Фарфоровая масса для изготовления электротехнических изделий

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к составам масс на основе алюмосиликатной керамики, используемым для изготовления электрофарфора.

Сущность изобретения: фарфоровая масса включает следующие компоненты, в мас.%: волластонит 4 - 10, кварц серицитовый фарфоровый камень 50 - 66, глина тугоплавкая 5 - 12, каолин - остальное. Фарфоровые изделия, изготовленные из данной массы, после обжига при температуре 1280 - 1320^oC обладают повышенной механической прочностью (предел прочности при изгибе - более 800 кг/см²), термостойкостью более 180^oC, электрической прочностью - до 30 кВ/мм. По своим свойствам полученный фарфор отвечает основным требованиям, предъявляемым к электротехническим изделиям. Введение в состав фарфоровой массы принципиально нового сырья позволяет снизить температуру отжига ≈ на 50^oC. 2 табл.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к составам масс на основе алюмосиликатной керамики, используемым для изготовления электрофарфора.

Известна керамическая масса для изготовления фарфоровых санитарных изделий, содержащая 17 - 20 мас.% огнеупорной глины, 18 - 30 мас.% каолина и 50 - 65 мас.% кварц-серицитовых сланцев [1]. После формования изделии из данной массы их обжигают при температуре 1180 - 1250^oC.

Водопоглощение полученного после отжига фарфора составляет 0,1 - 0,8%, механическая прочность при изгибе 430-490 кг/см². По своим физико-механическим свойствам фарфор указанного состава не соответствует требованиям, предъявляемым к электротехническим изделиям, т.к. в состав фарфоровой массы входит огнеупорная, а не тугоплавкая глина, чем и объясняется довольно низкая температура обжига. Кроме того, водопоглощение у электрофарфора должно быть менее 0,1%.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является керамическая масса, используемая преимущественно для изготовления высоковольтных изоляторов [2], имеющая следующий состав, мас.%: Глина часовярская - 10 - 16 Каолин - 22 - 25 Кварц-серицитовый сланец - 31 - 40 Кварцевый песок - Остальное Кварц-серицитовый сланец, входящий в состав данной керамической массы тонкодисперсен; содержащиеся в нем зерна кварца размером 30 - 50 мкм имеют округлую скатанную форму. Это предопределяет повышение показателей прочностных свойств фарфора. Содержание серицита в кварцсерицитовом сланце составляет 50 - 60%.

Известно, что введение грубодисперсного кварцевого песка, зерна которого имеют обмолочную форму, снижают прочностные свойства фарфора. Для уменьшения отрицательного влияния грубодисперсного кварцевого песка на прочностные характеристики фарфора, его подвергают дополнительному тонкому помелу, что усложняет технологию изготовления фарфора в целом.

Тангенс угла диэлектрических потерь материалов, полученных из данной керамической массы при частоте 50 Гц и температуре 20^oC составляет 0,012 - 0,014. В указанном авторском свидетельстве не приведены значения прочности, термостойкости и водопоглощения фарфоровых изделий. Однако, поскольку изобретение относится к высоковольтному фарфору, то материал должен характеризоваться следующими основными свойствами: водопоглощение - менее 0,1%, предел прочности при статическом изгибе - не менее 750 кг/см², электрическая прочность - не менее 23 кВ/мм. При воспроизведении прототипа были получены следующие характеристики: предел прочности при изгибе 750 кг/см², электрическая прочность 27 кВ/мм, tgδ 0,014, удельное объемное электрическое сопротивление 1·10¹³ Ом·см, термостойкость 160^oC (табл. 2).

Целью изобретения является расширение сырьевой базы при изготовлении электротехнического фарфора за счет использования нового нетрадиционного вида сырья, а также повышение электрической и механической прочности и термостойкости фарфора.

Согласно изобретению указанная цель достигается тем, что фарфоровая масса для изготовления электротехнических изделий, содержит глину тугоплавкую, каолин, кварц-серицитовый фарфоровый камень и волластонит при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина тугоплавкая - 5 - 12 кварц-серицитовый фарфоровый камень - 50 - 66 волластонит - 4 - 10 каолин - остальное
При этом кварц-серицитовый фарфоровый камень, содержащий 11 - 15 мас.% серицита, представляет собой природную неметаллическую горную породу Джаны-Джольского месторождения (Киргызстан), которая включает мелкодисперсный кварц, имеющий зерна округлой формы, слюду типа серицита, а также небольшое количество полевошпатовых минералов в виде альбита и анортита (не более 10% ). При минимальном (менее 0,2% ) содержании красящих оксидов железа и титана огневая проба кварцсерицитного фарфорового камня характеризуется высокой белизной (до 90%) и остеклованной мелочно-белой поверхностью, что обусловливает при использовании этого материала увеличение белизны фарфоровых изделий.

