CN102623112B

CN102623112B - 一种无机复合陶瓷接线柱的制备方法

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Publication number: CN102623112B
Application number: CN201110029452.9A
Authority: CN
Inventors: 吕宝林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: CN102623112A

Abstract

本发明提供一种无机复合陶瓷接线柱的制备方法，包括原料熔制、制粉、压坯和成型，其中，所述的成型是使用热注塑方法完成的。本发明的制备方法可以显著提高无机复合陶瓷接线柱的密度、耐压和击穿性能，并进一步降低制备工艺的成本。

Description

一种无机复合陶瓷接线柱的制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷接线柱的制备方法，具体涉及一种用于高速电力机车的云母陶瓷接线柱的制备方法。

背景技术

随着对铁路运输的需求日益增加，近年来国内纷纷引进外国先进的新型高速电力机车的整车制造技术。因此，对国外技术的吸收、消化，使机车各零部件逐步实现国产化已成为当务之急。

接线柱(也称“绝缘子”)是电力系统的重要零部件。引进的新型高速电力机车中，基本上都是采用大功率交流电机传动的动力方式，不同于目前国内主流的直流电机传动的电力机车。在现有的直流电机传动的电力机车中普遍使用的是采用橡胶、树脂等有机高分子复合材料绝缘子，这种绝缘子相对传统的陶瓷绝缘子具有制造工艺相对简单、成型比较容易、产品质量可靠性较高等优点。但是，有机高分子材料本身存在着明显的缺点，如耐温、耐老化性能差。一般的有机绝缘材料最高使用温度不超过260℃，并且当温度较高时其使用寿命也大打折扣。新型高速电力机车的高压电机等部位在运行时产生大量的热量，电机内温度往往达到100℃以上。随着环境温度上升，有机高分子材料的老化速度加快，使用寿命缩短，并产生开裂、机械、电气性能下降等问题，严重影响产品的质量稳定性。原先应用于直流传动系统的绝缘子产品无法完全满足新型高速电力机车的需求。而无机陶瓷材料，如氧化铝陶瓷、微晶玻璃等虽然抗老化性能优越，但材料本身硬、脆，使产品抗热振性、抗冲击性差，且与金属嵌件的连接不好解决，所以不能满足使用条件。这就对新领域中配套的电器元件提出了更高的技术要求，如电力机车所需要的绝缘接线柱

35系列产品的具体参数如下(见下表)。

表1.

参数	典型检测值	单位
			外径尺寸	35.0	mm
抗拉强度	12500	N
			抗弯强度	7600	N
抗压强度	72000	N
			扭矩	≥23	N.m
起弧电压	≥18	kV
			击穿电压	≥20	kV
绝缘电阻	2.0×10¹³	Ω
			电容	11	pF

针对新领域的产品、新的技术要求，近两年，国内生产出热压云母陶瓷绝缘子系列产品。该系列产品经几年的试制和完善，已基本满足了一些领域的使用要求。如部分电力机车电机用绝缘子。但是由于其工艺技术手段比较陈旧，如原材料的制取、热压工艺和成型模具等环节，很难满足更高产品品质的要求。如性能参数进一步提高、加工手段的简化、系列产品拓展和规模化的生产等，简而言之就是降耗增效方面存在不足。客观面对目前热压云母陶瓷绝缘子技术存在的四点不足之处：

1.制取原料密度差，工艺环节能耗高；

2.金属嵌件表面有涂层的接线柱很难做成；

3.热压模具直接成型使人力成本和模具成本加大；

4.模具每操作一次，冷热变化一次(水冷、加温)，工作效率低。

中国专利(CN101764280A)中公开了一种用于高速电力机车的云母陶瓷绝缘子的制造方法，其技术方案包括云母陶瓷的原料配方、热压工艺及设计制造用于热压工艺的模具和所需的金属连接极柱嵌接件。其技术工艺流程如下：原材料配制-球磨-预烧-造粒-压制成坯-模具、嵌件加热和坯体加热-热压成型-退火处理-涂疏水层。用这种工艺生产的产品有如下缺点：

