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釉漿的工藝性能
釉漿是由釉用基礎(chǔ)原料、功能助劑經(jīng)球磨、過篩、除鐵制成的穩(wěn)定懸浮漿料,是電瓷表面絕緣防護(hù)層的前驅(qū)體。其工藝性能直接決定施釉合格率、釉面表觀質(zhì)量,以及最終電瓷產(chǎn)品的電氣絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度、耐電弧、耐污閃、耐候老化等核心服役性能,是電瓷生產(chǎn)中繼坯體制備、干燥后的又一核心工序控制點(diǎn)。
一、基礎(chǔ)物理性能
基礎(chǔ)物理性能是釉漿所有工藝性能的底層支撐,直接決定后續(xù)流變、懸浮、施釉等核心表現(xiàn),是生產(chǎn)中每班必檢的基礎(chǔ)指標(biāo)。
1. 細(xì)度與顆粒級(jí)配
定義與表征
細(xì)度指釉漿中固體顆粒的粗細(xì)程度,行業(yè)通用250 目(0.063mm,萬孔篩)篩余作為核心表征指標(biāo),輔以激光粒度儀檢測(cè)的顆粒級(jí)配(D10、D50、D90)精準(zhǔn)管控。
工藝意義
細(xì)度是釉漿熔融性、懸浮性、釉面質(zhì)量的核心影響因素:
細(xì)度不足(顆粒過粗):釉料熔融不良,燒成后釉面出現(xiàn)桔皮、針孔、光澤差、麻點(diǎn);懸浮性下降,粗顆粒快速沉降分層,施釉厚度不均。
細(xì)度過高(顆粒過細(xì)):球磨能耗與周期大幅上升;釉漿觸變性急劇增大,施釉易流掛、堆釉;干燥收縮率升高,易出現(xiàn)縮釉、干釉開裂。
主要影響因素
球磨時(shí)間、球石級(jí)配與配比、料球水比、原料本身的硬度(如氧化鋁、氧化鋯等高硬度功能原料)。
2. 相對(duì)密度(比重 / 波美度)
定義與表征
指單位體積釉漿的質(zhì)量與同體積純水的質(zhì)量比,直接反映釉漿的固含量,生產(chǎn)中常用波美度(°Bé) 快速現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),換算公式:波美度 = 144.3-144.3 / 相對(duì)密度。
工藝意義
比重是施釉厚度精準(zhǔn)控制的核心指標(biāo),直接決定施釉合格率:
比重過大(固含量過高):?jiǎn)未问┯詫舆^厚,易出現(xiàn)流釉、堆釉、干燥開裂、燒成縮釉。
比重過?。ü毯窟^低):?jiǎn)未问┯詫舆^薄,需多次施釉才能達(dá)到工藝要求,生產(chǎn)效率低;易出現(xiàn)露坯、遮蓋力不足、釉面致密性差。
行業(yè)通用控制指標(biāo)(20±2℃檢測(cè))
施釉工藝 | 適用產(chǎn)品 | 相對(duì)密度控制值 | 對(duì)應(yīng)波美度 |
|---|---|---|---|
噴釉 | 懸式、針式、支柱絕緣子 | 1.45~1.55 | 45~55°Bé |
浸釉 | 中小型絕緣子、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品 | 1.40~1.50 | 40~50°Bé |
蕩釉 | 套管、空心絕緣子內(nèi)壁 | 1.35~1.45 | 35~45°Bé |
刷釉 | 異形件、補(bǔ)釉工序 | 1.50~1.60 | 50~58°Bé |
主要影響因素
加水量、固含量、顆粒細(xì)度、漿料溫度(溫度每升高 1℃,粘度下降 2%~3%,比重檢測(cè)值小幅波動(dòng))。
3. 含水率
指釉漿中游離水的質(zhì)量占比,與比重呈負(fù)相關(guān),核心作用是調(diào)控釉漿的流動(dòng)性、干燥速率與固含量。常規(guī)電瓷釉漿含水率控制在30%~45%,浸釉工藝含水率偏高,噴釉工藝偏低。
二、流變學(xué)性能
