95%陶瓷Al2O3斑點(diǎn)產(chǎn)生的原因分析及控制措施
首先分析了可能形成斑點(diǎn)的幾種化學(xué)元素,再從95%Al2O3陶瓷生產(chǎn)過程中原料、設(shè)備、工藝以及環(huán)境等方面,分析討論了斑點(diǎn)產(chǎn)生的原因,最后提出采取的有效預(yù)防控制措施。
真空滅弧室是高壓真空開關(guān)的核心部件,95%Al2O3陶瓷管殼又是真空滅弧室的關(guān)鍵部件之一,根據(jù)滅弧室的工作特點(diǎn),要求陶瓷管殼外觀呈白色,并具有真空氣密性好、介質(zhì)損耗角正切值小、絕緣強(qiáng)度高、導(dǎo)熱率高、熱穩(wěn)定性好等性能。
陶瓷管殼存在的斑點(diǎn),不僅影響產(chǎn)品的外觀,也影響其電性能,使得陶瓷外殼的絕緣性能降低。因此,在陶瓷件的生產(chǎn)過程中,需要對之進(jìn)行嚴(yán)格控制。但由于生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)條件的限制,以及人們對產(chǎn)生斑點(diǎn)原因的認(rèn)識不一致,導(dǎo)致產(chǎn)品斑點(diǎn)缺陷時(shí)有發(fā)生,有時(shí)比例還比較高。本文所述斑點(diǎn)是指雜質(zhì)由于燒成而熔入瓷體或釉內(nèi),呈現(xiàn)異色色斑,但未破壞瓷件表面的完整性。
本文通過理論分析、樣品試驗(yàn)及與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的方法,分析了陶瓷管殼斑點(diǎn)產(chǎn)生的原因,根據(jù)這些原因提出了有效的預(yù)防控制措施。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用,效果明顯。
1、初步分析形成斑點(diǎn)的元素、成分
根據(jù)95%Al2O3 陶瓷原料以及制造業(yè)加工產(chǎn)品的工藝裝備特點(diǎn),一方面是原礦物質(zhì)中含有形成斑點(diǎn)的物質(zhì);另一方面是原料可能接觸到的金屬材料,一般為碳素鋼和不銹鋼,初步分析這些金屬材料是形成斑點(diǎn)的原因,因此對這些金屬材料取樣進(jìn)行模擬試驗(yàn)。
樣品材料:低碳鋼、高碳鋼、不銹鋼(噴霧干燥機(jī)電加熱用的材料)
樣品制備:將樣品材料的粉末與氧化鋁造粒料混合后,放在干凈的耐高溫容器里,在高溫電隧道窯燒成,結(jié)果見表1。
表1 不同樣品材料的燒成結(jié)果
從以上模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),這些金屬材料進(jìn)入到原料中,在瓷件中形成了斑點(diǎn)。
95 %Al2O3陶瓷斑點(diǎn)缺陷一般在氧化氣氛下,表現(xiàn)為褐色、綠色、黃色及紫紅色等,在還原氣氛下表現(xiàn)為黑色、紫紅色等。
根據(jù)模擬試驗(yàn)結(jié)果以及斑點(diǎn)在不同氣氛中的色變化,初步分析其形成斑點(diǎn)的化學(xué)元素一般為鐵、鉻、錳等過渡元素,這些元素及其氧化物具有順磁性,有磁性的物質(zhì)可以用強(qiáng)磁性的材料吸附。
2、分析陶瓷生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生斑點(diǎn)的原因
2.1、陶瓷生產(chǎn)的主要工藝流程
圖1 為陶瓷生產(chǎn)的主要工藝流程。
2.2、試驗(yàn)
從工藝過程中制備樣品,進(jìn)行模擬試驗(yàn)。準(zhǔn)備可能形成斑點(diǎn)的樣品:在陶瓷生產(chǎn)工藝流程中,分別在原材料、料漿除鐵、造粒料除鐵、高溫?zé)煞勒成暗裙に囯A段吸附鐵磁性雜質(zhì),并將吸附的雜質(zhì),按照金屬材料模擬試驗(yàn)的方法制備成樣品,進(jìn)行高溫?zé)�。燒成結(jié)果見表2 。
表2 取樣階段溫?zé)山Y(jié)果
2.3、試驗(yàn)結(jié)果及討論
