CN105083052A - 云母陶瓷绝缘子的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种云母陶瓷绝缘子的制备方法,包括以下步骤:1)取云母粉及玻璃粉进行混合得到配合料;2)将配合料压制成坯体并预烧至玻璃粉熔化,冷却后得到整体的块材;3)将块材经制粉过程得到陶瓷粉体;4)称量制备云母陶瓷绝缘子所需质量的陶瓷粉体,压制成料坯;5)将料坯加热至完全软化;6)将注塑模具和金属嵌接件组装好,加热至完全达到预定温度;7)将软化的料坯投入到注塑模具的料腔中,并施加压力,将料腔中的料坯注入模腔,然后保持压力;8)在保压阶段,沿模腔轴向对料坯施加轴向压力;9)保压时间结束后,卸压、开模,将云母陶瓷绝缘子从注塑模具中取出;以及10)将云母陶瓷绝缘子进行退火处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力机车用绝缘子的制造方法,尤其涉及一种云母陶瓷绝缘子的制造方法。
背景技术
绝缘子是电力系统的重要零部件,在新型高速电力机车领域,基本上都采用大功率交流电机传动的动力方式,其对绝缘子提出了较高的要求。传统的橡胶、树脂等有机高分子复合材料绝缘子虽然具有制造工艺简单、成型容易、质量可靠性较高等优点,但也具有明显的缺点,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件在运行时产生大量热量,电极内温度往往达到100℃。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,并且产生开裂、机械及电极性能下降等问题,严重影响产品的质量稳定性。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。
云母陶瓷是一种耐高温无机绝缘材料。中国专利CN101764280A公开了一种用于新型高速电力机车的云母陶瓷绝缘子及其制造方法,其采用热压工艺,将烧至软化的坯体投入到设置有金属极柱嵌件的模具中,在高温下合模并施加压力,热压一定时间后开模取出,退火处理并涂覆疏水层后得到云母陶瓷绝缘子产品。该云母陶瓷绝缘子具有耐高温且致密度高的特点。
然而,该热压工艺不但复杂、效率低且成本高,且热压模具与金属嵌接件的温度要求较高,导致对模具及金属嵌接件的材料及结构设计限制较大。
发明内容
有鉴于此,确有必要提供一种能够解决上述技术问题的云母陶瓷绝缘子及其制备方法。
一种云母陶瓷绝缘子的制备方法,包括以下步骤:
1)取粒度为10~100目的云母粉30~70wt%及粒度为60~400目的玻璃粉20~70wt%进行混合得到配合料;
2)将步骤1)的配合料压制成坯体并预烧至玻璃粉熔化,冷却后得到整体的块材;
3)将步骤2)的块材经制粉过程得到粒径为10~200目的陶瓷粉体;
4)称量制备云母陶瓷绝缘子所需质量的陶瓷粉体,压制成料坯;
5)将步骤4)的料坯在450~800℃加热至完全软化;
6)将注塑模具和金属嵌接件组装好,在300~600℃加热至完全达到预定温度;
7)将步骤5)中软化的料坯投入到步骤6)的注塑模具的料腔中,并施加压力,将料腔中的料坯注入模腔,然后保持压力10秒~2分钟;
8)在步骤8)的保压阶段,沿模腔轴向对料坯施加轴向压力,压力大小为50Mpa~400Mpa;
9)保压时间结束后,卸压、开模,将云母陶瓷绝缘子从注塑模具中取出;以及
10)将步骤9)的云母陶瓷绝缘子进行退火处理。
与现有技术相比,本发明实施例通过注塑成型的方法,能够使云母陶瓷绝缘子的外型具有较为复杂的结构。然而,现有的注塑成型方法,通过进料口将料坯压入模腔时产生的压力很难传递到模腔内部,使位于模腔中心处的坯体材料受压较小,实际上只能达到填充空间的效果,而难以形成致密化结构。通过沿轴向模腔轴向对该金属嵌接件施加压力,利用与面积较大的侧板或深入模腔中心的金属嵌接件可以使压力直接作用到模腔中心处的坯体材料,增大这部分坯体的致密度。
附图说明
图1为本发明实施例云母陶瓷绝缘子的制备方法的注塑模具的结构示意图。
图2为本发明实施例云母陶瓷绝缘子的制备方法的注塑模具的剖视图。
图3为本发明实施例云母陶瓷绝缘子的剖面结构示意图。
图4为本发明另一实施例云母陶瓷绝缘子的剖面结构示意图。
主要元件符号说明
云母陶瓷绝缘子 | 10 |
云母陶瓷绝缘体 | 100 |
柱状主体 | 102 |
凸起结构 | 104 |