電瓷釉漿屬于帶觸變性的假塑性非牛頓流體,其流變性能直接決定施釉過程中釉漿的鋪展性、均勻性、抗流掛性,是適配復(fù)雜形狀電瓷產(chǎn)品(如套管、支柱絕緣子)施釉的核心指標(biāo)。
1. 流動(dòng)性
定義與表征
指釉漿在重力或外力作用下的流動(dòng)鋪展能力,行業(yè)通用涂 4 杯粘度計(jì)檢測(cè)(20±2℃下,100ml 釉漿的流出時(shí)間,單位 s),高精度管控輔以旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)檢測(cè)表觀粘度。
工藝意義
流動(dòng)性是保證釉層均勻覆蓋、無缺釉、無桔皮的核心:
流動(dòng)性不足:釉漿無法均勻鋪展,易出現(xiàn)缺釉、桔皮、針孔、氣泡無法排出,尤其異形件的凹槽、棱角處易出現(xiàn)施釉盲區(qū)。
流動(dòng)性過強(qiáng):施釉后釉漿易順著垂直面流動(dòng),出現(xiàn)流釉、堆釉、棱角處露坯,上下釉層厚度嚴(yán)重不均。
行業(yè)通用控制指標(biāo)
噴釉工藝:涂 4 杯粘度 15~30s,表觀粘度 500~1200mPa?s(100r/min)
浸釉工藝:涂 4 杯粘度 20~40s,表觀粘度 800~1500mPa?s(100r/min)
蕩釉工藝:涂 4 杯粘度 10~25s,表觀粘度 300~800mPa?s(100r/min)
主要影響因素
固含量(比重)、顆粒細(xì)度、粘土種類與含量、電解質(zhì)添加量、漿料溫度、pH 值。
2. 觸變性
定義與表征
指釉漿在靜置時(shí)粘度增大、稠化,受攪拌 / 振動(dòng)等剪切作用時(shí)粘度快速降低、流動(dòng)性變好,靜置后又恢復(fù)稠化的可逆特性。行業(yè)通用相對(duì)觸變性表征:攪拌后立即測(cè)涂 4 杯粘度 t1,靜置 30min 后復(fù)測(cè)粘度 t2,相對(duì)觸變性 = t2/t1。
工藝意義
合適的觸變性是電瓷施釉不流掛、無堆釉的核心保障,尤其適配特高壓套管、長(zhǎng)棒形絕緣子等高大垂直件:
施釉時(shí),剪切作用讓釉漿流動(dòng)性提升,均勻鋪展在坯體表面,形成厚度一致的濕釉層;
施釉后坯體靜置,釉漿粘度快速上升,牢牢固定在坯體表面,不會(huì)因重力出現(xiàn)流掛、上下厚度不均。
觸變性過小:施釉后釉漿持續(xù)流動(dòng),垂直面流掛、棱角堆釉,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)露坯。
觸變性過大:釉漿攪拌后流動(dòng)性差,施釉易出現(xiàn)桔皮、針孔、氣泡無法排出;儲(chǔ)存時(shí)易板結(jié),無法攪拌恢復(fù)性能。
行業(yè)通用控制指標(biāo)
小型標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品:1.1~1.4
中型支柱、棒形絕緣子:1.3~1.6
特高壓套管、大型垂直件:1.4~1.8
主要影響因素
膨潤(rùn)土 / 高嶺土等塑性粘土的含量、顆粒細(xì)度、電解質(zhì)種類與添加量、pH 值、儲(chǔ)存時(shí)間。
3. 屈服值與塑性粘度
定義與工藝意義
屈服值是釉漿開始流動(dòng)所需的最小剪切力,塑性粘度是釉漿流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力,二者共同決定釉漿的抗流掛能力:
合適的屈服值:施釉時(shí)噴槍壓力 / 浸釉的剪切力超過屈服值,釉漿流動(dòng)性好;施釉后剪切力消失,屈服值讓釉漿快速固定在坯體表面,不發(fā)生流動(dòng)。
屈服值過低:抗流掛性差,易流釉;屈服值過高:釉漿難以鋪展,易出現(xiàn)桔皮、缺釉。
行業(yè)通用控制范圍
塑性粘度 500~2000mPa?s,屈服值控制在 5~20Pa,根據(jù)產(chǎn)品形狀與施釉工藝精準(zhǔn)調(diào)整。
三、懸浮穩(wěn)定性
