氧化焰烧成高强度电瓷材料的研究解析
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【摘要】本次研究中选用正交实验方法，采用整改配方、工艺流程等形式，在氧化焰氛围中烧制电瓷产品。并在RD、SEM等检测技术的协助下，对瓷胎在显微镜下的结构形态进行分析与研究。实验结果表明，在氧化焰环境下制得高强度电瓷是切实可行方案之一，经检测产品的机械性能达到了140.5MPa。
【关键词】氧化焰 高强度电瓷 烧制工艺 机械强度
伴随着国民经济发展脚步的推进，高电压等级持续性提升，此时其对电瓷材料的性能，尤其是机械强度提出更高的要求。有调查资料显示，当下世界上电瓷工业最发达的国家电瓷机械强度在70～80MPa范围内取值，高强度电瓷大概是普通瓷强度的1.5倍，而国内超高高强度电瓷材料的机械强度基本在100NPa以下取值。提升高强度电瓷的机械强度，促进电瓷效能的充分发挥，进而迎合国民经济的快速发展需求，这始终是电瓷工业发展进程中需突破的难点。
一、实验
（一）实验材料
为迎合为满足配方工艺、瓷质性能需求，本文设定的实验选用了某电瓷厂生产用原料。以锻烧铝矾土、安口土、左云土、长石等为主。铝矾土中SiO2、Al2O3、Fe2O3+TiO2、CaO+Na2O的占有率依次为10.00%、85.00%、1.00+4.20、0.60，;安口土以上化学组分对应的指标分别为61.00%、24.00%、1.50+1.00、0.40+0.20;左云土分别为57.00%、26.00%、1.70+1.00，、2.00%;长石依次为66.00%、18.80%、0.15%、0.38%。
（二）规划配方
在规划配方过程中，拟定应用正交设计法。并将配方内的主要化学成分与锻烧温度（T）设为因素。严格依照正交实验选表规则，拟定应用L9（34）正交表设置实验。
（三）制备样品
严格依照设计的配方精确称量原材料，料、球、水三者依照1：2：0.3的比例进行球磨。出磨后注浆成型是100mm×15mm×10mm的试条，在100℃高温环境下干燥24h，再将试条打磨制作成规格为70mm×8mm×4mm的试条，整合至炉体内并在氧化焰进行缎烧。
二、检测仪器
（1）机械强度：选用德国401/3型抗折仪进行检测。
（2）坯料颗粒构成：采用T-1500型离心沉降式粒度分布仪。
（3）XRD：日本理学D/max-2200PC。起始角、终止角依次为25°、70°。扫描速度8度/min，靶Cu，管流管压为4mA40kv。
（4）显微结构：SEM扫描电子显微镜。
三、分析与讨论
（一）配方对电瓷强度的影响
（1）最适宜配方的选择。结合电瓷机械强度的检测结果，在正交表上进行极差分析。发现K1、K2、K3、优水平R对应的SiO2依次为233.42%、332.54%、315.24%、30%、98.86%，Al2O3依次为319.47%、369.10%、193.24%、60%、175.48%，T分别为305.24℃、355.14℃、219.41℃、1312℃、135.07℃。
结合优水平组合形式，并通过数次实验研究检测，拟定了如下最适宜的配方为：铝矾土、安口土、左云土、长石依次为62%、5%、13%、19%。其对应的抗折强度为125.27MPa。
（2）配方对电瓷机械强度形成的影响。配方对电瓷机械强度形成的影响实质是采用调整材料显微结构中晶相构成去达成的。刚玉作为主晶相，其与莫来石、石英相相比较，其在弹性模量方面占据更高的优势（380GPa），故而可以认为刚玉晶相量是影响瓷材料机械强度的主要因素之一，分析不同强度指标试验样品后发现，提升铝矾土物质用量，导入坯料内的刚玉晶相量就会相应增加，这对增强瓷质机械强度是百利而无一害的。
（二）生产工艺对电气机械强度形成的影响
（1）球磨时间。将正交实验中优先选择的配方设为基础，调整球磨时间，进而获得试验样本抗折强度的变化曲线示意图。对其整体分析后，发现坯料细度是影响产品性模量指标的主要因素之一，其有益于提升全复合体系的弹性模量。Szibor与Hennicke应用于石英瓷和铝质瓷烧制工艺进程中，发现伴随弹性模量的增加，产品的机械强度有连续上升的趋势。由此可以推测出，高弹性模量晶相多少与电瓷机械强度高度之间存在正相关性。故而，在工艺实践中，尽量选用细磨的、颗粒级配合理的粉体原料，对产品烧结目标的实现有明显的促进作用，其还能降低瓷质结构内大颗粒晶体的含量，同步提升瓷胎微观结构匀称性与化学組分的相对稳定性，进而增强电瓷自身的强度。
（2）煅烧方法。在配方及他类工艺条件恒定的状况下，把试条划分为两个小组，一组用于装置柑祸用氧化铝粉埋覆，另一组直接安置在箱式电炉中烧成。结果表明前者强度约为140.5MPa，明显高于裸烧的瓷强度（约80MPa）。认真分析SEM图示，发现裸烧状态中试样中形成的气孔数目相对较多，性状以絮状与蠕虫状为主。埋烧试样内气孔数目较少，匀称分布，气孔外部结构性状以球状、团状为主，该种煅烧方法有益于提升电瓷材质的强度，具有较大的推广价值。
四、结束语
原材料、配方与生产工艺是影响电瓷产品显微结构的主要因素，而材料的显微结构将对电瓷产品强度高低水平形成直接影响。国内外具有大量生产实践表明，采用氧化焰烧制高强度电瓷具有较高的可执行性。在现实生产中，可以采用优化配方构成、调整生产工艺流程等方式，能在氧化焰下烧制具备更高机械强度的电瓷材料。
参考文献：
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[2]刘震.低品位长石搭配矿化剂高强度电瓷配方的研究[J].电瓷避雷器，2014.
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