CN105254280A - 一种高强度电瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度电瓷的制备方法，具体工艺步骤为：（1）将煅烧铝矾土、莫来石、高塑性粘土和长石按以下质量份数配料：煅烧铝矾土20~30份、莫来石20~30份、高塑性粘土20~35份、长石15~25份；（2）将步骤（1）中所述各原料混合后，加水，球磨，得浆料；（3）将浆料过筛、除铁，经压滤脱水后得泥饼；（4）将泥饼粗练后陈腐24h以上，然后用真空练泥机挤制为所需尺寸的电瓷湿坯，经修坯和干燥后得生坯；（5）将生坯置于抽屉式或隧道式窑炉内，在1260℃~1330℃烧成，烧成时间为24h~48h；然后冷却，出窑得高强度电瓷产品。该高强度电瓷材料的原料来源广、工艺性能好、制备成本低，特别适合制造特高压和超高压输变电线路和电站用的高强度瓷绝缘子。

Description

一种高强度电瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体涉及一种高强度电瓷的制备方法。
背景技术
随着我国特高压输变电工程建设的快速发展，对输变电线路和电站用瓷绝缘材料的机械强度提出了越来越高的要求。为了提高瓷绝缘材料的机械强度，通常以煅烧铝矾土为原料引入高强度的刚玉颗粒来增强。这种颗粒增强的高强度电瓷材料的抗弯强度一般可达160MPa。但对于大尺寸的特高压产品而言，这一强度值仍难以满足要求，特别是材料的断裂韧性较低，一般在3MPa·m1/2左右。要进一步提高电瓷材料的强度和断裂韧性，采用单一的颗粒增强方法已十分困难。且随着煅烧铝矾土用量的进一步增加，材料的工艺性能变差，强度的分散性也增大。因此，很有必要采用协同增强的方法来进一步提高瓷绝缘材料的强度和断裂韧性，以满足我国特高压输变电工程建设的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于克服高强度电瓷中刚玉颗粒单一增强的局限性，提供一种由莫来石晶须与刚玉颗粒协同增强的高强度电瓷的制备方法，以进一步提高电瓷材料的强度和断裂韧性，更好地满足我国特高压输变电工程建设的需求。该方法是以煅烧铝矾土、莫来石、高塑性粘土和长石为原料，经科学配比后，按陶瓷的常规工艺制备泥料，经真空练泥后挤制为所需的电瓷坯体，经修坯和干燥后在抽屉窑或隧道窑中烧成，即得到高强度电瓷产品。该电瓷产品的高强度和高韧性是由高度致密化的以原位生成的莫来石晶须和刚玉颗粒进行协同强韧化的结果。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
提供一种高强度电瓷的制备方法，具体工艺步骤为：
（1）将煅烧铝矾土、莫来石、高塑性粘土和长石按以下质量份数配料作为原料：
煅烧铝矾土：20~30份
莫来石：20~30份
高塑性粘土：20~35份
长石：15~25份
（2）将步骤（1）中所述原料混合后，加水，球磨，得浆料；
（3）将浆料过筛、除铁，经压滤脱水后得泥饼；
（4）将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后用真空练泥机挤制为所需尺寸的电瓷湿坯，经修坯和干燥后得生坯；
（5）将生坯置于抽屉式或隧道式窑炉内，在1260℃~1330℃烧成，烧成时间为24小时~48小时；然后冷却，出窑得高强度电瓷。
进一步地，步骤（1）中所述煅烧铝矾土中α-Al2O3（刚玉相氧化铝）的质量百分含量不低于85%。
进一步地，步骤（1）中所述高塑性粘土的塑性指数不低于5。
