Quy trình sản xuất chất cách điện bằng gốm là gì?

Cốt lõi của quá trình sản xuất chất cách điện bằng gốm bao gồm xử lý, tạo hình và thiêu kết các nguyên liệu thô bằng gốm điện, sau đó gắn chúng vào các phụ kiện kim loại (nắp sắt và chốt thép) để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh có khả năng cung cấp cả khả năng cách điện và hỗ trợ cơ học. Quy trình tổng thể bao gồm bảy giai đoạn chính-chuẩn bị nguyên liệu thô, tạo hình, sấy khô, tráng men, thiêu kết, lắp ráp phù hợp và kiểm tra lần cuối-với mỗi giai đoạn được kết nối với nhau và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm.

 

Chuẩn bị nguyên liệu thô (Giai đoạn nền tảng cốt lõi)
Độ tinh khiết, tỷ lệ và độ chính xác khi nghiền của nguyên liệu thô quyết định hiệu suất cách nhiệt và độ bền cơ học của các thành phần gốm. Giai đoạn này bao gồm năm bước chính: trộn, nghiền, nghiền, loại bỏ sắt và lão hóa.

Trộn theo mẻ: Nguyên liệu thô cốt lõi (chẳng hạn như fenspat, thạch anh, đất sét và alumina) được phân chia theo thông số kỹ thuật của sản phẩm (ví dụ: đối với các ứng dụng điện áp cao-hoặc điện áp siêu-cao{4}}). Alumina tăng cường độ bền cơ học, thạch anh cải thiện tính chất cách nhiệt và đất sét đảm bảo độ dẻo cho việc tạo hình. Lỗi trộn phải được kiểm soát trong phạm vi ±1% để tránh ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình tạo hình và thiêu kết tiếp theo.
Nghiền: Nguyên liệu thô dạng cục (như fenspat và thạch anh) được đưa vào máy nghiền và được khử thành các hạt có kích thước 5–10 mm để tạo điều kiện cho quá trình nghiền tiếp theo. Sau khi nghiền, vật liệu được sàng lọc để loại bỏ các tạp chất (như đá và mảnh kim loại) có thể ảnh hưởng đến tính đồng nhất của thân gốm.
Nghiền: Nguyên liệu đã nghiền được trộn với một lượng nước thích hợp rồi đưa vào máy nghiền bi để nghiền ướt. Quá trình nghiền tiếp tục cho đến khi độ mịn bùn đạt tiêu chuẩn Nhỏ hơn hoặc bằng 0,5% cặn trên sàng 10.000 lưới (nghĩa là phần lớn các hạt đều nhỏ hơn 10 μm). Nồng độ bùn được kiểm soát trong quá trình này để đảm bảo độ dẻo và tính lưu loát cần thiết cho việc tạo hình tiếp theo.
Loại bỏ sắt: Sau khi nghiền, bùn đi qua máy tách từ tính để loại bỏ tạp chất sắt (chẳng hạn như mạt sắt trộn lẫn với nguyên liệu thô hoặc bột kim loại tạo ra trong quá trình nghiền). Các tạp chất sắt có thể làm giảm hiệu suất cách nhiệt và thậm chí khiến thân gốm bị nứt trong quá trình thiêu kết; hàm lượng sắt phải được kiểm soát dưới 0,1% sau bước này. Lão hóa: Bùn-đã loại bỏ sắt được chuyển sang bể lão hóa và để yên trong 24–72 giờ ở nhiệt độ môi trường xung quanh và tránh ánh sáng. Quá trình này đảm bảo sự phân bố độ ẩm đồng đều và liên kết hạt triệt để, từ đó nâng cao độ dẻo và độ ổn định của khuôn, đồng thời ngăn ngừa các vết nứt trên các bộ phận gốm sau khi tạo hình.

