真空開關(guān)管是中高壓電力開關(guān)的核心部件,制造過程中需要進(jìn)行陶瓷金屬化,以便與金屬件封接。等靜壓成型95%氧化鋁陶瓷因其優(yōu)異的性能被越來越多的廠家采納。但是與傳統(tǒng)熱壓鑄陶瓷相比,等靜壓陶瓷需要更高的金屬化溫度,目前國內(nèi)常用的金屬化配方,需要燒結(jié)溫度達(dá)到1500℃以上才能對等靜壓陶瓷金屬化。但金屬化溫度的提高會(huì)產(chǎn)生如制品開裂、變形、釉料流淌等一系列問題,同時(shí)生產(chǎn)能耗大,增加了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。因此需設(shè)計(jì)一種簡易的中溫金屬化配方適應(yīng)這種陶瓷產(chǎn)品的需要。本文以真空開關(guān)管用等靜壓成型95%氧化鋁陶瓷金屬化工藝為研究對象,采用活化Mo-Mn法,首先對金屬化原料球磨工藝進(jìn)行改良,再根據(jù)MnO-Al_2O_3-SiO_2相圖,采用5個(gè)MnO/SiO_2比值,3條等溫線,設(shè)計(jì)出16組活化劑配方試驗(yàn)和Mo粉比例試驗(yàn)。通過拉力測試、XRD物相檢測、SEM及EDS元素分析等檢測方法研究了不同活化劑配方及Mo粉含量對金屬化層力學(xué)性能及顯微結(jié)構(gòu)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用新球磨工藝可以大幅降低金屬化原料的粒度,有效減少M(fèi)o粉團(tuán)聚體數(shù)量,得到的金屬化層均勻致密,玻璃相分布均勻,可以有效提高金屬化層的抗拉強(qiáng)度及一致性,且斷裂模式良好,為“完全粘瓷”。不同活化劑配方,在金屬化溫度下燒結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的物相。當(dāng)活化劑中MnO:SiO_2值為2:1和1.5:1時(shí)會(huì)產(chǎn)生MnAl_2O_4尖晶石,當(dāng)活化劑中MnO:SiO_2值為1:1、1:1.5和1:2時(shí)活化劑完全熔化形成玻璃相。同一等溫線下,隨著MnO:SiO_2值的降低,金屬化層抗拉強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢。當(dāng)活化劑組成為MnO:SiO_2值為1:1和1:1.5,等溫線為1200℃和1300℃時(shí),金屬化層的平均抗拉強(qiáng)度都在430MPa以上,遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T11246-2001中要求的≥120MPa,其中MnO:SiO_2值為1:1.5,等溫線為1300℃的9號(hào)活化劑配方制得的金屬化層平均抗拉強(qiáng)度可達(dá)488.33MPa,是所有配方中力學(xué)性能最好的。且斷裂模式良好,均為“完全粘瓷”。隨著Mo粉含量的增加,金屬化層的抗拉強(qiáng)度呈先增大后較小的趨勢,Mo粉含量較多或較少時(shí)均不利于金屬化層的力學(xué)性能。當(dāng)Mo粉含量為75%時(shí),金屬化層均勻致密,抗拉強(qiáng)度最高,平均值可達(dá)494MPa,且斷裂模式良好,均為“完全粘瓷”。最終確定了M-75號(hào)配方為等靜壓陶瓷中溫金屬化配方。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM564;TQ174.758.11
【部分圖文】：

北京工業(yè)大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文，真空開關(guān)管相關(guān)研究在我國的發(fā)展?fàn)顩r，尤其是對使用條高電壓真空開關(guān)管制造技術(shù)與國外發(fā)達(dá)國家相比還是比較落用的燒成工藝，其金屬化溫度高，能耗大，耐火材料損耗嚴(yán)，同時(shí)燒成制品合格率低，氣密性及連接強(qiáng)度差，產(chǎn)品競爭因此，研發(fā)新的中低溫氧化鋁陶瓷金屬化技術(shù)亟待探索。題以在真空開關(guān)管廣泛應(yīng)用的 95%氧化鋁陶瓷金屬化為研究式粉料處理工藝及調(diào)整活化劑比例，實(shí)現(xiàn)氧化鋁陶瓷金屬化大規(guī)模的工廠生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)作用。

研發(fā)新的中低溫氧化鋁陶瓷金屬化技術(shù)亟待探索。題以在真空開關(guān)管廣泛應(yīng)用的 95%氧化鋁陶瓷金屬化為研究式粉料處理工藝及調(diào)整活化劑比例，實(shí)現(xiàn)氧化鋁陶瓷金屬化大規(guī)模的工廠生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)作用。圖 1-1 陶瓷外殼真空開關(guān)管Fig. 1-1 Ceramic vacuum switch tube

Mo-Mn 法屬于燒結(jié)金屬粉末法的一種，是目前氧化鋁陶瓷金的一種方法。在真空開關(guān)管制造工藝中，世界各國采用的金 Mo-Mn 法。所謂活化 Mo-Mn 法就是在傳統(tǒng)的 Mo-Mn 配方時(shí)能形成玻璃相的氧化物，如 SiO2，Al2O3，CaO 等，配制成在氧化鋁陶瓷端面，經(jīng)氫爐高溫?zé)Y(jié)，就可以在陶瓷端面形傳統(tǒng) Mo-Mn 法，活化 Mo-Mn 法擴(kuò)大了原始配方的適應(yīng)范圍燒結(jié)溫度的同時(shí)提高了封接強(qiáng)度[28]。 Mo-Mn 法金屬化機(jī)理是金屬化層中的玻璃相與陶瓷基體中。在金屬化溫度下，金屬化層中的金屬 Mo 顆粒被燒結(jié)成海綿屬 Mn 被氧化成 MnO。MnO 與金屬化層中的其他氧化物（如）反應(yīng)，形成熔點(diǎn)和粘度較低的熔體，這種熔體不僅可以浸潤且能遷移進(jìn)陶瓷基體，與陶瓷中的玻璃相發(fā)生反應(yīng)，從而降點(diǎn)和粘度，使陶瓷玻璃相向金屬化層中滲透遷移，形成過渡金屬化層緊密結(jié)合在一起。 Mo-Mn 法金屬化典型的工藝流程如圖 1-3 所示。
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本文編號(hào)：2870915