进一步地，步骤（1）中所述煅烧铝矾土、莫来石和长石均为平均粒径在10微米以下的粉料。
进一步地，步骤（2）中加水的质量与固体原料总质量相同。
进一步地，步骤（2）中球磨的时间为3小时~5小时。
进一步地，步骤（4）中用真空练泥机挤制时的绝对压力应小于5kPa。
进一步地，步骤（4）中所述修坯为旋压或数控修坯。
进一步地，步骤（5）中所述高强度电瓷的断裂韧性不低于4.5MPa·m1/2，抗弯强度不低于180MPa。
以下对本发明做出进一步说明。
陶瓷材料的强韧化技术主要有颗粒增强、晶须增强和纤维增强方法，其中颗粒增强较易实现，因增强颗粒与其他陶瓷原料经球磨后能较好地混合均匀，而晶须或纤维则较难分散，用传统的球磨方法易造成晶须或纤维的损伤甚至折断，使强韧化效果大幅降低，加之晶须或纤维价格较高，因此，在生产中实际应用较少。
为了进一步提高瓷绝缘材料的强度和断裂韧性，更好地满足我国特高压输变电工程建设的需求。本发明创造性地在配方中引入部分莫来石粉，在高温烧成过程中，以莫来石颗粒为晶种，在溶解了部分煅烧铝矾土的富铝长石熔体中原位生长出大量的莫来石晶须，与煅烧铝矾土引入的刚玉颗粒共同起到增强作用。通过晶须强化与颗粒强化的协同强韧化机制，获得了抗弯强度达180MPa以上、断裂韧性达4.5MPa·m1/2以上的高强度电瓷材料，其典型显微结构如图1所示。本发明的突出特点是在原料中引入的莫来石粉体为颗粒，在高温烧结过程中通过溶解再析出机制原位生成大量分散均匀、结晶良好的莫来石晶须。该发明有效避免了直接引入莫来石晶须时成本高、分散不均匀和对材料的强韧化效果不显著等不足，具有原料来源广、工艺性能好、制备成本低等特点，特别适合制造特高压和超高压输变电线路和电站用的高强度瓷绝缘子。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
（1）通过对对高强度电瓷材料配方的科学设计，引入适量的莫来石粉体颗粒为晶种，在溶解了部分煅烧铝矾土的富铝长石熔体中，通过溶解再析出机制，原位生长出大量分散均匀、结晶良好的莫来石晶须，提高了莫来石晶须对高强度电瓷材料的强韧化效果。
（2）与现有的单一刚玉颗粒增强的高强度电瓷材料比，本发明通过原位生成的大量莫来石晶须与刚玉颗粒协同增强的强韧化机制，获得了具有更高强度和韧性的高强度电瓷材料，其抗弯强度不低于180MPa，断裂韧性不低于4.5MPa·m1/2。
附图说明
图1为实施例1所述高强度电瓷材料的显微结构。
具体实施方式
实施例1：一种由莫来石晶须与刚玉颗粒协同增强的高强度电瓷的制备方法，具体是：
（1）将煅烧铝矾土、莫来石、高塑性粘土和长石按以下质量份数配料：
煅烧铝矾土：25份；
莫来石：30份；
高塑性粘土：30份；
长石：15份；
其中煅烧铝矾土、莫来石和长石均为平均粒径在10微米以下的粉料；
（2）将各原料混合后，加入与固体原料总质量相同的水，球磨3小时，得浆料；
（3）将浆料过筛、除铁，经压滤脱水后得泥饼；
（4）将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后用真空练泥机在绝对压力为4kPa的条件下挤制为所需尺寸的电瓷湿坯，经旋压修坯和干燥后得生坯；
（5）将生坯置于隧道式窑炉内，在1310℃烧成，烧成时间为24小时；然后冷却，出窑得高强度电瓷产品。
经上述步骤得到的高强度电瓷产品，其电瓷材料的断裂韧性为4.8MPa·m1/2，抗弯强度为190MPa。
实施例2：一种由莫来石晶须与刚玉颗粒协同增强的高强度电瓷的制备方法，具体是：
（1）将煅烧铝矾土、莫来石、高塑性粘土和长石按以下质量份数配料：
煅烧铝矾土：30份；
莫来石：30份；