1.其工艺复杂、效率低、成本高。

2.由于造粒制取的原材料密度差，致使产品的一些参数上不去。

3.热压成型时，模具和金属嵌件都要加温，使嵌件表面氧化，致使陶瓷和金属嵌件附着不牢固。

4.由于金属嵌件要经过较长时间的高温加热，使普通碳钢表面的镀锌、镀镍、镀铬等有色金属层脱落，无法完成成型件。

5.工艺环节方面：如原料球磨、用高温炉预烧原料等，制取过程时间较长，处理十几公斤的原料需用时十几个小时，致使能耗高、产量低、效率低。

6.热压工序方面：模具需要在常温条件下与金属嵌件组装再加热，这也需要较长的时间(约30分钟)才能达到模具预想的温度。由于成型模芯与模具套大小不一，热容量不一致，时间长短不一致，还不能同时往高温炉内放入、取出，需要分别操作，要人为控制时间，一致性差，致使产品质量的稳定性差。为了保证模具恒温时间，因为热压模具套、模具芯都要加热，云母陶瓷很容易粘附在模具套和模具芯上，每次热压完后，都要清理热压模具，清理过程很费力、费时，所以生产效率无法提高。

7.模具和金属嵌件方面：目前制作云母陶瓷绝缘子是采用热压成型工艺，其金属嵌件只能用不锈钢材料，成型热压模具也要选用耐高温模具钢。热压模具钢寿命较短，这样使产品的制造成本大大提高。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种陶瓷接线柱的新的制备方法，有效提高了产品的密度、耐压和击穿性能，并能进一步提高生产效率，降低生产成本。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

提供一种无机复合陶瓷接线柱的制备方法，包括原料熔制、制粉、压坯和成型，其中，所述的成型是使用热注塑方法完成的。

所述的无机复合陶瓷接线柱的制备方法，具体包括以下步骤：

1)原料熔制

按重量份计，将包括20～60份云母粉和40～80份电工玻璃粉的原料混匀后加热进行熔制，直到玻璃粉熔化后的溶液充分浸润云母粉后停止熔制，冷却至常温得到块料；

2)制粉

将步骤1)得到的块料经制粉过程制成-10～200目的复合陶瓷粉料；

3)压坯

将步骤2)制好的复合陶瓷粉料中加入占其重量0.1％～3％的着色剂和4％～15％的水，用搅拌机充分混合15分钟，然后按每个接线柱要求的重量称量后，在压机上压制成料坯，烘干备用；

4)成型

4.1)将步骤3)得到的料坯在500℃～800℃下，加温30分钟以上，直至料坯热透软化；

4.2)将适用于压机的注塑腔在400℃～650℃下，加温15分钟以上，至其热透；

4.3)将接线柱成型模和接线柱的金属嵌件组装好，置于压机工作台上；

4.4)将步骤4.2)热透的注塑腔迅速置于步骤4.3)组装好的接线柱成型模上，再迅速把步骤4.1)热透软化的热料坯装入所述注塑腔内，并立即在注塑腔上方装入注塑塞，开始加压，压力控制在10T～100T之间，直至注塑腔内软化的料坯被挤入并充满接线柱成型模，然后保持恒压5～99S，得到成型的无机复合陶瓷接线柱；

4.5)完成步骤4.4)的热注塑成型后抬起压机，拆卸模具和成型件，并立即把成型的接线柱放入150℃～300℃的烘箱中退火；把注塑腔内的余料退出。

步骤1)所述的云母粉的规格优选10～60目，可以选自氟金云母粉或天然云母粉中的一种。

步骤1)所述的电工玻璃粉的软化点优选400～750℃，规格优选-200目。

步骤1)所述的原料优选进一步含有10重量份的三氧化二硼。

步骤1)所述的熔制优选电加热方法熔制，具体方法如下：

在所述混匀后的原料中插入石墨电极，用0～100V的低电压、0～1000A的大电流进行通电加热熔制，整个熔制过程电压、电流由低到高缓慢上升，功率在0～80KW范围内由低到高进行调整控制，使电极发热来熔化混合料中的玻璃粉，随着温度升高，熔体增加，空气排出，体积缩小，使原料密度增加，直至熔化后的玻璃粉溶液充分浸润云母粉。所述电压、电流和功率的控制方法都属于现有的常规方法。

步骤2)所述的制粉过程优选经过鄂破机破碎、齿盘机粉碎后，再用震筛机制成。

步骤3)所述的着色剂可以选自-200目的氧化铬或-200目的二氧化锰。

步骤4.3)优选先把金属嵌件的外围和中心凹凸部位加工成圆形弧线，再与冷压成型模一起组装，以便于软化料流动，阻力小易于成型。

步骤4.3)所述的金属嵌件中，所有与复合陶瓷接线柱接触部位的金属嵌件优选表面都采用网纹滚花，以增强附着力和机械强度。

步骤4.5)退出的余料粉碎后可二次使用。

本发明所述方法优选进一步包括对无机复合陶瓷接线柱的表面处理，即退火后的接线柱表面应打磨抛光，清理毛刺，将表面清理干净，烘干后，在接线柱表面刷一层树脂漆并烘干固化，防止受潮，避免影响产品的绝缘性能。

