. Циркониевые материалы устойчивы в вакууме при высоких температурах, что обусловлено низкой летучестью ZrО2 при этих условиях.
Керамика на основе ZrО2 характеризуется более низким значением удельного объемного сопротивления (рис. 8.1) по сравнению с материалами из других тугоплавких оксидов [52]. Применение циркониевых материалов в качестве электроизоляционных при высоких температурах ограничивается значительным снижением электрического сопротивления при повышении температуры: удельное объемное сопротивление снижается с 5· 104 Ом м при 250 °С до 0,1 Ом-м при 1600 °С.
Изделия из циркониевой керамики имеют низкую стойкость к термоударам из-за значительного увеличения ТК с повышением температуры и низкого λ (рис. 8.4).
Известна и весьма подробно исследована кварцевая керамика [79].
*Для получения керамических материалов применяется стабилизированный оксид циркония кубической формы, представляющий собой твердый раствор добавки Mg О, СаО и других веществ в ZrО2.
Как видно из вышесказанного, применение керамических материалов на основе MgO ограничено из-за технологических трудностей производства изделий. Материалы на основе ВеО токсичны, поэтому применяются в исключительных случаях. Керамика на основе ZrО2 имеет пониженное значение удельного объемного сопротивления, низкую стойкость к термоударам, малый коэффициент теплопроводности (по сравнению с остальными рассмотренными оксидами), что также значительно ограничивает применение ее в качестве электроизоляционного материала.
Наиболее широко в технике используются керамические корундовые материалы на основе А12О3 - корундовая керамика. Высоконагревостойкие ее представители исследованы при температурах 600- 850 °С в разных газовых средах (§ 8.2).



 
« Высоковольтные выключатели переменного тока   Диагностика обмоток силовых трансформаторов методом низковольтных импульсов »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.