1-4. СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ СВОЙСТВА
Использование стекла для изготовления изоляционных конструкций, несущих значительные механические нагрузки, стало возможным, как указывалось ранее, только после разработки и внедрения процесса закалки стеклянных изоляторов.
Другим способом повышения механической прочности стекла является превращение аморфного материала в кристаллический. Стеклокристаллические материалы получают из исходного стеклообразного вещества путем термической обработки, в процессе которой во всем объеме стеклодетали образуется множество кристалликов размером в доли микрометра, соединенных между собой стекловидными прослойками.
По данным [Л. 39] при кристаллизации в 1 мм3 стекла образуется 10+9—10+15 кристаллов.
Стеклокристаллические материалы в СССР получили название «ситаллы».
Таким образом, ситаллы — это гамма материалов, образующихся в результате управляемой кристаллизации стекол с введенными в них минерализаторами — веществами, вызывающими кристаллизацию. В мире создано много различных марок стеклокристаллических материалов. В 1958 г. американской фирмой Corning был создан материал, названный авторами «пирокерам». Константиновский завод «Автостекло» выпускает изделия из стеклокристаллического материала — стеклофарфора.
Стеклокристаллические материалы могут быть прозрачными и непрозрачными (матовыми, молочно-белыми, желтыми и др.). Несмотря на большое количество стеклокристаллических материалов, все они могут быть разбиты на две группы — ситаллы и шлакоситаллы.
Технические ситаллы получают из стекол, сваренных с применением природного и синтетического сырья, причем в состав некоторых из них входят серный или углекислый литии, соли серебра, золота, окись церия и другие компоненты, стоимость которых чрезвычайно высока. Материалы типа «фотокерам» должны в процессе производства подвергаться облучению коротковолновыми лучами (рентгеновскими или ультрафиолетовыми). Все это позволяет применять технические ситаллы для выпуска пока только отдельных небольших деталей и конструкций, где их использование экономически оправдано. Материалы типа «пирокерам» кристаллизуются в процессе ступенчатой термической обработки. Они не требуют облучений.
В Советском Союзе впервые разработан способ изготовления шлакосиликатов из металлургических шлаков. Сущность процесса изготовления таких материалов заключается в том, что создан технологический прием превращения расплава шлака в стекло и шлакового стекла — в керамику [Л. 40].
Шлакоситаллы, по мнению их разработчиков, должны найти широкое применение для производства различных конструктивных элементов, в том числе и электроизоляционных. При этом их стоимость не будет превышать стоимости материалов, которые они призваны заменить.
Стеклокристаллические материалы обладают высокими электромеханическими и физико-техническими свойствами. Ситаллы по механической прочности превосходят не только стекло и фарфор, но и некоторые металлы. Отношение прочности к плотности у ряда ситаллов более высокое, чем у алюминия и стали. Отсутствие пористости, водопоглощения высокая химостойкость при обычных и повышенных температурах, а также высокие электроизоляционные свойства определяют преимущества технических ситаллов перед лучшими неорганическими диэлектриками.
Ниже приведены свойства ситаллов, используемых для изготовления изоляторов.
Как видно из таблицы, основные характеристики ситаллов колеблются в достаточно широких пределах. Это объясняется различием компонентов, входящих в состав шихты различных марок ситаллов, а также технологией их варки и термообработки. Естественно, что технические ситаллы обладают несравненно более высокими свойствами, чем шлакоситаллы.
Тем не менее все ситаллы независимо от их состава как минимум в 1,5—2 раза прочнее электротехнического фарфора и стекла, используемых для изготовления изоляторов. Эта особенность ситаллов определяет область их возможного применения, когда речь идет об электрической изоляции.
Применять ситаллы для изготовления обычных подвесных тарельчатых изоляторов нецелесообразно, в силу того что эти материалы не могут конкурировать с закаленным стеклом. Кроме того, применение закаленного стекла позволяет без больших затрат выявлять дефектные изоляторы при их эксплуатации на линиях электропередачи. Следовательно, ситаллы могут успешно работать в тех изоляционных конструкциях, где основным требованием к диэлектрику является его высокая механическая прочность.
К таким конструкциям в первую очередь относятся все виды стержневых изоляторов, а также некоторые типы аппаратных изоляторов.
Необходимо отметить, что все стеклокристаллические материалы, а следовательно, изделия из них в силу структурных особенностей материала всегда имеют шероховатую поверхность. Достичь у таких изделий гладкой стеклообразной поверхности, аналогичной поверхности глазурованного фарфорового изолятора, можно только за счет усложнения технологического процесса — покрытия поверхности легкоплавким стеклом и повторной термообработки.
Испытания показывают, что ситалловые изоляторы, изготовленные из обычного неглазурованного ситалла. имеют мокроразрядные характеристики в среднем на 10% ниже, чем характеристики таких же изоляторов, покрытых легкоплавкими глазурями.
Основным препятствием для широкого использования ситаллов при изготовлении изоляторов является отсутствие окончательно отработанной технологии, обеспечивающей стабильные характеристики материала, а также сравнительно высокая себестоимость ситалловых изделий.
