CN106098272B - 一种抗冲击韧化玻璃绝缘子及其制造方法 - Google Patents

一种抗冲击韧化玻璃绝缘子及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗冲击韧化玻璃绝缘子及其制造方法，该绝缘子至少可抗雷电陡坡峰值5000kV/s；可在标准载荷情况下承受‑50℃～50℃反复循环冲击；零度自爆后仍可支撑标准载荷；表面压应力不低于200Mpa；U型缺口冲击强度不低于10J/cm2；透光率不低于90%；其制造过程包括准备韧化玻璃的原材料及相应工艺辅材和工艺装备、玻璃体的强化冶炼、玻璃绝缘子的韧化铸造三个步骤；本发明的抗冲击韧化玻璃绝缘子抗冲击能力强、本体韧性好、综合机械性能好、使用寿命长、透光率高、电气性能优良。

Description

一种抗冲击韧化玻璃绝缘子及其制造方法
技术领域
本发明涉及电子元件领域，尤其涉及一种抗冲击陶瓷绝缘子及其制造方法。
背景技术
绝缘子是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用。
早年间绝缘子多用于电线杆，慢慢发展于高型高压电线连接塔的一端挂了很多盘状的绝缘体,它是为了增加爬电距离的,通常由玻璃或陶瓷制成,就叫绝缘子。绝缘子在架空输电线路中起着两个基本作用，即支撑导线和防止电流回地，这两个作用必须得到保证；同时，绝缘子应具有足够的电气绝缘强度、耐潮湿性能和耐高温性能。
在国内已申请的相关专利中，专利《一种玻璃绝缘子》（申请号：201210349297.3，公开日：2013～01～16），公开了一种稳定性好的玻璃绝缘子的成份配方，但由于是制粉后烧结，脆性较大且结合力较差，无法在零度自爆后仍保留基本的工作性能，而且由于粉体重融破坏了玻璃快速冷却带来的钢化效果和表面压应力，机械性能较差且使用寿命短（表面压应力能显著提高使用寿命），另一方面，并没有进行韧化及抗冲击处理，使该玻璃绝缘子易受物理冲击或冷热循环而损坏；专利《复合玻璃钢绝缘子》（申请号：201210470969.6，公开日：2014～06～04），公开了一种外套硅胶膜的玻璃绝缘子，但由于玻璃本体未进行强度改良处理，该绝缘子综合性能较差，该发明中优选的黑色硅胶膜由于透光率差，破坏了玻璃绝缘子相对于瓷质绝缘子最大的优势——缺陷可见，使得维护更换更为困难，即使绝缘子发生了零度自爆也不易发现和处理，另一方面，由于该发明并没有针对玻璃绝缘子本体进行电气性能改良，其电气性能较差。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种抗冲击能力强、本体韧性好、综合机械性能好、使用寿命长、透光率高、电气性能优良的抗冲击韧化玻璃绝缘子及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种抗冲击韧化玻璃绝缘子的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1）生产前准备
①玻璃本体原材料包括以下重量份的组分：二氧化硅70～80份、氧化钙8～10份、碳酸钠10～15份及氧化镁粉3～5份；
②功能辅材包括以下重量份的组分：直径0.05mm～0.1mm的不锈钢丝3～5份、磷粉1～2份、碳粉1～2份；
③工艺辅材包括：足量脱模剂、足量氮气；
④工艺装备包括：底部中心设有螺钉状结构的并在内表面喷涂有WC基耐磨涂层的金属模、与金属模匹配的振动装置；
2）玻璃的熔融与强化
①将1）中步骤①准备的玻璃本体原材料混合均匀，然后采用电熔窟进行熔融处理，熔融温度1300℃～1400℃，熔融时间为到达指定温度后保温30min～40min，获得原始玻璃熔融流体；
②步骤①完成后，通入足量氮气，再添加磷粉和碳粉，搅拌均匀，保温5min～10min，获得待用强化玻璃熔融流体；