金属嵌接件 | 110 |
第一金属嵌接件 | 120 |
第二金属嵌接件 | 130 |
外连接端 | 122、132 |
内固定端 | 124、134 |
槽体 | 126、136 |
螺纹 | 128、138 |
注塑模具 | 20 |
半模 | 200 |
模腔 | 202 |
进料口 | 204 |
嵌接件安装孔 | 206 |
料腔 | 210 |
侧板 | 220 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的云母陶瓷绝缘子的制备方法作进一步的详细说明。
请参阅图1,本发明实施例提供一种云母陶瓷绝缘子10的制备方法,包括以下步骤:
1)取粒度为10~100目的云母粉30~70wt%及粒度为60~400目的玻璃粉20~70wt%进行混合得到配合料;
2)将步骤1)的配合料压制成坯体并预烧至玻璃粉熔化,冷却后得到整体的块材;
3)将步骤2)的块材经制粉过程得到粒径为10~200目的陶瓷粉体;
4)称量制备云母陶瓷绝缘子所需质量的陶瓷粉体,压制成料坯;
5)将步骤4)的料坯在450~800℃加热至完全软化;
6)将注塑模具20和金属嵌接件组装好,在300~600℃加热至完全达到预定温度;
7)将步骤5)中软化的料坯投入到步骤6)的注塑模具20的料腔210中,并施加压力,将料腔210中的料坯注入模腔202,然后保持压力10秒~2分钟;
8)在步骤8)的保压阶段,沿模腔202轴向对料坯施加轴向压力,压力大小为50Mpa~400Mpa;
9)保压时间结束后,卸压、开模,将云母陶瓷绝缘子从注塑模具20中取出;以及
10)将步骤9)的云母陶瓷绝缘子进行退火处理。
在上述步骤1)中,可以根据需要加入粒度为40目以下的B2O3,质量百分含量为0~15wt%。
在上述步骤1)中,可以根据需要加入各种添加剂,质量百分含量为0~5wt%。
在上述步骤1)中,混合的方式可以是在球磨机中进行球磨混合。
在上述步骤2)中,将配合料压制成坯体的制坯压力优选为低于100Mpa,所述的预烧时间为1~10小时,预烧温度为750~1000℃。
在上述步骤3)中,该块材可通过破碎机进行破碎制粉,再用筛分机筛出所需尺寸的陶瓷粉体。
在上述步骤4)中,将陶瓷粉体压制成料坯的制坯压力优选为100Mpa~500MPa。
在上述步骤5)中,优选将该料坯在高温炉中加热40分钟以上。
在上述步骤6)中,该注塑模具20的模腔202具有与该云母陶瓷绝缘子对应的形状。请参阅图3,该金属嵌接件110包括第一金属嵌接件120和第二金属嵌接件130,分别设置在该模腔202沿轴向的两端,具体可设置在嵌接件安装孔206中。第一金属嵌接件120和第二金属嵌接件130在该模腔202中间隔设置。该步骤6)的注塑模具20及金属嵌接件110的温度比该步骤5)中该料坯的温度低150~200℃。优选将该注塑模具20连同组装好的金属嵌接件110在高温炉中加热20分钟以上。
在一实施例中,该注塑模具20包括料腔210及两个可分开的半模200。该半模200上具有槽体,合模后可共同形成一模腔202、两个嵌接件安装孔206及一个进料口204。该模腔202具有一轴向,该两个嵌接件安装孔206沿轴向设置在该模腔202两端,并与该模腔202连接。该进料口204与该模腔202连接,优选沿垂直于该嵌接件安装孔206的方向设置。该料腔210与该进料口204相连。第一金属嵌接件120和第二金属嵌接件130设置在该两个半模200合模后形成的嵌接件安装孔206中。
请参阅图2,在另一实施例中,该注塑模具20与上述实施例的该注塑模具20相似,区别在于进一步包括至少一个侧板220,且该半模200沿轴向具有安装该侧板220的槽体。该侧板220设置在该模腔202沿轴向的至少一端,并与该两个半模200共同形成该模腔202。优选地,该注塑模具20包括两个侧板220,分别设置在该该模腔202沿轴向相对的两端。该侧板220上具有该嵌接件安装孔206。第一金属嵌接件120或/和第二金属嵌接件130设置在该侧板220上的嵌接件安装孔206中。
在该步骤7)中,该具有较高温度的料坯被迅速的压入温度较低的模腔202中,再经过保压过程使料坯在压力下固化,得到致密的云母陶瓷绝缘子。
在该步骤8)中,该轴向压力使该模腔202内的总体积变小。
