Звоните нам по телефону

История развития керамических клеммных колодок. Часть 1. Фарфор.





Фарфор

Твердый фарфор появился в Китае. Секрет процесса его производства хранился за семью печатями на протяжении веков. Своей белизной, тонкостью, устойчивостью к температуре и твердостью этот материал обязан использованию двух особых минералов: каолина («Гао Лин Ту, 高 岭土 » на китайском языке, что можно перевести как «Глина из города Гао Лин», расположенного к северо-востоку от г. Цзиндэчжэнь в провинции Цзян Си), и «Пу Тун Цы, 普通瓷 » (перевод: обычная керамика). Каолин — довольно рыхлый и крошащийся материал, тогда как «путунцы» — это твердый камень. Его извлекали в виде блоков и дробили на гравий с помощью водяного колеса, приводящего в действие падающий молот с головкой из камня твердой породы. После этого полученный гравий измельчали до состояния мелкого порошка, пропуская каменные шарики через вращающиеся деревянные бочки или шлифовальные диски. Как правило, эти два механизма приводились в действие водой, которая падала с высоты на колесо с лопастями.

Далее полученный порошок сливали в расположенные каскадом баки для воды для очистки от примесей, которые осаждались по мере уменьшения размера частиц. Наиболее тонкоизмельченный порошок использовался для изготовления эмали. Затем тесто из смеси зерен разных размеров перемешивали и помещали в блоки, которые назывались «баллоны». Этот этап назывался «гниение». Как правило он длился несколько дней, в течение которых происходило химическое преобразование теста. По словам Марко Поло, китайские производители фарфора оставляли тесто гнить в течение нескольких поколений...



Водяное колесо и падающий молот ( 水碓 , шуй дуй) для измельчения минералов (Китайская энциклопедия «Тяньгун Кайву» (Использование сил природы), автор Сун Инсин, 1637 г.)

Измельчение каолина шлифовальными камнями, приводимыми в действие с помощью вола (1939 г., Вьетнам, «Экономический бюллетень Индокитая»)



В Европе секрет изготовления твердого фарфора был впервые открыт в последние годы XVII столетия химиком Иоганном Фридрихом Беттгером в курфюршестве Саксония. Он получил его путем смешивания различных руд в процессе изготовления жароупорных тиглей. Его производство было немедленно перенесено в г. Майсен (ранее Мейсен) на р. Эльба, недалеко от г. Дрезден. Процесс производства этой разновидности фарфора, известного с тех времен как «саксонский фарфор», был возведен в ранг государственной тайны и находился под особым контролем. Позднее, в двух письмах, датированных 1712 и 1722 годами, французский священник-иезуит Франсуа Ксавье д’Энтреколь описал (с некоторыми неточностями) производство фарфора, которое он обнаружил в Китае.

Когда он описывал каолин, такая разновидность руды была неизвестна во Франции. Этот глинистый минерал белого цвета может содержать до 80% каолинита с молекулярной формулой AI2Si2O5(OH)4, который является активным ингредиентом. Высокую температуру плавления, белизну и твердость придает ему именно концентрация оксида алюминия. Но чистый каолин почти не расплавляется и не является единственным ингредиентом, который входит в состав фарфора. По этой причине европейские ученые, импортировав его из Китая, так и не смогли изготовить фарфор, поскольку не понимали важность второго компонента. Им не хватало «путунцы», твердого камня, состоявшего из кварца и полевого шпата.

В 1727 и 1729 гг. французский естествоиспытатель М. де Реомюр выступил в Академии наук в Париже с двумя докладами и выдвинул идею о том, что нерасплавляющийся каолин, возможно, является лишь одним из компонентов фарфора. А второй ингредиент, «путунцы», может помочь ему расплавиться, выступая в качестве связующего вещества, которое понижает температуру плавления. Опираясь на эти доводы, он смог успешно изготовить фарфор. Тем не менее, вопрос оставался, по большей части, в теоретической плоскости, поскольку эти два материала не имели известных аналогов на территории Франции.