 

Định hình (Định hình phần gốm)
Tùy thuộc vào loại cấu trúc của chất cách điện bằng gốm (ví dụ: loại treo-đĩa, loại chốt- hoặc loại trụ-), quy trình tạo hình thích hợp sẽ được chọn. Mục tiêu cốt lõi là định hình phần bùn hoặc đất sét đã chuẩn bị thành phần thân gốm xanh đáp ứng kích thước thiết kế. Ba phương pháp tạo hình phổ biến được sử dụng:

Đúc trượt: Thích hợp cho các bộ phận bằng gốm có cấu trúc phức tạp hoặc kích thước lớn (chẳng hạn như phần-thân cách điện kiểu sau). Bùn già được đổ vào khuôn thạch cao đúc sẵn; đặc tính hấp thụ nước-của thạch cao làm cho bùn đặc lại trên thành bên trong của khuôn. Khi thân xanh đạt đủ độ cứng (xử lý khoảng 70%), nó sẽ được tháo khuôn. Cần phải xử lý cẩn thận trong quá trình tháo khuôn để tránh biến dạng hoặc hư hỏng.
Đúc ép: Thích hợp cho các kết cấu đơn giản như vỏ hoặc đĩa của vật cách điện treo{0}}đĩa. Bùn được tách nước thành bánh đất sét, đặt vào khuôn ép và tạo hình bằng máy ép (với áp suất được kiểm soát trong khoảng từ 15 đến 25 MPa). Phương pháp này mang lại thân xanh với mật độ đồng đều và độ bền cơ học nền vượt trội.
Gia công chuyển động (Tạo hình con lăn): Thích hợp cho các bộ phận gốm mảnh chẳng hạn như chất cách điện dạng chốt. Vật liệu đất sét được đặt trên khuôn của máy tạo hình và đầu con lăn chuyển động quay sẽ định hình đất sét thành hình dạng mong muốn. Sau khi hình thành, thân xanh trải qua quá trình cắt tỉa và tạo hình để đảm bảo dung sai kích thước đạt tiêu chuẩn (ví dụ: độ lệch đường kính Nhỏ hơn hoặc bằng ±0,5 mm).

 

Sấy khô (Loại bỏ độ ẩm khỏi thân xanh)
Thân xanh hình thành chứa một lượng ẩm đáng kể (khoảng 20%–30%). Quá trình thiêu kết trực tiếp sẽ làm bay hơi ẩm nhanh chóng, dẫn đến nứt hoặc biến dạng; do đó cần phải có một quy trình sấy bao gồm hai công đoạn: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo. Sấy khô tự nhiên: Đặt các vật thể màu xanh lá cây đã được tháo khuôn trong một xưởng-thông gió tốt, khô ráo và không có bụi-để có không khí-khô tự nhiên trong 24–48 giờ. Điều này loại bỏ độ ẩm bề mặt và cho phép làm cứng ban đầu, ngăn ngừa các vết nứt do độ ẩm quá mức trong quá trình sấy nhân tạo tiếp theo.
Sấy khô nhân tạo: Chuyển-khí xanh được làm khô bằng không khí sang lò sấy. Áp dụng quy trình làm nóng dần dần (tăng nhiệt độ từ 50 độ lên 120 độ) trong 12–24 giờ để giảm độ ẩm bên trong xuống dưới 1%. Trong quá trình sấy, kiểm soát chặt chẽ tốc độ gia nhiệt (không quá 10 độ/giờ) và độ ẩm của lò để tránh bị nứt hoặc cong vênh khi sấy.

 

Kính (Nâng cao hiệu suất gốm sứ)
Quá trình tráng men bao gồm việc phủ một lớp men gốm lên bề mặt của thân xanh khô. Quá trình này giúp tăng cường khả năng chống nước, cách nhiệt và chống ăn mòn đồng thời tạo ra bề mặt nhẵn, sạch, dễ bảo trì. Các phương pháp tráng men phổ biến bao gồm nhúng và phun.