指釉漿在靜置儲(chǔ)存過程中,固體顆粒不沉淀、不分層、不板結(jié),各項(xiàng)性能保持均勻穩(wěn)定的能力。電瓷生產(chǎn)中,釉漿通常需儲(chǔ)存數(shù)天至數(shù)周,懸浮穩(wěn)定性直接決定生產(chǎn)連續(xù)性與批次質(zhì)量一致性。
工藝意義
懸浮性優(yōu)良:釉漿長(zhǎng)期靜置無明顯分層,上下層比重、細(xì)度、成分一致,施釉質(zhì)量穩(wěn)定;沉淀松軟,攪拌后可完全恢復(fù)原有性能,無浪費(fèi)。
懸浮性差:釉漿快速分層,粗顆粒沉降到底部,上層稀下層稠,施釉時(shí)釉層厚度不均,易出現(xiàn)麻點(diǎn)、針孔、露坯;嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)硬沉淀板結(jié),無法攪拌恢復(fù),直接報(bào)廢。
檢測(cè)與控制指標(biāo)
沉降試驗(yàn):100ml 量筒裝滿釉漿,靜置 72h,上層清液高度≤5mm,無明顯分層。
沉降體積比:靜置 72h 后,沉淀層體積 / 總體積≥0.95,沉淀松軟,無硬結(jié)塊。
性能穩(wěn)定性:靜置 72h 后,上下層比重差≤0.03,細(xì)度、流動(dòng)性波動(dòng)≤10%。
主要影響因素
顆粒級(jí)配:細(xì)顆粒占比越高,顆粒間距越小,沉降阻力越大,懸浮性越好,但需兼顧流動(dòng)性與干燥性能。
膠體體系:膨潤(rùn)土、高嶺土等塑性粘土吸水后形成膠體網(wǎng)絡(luò),包裹固體顆粒,阻礙沉降,是懸浮性的核心來源,常規(guī)釉漿中粘土含量控制在 5%~15%。
電解質(zhì)與 pH 值:電瓷釉漿最佳 pH 值為8~10(弱堿性),此時(shí)粘土顆粒 ζ 電位最高,膠體穩(wěn)定性最好;適量添加純堿、水玻璃、三聚磷酸鈉等電解質(zhì),可優(yōu)化顆粒表面電位,提升懸浮性;電解質(zhì)過量會(huì)導(dǎo)致顆粒絮凝,反而加速沉降。
固含量:固含量越高,顆粒沉降阻力越大,懸浮性越好,但需同步管控流動(dòng)性。
四、施釉與干燥工藝性能
該類性能決定濕釉層轉(zhuǎn)化為合格干釉層的過程質(zhì)量,是避免釉層缺陷、保證燒成合格率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
1. 附著性
定義與工藝意義
指釉漿施于坯體表面后,牢固附著在坯體上,不脫落、不起皮、不掉釉的能力。附著性不足,施釉后釉層易起皮、脫落,尤其干坯施釉、搬運(yùn)翻面、二次補(bǔ)釉時(shí),易出現(xiàn)縮釉、掉釉報(bào)廢。
核心控制要求
施釉后釉層連續(xù)均勻附著,無起皮、無脫落,搬運(yùn)、翻面、修邊時(shí)無掉釉,干釉層與坯體結(jié)合牢固。
主要影響因素
坯體孔隙率(干坯合適的孔隙可吸附釉漿水分,讓釉顆粒錨定在坯體表面)、CMC / 糊精等有機(jī)粘結(jié)劑的添加量、釉漿觸變性、坯體表面清潔度(無油污、粉塵、脫模劑殘留)。
2. 干燥性能
定義與工藝意義
指施釉后的濕釉層,在干燥過程中水分均勻排出,不開裂、不縮釉、不鼓泡、不脫落,形成連續(xù)均勻干釉層的能力。電瓷釉層常規(guī)厚度 0.15~0.3mm,大型件可達(dá) 0.3~0.5mm,干燥性能不良會(huì)導(dǎo)致不可逆的釉層缺陷,燒成后無法消除。
核心控制要求
干燥后干釉層無裂紋、無縮釉、無起皮、無針孔、無鼓泡,強(qiáng)度滿足搬運(yùn)與裝窯要求,無掉釉、劃傷風(fēng)險(xiǎn)。
關(guān)鍵管控要點(diǎn)與影響因素
干燥制度:需遵循 “先慢后快、低溫高濕起步” 的原則,先在 20~30℃、濕度≥60% 的環(huán)境下陰干,待釉層定型后,再逐步升溫至≤60℃熱風(fēng)干燥,嚴(yán)禁高溫快速干燥導(dǎo)致表面結(jié)膜、內(nèi)部水分鼓泡開裂。