Волластонит месторождения Кара-Корум (Киргызстан) - это силикат кальция CaSiO₃, с минимальным содержанием оксидов железа, титана (- 0,3%), и щелочных металлов (- 0,58%) имеющий табличатые или призматические кристаллы, размер зерен которых составляет 54 - 60x60 - 120 мкм. Использование этого материала в составе фарфоровых масс позволяет увеличить механическую и электрическую прочность фарфора.

Известно, что при обжиге фарфоровых масс классического состава процесс образования структуры материала включает в себя взаимодействие глинистых компонентов (каолина и огнеупорной глины), палевого шпата и кварцевого песка.

В состав кварц-серицитового фарфорового камня входят все необходимые оксиды для образования кристаллического каркаса керамического материала и алюмосиликатного расплава, из которого при обжиге выкристаллизовываются кристаллы муллита, равномерно распределяющиеся по матрице стеклофазы. Такая структура обеспечивает "армирование" иглами муллита стекловидной фазы и способствует увеличению механической прочности и термостойкости фарфора.

Волластонит в составе фарфоровой массы способствует образованию стекловидной фазы с повышенной реакционной способностью, ускоряет процесс структурообразования фарфора, повышает в составе стеклофазы содержание малоподвижных ионов кальция, что обусловливает повышение электрофизических свойств материала.

Температура обжига фарфора на кварц-серицитовой основе (с содержанием серицита 11 - 15%) с добавкой волластонита находится в интервале 1280 - 1320^oC.

При содержании фарфорового камня в фарфоровой массе менее 50% фарфор в указанном интервале температур не спекается, его водопоглощение превышает 0,2%. При содержании фарфорового камня в массе более 66% фарфоровая масса обладает низкой пластичностью, высокой чувствительностью к сушке, то есть характеризуется неудовлетворительными технологическими параметрами.

Фарфоровую массу готовят мокрым помолом исходных компонентов, при этом предварительно загружают волластонит, тугоплавкую глину и фарфоровый камень, измельчают до заданной дисперсности, после чего догружают каолин и доводят дисперсность массы до остатка на сите N 0056, равного 1,0 - 1,2%. Для измельчения компонентов в качестве мелющих тел используют уралитовые шары. Обезвоживание суспензии фарфоровой массы производят до влажности 22 - 25%. После обезвоживания массу вакуумируют на вакуум-прессе и изготавливают фарфоровые изделия методом пластического формования. Образцы можно также изготавливать методом прессования и шликерного литья. Обжиг образцов проводят в диапазоне температур 1280 - 1320^oC по режимам, принятым для обжига электротехнического фарфора.

Пример 1
Исходные компоненты, а именно: 8 кг огнеупорной глины, 32 кг каолина просяновского, 50 кг кварц-серицитового камня Джаны-Джольский с содержанием серицита 11% и 10 кг волластонита киргизского измельчают в шаровой мельнице мокрым способом, залив в мельницу воду и загрузив в нее уралитовые (глиноземистые) шары при соотношении шары : измельчаемый материал : вода, равном 1 : 1 : 1,2. Помол проводят в течение 6 ч до дисперсности, характеризуемой остатком на сите 10000 отв/см² - 1%. После измельчения суспензию пропускают через сито, обезвоживают (гипсовые формы или фильтрпресс). Керамическую массу вакуумируют на вакуум-прессе и затем формованием изготавливают образцы и полуфабрикат изделия. Полуфабрикат сушат в сушильном шкафу, затем обжигают в печи камерного типа при температуре 1280^oC в течение 12 ч после чего изделия подвергают испытаниям (полученные характеристики приведены в табл. 2).

Из приведенных примеров (см. табл. 1) видно, что фарфоровые изделия, получаемые из фарфоровой массы предложенного состава, по своим физико-техническим характеристикам не уступают аналогичным изделиям, полученным из керамической массы, описанной в прототипе, а по некоторым свойствам, таким как электрическая и механическая прочность и термостойкость даже превосходит прототип. По своим свойствам полученный фарфор отвечает основным требованиям, предъявляемым к электротехническим изделиям для успешной эксплуатации в различных условиях. В то же время введение в состав фарфоровой массы принципиально нового сырья позволяет снизить температуру отжига (≈ на 50%), упростить технологию приготовления фарфоровой массы и вовлечь в производство электротехнического фарфора новый вид сырья, решив проблемы, связанные с сырьевой базой.

Формула изобретения

Фарфоровая масса для изготовления электротехнических изделий, включающая кварц-серицитовый компонент, глину тугоплавкую и каолин, отличающаяся тем, что дополнительно она содержит волластонит, а в качестве кварц-серицитового компонента кварц-серицитовый фарфоровый камень с содержанием серицита в нем 11 15% при следующем соотношении компонентов в фарфоровой массе, мас.

Волластонит 4 10
Кварц-серицитовый фарфоровый камень 50 66
Глина тугоплавкая 5 12
Каолин Остальноег

РИСУНКИ

Рисунок 1