在一实施例中,该轴向压力直接作用在该金属嵌接件110上,通过该金属嵌接件110对该模腔202内的料坯产生压力。该金属嵌接件110优选在轴向压力下产生向内的移动,使该第一金属嵌接件120和第二金属嵌接件130之间的间距缩小0.5~2mm,优选为0.5~1mm。在步骤6),可预先将该第一金属嵌接件120和第二金属嵌接件130的间隔距离设置得较产品预定间距为宽,提供在该步骤8)时向内推进的余量。当第一金属嵌接件120和第二金属嵌接件130分别向内移动时,该模腔202内的总体积变小。
在另一实施例中,该注塑模具20具有所述侧板220,该轴向压力可作用在该侧板220上,通过该侧板220对该模腔202内的料坯产生压力。该侧板220优选在轴向压力下产生向内的移动,使模腔202轴向长度缩小0.5~2mm,优选为0.5~1mm。当该侧板220向内移动时,该模腔202内的总体积变小。
在该步骤10)中,优选的退火温度为150~400℃,优选的退火时间大于1小时。退火后自然冷却至产品表面温度降到100℃以下后取出。
另外,上述方法可进一步包括11)将步骤10)的退火后的产品进行表面处理并在产品外表面涂覆疏水层的步骤。该表面处理可以是将该云母陶瓷绝缘子表面进行清理毛刺,打磨抛光的步骤。该疏水层优选为有机硅树脂,该树脂涂覆后须在150℃及以上温度加热至少0.5小时。
传统的热压方法对模具的形状有很大限制,改变模具形状的成本较高,难于得到复杂外型的云母陶瓷绝缘子,本发明实施例通过注塑成型的方法,能够使云母陶瓷绝缘子的外型具有较为复杂的结构。然而,现有的注塑成型方法,通过进料口204将料坯压入模腔202时产生的压力很难传递到模腔202内部,使位于模腔202中心处的坯体材料受压较小,实际上只能达到填充空间的效果,而难以形成致密化结构。通过沿轴向模腔202轴向对该金属嵌接件110施加压力,利用与面积较大的侧板220或深入模腔202中心的金属嵌接件110可以使压力直接作用到模腔202中心处的坯体材料,增大这部分坯体的致密度。
请参阅图3,本发明实施例提供一种通过上述方法制备的具有较为复杂外型结构的云母陶瓷绝缘子10,该云母陶瓷绝缘子10能够用于电力机车,尤其是新型高速电力机车,具有良好且稳定的绝缘性能与耐用性能。
该云母陶瓷绝缘子10整体为柱状结构,包括云母陶瓷绝缘体100和金属嵌接件110,该金属嵌接件110嵌入该云母陶瓷绝缘体100中。
该云母陶瓷绝缘体100具有柱状主体102及设置在该柱状主体102外的凸起结构104,使该云母陶瓷绝缘体100沿轴向的截面的外轮廓具有多个起伏。该柱状主体102优选为圆柱状。该凸起结构104的数量可以是一个或多个。具体地,该凸起结构104可以是沿轴向排列的多个环状凸起结构104。每个凸起结构104均环绕该柱状主体102设置,使该云母陶瓷绝缘体外表面形成多个起伏。该凸起结构104优选为圆环状。在另一实施例中,该凸起结构104可以为螺旋线状。该柱状主体102外可仅设置有一个连续环绕该柱状主体102螺旋延伸的凸起结构104,仍可使该云母陶瓷绝缘体沿轴向的截面的外轮廓具有多个起伏。在另一实施例中,该凸起结构104为该环状结构与螺旋线结构的组合。该柱状主体102与该凸起结构104为一体成型的整体。
该金属嵌接件110包括两部分,分别为第一金属嵌接件120及第二金属嵌接件130。该第一金属嵌接件120及第二金属嵌接件130在该云母陶瓷绝缘体100的柱状主体102中沿轴向相对且间隔设置,并分别从该云母陶瓷绝缘体100相对的两端暴露于外,用于与所述外部元件,如机车壳体固定物、电缆线或与电缆线连接的接线柱等进行连接。具体地,该第一金属嵌接件120及第二金属嵌接件130分别具有外连接端122、132及与外连接端122、132连接的内固定端124、134。该外连接端122、132至少具有部分表面暴露于外。该外连接端122、132可以是连接柱或连接孔,优选为具有外螺纹的螺柱或具有内螺纹的螺孔。该内固定端124及134具有对应的形状,使内固定端124能够插入该内固定端134中,但与该内固定端134间隔设置,优选间隔距离为1mm~8mm。由于具有所述凸起结构104,从外连接端212沿该云母陶瓷绝缘体100外表面到该外连接端222的最短距离得到增加,从而提高该云母陶瓷绝缘体100的绝缘性能,避免从外部产生击穿。该内固定端124、134优选具有至少一段垂直轴向尺寸从内至外方向由大变小的结构,使该第一金属嵌接件120及第二金属嵌接件130与该云母陶瓷绝缘体100连接更加稳固,不易从该云母陶瓷绝缘体100中拔出。