玻璃真空滅弧室中封炸線機(jī)理淺析

李春香 付育文 張?jiān)缜? 張武元 董超

摘 要：屏蔽筒中間封接式滅弧室設(shè)計(jì)，符合真空滅弧室小型化及高電壓等級的發(fā)展方向，但中間封接式真空滅弧室中封處為玻璃外殼的薄弱部位，其中中封炸線為中封處一重要缺陷。該研究者通過對中封炸線真空滅弧室解剖分析，觀察玻珠色澤，玻珠與可伐環(huán)粘接狀況、測量玻珠寬度，結(jié)合玻璃應(yīng)力、玻璃與金屬封接理論，確定出中封炸線形成的機(jī)理。

關(guān)鍵詞：應(yīng)力 抗張強(qiáng)度 玻珠寬度 玻珠色澤

中圖分類號：TM85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（a）-0090-01

1 玻璃中的應(yīng)力理論

玻璃的熱應(yīng)力定義玻璃中由于存在溫度差而產(chǎn)生的應(yīng)力，分為暫時(shí)應(yīng)力和永久應(yīng)力。暫時(shí)應(yīng)力隨溫度梯度的存在而存在，隨溫度梯度的消失而消失，暫時(shí)應(yīng)力雖然隨玻璃溫度梯度的消失而消失，但對其數(shù)值也必須加以控制。如果暫時(shí)應(yīng)力超過了玻璃的抗張強(qiáng)度極限，玻璃就會(huì)破裂。永久應(yīng)力當(dāng)玻璃溫度梯度消失時(shí)（表面及內(nèi)部溫度皆等于常溫殘留的熱應(yīng)力，稱為永久應(yīng)力，又稱內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力是指外力在玻璃中引起的應(yīng)力。外力除去時(shí)，機(jī)械應(yīng)力也隨即消失。

2 玻璃與金屬封接機(jī)理

氧化過渡層玻珠封接理論：玻璃與金屬氧化物都具有離子結(jié)構(gòu)，它們由正離子和負(fù)離子（氧離子）構(gòu)成，所以當(dāng)玻璃成熔融狀態(tài)時(shí)，氧化層的表面易被玻璃所潤濕，并會(huì)發(fā)生溶解作用從而在玻璃和金屬氧化層之間形成一個(gè)過渡層，正是由于這一過渡層的存在，使玻璃與金屬封接處獲得緊密的接合。金屬表面的氧化物在玻璃與金屬封接中起著橋梁作用，一方面粘附在金屬表面，另一方面又可溶解、擴(kuò)散到熔融狀態(tài)的玻璃中去，或者說金屬能被玻璃所潤濕，從而把玻璃和金屬緊密聯(lián)結(jié)在一起。

為了在封接金屬表面獲得一層厚度和氧化物結(jié)構(gòu)成分都合適的氧化膜，封接時(shí)必須嚴(yán)格控制好氧化的溫度和時(shí)間，其中氧化溫度是影響氧化速度和氧化膜性質(zhì)的最重要的因素，而且在許多場合下，當(dāng)改變金屬氧化溫度時(shí)，所生成的氧化物便不同。而當(dāng)氧化溫度一定時(shí)，隨著氧化不足時(shí)則呈現(xiàn)出封接金屬本身的顏色并非光亮。

3 試驗(yàn)及討論

（1）中封炸線定義：中間封接式滅弧室中封處封接結(jié)構(gòu)為盤狀封接，即玻璃管端面與金屬環(huán)的封接，玻殼中封玻珠處出現(xiàn)的局部玻璃與金屬分離的現(xiàn)象，從玻殼外壁觀察為線狀炸裂，定義為中封炸線。

（2）為什么中封玻殼中封處會(huì)出現(xiàn)線狀炸裂現(xiàn)象？

①試驗(yàn)1。

對出現(xiàn)的中封炸線滅弧室100只進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、解剖分析：

數(shù)據(jù)1：A型排氣臺(tái)出現(xiàn)中封炸線21只，比例21%，B型排氣臺(tái)出現(xiàn)中封炸線79只，比例79%，比例差異較大。

原因分析：從B型記錄儀降溫曲線可看出，從降溫開始420℃降至270℃，降溫時(shí)間為35～45min，降溫速率為3.3～4.3℃/min，參照A型排氣臺(tái)降溫時(shí)間90min后烘箱提起10cm，降溫速率為1.67℃/min，根據(jù)有關(guān)資料介紹，可伐與玻璃封接件降溫速率原則上不超過2℃/min，因此，B型排氣臺(tái)中封玻殼降溫速率過大，容易產(chǎn)生永久應(yīng)力。B型降溫過快產(chǎn)生的永久應(yīng)力容易造成玻殼的中封炸線。

數(shù)據(jù)2：中封玻殼中封玻珠寬度設(shè)計(jì)要求為2.0～4.5mm，<2.0mm的：18件，> 4.5mm的42件，符合設(shè)計(jì)要求的40件。

原因分析：中封玻珠寬度中封玻珠寬度過寬使中封處通過中可伐環(huán)釋放應(yīng)力作用減弱，在玻珠過寬處易形成玻珠內(nèi)邊緣炸裂，造成中封炸線。玻珠局部寬度較小，封接強(qiáng)度不足，也易造成中封炸線。

數(shù)據(jù)3：解剖的100件中封玻殼其中有34件不同程度出現(xiàn)局部不粘料，最嚴(yán)重的5件玻珠不粘料部分接近圓周的1/2，觀察中封玻珠色澤封接顏色較淺。

原因分析：中封玻殼玻珠局部不粘料及玻珠色澤過淺玻珠封接強(qiáng)度會(huì)變差，影響玻珠封接強(qiáng)度。

4 結(jié)語

（1）玻璃真空滅弧室排氣降溫過程中因降溫速率過快，在玻殼上產(chǎn)生的永久應(yīng)力，是造成中封炸線的影響因素。

（2）中封玻珠寬度過寬（玻珠超上限）大于4.5mm使中封處通過中可伐環(huán)釋放應(yīng)力作用減弱，在玻珠過寬處易形成玻珠內(nèi)邊緣炸裂，造成中封炸線；中封玻珠寬度過窄（玻珠超下限）<2.0mm使中封處強(qiáng)度達(dá)不到要求，也易在中封玻珠處造成中封炸線。

（3）玻珠色澤過淺影響玻珠封接強(qiáng)度，正常色澤應(yīng)為鼠灰色。

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