核心影響因素:塑性粘土含量(粘土越多,干燥收縮越大,易開裂)、粘結(jié)劑添加量、釉層厚度、坯體吸水性、干燥溫濕度梯度。
3. 成膜性
指釉漿干燥后形成連續(xù)、致密、無缺陷干釉膜的能力。成膜性優(yōu)良,干釉層致密連續(xù),燒成后釉面光滑、光澤度高、致密性好;成膜性差,干釉層疏松多孔,燒成后易出現(xiàn)針孔、麻點(diǎn)、絕緣性能下降。主要受顆粒細(xì)度、粘結(jié)劑含量、懸浮性、流動(dòng)性共同影響。
五、坯釉適配與燒成工藝性能
該類性能是釉漿配方與工藝設(shè)計(jì)的核心,直接決定燒成后釉層的最終質(zhì)量、與坯體的結(jié)合可靠性,以及電瓷產(chǎn)品的長(zhǎng)期服役性能。
1. 坯釉適應(yīng)性
定義與工藝意義
指燒成后釉層與坯體的熱膨脹系數(shù)匹配程度、結(jié)合能力,是避免釉裂、剝釉的核心。電瓷釉需滿足釉的熱膨脹系數(shù)略小于坯體(α 釉 = 0.9~0.95α 坯),燒成冷卻后釉層處于輕微壓應(yīng)力狀態(tài),可大幅提升坯體的機(jī)械強(qiáng)度、抗熱震性與抗開裂能力。
若 α 釉>α 坯:釉層處于張應(yīng)力狀態(tài),易出現(xiàn)釉裂(冷裂),嚴(yán)重時(shí)釉層大面積龜裂。
若 α 釉遠(yuǎn)小于坯體:壓應(yīng)力過大,易出現(xiàn)剝釉、縮釉,釉層與坯體剝離。
行業(yè)通用控制指標(biāo)
釉的室溫~400℃熱膨脹系數(shù)控制在4.5×10^-6~6.5×10^-6 /℃,比同體系坯體低 5%~10%。
主要影響因素
釉漿配方組成(長(zhǎng)石、石英、助熔劑的配比)、燒成制度、坯體化學(xué)組成。
2. 燒成熔融性能
定義與工藝意義
指釉漿在電瓷燒成過程中,熔融、?;?、鋪展的能力,核心包括始熔溫度、成熟溫度、熔融溫度范圍、高溫粘度、表面張力。電瓷坯體燒成溫度通常為 1250~1350℃,釉的熔融性能需與坯體燒結(jié)制度精準(zhǔn)匹配。
核心控制要求與指標(biāo)
溫度匹配:釉的始熔溫度比坯體燒結(jié)溫度低 50~100℃,成熟溫度與坯體燒成溫度匹配,熔融溫度范圍≥100℃,保證釉料在坯體燒結(jié)過程中充分熔融?;?,同時(shí)不會(huì)過燒流釉。常規(guī)控制:始熔溫度 1150~1200℃,成熟溫度 1280~1320℃。
高溫粘度:1300℃下控制在 10^3~10^4 Pa?s。粘度過高,釉面熔融不良,出現(xiàn)桔皮、針孔、光澤差;粘度過低,易流釉、堆釉、棱角露坯。
表面張力:控制在 250~350mN/m(高溫下)。表面張力過大,易縮釉、針孔;過小,易流釉、氣泡無法排出。
主要影響因素
釉漿配方組成(助熔劑種類與含量、長(zhǎng)石種類、石英占比)、顆粒細(xì)度、燒成升溫與保溫制度。
3. 釉坯結(jié)合強(qiáng)度
指燒成后釉層與坯體的界面結(jié)合強(qiáng)度,直接決定電瓷產(chǎn)品的使用壽命。優(yōu)良的結(jié)合強(qiáng)度,可保證釉層長(zhǎng)期承受冷熱循環(huán)、機(jī)械應(yīng)力、電氣應(yīng)力不剝落。核心取決于釉與坯的化學(xué)組成匹配度(燒成時(shí)形成離子擴(kuò)散的中間過渡層)、釉的熔融性能、坯體表面粗糙度。
電瓷釉漿的工藝性能是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)、相互制約的完整體系,核心是在懸浮穩(wěn)定性、流變性能、干燥性能、坯釉適配性四大維度找到精準(zhǔn)平衡,需根據(jù)產(chǎn)品類型、施釉工藝、燒成制度進(jìn)行定制化調(diào)控,才能實(shí)現(xiàn)高施釉合格率,同時(shí)保障電瓷產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定的電氣、機(jī)械與耐候服役性能。
釉漿