高塑性粘土：20份；
长石：20份；
其中煅烧铝矾土、莫来石和长石均为平均粒径在10微米以下的粉料；
（2）将各原料混合后，加入与固体原料总质量相同的水，球磨5小时，得浆料；
（3）将浆料过筛、除铁，经压滤脱水后得泥饼；
（4）将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后用真空练泥机在绝对压力4.3kPa的条件下挤制为所需尺寸的电瓷湿坯，经旋压修坯和干燥后得生坯；
（5）将生坯置于抽屉式窑炉内，在1290℃烧成，烧成时间为48小时；然后冷却，出窑得高强度电瓷产品。
经上述步骤得到的高强度电瓷产品，其电瓷材料的断裂韧性为5.0MPa·m1/2；抗弯强度为198MPa。
实施例3：一种由莫来石晶须与刚玉颗粒协同增强的高强度电瓷的制备方法，具体是：
（1）将煅烧铝矾土、莫来石、高塑性粘土和长石按以下质量份数配料：
煅烧铝矾土：20份；
莫来石：20份；
高塑性粘土：35份；
长石：25份；
其中煅烧铝矾土、莫来石和长石均为平均粒径在10微米以下的粉料；
（2）将各原料混合后，加入与固体原料总质量相同的水，球磨4小时，得浆料；
（3）将浆料过筛、除铁，经压滤脱水后得泥饼；
（4）将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后用真空练泥机在绝对压力4.5kPa的条件下挤制为所需尺寸的电瓷湿坯，经旋压修坯和干燥后得生坯；
（5）将生坯置于隧道式窑炉内，在1260℃烧成，烧成时间为36小时；然后冷却，出窑得高强度电瓷产品。
经上述步骤得到的高强度电瓷产品，其电瓷材料的断裂韧性为4.6MPa·m1/2，抗弯强度为183MPa。

Claims (9)

1.一种高强度电瓷的制备方法，其特征是，具体工艺步骤为：
（1）将煅烧铝矾土、莫来石、高塑性粘土和长石按以下质量份数配料作为原料：
煅烧铝矾土：20~30份
莫来石：20~30份
高塑性粘土：20~35份
长石：15~25份
（2）将步骤（1）中所述原料混合后，加水，球磨，得浆料；
（3）将浆料过筛、除铁，经压滤脱水后得泥饼；
（4）将泥饼粗练后陈腐24小时以上，然后用真空练泥机挤制为所需尺寸的电瓷湿坯，经修坯和干燥后得生坯；
（5）将生坯置于抽屉式或隧道式窑炉内，在1260℃~1330℃烧成，烧成时间为24小时~48小时；然后冷却，出窑得高强度电瓷。
2.根据权利要求1所述高强度电瓷的制备方法，其特征是，步骤（1）中所述煅烧铝矾土中α-Al2O3的质量百分含量不低于85%。
3.根据权利要求1所述高强度电瓷的制备方法，其特征是，步骤（1）中所述高塑性粘土的塑性指数不低于5。
4.根据权利要求1所述高强度电瓷的制备方法，其特征是，步骤（1）中所述煅烧铝矾土、莫来石和长石均为平均粒径在10微米以下的粉料。
5.根据权利要求1所述高强度电瓷的制备方法，其特征是，步骤（2）中加水的质量与固体原料总质量相同。
6.根据权利要求1所述高强度电瓷的制备方法，其特征是，步骤（2）中球磨的时间为3小时~5小时。
7.根据权利要求1所述高强度电瓷的制备方法，其特征是，步骤（4）中用真空练泥机挤制时的绝对压力应小于5kPa。
8.根据权利要求1所述高强度电瓷的制备方法，其特征是，步骤（4）中所述修坯为旋压或数控修坯。
9.根据权利要求1-8之一所述高强度电瓷的制备方法，其特征是，步骤（5）中所述高强度电瓷的断裂韧性不低于4.5MPa·m1/2，抗弯强度不低于180MPa。
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