关于绝缘介质及水对灭弧室瓷封氧化的探讨

宿明超 李启孝 李一丹 苟娇娇 王涛

摘要：真空灭弧室主体零件为铜材，各焊接部位使用的焊料在生产过程中会存在多种不合格特征，其中灭弧室瓷封显示黄色、绿色为灭弧室外观不合格特征之一。

本文根据灭弧室加工环境提出两种灭弧室容易接触到的介质，即水、绝缘介质，并进行相应试验，最终验证莫种介质能够引起灭弧室瓷封显示黄色、绿色。

关键词：水;绝缘介质;黄色;绿色

引言

真空灭弧室主体零件为金属铜，同时含有用于绝缘的瓷壳，辅助运动的波纹管。所有的零件均通过“一次封排”使用焊料进行焊接组装。所谓的“一次封排”就是先把灭弧室的零件组装（钎焊）成部件，如动管芯、静管芯等，然后按封排的灭弧室图纸装配成整管在高真空炉中钎焊、零件去气，降温过程中各焊缝被密封。真空灭弧室，瓷封焊接部位使用的焊料含有银铜原子^[1]。在生产过程中真空灭弧室的铜材氧化大部分显现为红色，瓷封处氧化为黄色或绿色，上述几种氧化在夏季阴雨天发生频繁。

灭弧室加工工步较多，加工环境比较相似，本文提出对灭弧室直接接触的两种介质进行试验，即水、绝缘介质，验证两种介质是否会引起灭弧室的瓷封发黄发绿。

1  问题的提出

2015年灭弧室生产过程中出现瓷封有黄绿色的现象。灭弧室瓷封在镀银前能够直接接触的介质主要是绝缘介质，在电镀时能够接触的介质为水。早在使用绝缘介质之前曾有人对绝缘介质是否会对腐蚀性及其他可能的影响进行复杂的研究及论证，结果是绝缘介质没有腐蚀性，不会造成损伤等不利因素。根据生产使用的绝缘介质及其他能够接触的介质在灭弧室上进行试验，验证接触的介质能否引起灭弧室瓷封的发黄发绿。

2  验证过程

在制造业的生产现场上是无法寻找像实验室一样的理想环境的。我们根据现场几个厂房的实际情况，模拟一个相似的环境。

高湿度环境的模拟。在灭弧室的瓷封上洒水，并放置一段时间，进行挥发试验。即直接以溶液的形式并进行液体的挥发，模拟高湿度的环境。

低湿度环境的模拟。提高灭弧室瓷封表面的空气流动，减少空气中的水分子在瓷封表面的停留时间，以风干的形式，模拟低湿度环境。通过放置在有气压差的厂房通道中得以实现地湿度的环境。

试验样品：整管封排后未进行任何加工的灭弧室，型号为我厂生产的TDX-1。灭弧室外观质量正常，瓷封处呈淡淡的银白色。

试验日期及处置时间：2015年8月，处置后的试验品放置5天。

试验场地：厂房1通道（通道中有气压差引起的空气流动，即有空气对流）、厂房2（无空气对流）。在两个试验场地周围均有老炼设备，并且每日正常作业。

试验介质：水（取自清洁区域的水）、绝缘介质（用于灭弧室的老炼）

试验数量：7种方案各5只产品。

其他说明：两种介质互不相容，且不会发生化学反应。

具体方案的实施及试验结果如下表：

3 现象分析

3.1 对比方案1、方案2、方案3，在有水的条件下，进行挥发试验的灭弧室瓷封会出现发黄发绿现象。而绝缘介质的介入，没有使灭弧室瓷封产生发黄发绿现象。

3.2 对比方案4、方案5、方案6，即使在有水的条件下，使用高压空气对瓷封上的水做吹处理，将表面的水去除，不会产生瓷封黄绿色的现象。在灭弧室瓷封接触水后，在一段时间内（如5min）将瓷封的水做充分的处理，便不会产生瓷封发黄发绿的现象。

3.3 方案7与方案1、方案4的对比，说明无对流的高湿度环境能够产生瓷封黄绿色的现象。

4  机理分析

我们知道大气中78%为氮气，21%为氧气，还有0.94%的稀有气体与0.03%的其他气体。稀有气体与其他气体其中含有SO₃、HCl、Cl₂等气体分子。SO₃、HCl遇水成硫酸与盐酸，Cl₂在宇宙射线、闪电、紫外线、微量元素辐射等作用下会吸附电子，形成Cl^-离子，在遇到水中的H⁺成盐酸。

SO₃+H₂O=H₂SO₄

HCL+H₂O=H₃O⁺+CL^-

夏季多阴雨天气，厂房内比较潮湿。同一个厂房内的老炼设备与检测设备在加工过程中会有电火花的产生。同时用于灭弧室烘装测试加工的几个厂房中均有用于清洁卫生的清洗区域。

瓷封所使用的焊料含有银铜原子，其金属原子容易失去电子，与周围环境的酸发生化学反应，金属失去电子。Cu原子失去电子变成Cu²⁺，同时Cu在空气中的H₂O与CO₂的共同作用下生成绿色的CuCO₃·Cu（OH）₂，Cu²⁺在潮湿的环境下，与空气中的HCL发生化学反应，变成黄色的[CuCl₄]^2-。

真空灭弧室的瓷封之所以显示黄色、绿色，就是在上述原子及正负离子的共同作用产生的。在潮湿的环境及附近有电火花的情况下，铜原子失去電子就会产生黄绿色的现象。瓷封黄绿的不合格特征是夏季厂房过于潮湿所导致。

5  结语

5.1  水能够导致灭弧室焊缝处显黄绿色，但受一定的环境影响;焊缝接触水后暴漏空气时间越长，黄绿色情况越重;在一定的潮湿环境下（如阴雨天），灭弧室焊缝处会显黄绿色。

5.2  灭弧室接触介质后，在5分钟内使用高压空气将介质吹净，能够有效的避免发黄发绿现象的发生。

5.3 当前使用的绝缘介质不能导致灭弧室的瓷封显示黄绿色。瓷封黄绿色的不合格特征是夏季厂房过于潮湿所导致。

参考文献

[1]王季梅主编.真空灭弧室设计、制造及其应用[M].陕西：西安交通大学出版社.1993：152-153.