Ngâm: Nhúng thân xanh khô vào trong nước men đã chuẩn bị sẵn. Kiểm soát thời gian ngâm (thường là 30–60 giây) dựa trên độ dày của thân để đảm bảo lớp men đồng nhất (dày khoảng 0,3–0,5 mm). Sau khi nhúng, loại bỏ phần thân và để cho phần bùn thừa chảy ra để tránh lớp men trở nên quá dày hoặc chảy xệ.
Phun: Thích hợp cho các hình dạng phức tạp có nhiều lớp vỏ (chẳng hạn như chất cách điện dạng treo-đĩa). Dùng máy phun quét đều hỗn hợp men lên bề mặt với áp suất 0,3–0,5 MPa, đảm bảo độ phủ đồng đều cả mặt trong và mặt ngoài của chuồng. Để cơ thể nghỉ ngơi trong 10–20 phút sau khi phun để đảm bảo độ bám dính chắc chắn.
Hoàn thiện lớp men: Nếu xảy ra các vấn đề như không đồng đều, chảy xệ hoặc có lỗ kim sau khi tráng men, thì cần phải hoàn thiện thủ công. Loại bỏ lớp men thừa và lấp đầy các lỗ kim để đảm bảo bề mặt nhẵn,{1}}không có khuyết tật. Để mảnh nghỉ và khô lại sau khi hoàn thiện để loại bỏ độ ẩm bề mặt khỏi lớp men. V. Thiêu kết (Giai đoạn kiên cố hóa lõi)
Quá trình thiêu kết liên quan đến việc đưa phần thân tráng men vào lò thiêu kết và nung nó đến nhiệt độ cao để tạo ra những thay đổi vật lý và hóa học ở cả phần thân và lớp men, từ đó tạo thành phần thân sứ cứng và dày đặc. Đây là giai đoạn quan trọng quyết định hiệu suất của chất cách điện gốm và bao gồm bốn giai đoạn: làm nóng trước, làm nóng, nhiệt độ không đổi (ngâm) và làm nguội.

Giai đoạn làm nóng sơ bộ: Thân máy được đưa vào lò nung kết và nhiệt độ tăng dần từ nhiệt độ phòng lên 600 độ trong khoảng thời gian 4–6 giờ. Mục tiêu chính là loại bỏ độ ẩm còn sót lại trên thân sứ và lớp men sứ, ngăn ngừa thân sứ bị nứt do hơi ẩm bốc hơi nhanh ở nhiệt độ cao.
Giai đoạn làm nóng-tăng: Nhiệt độ được tăng từ 600 độ lên nhiệt độ thiêu kết (1280–1350 độ ) với tốc độ được kiểm soát là 15–20 độ/giờ. Điều này cho phép các nguyên liệu thô trong cơ thể trải qua các phản ứng kết tinh và tan chảy dần dần, tạo thành một cấu trúc sứ dày đặc. Môi trường lò nung (chủ yếu là oxy hóa) phải được kiểm soát trong giai đoạn này để đảm bảo phản ứng diễn ra hoàn toàn.
Giai đoạn nhiệt độ không đổi: Nhiệt độ được duy trì ở mức thiêu kết trong 6–8 giờ để đảm bảo sự kết hợp hoàn toàn giữa thân sứ và lớp men, nâng cao hơn nữa mật độ và độ bền cơ học của thân sứ. Độ ổn định của nhiệt độ lò nung là rất quan trọng trong giai đoạn này (với dung sai Nhỏ hơn hoặc bằng ±5 độ) để ngăn ngừa sự biến dạng của thân sứ hoặc bong tróc men do biến động nhiệt độ.
Giai đoạn-làm nguội: Nhiệt độ giảm dần từ mức thiêu kết xuống nhiệt độ phòng với tốc độ được kiểm soát là 10–15 độ/giờ. Phương pháp làm mát gradient được sử dụng để ngăn chặn ứng suất nhiệt quá mức-do chênh lệch nhiệt độ lớn-làm nứt thân sứ. Sau khi quá trình làm mát hoàn tất, các thành phần sứ thiêu kết sẽ được loại bỏ; chúng đóng vai trò là thân sứ cốt lõi của chất cách điện.

