Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: tworzywa porcelanowe

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Procesy starzeniowe w ceramice elektrotechnicznej

Ranachowski P.

Prace Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN

2011

nr 2

1-261

W pracy przedstawiono wyniki kompleksowych badań procesów starzeniowych w strukturze ceramicznych materiałów elektrotechnicznych. Przedmiotem badań były tworzywa porcelanowe następujących rodzajów: kwarcowe C 110, krystobalitowe C 112, wysokoglinowe C 120, wysokoglinowe o dużej wytrzymałości C 130 oraz materiał korundowy rodzaju C 799. Tworzywa te znajdują szerokie zastosowanie we współczesnej technice, przede wszystkim do wytwarzania odpowiedzialnych urządzeń elektrotechnicznych, szczególnie izolatorów elektroenergetycznych różnego rodzaju. Zaproponowana metoda mechanoakustycza, uzupełniona analizą mikroskopową oraz pomiarami ultradźwiękowymi, wykazała przydatność do oceny procesów degradacji struktury. Wykorzystując powolny, quasi-statyczny przyrost naprężenia ściskającego, w relatywnie krótkotrwałej próbie mechanoakustycznej, można w znacznym stopniu uzyskać odzwierciedlenie procesów starzeniowych, które zachodzą podczas wieloletniej eksploatacji obiektów elektroizolacyjnych. Zastosowana metoda polega na przykładaniu do próbki obciążenia, z jednoczesną rejestracją deskryptorów emisji akustycznej (EA). Proces działania obciążeń ściskających zatrzymywano przy różnych wartościach naprężeń, a próbki poddawano badaniom mikroskopowym. Wyniki porównywane były z obrazami zbliżonych materiałów, pochodzących z izolatorów po różnym okresie eksploatacji. Na tej podstawie wyróżniono kolejne etapy starzenia porcelanowych tworzyw elektrotechnicznych i towarzyszące im efekty degradacji struktury czerepu. Wyniki pracy wzbogaciły wiedzę dotyczącą procesów starzeniowych w tworzywach porcelanowych oraz w ceramice korundowej. Rozpoznano i udokumentowano poszczególne etapy degradacji struktury, określane jako wstępny, podkrytyczny i krytyczny. Punktem wyjścia, w przypadku każdego z tworzyw, był dokładny opis budowy z rozpoznaniem zawartości, rozłożenia i wielkości ziarn i wydzieleń faz krystalicznych oraz porów w czerepie. Szczególnie dotyczyło to kwarcu, którego udział w strukturze tworzyw porcelanowych, stanowi jedną z zasadniczych przyczyn procesów starzeniowych. Badano obecność i wpływ wszelkiego rodzaju defektów i niejednorodności na efekty degradacji. Określono wpływ poszczególnych faz budujących tworzywa porcelanowe na proces degradacji struktury w kolejnych jej etapach. Opisano czynniki, które wpływają na podwyższenie lub obniżenie krótko- i długotrwałej wytrzymałości mecha6 Streszczenie nicznej każdego z badanych materiałów oraz rozrzut ich parametrów. Uwzględniono przy tym duże różnice w budowie strukturalnej i właściwościach, jakie stwierdzono dla wszystkich badanych rodzajów tworzyw porcelanowych. Istotnym elementem badań było określenie stopnia jednorodności tworzyw w skali mikro i pół-makro, zwłaszcza biorąc pod uwagę zespolenie z matrycą oraz rolę, jaką pełnią poszczególne fazy krystaliczne w czerepie. Dotyczyło to zwłaszcza efektywności wzmocnień struktury, w tym o charakterze dyspersyjnym i włóknistym. Mają one bardzo poważny wpływ na właściwości materiału, w tym - poprzez spowalnianie procesów starzeniowych - na trwałość eksploatacyjną tworzywa. Możliwe było również porównanie wytrzymałości matryc różnych materiałów. Badania dały możliwość oceny szacowanych "czasów życia" tworzyw porcelanowych poszczególnych rodzajów. Badania umożliwiły weryfikację różnych teorii wzmocnienia porcelany - mulitowej, strukturalnych naprężeń ściskających oraz wzmocnienia dyspersyjnego. Stwierdzono jednoznacznie negatywny wpływ stłuczki na właściwości tworzyw porcelanowych. Dokonano również oceny wpływu porów na parametry badanych materiałów. Ważnym wnioskiem było stwierdzenie, że procesy starzeniowe mogą na tyle pogarszać właściwości izolatorów zapasowych, że po dłuższym okresie przechowywania mogą nie spełniać roli elementów wymiennych w miejsce uszkodzonych. Wyjaśniono przyczyny nadspodziewanie dużego rozrzutu wytrzymałości mechanicznej elementów z tworzywa korundowego. Efekt ten występował mimo zastosowania nowoczesnej technologii wytwarzania i wysokiej jakości granulatu. Obok opisu etapów degradacji i ich związku z mikrostrukturą, badania umożliwiły wyszczególnienie cech budowy strukturalnej materiału korundowego, które obniżają lub podnoszą odporność na procesy starzeniowe. Opracowana metoda badań eksperymentalnych oraz zamieszczona w pracy analiza uzyskanych danych, stanowią nowy i oryginalny wkład w dziedzinę badań właściwości tworzyw ceramicznych oraz przebiegu zachodzących w ich strukturze procesów starzeniowych.