本发明方法中，所使用的各种设备均为现有的常规设备，例如，述的注塑腔和注塑塞可选用耐高温模具钢制成的常规热注塑设备，其结构简单，便于加热和使用，而且耐用，为了提高效率，可用多个交替使用；所述的接线柱成型模可选用球墨铸铁材料的冷成型模，该材料有很好透气性，又有良好的热稳定性，而且价格低廉。又因成型模无需加热，也可多套组合模交替使用，也可按流水线工艺设计。

本发明所述的制备方法可以用于各种无机复合陶瓷接线柱的制备，与现有技术相比，本发明存在以下有益效果：

1.通过熔制方法充分提高了复合原料的密度。

本发明所述的方法中，通过加热熔制的方法将复合原料中的玻璃粉熔化，随着温度升高，熔体增加，空气排出，体积缩小，复合原料的密度得到了显著的增加。本发明方法生产的接线柱的原料密度比现有技术提高了10％～20％。从而使产品的耐压、击穿性能大幅度提高，具体数据见下表2。

表2.

通过上述数据对比，可以看出产品性能的提高。

2.本发明的成型步骤中，将热压成型技术改为热注塑成型工艺，可实现连续操作和生产，节省了模具预热等待的时间，比现有技术减少和简化了工艺环节，降低了操作难度和劳动强度，不仅能够实现节能80％，并且节省了人工，将生产效率提高了数倍。

3.本发明方法中，金属嵌件无需经过加热，避免了表面涂层脱落问题的发生。

4.本发明的方法相比现有技术降低了对模具的要求，使注塑腔经久耐用。接线柱成型模具因不需要加温，一般的球磨铸铁就可以做模具，而且价格低廉，只相当高温模具钢的五分之一费用。

附图说明

图1为本发明制备方法的工艺流程图

具体实施方式

实施例1

原材料配制：取-10目氟金云母粉50％和-200目软化点是700℃的电工用玻璃粉50％，称量准确并混合均匀。

熔制：将上述混合料装入熔制用坩埚内，用石墨组合电极从上方插入混合料，用0～100V的低电压、0～1000A的大电流进行通电加热熔制，整个熔制过程电压、电流是由低到高缓慢上升，功率在0～80KW范围内由低到高进行调整控制，使电极发热来熔化混合料中的玻璃粉，随着温度升高，熔体增加，空气排出，体积缩小，使原料密度增加，直至将坩埚内的混合料全部熔透，熔化后的玻璃粉溶液充分浸润云母粉，停电，将电极提出，让熔体自然冷却成为玻璃陶瓷快料。

破碎制粉：待熔制后的熔体冷却至常温下即可破碎。经鄂破、齿碎、震筛等工具制成-10目的复合陶瓷粉。

制坯：在上述复合陶瓷粉中加入占其重量0.5％的-200目Cr₂O₃和8％的水，充分搅拌15分钟，按每个接线柱要求的重量称量后，在压机上(压力10～15T)压制成料坯。

注塑成型：将料坯放入高温炉(750℃)大于30分钟的时间进行焙烧，同时将注塑腔放入高温炉(600℃)大于15分钟加温。同时把普通碳钢嵌件装入铸铁加工的接线柱成型模内，将组装完整的成型模放置压机工作台上。待注塑腔达到恒温时间，打开炉门，将注塑腔夹出，放在成型模上适当的位置，再迅速将热料坯夹出放入注塑腔，随后装入注塑塞开始加压，压力10～100T，压头运行速度80～150mm/s，恒压50s。随后抬起压机，拆下注塑腔和组合模具，取出工件放入150℃～300℃的恒温箱退火1小时以上。关掉退火炉电源，让其自然冷却至常温。