從以上結(jié)果中發(fā)現(xiàn):各工藝階段吸附的鐵磁性雜質(zhì),可以使95 %Al2O3陶瓷在燒成過程中形成斑點(diǎn),只是隨著含量的不同,擴(kuò)散部分斑點(diǎn)顏色較淺,而雜質(zhì)集中部分斑點(diǎn)顏色較深;同時(shí)由于取樣階段不一樣,其雜質(zhì)表現(xiàn)出的顏色也不同,說明其不同工藝階段主要雜質(zhì)成分不相同。
2.4、從生產(chǎn)過程中分析斑點(diǎn)成分產(chǎn)生原因
原材料:包括配方中的原料以及燒成過程使用的輔助料,對每種原材料進(jìn)行檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)有磁性雜質(zhì)存在。
料漿制備設(shè)備:設(shè)備部分、料漿輸入管道采用不銹鋼材料。由于氧化鋁材料硬度高,在與一般金屬材料摩擦過程中,使金屬材料磨損,將雜質(zhì)帶入到料漿中。
噴霧造粒設(shè)備:加熱系統(tǒng)一般有電加熱和燃?xì)饧訜醿煞N。電加熱用的高溫不銹鋼管在反復(fù)升溫、降溫過程中,其表面的氧化物容易脫落,其雜質(zhì)隨熱風(fēng)氣流帶入到造粒料中;燃?xì)饧訜嵯到y(tǒng)中,氣體中有一定的含水量,容易造成輸送管道氧化腐蝕,其產(chǎn)生的雜質(zhì)同樣會(huì)帶入到造粒料中,但與電加熱系統(tǒng)比較,其雜質(zhì)含量是很少的。
噴霧干燥機(jī)采用離心式旋片造粒,其摩擦過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)會(huì)帶入到造粒料中。
磨加工過程:真空滅弧室的管殼兩端面進(jìn)行磨加工,在加工過程中,使用金屬擋鐵,當(dāng)擋鐵與陶瓷接觸,可能會(huì)導(dǎo)致劃痕,在經(jīng)過高溫時(shí),同樣會(huì)產(chǎn)生斑痕。這些雜質(zhì)的引入,必定會(huì)造成產(chǎn)品斑點(diǎn)。
3、在陶瓷生產(chǎn)工藝過程中控制產(chǎn)生斑點(diǎn)的措施
針對以上斑點(diǎn)產(chǎn)生的原因,逐項(xiàng)采取措施進(jìn)行控制:
(1) 原材料控制: 控制原材料中鐵磁性雜質(zhì)含量,并加強(qiáng)原材料入廠檢驗(yàn)要求。
(2) 管道、容器部分:用其它非金屬材料替換金屬材料管道、容器、工具,在必須使用金屬材料時(shí),要選擇合適的特殊材質(zhì)。
(3) 噴霧造粒加熱系統(tǒng)改造或定制為燃?xì)饧訜嵯到y(tǒng),系統(tǒng)帶入的雜質(zhì)成分會(huì)減少,也可以采用在管道中加入雜質(zhì)過濾裝置,也會(huì)起到預(yù)防作用。
(4) 產(chǎn)品研磨加工中,一方面采用瓷件與擋鐵不直接接觸,另一方面,采用酸洗、自來水清洗方法消除劃痕污染。
加強(qiáng)工藝過程控制:
(1) 檢查設(shè)備磨損程度,尤其是防止磨料設(shè)備的內(nèi)襯磨損后,露出的金屬材料磨損造成雜質(zhì)成分帶入料中。
(2) 原料中的雜質(zhì)成分大部分呈弱磁性,一方需要選用高磁場強(qiáng)度的除鐵設(shè)備;另一方面在除鐵時(shí)需要控制原料流量及流速,以達(dá)到最佳除鐵效果。
(3) 工藝衛(wèi)生:加強(qiáng)工藝現(xiàn)場衛(wèi)生管理,防止因維修設(shè)備、以及其它活動(dòng)時(shí),帶入雜質(zhì)污染。
4、結(jié)論
通過以上論述,得出以下結(jié)論:
(1) 95 %Al2O3陶瓷管殼斑點(diǎn)產(chǎn)生的原因主要是原料和坯體中含有鐵、鉻、錳等元素的雜質(zhì),在產(chǎn)品高溫?zé)蛇^程中形成斑點(diǎn)。
(2) 在95 %Al2O3陶瓷管殼生產(chǎn)中,通過工藝裝備的改進(jìn),以及對原料和工藝中加強(qiáng)鐵磁性雜質(zhì)的過程控制,包括對設(shè)備的監(jiān)控、原料的除鐵等方面的控制,達(dá)到預(yù)防或減少形成斑點(diǎn)的雜質(zhì)帶入,提高產(chǎn)品成品率。
(3) 保持良好的工藝環(huán)境衛(wèi)生,預(yù)防形成斑點(diǎn)的雜質(zhì)帶入原料和坯體中。