The paper presents the results of the extensive studies of the development of ageing processes in the structure of electrotechnical ceramic materials. The objective of these studies were porcelain materials of different types: quartz C 110, cristobalite C 112, aluminous C 120, high-strength aluminous C 130 as well as highalumina ceramics C 799 type. Mechanoacoustic research, supplemented by microscopic analysis and ultrasonic measurements, has demonstrated the usefulness of the evaluation of degradation processes of the material structure. Using slowly increasing quasi-static compressive loading in a relatively short-term mechanoacoustic test makes it possible to get results similar to those of long lasting degradation effects in operated electroinsulating objects. The method depends on the application of stress acting on the sample with simultaneous recording of acoustic emission (AE) descriptors. The process of compressive loading was stopped at different stresses, and the samples were subjected to microscopic examination. The results were compared with the images of similar materials obtained from the insulators after different periods of operation. On this basis, there were distinguished consecutive stages of ageing of electrotechnical porcelain materials and corresponding effects of the structure degradation. The results of the work extended knowledge concerning ageing processes in the porcelain materials and high-alumina ceramics. There were identified and documented the successive stages of degradation of the structure, described as the preliminary, the subcritical and the critical ones. The starting point, for each of the examined materials, was a detailed description of the structure with the analysis of the content, size and distribution of grains and precipitates of crystalline phases as well as pores in the samples. This particularly concerned the quartz, whose attendance in the structure of porcelain materials is one of the main reasons for aging processes. The presence and influence of all kinds of structural defects and inhomogeneities on the effects of degradation were studied. The influence of individual constituents in the porcelain structures on degradation process in the subsequent stages was recognized. There were described the factors which affect the increase or decrease of short and long-term mechanical strength of each of the tested materials and dispersion of their parameters. The large differences in the structure and properties, which have been identified for all examined types of the porcelain, were considered. A significant task of the study was to de8 Abstract termine the degree of materials homogeneity at the micro and semi-macro scales, especially considering the connection with the matrix and function of particular crystalline phases in the material. This concerned especially the effectiveness of the reinforcements of the structure, including the fibrous and dispersive kinds. They have a very important effect on the mechanical properties of the material resulting in slowing down of aging processes and increasing the material service life. It was also possible to compare the mechanical strength of the matrix of different materials. The study offered the opportunity to evaluate the estimated "life time" of various types of the porcelain. The study enabled the assessment of the validity and application of major theories explaining the strength of porcelains - mullite hypothesis, matrix reinforcement (prestressing effect) and dispersion-strengthening. An explicit negative influence of cullet content on the properties of the porcelain was found. The effect of pores on the parameters of the tested materials was also evaluated. An important conclusion of the research was a statement that the aging process can seriously decrease material properties of the insulators stored as a reserve. As a consequence these objects can not be used in the place of the damaged ones. The reasons for an unexpectedly large dispersion of the mechanical strength of specimens made of the high-alumina ceramics were explained. This effect occurred despite the use of modern manufacturing technology and high quality of granulated product. The performed study enabled to describe the stages of degradation and their relationship with the material microstructure. There were also specified features of the structure which reduce or increase the resistance to ageing processes. Applied experimental mechanoacoustic method and data analysis constitute a new and original contribution to the field of investigation of the properties of ceramic materials and, especially, in ageing processes that occur in their structure.