后处理：待接线柱冷却至常温后，取出，打磨毛刺。在接线柱表面刷一层有机硅树脂，并在150℃的烘箱中烘干，包装成产品。

将注塑腔中的余料退出即可完成一个注塑过程，退出的余料可粉碎后重复用于下一个制备过程。

实施例2

原材料配制：取天然云母粉60目50％和软化点400℃的电工玻璃粉40％，再加入三氧化硼10％，称量准确，混合均匀。

破碎：待熔体冷却至常温时，用鄂破机、齿碎机、震筛机将熔块磨成100目的复合陶瓷粉。

制坯：将陶瓷粉称量，加入占其重量0.3％的-200目的二氧化锰和6％的水进行搅拌15分钟，根据成型件的大小称料，用冷压模在压机上(压力10～50T)压成料坯。

注塑成型：将料坯放入高温炉(500℃)大于30分钟的时间进行焙烧，同时将注塑腔放入高温炉(400℃)大于15分钟加温。同时把普通碳钢镀镍的嵌件装入铸铁加工的接线柱成型模内，将组装完整的成型模放置压机工作台上。待注塑腔达到恒温时间，打开炉门，将注塑腔夹出，放在成型模上适当的位置，再迅速将热料坯夹出放入注塑腔，随后装入注塑塞开始加压，压力10～100T，压头运行速度80～150mm/s，恒压90s。随后抬起压机，拆下注塑腔和组合模具，取出工件放入150℃的恒温箱退火1小时以上。关掉退火炉电源，让其自然冷却至常温，再把注塑腔中的余料退出即可完成一个注塑过程。

将注塑腔中的余料退出即可完成一个注塑过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims

1.一种无机复合陶瓷接线柱的制备方法，包括原料熔制、制粉、压坯和成型，其特征在于：所述的成型是使用热注塑方法完成的；具体包括以下步骤：

1)原料熔制

按重量份计，将包括20～60份云母粉和40～80份电工玻璃粉的原料混匀后加热进行熔制，直到玻璃粉熔化后的溶液充分浸润云母粉后停止熔制，冷却至常温得到块料；所述的熔制通过电加热方法实现，具体方法如下：在所述混匀后的原料中插入石墨电极，用0～100V的低电压、0～1000A的大电流进行通电加热熔制，整个熔制过程电压、电流是由低到高缓慢上升，功率在0～80KW范围内由低到高进行调整控制，使电极发热来熔化混合料中的玻璃粉，直至熔化后的玻璃粉溶液充分浸润云母粉；

2)制粉

将步骤1）得到的块料经制粉过程制成-10～200目的复合陶瓷粉料；

3)压坯

将步骤2）制好的复合陶瓷粉料中加入占其重量0.1%～3%的着色剂和4%～15%的水，用搅拌机充分混合15分钟，然后按每个接线柱要求的重量称量后，在压机上压制成料坯，烘干备用；

4)成型

4.1）将步骤3）得到的料坯在500℃～800℃下，加温30分钟以上，直至料坯热透软化；

4.2）将适用于压机的注塑腔在400℃～650℃下，加温15分钟以上，至其热透；

4.3）将接线柱成型模和接线柱的金属嵌件组装好，置于压机工作台上；

4.4）将步骤4.2）热透的注塑腔迅速置于步骤4.3）组装好的接线柱成型模上，再迅速把步骤4.1）热透软化的热料坯装入所述注塑腔内，并立即在注塑腔上方装入注塑塞，开始加压，压力控制在10T～100T之间，直至注塑腔内软化的料坯被挤入并充满接线柱成型模，然后保持恒压5～99S，得到成型的无机复合陶瓷接线柱；

4.5）完成步骤4.4）的热注塑成型后抬起压机，拆卸模具和成型件，并立即把成型的接线柱放入150℃～300℃的烘箱中退火；把注塑腔内的余料退出。

2.权利要求1所述的无机复合陶瓷接线柱的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的云母粉的规格为10～60目，且选自氟金云母粉或天然云母粉中的一种。

3.权利要求1所述的无机复合陶瓷接线柱的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的电工玻璃粉的软化点为400～750℃，规格为-200目。

4.权利要求1所述的无机复合陶瓷接线柱的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的原料进一步含有10份三氧化二硼。

5.权利要求1所述的无机复合陶瓷接线柱的制备方法，其特征在于：步骤2）所述的制粉过程优选是经过鄂破机破碎、齿盘机粉碎后，再用震筛机制成。

6.权利要求1所述的无机复合陶瓷接线柱的制备方法，其特征在于：步骤4.3）是先把金属嵌件的外围和中心凹凸部位加工成圆形弧线，再与冷压成型模一起组装。

7.权利要求1所述的无机复合陶瓷接线柱的制备方法，其特征在于：步骤4.3）所述的金属嵌件中，所有与复合陶瓷接触部位的金属嵌件的表面都采用网纹滚花。

8.权利要求1所述的无机复合陶瓷接线柱的制备方法，其特征在于：进一步包括对成型后的无机复合陶瓷接线柱的表面处理。