首先分析了可能形成斑點的幾種化學元素,再從95%Al₂O₃陶瓷生產過程中原料、設備、工藝以及環境等方面,分析討論了斑點產生的原因,最后提出采取的有效預防控制措施。

　　真空滅弧室是高壓真空開關的核心部件,95%Al₂O₃陶瓷管殼又是真空滅弧室的關鍵部件之一,根據滅弧室的工作特點,要求陶瓷管殼外觀呈白色,并具有真空氣密性好、介質損耗角正切值小、絕緣強度高、導熱率高、熱穩定性好等性能。

　　陶瓷管殼存在的斑點,不僅影響產品的外觀,也影響其電性能,使得陶瓷外殼的絕緣性能降低。因此,在陶瓷件的生產過程中,需要對之進行嚴格控制。但由于生產設備、生產條件的限制,以及人們對產生斑點原因的認識不一致,導致產品斑點缺陷時有發生,有時比例還比較高。本文所述斑點是指雜質由于燒成而熔入瓷體或釉內,呈現異色色斑,但未破壞瓷件表面的完整性。

　　本文通過理論分析、樣品試驗及與實際生產相結合的方法,分析了陶瓷管殼斑點產生的原因,根據這些原因提出了有效的預防控制措施。在實際生產中應用,效果明顯。

1、初步分析形成斑點的元素、成分

　　根據95%Al₂O₃ 陶瓷原料以及制造業加工產品的工藝裝備特點,一方面是原礦物質中含有形成斑點的物質;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的原因,因此對這些金屬材料取樣進行模擬試驗。

　　樣品材料:低碳鋼、高碳鋼、不銹鋼(噴霧干燥機電加熱用的材料)

　　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,結果見表1。

　　表1 　不同樣品材料的燒成結果

　　從以上模擬試驗發現,這些金屬材料進入到原料中,在瓷件中形成了斑點。

　　95 %Al₂O₃陶瓷斑點缺陷一般在氧化氣氛下,表現為褐色、綠色、黃色及紫紅色等,在還原氣氛下表現為黑色、紫紅色等。

　　根據模擬試驗結果以及斑點在不同氣氛中的色變化,初步分析其形成斑點的化學元素一般為鐵、鉻、錳等過渡元素,這些元素及其氧化物具有順磁性,有磁性的物質可以用強磁性的材料吸附。

2、分析陶瓷生產工藝過程中產生斑點的原因

2.1、陶瓷生產的主要工藝流程

　　圖1 為陶瓷生產的主要工藝流程。

2.2、試驗

　　從工藝過程中制備樣品,進行模擬試驗。準備可能形成斑點的樣品:在陶瓷生產工藝流程中,分別在原材料、料漿除鐵、造粒料除鐵、高溫燒成防粘砂等工藝階段吸附鐵磁性雜質,并將吸附的雜質,按照金屬材料模擬試驗的方法制備成樣品,進行高溫燒成。燒成結果見表2 。

　　表2 　取樣階段溫燒成結果

2.3、試驗結果及討論

　　從以上結果中發現:各工藝階段吸附的鐵磁性雜質,可以使95 %Al₂O₃陶瓷在燒成過程中形成斑點,只是隨著含量的不同,擴散部分斑點顏色較淺,而雜質集中部分斑點顏色較深;同時由于取樣階段不一樣,其雜質表現出的顏色也不同,說明其不同工藝階段主要雜質成分不相同。

2.4、從生產過程中分析斑點成分產生原因

　　原材料:包括配方中的原料以及燒成過程使用的輔助料,對每種原材料進行檢驗,發現有磁性雜質存在。

　　料漿制備設備:設備部分、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,將雜質帶入到料漿中。

　　噴霧造粒設備:加熱系統一般有電加熱和燃氣加熱兩種。電加熱用的高溫不銹鋼管在反復升溫、降溫過程中,其表面的氧化物容易脫落,其雜質隨熱風氣流帶入到造粒料中;燃氣加熱系統中,氣體中有一定的含水量,容易造成輸送管道氧化腐蝕,其產生的雜質同樣會帶入到造粒料中,但與電加熱系統比較,其雜質含量是很少的。

　　噴霧干燥機采用離心式旋片造粒,其摩擦過程中產生的雜質會帶入到造粒料中。

　　磨加工過程:真空滅弧室的管殼兩端面進行磨加工,在加工過程中,使用金屬擋鐵,當擋鐵與陶瓷接觸,可能會導致劃痕,在經過高溫時,同樣會產生斑痕。這些雜質的引入,必定會造成產品斑點。

3、在陶瓷生產工藝過程中控制產生斑點的措施

　　針對以上斑點產生的原因,逐項采取措施進行控制:

　　(1) 原材料控制: 控制原材料中鐵磁性雜質含量,并加強原材料入廠檢驗要求。

　　(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,要選擇合適的特殊材質。

　　(3) 噴霧造粒加熱系統改造或定制為燃氣加熱系統,系統帶入的雜質成分會減少,也可以采用在管道中加入雜質過濾裝置,也會起到預防作用。

　　(4) 產品研磨加工中,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。

加強工藝過程控制:

　　(1) 檢查設備磨損程度,尤其是防止磨料設備的內襯磨損后,露出的金屬材料磨損造成雜質成分帶入料中。

　　(2) 原料中的雜質成分大部分呈弱磁性,一方需要選用高磁場強度的除鐵設備;另一方面在除鐵時需要控制原料流量及流速,以達到最佳除鐵效果。

　　(3) 工藝衛生:加強工藝現場衛生管理,防止因維修設備、以及其它活動時,帶入雜質污染。

4、結論

　　通過以上論述,得出以下結論:

　　(1) 95 %Al₂O₃陶瓷管殼斑點產生的原因主要是原料和坯體中含有鐵、鉻、錳等元素的雜質,在產品高溫燒成過程中形成斑點。

　　(2) 在95 %Al₂O₃陶瓷管殼生產中,通過工藝裝備的改進,以及對原料和工藝中加強鐵磁性雜質的過程控制,包括對設備的監控、原料的除鐵等方面的控制,達到預防或減少形成斑點的雜質帶入,提高產品成品率。

　　(3) 保持良好的工藝環境衛生,預防形成斑點的雜質帶入原料和坯體中。