该内固定端124、134表面优选具有槽体126、136和/或螺纹128、138,与云母陶瓷绝缘体100形成咬合,从而使该第一金属嵌接件120及第二金属嵌接件130与该云母陶瓷绝缘体100连接更加稳固,不易从该云母陶瓷绝缘体100中拔出。该第一金属嵌接件120及第二金属嵌接件130整体均为柱状结构,并且优选地,在嵌入该云母陶瓷绝缘体100内的部分中具有至少一段棱柱结构或棱孔结构。更为优选地,是该内固定端124、134具有至少一段该棱柱结构或棱孔结构。该棱柱结构或棱孔结构可以增加该第一金属嵌接件120及第二金属嵌接件130的扭矩,在该云母陶瓷绝缘体100中不易旋转。例如,该内固定端124具有一段六方孔结构,该内固定端134具有一段六方柱结构。
另外,本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化,当然,这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种云母陶瓷绝缘子的制备方法,包括以下步骤:
1)取粒度为10~100目的云母粉30~70wt%及粒度为60~400目的玻璃粉20~70wt%进行混合得到配合料;
2)将步骤1)的配合料压制成坯体并预烧至玻璃粉熔化,冷却后得到整体的块材;
3)将步骤2)的块材经制粉过程得到粒径为10~200目的陶瓷粉体;
4)称量制备云母陶瓷绝缘子所需质量的陶瓷粉体,压制成料坯;
5)将步骤4)的料坯在450~800℃加热至完全软化;
6)将注塑模具和金属嵌接件组装好,在300~600℃加热至完全达到预定温度;
7)将步骤5)中软化的料坯投入到步骤6)的注塑模具的料腔中,并施加压力,将料腔中的料坯注入模腔,然后保持压力10秒~2分钟;
8)在步骤8)的保压阶段,沿模腔轴向对料坯施加轴向压力,压力大小为50Mpa~400Mpa;
9)保压时间结束后,卸压、开模,将云母陶瓷绝缘子从注塑模具中取出;以及
10)将步骤9)的云母陶瓷绝缘子进行退火处理。
2.如权利要求1所述的云母陶瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,该轴向压力使该模腔内的总体积变小。
3.如权利要求1所述的云母陶瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,该轴向压力通过该金属嵌接件作用于该模腔内的料坯。
4.如权利要求3所述的云母陶瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,该金属嵌接件包括间隔设置的第一金属嵌接件和第二金属嵌接件,该第一金属嵌接件和第二金属嵌接件在该轴向压力下产生向内的移动,使间距缩小。
5.如权利要求4所述的云母陶瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,该第一金属嵌接件和第二金属嵌接件之间的间距缩小0.5mm~2mm。
6.如权利要求1所述的云母陶瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,该注塑模具包括两个半模及至少一个侧板设置在该模腔沿轴向的至少一端,并与该两个半模共同形成该模腔,该金属嵌接件金属嵌接件设置在该侧板上的嵌接件安装孔中。
7.如权利要求6所述的云母陶瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,该轴向压力通过该侧板作用于该模腔内的料坯。
8.如权利要求7所述的云母陶瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,该侧板在轴向压力下产生向内的移动,使模腔轴向长度缩小。
9.如权利要求8所述的云母陶瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,该模腔轴向长度缩小0.5~2mm。
10.如权利要求1所述的云母陶瓷绝缘子的制备方法,其特征在于,该模腔具有与该云母陶瓷绝缘子对应的形状,该云母陶瓷绝缘子整体为柱状结构,包括云母陶瓷绝缘体和该金属嵌接件,该金属嵌接件嵌入该云母陶瓷绝缘体中,该云母陶瓷绝缘体具有柱状主体及设置在该柱状主体外的凸起结构,使该云母陶瓷绝缘体沿轴向的截面的外轮廓具有多个起伏。
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