真空开关管用95%氧化铝陶瓷中温金属化配方研究

发布时间：2020-11-05 01:34

　　 真空开关管是中高压电力开关的核心部件,制造过程中需要进行陶瓷金属化,以便与金属件封接。等静压成型95%氧化铝陶瓷因其优异的性能被越来越多的厂家采纳。但是与传统热压铸陶瓷相比,等静压陶瓷需要更高的金属化温度,目前国内常用的金属化配方,需要烧结温度达到1500℃以上才能对等静压陶瓷金属化。但金属化温度的提高会产生如制品开裂、变形、釉料流淌等一系列问题,同时生产能耗大,增加了产品生产成本。因此需设计一种简易的中温金属化配方适应这种陶瓷产品的需要。本文以真空开关管用等静压成型95%氧化铝陶瓷金属化工艺为研究对象,采用活化Mo-Mn法,首先对金属化原料球磨工艺进行改良,再根据MnO-Al_2O_3-SiO_2相图,采用5个MnO/SiO_2比值,3条等温线,设计出16组活化剂配方试验和Mo粉比例试验。通过拉力测试、XRD物相检测、SEM及EDS元素分析等检测方法研究了不同活化剂配方及Mo粉含量对金属化层力学性能及显微结构的影响。试验结果表明:采用新球磨工艺可以大幅降低金属化原料的粒度,有效减少Mo粉团聚体数量,得到的金属化层均匀致密,玻璃相分布均匀,可以有效提高金属化层的抗拉强度及一致性,且断裂模式良好,为“完全粘瓷”。不同活化剂配方,在金属化温度下烧结时会产生不同的物相。当活化剂中MnO:SiO_2值为2:1和1.5:1时会产生MnAl_2O_4尖晶石,当活化剂中MnO:SiO_2值为1:1、1:1.5和1:2时活化剂完全熔化形成玻璃相。同一等温线下,随着MnO:SiO_2值的降低,金属化层抗拉强度呈先增大后减小的趋势。当活化剂组成为MnO:SiO_2值为1:1和1:1.5,等温线为1200℃和1300℃时,金属化层的平均抗拉强度都在430MPa以上,远超行业标准SJ/T11246-2001中要求的≥120MPa,其中MnO:SiO_2值为1:1.5,等温线为1300℃的9号活化剂配方制得的金属化层平均抗拉强度可达488.33MPa,是所有配方中力学性能最好的。且断裂模式良好,均为“完全粘瓷”。随着Mo粉含量的增加,金属化层的抗拉强度呈先增大后较小的趋势,Mo粉含量较多或较少时均不利于金属化层的力学性能。当Mo粉含量为75%时,金属化层均匀致密,抗拉强度最高,平均值可达494MPa,且断裂模式良好,均为“完全粘瓷”。最终确定了M-75号配方为等静压陶瓷中温金属化配方。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM564;TQ174.758.11
【部分图文】：

北京工业大学工程硕士专业学位论文，真空开关管相关研究在我国的发展状况，尤其是对使用条高电压真空开关管制造技术与国外发达国家相比还是比较落用的烧成工艺，其金属化温度高，能耗大，耐火材料损耗严，同时烧成制品合格率低，气密性及连接强度差，产品竞争因此，研发新的中低温氧化铝陶瓷金属化技术亟待探索。题以在真空开关管广泛应用的 95%氧化铝陶瓷金属化为研究式粉料处理工艺及调整活化剂比例，实现氧化铝陶瓷金属化大规模的工厂生产有一定的指导作用。

研发新的中低温氧化铝陶瓷金属化技术亟待探索。题以在真空开关管广泛应用的 95%氧化铝陶瓷金属化为研究式粉料处理工艺及调整活化剂比例，实现氧化铝陶瓷金属化大规模的工厂生产有一定的指导作用。图 1-1 陶瓷外壳真空开关管Fig. 1-1 Ceramic vacuum switch tube

Mo-Mn 法属于烧结金属粉末法的一种，是目前氧化铝陶瓷金的一种方法。在真空开关管制造工艺中，世界各国采用的金 Mo-Mn 法。所谓活化 Mo-Mn 法就是在传统的 Mo-Mn 配方时能形成玻璃相的氧化物，如 SiO2，Al2O3，CaO 等，配制成在氧化铝陶瓷端面，经氢炉高温烧结，就可以在陶瓷端面形传统 Mo-Mn 法，活化 Mo-Mn 法扩大了原始配方的适应范围烧结温度的同时提高了封接强度[28]。 Mo-Mn 法金属化机理是金属化层中的玻璃相与陶瓷基体中。在金属化温度下，金属化层中的金属 Mo 颗粒被烧结成海绵属 Mn 被氧化成 MnO。MnO 与金属化层中的其他氧化物（如）反应，形成熔点和粘度较低的熔体，这种熔体不仅可以浸润且能迁移进陶瓷基体，与陶瓷中的玻璃相发生反应，从而降点和粘度，使陶瓷玻璃相向金属化层中渗透迁移，形成过渡金属化层紧密结合在一起。 Mo-Mn 法金属化典型的工艺流程如图 1-3 所示。
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本文编号：2870915