PROCESY STARZENIOWE W CERAMICE ELEKTROTECHNICZNEJ

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.