Спустя почти 40 лет, в 1766 г., граф де Лораге представил в Академии твердый фарфор, не желая предавать огласке его состав. В 1767 г. жена доктора Дарсета случайно обнаружила залежи каолина в коммуне Сент-Рьекс-ла-Перш около г. Лимож. После экспертизы материала, выполненного Академией наук в 1768 г., а также после испытаний, проведенных в 1769 г., в г. Лимож было налажено первое производство, которое датируется 1771 г. Этот год стал точкой отсчета развития фарфоровой промышленности в Лиможе. Затем Николас Кристиан Де Ти, уроженец города Мийи, посетил Дрезден, где у него была возможность посетить различные фабрики, и привез обратно точное описание процесса изготовления фарфора. 13 февраля 1771 г. он представил полное описание процесса на заседании Королевской академии наук. На его основе, в 1777 г. он издал книгу «Искусство фарфора». С тех пор твердый фарфор стал производиться во Франции. По королевской привилегии, это право было закреплено исключительно за Севрской фарфоровой мануфактурой. Конец монополии положила революция 1789 г., но использование фарфора по-прежнему ограничивалось производством посуды и декоративных предметов роскоши.

До 1840 г. во Франции производство фарфора развивалось медленно, и не обрело промышленного размаха до 1880-х гг., когда в нем впервые были применены паровые машины и отопление углем вместо древесины.

Первые случаи применения в электрических цепях: появление телеграфа и фарфоровых изоляторов

В 1729 г. британский ученый Стивен Грей определил понятия «проводник» и «изолятор». В то время электростатические машины и лабораторные приборы нуждались в электроизоляторах. Изначально для этой цели широко использовалось стекло. В первых аккумуляторных батареях также использовалось стекло в качестве контейнера и изолятора.

Появление в 1855—1860 гг. телеграфа стало толчком для применения изоляторов из эмалированного твердого фарфора, которые использовались на столбах для крепления телеграфных проводов. Именно тогда и выяснилось, что изделия из фарфора обладают лучшими изоляционными свойствами, чем стеклянные. В Англии были опробованы изоляторы из слоновой кости, которые прекрасно подошли для этой цели. К счастью, они не получили большее распространение, чем просто костные изоляторы, применение которых также рассматривалось.

Уже в 1860 г. на телеграфных линиях использовались десятки тысяч фарфоровых изоляторов. Спустя два года это количество выросло до сотен тысяч. Впоследствии электротехнический фарфор проходит многочисленные испытания, причем каждый производитель, располагает собственным рецептом, который зачастую связан с составом имеющихся в наличии поблизости руд. Как правило, это смесь каолина, глины, кварца и полевого шпата, подвергаемая термической обработке при температуре около 1400° C. Пластичность смеси придают каолин и глина, а кварц является обезжиривающим элементом. Полевой шпат, температура плавления которого значительно ниже, чем у других компонентов, обеспечивает остекловывание смеси. Основные компоненты смеси были следующими: 50% каолина, 25% полевого шпата, 25% кварца. Твердый фарфор — отличный электрический изолятор, в большинстве случаев водонепроницаемый, кислотостойкий и выдерживает большие перепады температур без образования трещин. Фарфоровая эмаль придает поверхности гладкую структуру, не имеющую пор.

На Всемирной выставке 1878 г. свою продукцию демонстрируют уже два производителя фарфоровых изоляторов из Парижа.

Три года спустя, на Международной выставке электрооборудования, проводившейся в 1881 г. в Париже, уже присутствовал десяток производителей изоляционных фарфоровых изделий для телеграфии, а также для электрических сетей и цепей, которые начинают появляться в этот период. В 1888 г. фарфоровые изоляторы повсеместно используются на столбах уличного освещения. В конце XIX столетия фарфор стал широко использоваться в большинстве бытовых электроприборов: патроны для электрических лампочек, блоки переключателей и штепсельные розетки, вилки, основания и опоры терморезисторов, распределительные коробки, держатели плавких предохранителей и т. д.

