玻璃真空灭弧室中封炸线机理浅析

李春香 付育文 张早勤 张武元 董超

摘 要：屏蔽筒中间封接式灭弧室设计，符合真空灭弧室小型化及高电压等级的发展方向，但中间封接式真空灭弧室中封处为玻璃外壳的薄弱部位，其中中封炸线为中封处一重要缺陷。该研究者通过对中封炸线真空灭弧室解剖分析，观察玻珠色泽，玻珠与可伐环粘接状况、测量玻珠宽度，结合玻璃应力、玻璃与金属封接理论，确定出中封炸线形成的机理。

关键词：应力 抗张强度 玻珠宽度 玻珠色泽

中图分类号：TM85 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（a）-0090-01

1 玻璃中的应力理论

玻璃的热应力定义玻璃中由于存在温度差而产生的应力，分为暂时应力和永久应力。暂时应力随温度梯度的存在而存在，随温度梯度的消失而消失，暂时应力虽然随玻璃温度梯度的消失而消失，但对其数值也必须加以控制。如果暂时应力超过了玻璃的抗张强度极限，玻璃就会破裂。永久应力当玻璃温度梯度消失时（表面及内部温度皆等于常温残留的热应力，称为永久应力，又称内应力。机械应力是指外力在玻璃中引起的应力。外力除去时，机械应力也随即消失。

2 玻璃与金属封接机理

氧化过渡层玻珠封接理论：玻璃与金属氧化物都具有离子结构，它们由正离子和负离子（氧离子）构成，所以当玻璃成熔融状态时，氧化层的表面易被玻璃所润湿，并会发生溶解作用从而在玻璃和金属氧化层之间形成一个过渡层，正是由于这一过渡层的存在，使玻璃与金属封接处获得紧密的接合。金属表面的氧化物在玻璃与金属封接中起着桥梁作用，一方面粘附在金属表面，另一方面又可溶解、扩散到熔融状态的玻璃中去，或者说金属能被玻璃所润湿，从而把玻璃和金属紧密联结在一起。

为了在封接金属表面获得一层厚度和氧化物结构成分都合适的氧化膜，封接时必须严格控制好氧化的温度和时间，其中氧化温度是影响氧化速度和氧化膜性质的最重要的因素，而且在许多场合下，当改变金属氧化温度时，所生成的氧化物便不同。而当氧化温度一定时，随着氧化不足时则呈现出封接金属本身的颜色并非光亮。

3 试验及讨论

（1）中封炸线定义：中间封接式灭弧室中封处封接结构为盘状封接，即玻璃管端面与金属环的封接，玻壳中封玻珠处出现的局部玻璃与金属分离的现象，从玻壳外壁观察为线状炸裂，定义为中封炸线。

（2）为什么中封玻壳中封处会出现线状炸裂现象？

①试验1。

对出现的中封炸线灭弧室100只进行了统计、解剖分析：

数据1：A型排气台出现中封炸线21只，比例21%，B型排气台出现中封炸线79只，比例79%，比例差异较大。

原因分析：从B型记录仪降温曲线可看出，从降温开始420℃降至270℃，降温时间为35～45min，降温速率为3.3～4.3℃/min，参照A型排气台降温时间90min后烘箱提起10cm，降温速率为1.67℃/min，根据有关资料介绍，可伐与玻璃封接件降温速率原则上不超过2℃/min，因此，B型排气台中封玻壳降温速率过大，容易产生永久应力。B型降温过快产生的永久应力容易造成玻壳的中封炸线。

数据2：中封玻壳中封玻珠宽度设计要求为2.0～4.5mm，<2.0mm的：18件，> 4.5mm的42件，符合设计要求的40件。

原因分析：中封玻珠宽度中封玻珠宽度过宽使中封处通过中可伐环释放应力作用减弱，在玻珠过宽处易形成玻珠内边缘炸裂，造成中封炸线。玻珠局部宽度较小，封接强度不足，也易造成中封炸线。

数据3：解剖的100件中封玻壳其中有34件不同程度出现局部不粘料，最严重的5件玻珠不粘料部分接近圆周的1/2，观察中封玻珠色泽封接颜色较浅。

原因分析：中封玻壳玻珠局部不粘料及玻珠色泽过浅玻珠封接强度会变差，影响玻珠封接强度。

4 结语

（1）玻璃真空灭弧室排气降温过程中因降温速率过快，在玻壳上产生的永久应力，是造成中封炸线的影响因素。

（2）中封玻珠宽度过宽（玻珠超上限）大于4.5mm使中封处通过中可伐环释放应力作用减弱，在玻珠过宽处易形成玻珠内边缘炸裂，造成中封炸线；中封玻珠宽度过窄（玻珠超下限）<2.0mm使中封处强度达不到要求，也易在中封玻珠处造成中封炸线。

（3）玻珠色泽过浅影响玻珠封接强度，正常色泽应为鼠灰色。

参考文献

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