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高压支柱绝缘子陶瓷组织结构与性能的对比研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 输变线路的发展

1.3 绝缘子的发展与应用前景

1.3.1 绝缘子

1.3.2 绝缘子的发展

1.3.3 绝缘子的应用前景

1.4 瓷绝缘子的生产工艺及组织特性

1.4.1 生产工艺

1.4.2 组织结构

1.4.3 力学性能

1.5 支柱绝缘子失效分析

1.5.1 产品质量问题

1.5.2 设计存在的问题

1.5.3 安装运输过程中不按规范操作

1.5.4 支柱绝缘子老化及维护不当

1.6 本研究的意义与研究内容

1.6.1 研究意义

1.6.2 研究内容

第二章 实验材料及方法

2.1 典型支柱绝缘子选取

2.2 成分分析

2.3 显微组织观察及物相测试分析

2.3.1 密度

2.3.2 金相观察

2.3.3 X射线衍射分析(XRD)

2.3.4 扫描电子显微(SEM)观察及能谱(EDS)分析

2.4 力学性能

2.4.1 抗弯强度及弹性模量

2.4.2 抗热震性能

2.4.3 断裂韧性

2.5 热学性能

2.5.1 热膨胀系数

2.5.2 热导率

2.6 主要仪器设备

第三章 硅质绝缘子陶瓷的显微组织结构与性能

3.1 成分分析

3.2 显微组织

3.2.1 绝缘子陶瓷的物相分析

3.2.2 绝缘子陶瓷显微组织结构

3.3 室温抗弯性能与断口形貌

3.3.1 室温抗弯强度

3.3.2 断口形貌

3.4 热震试验

3.4.1 热震后绝缘子弯曲强度

3.4.2 断口形貌

3.5 本章小结

第四章 铝质绝缘子陶瓷的显微组织结构与性能

4.1 显微组织

4.1.1 瓷绝缘子的物相分析

4.1.2 瓷绝缘子显微组织结构

4.2 室温弯曲性能与断口形貌

4.2.1 室温弯曲强度

4.2.2 断口形貌

4.3 热震试验

4.3.1 热震后绝缘子弯曲强度

4.3.2 断口分析

4.4 本章小结

第五章 支柱绝缘子陶瓷的可靠性评价

5.1 断裂韧性

5.2 绝缘子抗热震性的评价理论

5.2.1 热应力的产生

5.2.2 抗热冲击断裂性能

5.3 提高抗热冲击断裂性能的措施

5.4 本章小结

第六章 全文总结

6.1 结论

6.2 创新点

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

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摘要

支柱瓷绝缘子是输变线路主要构件之一,近年来因支柱瓷绝缘子断裂而造成的供电事故时有发生。因此,有必要从成分、组织结构及性能等方面入手,掌握影响支柱瓷绝缘子内在质量的关键因素,为支柱瓷绝缘子质量评估及运行管理提供技术支持。本文通过对硅质与铝质两种类型支柱瓷绝缘子的对比研究,明确两类绝缘子结构、性能及断裂机制的不同特点,基于断裂韧性及抗热震性试验评价两类瓷绝缘子的可靠性。
  借助于烧结过程填充于晶相间的熔体的促烧作用,加速支柱瓷绝缘子致密化。硅质绝缘子中主晶相为莫来石,气孔数量多且圆整度低,石英颗粒与基体结合不紧密;而铝质绝缘子中主晶相为刚玉,气孔数量少且圆整度高,Al2O3颗粒与基体结合紧密。
  铝质绝缘子的力学性能高于硅质绝缘子,热导率及热膨胀系数相当。两类绝缘子在断裂时都发生主体的解理断裂,硅质绝缘子主要是沿着气孔和莫来石/基体界面断裂,而铝质绝缘子不仅发生沿着气孔及莫来石/基体界面断裂,还发生刚玉颗粒解理断裂。
  铝质绝缘子的K1C明显高于硅质绝缘子。两类绝缘子陶瓷中的刚玉颗粒及石英可起到了桥接增韧的效果,但由于石英颗粒强韧性较低,与基体结合强度低,所以硅质绝缘子的韧性较低。R值是衡量支柱绝缘子抗热震性的参数,与其强度、弹性模量、热膨胀系数等性能有关,本质上取决于支柱绝缘子的成分与显微组织(特别是气孔率)。虽然硅质绝缘子的强度不高,但抗热震性优良,归因于其较为疏松的结构。

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