 В 1892 г. Париже на улице Аркебузиров была основана компания Pertus, которая начала производить фарфоровые детали для использования в электротехнике. (Прекратила свое существование в 2004 г.) На Всемирной выставке 1900 г. электротехническая керамика была представлена во многих формах: изоляционные детали, электроизоляционные эмали (компания Godin из Гюиза), спеченные нагревательные стержни, содержащие проводящие порошки, фарфоровые электроизоляционные детали (компания Parvillée Frères).

Следует отметить, что еще в 1900 г. в международных технических журналах Германии и США широко обсуждалась новаторская работа братьев Ахилла и Луи Парвиллей, посвященная резистивной керамике. Технология высокотемпературных спекаемых порошков, которую они разработали в Париже, на улице Гаути, 26 и после 1898 г. опробовали на своем новом заводе в Крамойси (департамент Уаза), привела к появлению чрезвычайно высокотемпературных термостойких карбидокремниевых электронагревательных элементов (сопротивлений), таких как Silite (около 1913 г.) и Globar (около 1926 г.).



 

Появление электроизолированных клеммных колодок из фарфора

В 1905 г. растущее использование фарфора в сфере электротехники значительно увеличило конкуренцию, и стоимость этих изделий резко упала. Особенно жесткой была конкуренция между немецкими и австрийскими производителями.

В Германии мелкие электроизоляционные фарфоровые изделия производились из увлажненных порошков, которые спрессовались ручным ударным или педальным прессом. Во Франции эта технология была изобретена в 1890 г. компанией Gardy, производящей электротехнический фарфор в г. Аржантёй, используя для этой цели стальные штампы. Процесс состоял в получении гранулята, увлажненного смесью масла и воды: 0,2—0,3 части растительного масла, 1,0—1,5 части нефтяного масла и 2—3 части масляно-водяного раствора. К 100 частям пасты добавляли 12— 17 частей этой смеси. (Позже эта смесь будет заменена дизельным маслом.) Затем влажный порошок вручную пропускали через сито. Требуемое количество порошка помещалось в формы, где уплотнялось ударными прессами. В более кустарной версии изделия прессовали, закрывая форму и ударяя по ней молотком. После извлечения из формы клеммную колодку оставляли на несколько дней сохнуть, после чего покрывали слоем эмали и обжигали. Этот метод давал много бракованных изделий. Вследствие неоднородности порошков, неравномерности количества, помещенного в форму, а также по причине неравномерности приложенного давления образовывались трещины, а фарфор получался пористым. По этим причинам электрики того времени считали, что фарфор был плохим изолятором, а собственно изолирующим являлся только слой эмали. В 1902—1905 гг. изоляционные характеристики электротехнического фарфора еще не были в полной мере проанализированы и изучены.




В 1911 г. была издана книга, на которую часто ссылаются при изготовлении фарфоровых электроизоляционных изделий: «Les substances isolantes et les méthodes d’isolement utilisées dans l’industrie électrique, by Jean Escard» (Изоляционные вещества и методы изоляции, используемые в электротехнической промышленности, Жан Эскард). Хотя автор указывает усредненные составы электротехнического фарфора, его данные об изменении удельного электрического сопротивления в зависимости от температуры являются фрагментарными и ограниченными, а также показывают, что в понимании конструкторов эмаль являлась более важной для изоляции, чем состав фарфора. Автор посвящает лишь 3 строчки использованию фарфора в основаниях выключателей, патронах для электрических лампочек и других мелких компонентах.