Lắp ráp kim loại (Lắp ráp sản phẩm cuối cùng)
Sau khi thân sứ được thiêu kết, nó phải được lắp ráp bằng các phụ kiện kim loại (nắp sắt và chốt thép) bằng chất kết dính gốc xi măng-để tạo thành chất cách điện bằng gốm hoàn chỉnh. Giai đoạn này bao gồm ba bước: xử lý lắp kim loại, lắp ráp và bảo dưỡng.

Xử lý phụ kiện kim loại: Các nắp sắt và chốt thép trải qua quá trình loại bỏ rỉ sét và mạ kẽm. Sau khi loại bỏ rỉ sét, các bề mặt phải không có vảy oxit và rỉ sét. Độ dày lớp mạ phải lớn hơn hoặc bằng 80 μm để tăng cường khả năng chống ăn mòn và ngăn ngừa rỉ sét trong quá trình sử dụng tiếp theo, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất cơ học của chất cách điện. Xi măng: Gia công các phụ kiện kim loại (lắp nắp sắt lên trên thân sứ và cắm chốt thép vào đáy) và bơm chất kết dính xi măng đã chuẩn bị sẵn (hỗn hợp xi măng, cát thạch anh và nước). Đảm bảo chất liên kết lấp đầy hoàn toàn không gian, không có bọt khí hoặc khoảng trống. Sau khi trám xi măng, điều chỉnh vị trí các phụ kiện đảm bảo độ thẳng hàng đồng trục của thân sứ và phụ kiện đạt tiêu chuẩn.
Bảo dưỡng: Chuyển chất cách điện đã xi măng vào lò nung bảo dưỡng. Chữa chúng trong 72 giờ trong môi trường có nhiệt độ 20–25 độ và độ ẩm Lớn hơn hoặc bằng 80% để chất kết dính xi măng đông kết hoàn toàn và đảm bảo liên kết chắc chắn giữa phụ kiện và thân sứ. Sau khi hoàn tất quá trình bảo dưỡng, loại bỏ chất liên kết dư thừa khỏi bề mặt và hoàn thiện bề ngoài.

 

Kiểm tra thành phẩm (Đảm bảo tuân thủ)
Kiểm tra là bước cuối cùng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Cần phải kiểm tra toàn diện hình thức, kích thước, hiệu suất cách điện và tính chất cơ học của chất cách điện; những sản phẩm-không tuân thủ phải được làm lại hoặc loại bỏ. Các hạng mục kiểm tra chính bao gồm:

Kiểm tra bề ngoài: Kiểm tra trực quan bề mặt thân sứ xem có vết nứt, khuyết tật men, lỗ kim hoặc bọt khí hay không, đảm bảo lớp men mịn và đồng đều. Kiểm tra các phụ kiện kim loại xem có bị gỉ hoặc bong tróc mạ điện không, đồng thời kiểm tra các khu vực được trát xi măng xem có bị lỏng, nứt hoặc rò rỉ xi măng không.
Kiểm tra kích thước: Sử dụng các công cụ như thước cặp và thước dây để kiểm tra tổng chiều dài, đường kính đĩa sứ, số lớp vỏ và kích thước lắp của chất cách điện, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế và giữ độ lệch trong giới hạn cho phép.
Kiểm tra hiệu suất cách điện: Sử dụng máy đo điện trở cách điện và máy đo điện áp chịu đựng để đo điện trở cách điện (Lớn hơn hoặc bằng 10¹⁰ Ω) và điện áp đánh thủng, đảm bảo không xảy ra rò rỉ hoặc đánh thủng điện môi ở điện áp định mức.
Kiểm tra hiệu suất cơ học: Sử dụng máy kiểm tra độ bền kéo và độ nén để đo độ bền kéo, độ bền nén và độ bền uốn, đảm bảo chất cách điện có thể chịu được tải trọng bên ngoài-chẳng hạn như trọng lượng dây dẫn và lực gió-mà không bị gãy hoặc đứt.

Các sản phẩm vượt qua quá trình kiểm tra sẽ được làm sạch, đánh dấu (cho biết model, thông số kỹ thuật, lô sản xuất và ngày sản xuất), đóng gói và đưa vào kho bảo quản, sẵn sàng để sử dụng.