Page 97 - 机械工程材料2025年第三期

谢历：陶瓷封装浇注料在高温电磁线圈上的应用

AR级，国药集团提供；去离子水，采用Milipore超纯
水机制得。将纳米氧化铝、纳米二氧化硅、去离子
水、聚乙烯吡咯烷酮按照质量比30∶1∶30∶2均匀混
合，将混合溶液超声分散30 min后，放入急流喷式共
磨装置中共磨30 min，缓慢加入质量分数5%的有机
分散剂（质量比为1∶1的异丙醇和丙烯酸溶液），并在
80 ℃下保温3 h，再添加质量分数10%的硅酸钾黏结
剂，搅拌均匀后，加入悬停涡流釜中，悬停涡流8 h，
图 1 封装电磁线圈的结构示意
过滤得到陶瓷封装浇注料。 Fig. 1 Structure diagram of encapsulated electromagnetic coils
将陶瓷封装浇注料在马弗炉中于200 ℃下保温
电阻测量仪测试封装电磁线圈在550 ℃时的绝缘电阻
3 h，固化成型，然后在800 ℃温度下煅烧3 h，随炉冷
率，试验时间为100 h。根据GB/T 3048.5—2007《电
却至室温。采用Panalytical X'Pert3 Powder型X射
线电缆电性能试验方法 第5部分： 绝缘电阻试验》，采
线衍射仪（XRD） 分析高温煅烧前后陶瓷封装浇注料
用WDY-Ⅱ型自动电压试验仪测试封装电磁线圈的
的晶体结构变化，采用铜靶，管电压为40 kV，管电
耐电压性能，测试电压为2 000 V，测试时间为5 min。
流为30 mA，扫描范围为10°~80°。采用Nicolet iS20
型傅里叶红外光谱仪（FTIR） 对室温下风干24 h的 2 试验结果与讨论
陶瓷封装浇注料与800 ℃高温煅烧3 h的陶瓷封装浇
2.1 陶瓷封装浇注料的晶体结构
注料的化学结构进行表征，测试模式为透过模式，测
由图2可以看出：高温煅烧前陶瓷封装浇注料
试范围为400~4 000 cm −1 ，扫描分辨率为4 cm −1 ，
在2θ 为25.64°，35.21°，43.41°，57.49°处出现较强的
扫描时间为16 s。采用STA 449F3型同步热分析仪 ［18］
Al 2 O 3 衍射峰（JCPDS No.10-0173） ，Al 2 O 3 衍射峰
对室温下风干24 h的陶瓷封装浇注料进行热重-差
尖锐，半高宽小，在2θ 为18.99°，20.07°，20.49°处出
热（TG-DSC） 分析，测试温度为30~800 ℃，升温速
现强度较低的SiO 2 衍射峰（JCPDS No.51-1382），在
率为10 ℃ · min −1 ，采用氮气作为保护气体，得到陶
2θ 为32.31°，32.68°，33.02°处出现黏结剂K 2 Si 4 O 9 的
瓷封装浇注料的热重（TG） 曲线、微商热重（DTG）
衍射峰（JCPDS No.39-0212）；高温煅烧后，K 2 Si 4 O 9
曲线以及示差扫描量热（DSC） 曲线。
的衍射峰消失，出现了K 2 SiO 3 的衍射峰（JCPDS
采用制备的陶瓷封装浇注料对电磁线与陶瓷骨
No.31-1076） ，主要位于2θ 为27.78°，32.55°，33.84°处。
架（包括线轴和轴筒）进行封装。先将陶瓷封装浇
可见，陶瓷封装浇注料的主要成分为结晶度高、晶粒
注料涂敷在电磁线石英纤维外侧，构建陶瓷绝缘涂
较大的Al 2 O 3 ，高温煅烧后其主体成分基本不发生变
层，室温风干后将电磁线缓慢并紧密地缠绕在陶瓷
化，仅黏结剂发生了转变，这说明该陶瓷封装浇注料
骨架的线盘上，每缠绕一层后，在电磁线外侧涂敷
具有良好的耐热性能。
3~5 mm厚的陶瓷封装浇注料，室温风干后缠绕下
一层电磁线。重复上述的绕线方式，待电磁线缠绕
完成后，将陶瓷骨架线轴与骨架轴筒合并，并从骨架
入口处继续浇注陶瓷封装浇注料，直至骨架填充完
全。将填充完全的骨架在室温下风干24 h，然后置
于马弗炉中进行高温处理，即先在150 ℃下保温3 h，
然后在250 ℃下保温3 h，最后置于550 ℃下保温3 h，
最终得到封装电磁线圈，其结构如图1所示。
采用S-4700型冷场发射扫描电子显微镜（SEM） 图 2 高温煅烧前后陶瓷封装浇注料的 XRD 谱
对550 ℃煅烧3 h后的电磁线石英纤维和涂敷陶瓷封 Fig. 2 XRD patterns of ceramic encapsulated castable before and
装浇注料的电磁线石英纤维的微观形貌进行观察。 after high-temperature calcination
根据GB/T 3048.8—2008《电线电缆电性能试验方 2.2 陶瓷封装浇注料的化学结构
法 第8部分：交流电压试验》，采用ZC-90G型高绝缘 图3中波数3 000~3 600 cm −1 处宽的吸收带归

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