三种典型直流特高压用氧化铝电瓷组成、结构与力学性能的对比研究

电瓷材料的组成和结构是决定其性能的两个本质因素。本文系统研究了三种典型直流特高压(UHVDC)用工业氧化铝电瓷在组成、结构和力学性能方面存在的差异,并分析了原因。结果表明,与日本碍子株式会社(NGK)的瓷件相比,国内两个厂家在瓷件配方中加入了更多的煅烧工业氧化铝、更少的钾长石和石英,并且没有根据配方适当提高烧结温度,因此国内两厂家瓷件表现出如下特点:1)Al_(2)O_(3)质量含量分别为47.22%和45.24%,比NGK高7.31%和5.33%,SiO_(2)质量含量分别为46.32%和48.44%,比NGK低7.09%和4.97%、K_(2)O+Na_(2)O总质量分别为3.21%和3.14%,比NGK低0.41%和0.48%;2)真气孔率分别为5.24%和4.18%,比NGK低3.46%和4.52%,内部气孔以5μm以下的小气孔为主,孔径普遍更小,存在较多扁平、细长、裂纹状的异形气孔,以及环绕颗粒周边的环状气孔和裂纹;3)内部总晶相含量分别为48.10%和49.04%,比NGK高近10%,其中刚玉相高10%,石英相高4%,莫来石相少4%,莫来石相更细更短、交联程度更低;4)瓷件头部试条三点弯曲强度平均值分别为155和158 MPa,比NGK高,但是国内两厂家瓷件的强度分散性更大。

高铝瓷组成、结构与力学性能随烧成温度的演变

在配方和原料一定的情况下,高铝瓷的组成、结构与性能在很大程度上取决于烧成制度。本文系统研究了高铝瓷物相组成、微观结构和力学性能随烧成温度的变化,并分析了原因。结果表明,随着烧成温度从1160℃升高到1310℃,瓷件中发生熔解的刚玉和石英颗粒增加,内部刚玉相含量从37.85%(质量分数,下同)下降到35.02%,石英相含量从7.60%下降到1.94%,熔解的刚玉和部分石英以莫来石形式析出,瓷件内部莫来石含量从7.49%升高到11.41%。随着烧成温度从1160℃升高到1280℃,瓷件内部玻璃相含量从47.06%提高到51.63%,瓷件真气孔率从12.50%下降到5.59%,但是当烧成温度达到1310℃时,瓷件过烧,内部真气孔率增加到6.99%。当烧成温度为1160℃时,瓷件生烧,存在开口气孔,瓷件弯曲强度仅151 MPa;当烧成温度增加到1190℃,弯曲强度达最大值181 MPa;随着烧成温度继续升高到1310℃,瓷件内部总晶相含量从52.94%下降到48.37%,瓷件内部起弥散增强作用的晶相颗粒减少,瓷件强度从181 MPa逐渐降至158 MPa。这些研究结果对优化高铝瓷的配方、烧成制度及材料性能都有重要的参考意义。