В 1919 г. Париже, по инициативе «Comptoir des fabricants de produits réfractaires», была создана лаборатория для испытания керамики. В том же году производитель декоративного фарфора из Лиможа Фредерик Легран объединил усилия с Жаном Мондо, директором компании Mondot, Vinatier and Jacquetty, которая с 1905 г. производила в коммуне Эксидёй (департамент Дордонь) электрические выключатели из фарфора для бытового освещения. Из этого объединения начнет свою историю подразделение электротехнических изделий компании Legrand. В 1920—1930 гг., после развития электрификации, начался значительный рост отрасли электротехнических деталей, и многие другие производители добавили в свои каталоги клеммные колодки из фарфора: Moor, Fournet, Bouchery, Samet, Pétrier, Thomson и т. д. Клеммные колодки из фарфора небольших размеров, иногда без крепежных отверстий, используются в основном для внутренней проводки осветительных сетей, заменяя соединения, скрепленные изолентой. В некоторых из них предусмотрено 2 зажимных винта под разные отвертки.

В декабре 1923 г. в Иври-Порт близ Парижа была торжественно открыта лаборатория, предназначенная для испытания изоляционной керамики, способная производить электрические разряды, достигающие миллиона вольт.












Из-за внешнего сходства, особенно двухпроводной линейки изделий Legrand, электрики назвали клеммные колодки из фарфора «домино». Из-за формы и белизны их также называли «кубиками сахара». Они широко использовались в соединениях электрических кухонных плит и духовок, которые стремительно насыщали рынок в 1930-х гг. Затем появилось крепежное отверстие, что позволило устанавливать клеммные колодки на изделиях из листового металла. Но такой новый способ применения, особенно в духовках электрических кухонных плит, выявил и некоторые ограничения по их термостойкости: при росте температуры выше 150° C фарфор постепенно терял свои электроизоляционные свойства. При температуре более 300° C он подвергался химическому преобразованию, что делало его некачественным изолятором, особенно это было актуально в отношении электротехнического фарфора с низким процентным содержанием каолина.





Процесс изменения диаметров и сечений электрических проводов

На начальном этапе изготовления медных электрических кабелей предпочтение отдавалось ограничению диапазонов диаметров проводов, а сечение кабелей в мм² было лишь производной от диаметра проводов, а не основой для выбора сечений кабелей. В 1910 г. был предложен порядок сечений проводов, идентичный действующим стандартам: 0,75 мм²; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10, 16; 25; 35; 50 мм².

Но эта попытка стандартизации оказалась недолговечной. Сами производители кабелей установили поперечные сечения в соответствии со своими производственными требованиями. В каталоге Bouchery 1933 г., в ответ на спецификации, установленные в выпуске 137 «Union des Syndicats de l’Electricité», для идентификации изделий в серии использовалось не сечение, а диаметр проводников в десятых долях миллиметра: 7/10; 9/10; 12/10; 16/10; 20/10; 25/10; 30/10; 34/10 и т. д.

В 1954 г. начинается стандартизация проводов в соответствии с сечением в мм²: 5,5 мм²; 8 мм²; 10 мм²; 14 мм²; 18 мм²; 22 мм²; 30 мм²; 40 мм²; 50 мм² и т. д., но для жестких проводов всегда указывается размер в десятых долях миллиметра: 12/10; 16/10; 20/10, 25/10; 31,5/10. В 1963 г. компания Legrand все еще дает для своих клеммных колодок из фарфора следующие соотношения: Диаметр 2,5 для провода сечением 3 мм² Диаметр 3,5 для провода сечением 5,5 мм² Диаметр 4,5 для провода сечением 10 мм² Диаметр 5,5 для провода сечением 18 мм² Диаметр 8,5 для провода сечением 40 мм² Диаметр 9,5 для провода сечением 50 мм² В 1983 г. произошла стандартизация сечений проводов: 3 мм² стали 2,5 мм², 5,5 мм² — 6 мм², 18 мм² — 16 мм², 40 мм² — 35 мм² соответственно. Появились сечения 4 мм² и 25 мм². В настоящее время стандартные размеры проводов в электрических кабелях определяет стандарт IEC 60228.

История развития керамических клеммных колодок. Часть 2. Стеатит.

Материал предоставлен http://www.jpci.cn/


Возврат к списку


Задать вопрос