3）绝缘子成型
①将不锈钢丝编织成与所需绝缘子外形相仿的旋转体网篮结构，该网篮的三维轮廓尺寸均在所需绝缘子三维轮廓尺寸基础上减少20mm～30mm；
②步骤①获得的旋转体网篮结构不锈钢丝放置于内表面涂抹了足量脱模剂的金属模中心，金属模内设的螺钉状结构穿过旋转体网篮结构不锈钢丝的轴线，获得预制金属模；
③通入足量氮气，将预制金属模加热至650℃～700℃，获得待用金属模；
④将2）中步骤②获得的待用强化玻璃熔融流体在氮气环境里缓慢注入步骤③获得的待用金属模；
⑤步骤④完成后与金属模匹配的振动装置启动，持续时间10min～15min，获得绝缘子液态毛坯；
⑥完成后以5bar～8bar的压力通入氮气，至绝缘子液态毛坯冷却至室温成型，脱模后获得绝缘子毛坯；
⑦采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤⑥获得的绝缘子毛坯进行振动去毛刺及抛光处理，即获得所需绝缘子。
一种根据上述制造方法所制造出的抗冲击韧化玻璃绝缘子，包括玻璃本体和不锈钢丝网篮，其中玻璃本体包括以下重量份的成分：二氧化硅70～80份、氧化钙8～10份、碳酸钠10～15份、氧化镁3～5份、磷1～2份、碳1～2份；不锈钢丝网篮由直径0.05mm～0.1mm的不锈钢丝制成，其三维轮廓尺寸比绝缘子三维轮廓尺寸少20mm～30mm。
根据上述制造方法所制造出的抗冲击韧化玻璃绝缘子，其至少可抗雷电陡坡峰值5000kV/s；可在标准载荷情况下承受-50℃～50℃反复循环冲击；零度自爆后仍可支撑标准载荷；表面压应力不低于200Mpa；U型缺口冲击强度不低于10J/cm2；透光率不低于90%。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：提了一种完整的玻璃配方及其强化成分，还有详细的工艺流程和强化方法，过程清晰、原理明确、易于实现；由于内置有强韧的旋转体网篮状不锈钢丝作为支撑、拉扯、受力传导，加上本发明的玻璃绝缘子采用了钢化工艺，玻璃绝缘子表层有很大压应力，可抵消部分外界冲击力，内部有很强张力，可抵抗外界部分冲击力，因此本玻璃绝缘子抗冲击能力强，由于钢丝还对玻璃绝缘子起有拉扯和固定的作用，加之钢化玻璃零点自爆后不会自然剥落，仍保留一定的结合力和机械强度，使得本玻璃绝缘子即使发生了零点自爆，也能持续完成基本功用，直至检修时透过透光率高的玻璃体直观看到裂纹后进行更换，使用方便；根据相关研究，铁-磷-碳系钢化玻璃韧性优良，本发明的玻璃绝缘子溶入了韧化元素后其本体韧性得到长足提高，另外，本发明在烧结过程中选择了最优工艺参数，本身绝缘子残余的热应力和组织应力都较低，在后期抛光处理中又加入了振动过程，使内应力均匀化，提升了整体性能的均匀性，降低了缺口敏感性，也是本发明冲击韧性高的一个重要原因,其冲击韧性是常规钢化玻璃的两倍以上，瓷质绝缘子的四倍以上；由于采用了钢化工艺（使流体状玻璃液快冷），本发明的玻璃绝缘子表层冷却时心部还未冷却，形成了自然而均匀的表面压应力层和心部的张应力，表层的压应力可以明显增加疲劳寿命，并在受外界冲击时抵消部分冲击力，心部的张应力也可能抵抗外界的冲击力，综合使用下，本发明的使用寿命长、综合机械性能好；由于强化精炼过程全在氮气保护下进行，没有杂质参与，且工艺成熟、本发明的方法在加工过程中热裂倾向低、微裂纹少，因此最终成品的透光率高、电气性能优良。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图中：玻璃本体1、不锈钢丝网篮2。
具体实施方式
实施例1：
一种抗冲击韧化玻璃绝缘子，包括玻璃本体1和不锈钢丝网篮2，其中玻璃本体1原材料包括：二氧化硅70份、氧化钙8份、碳酸钠10份、氧化镁3份、磷1份、碳1份；不锈钢丝网篮2由直径0.05mm的不锈钢丝制成，其三维轮廓尺寸比绝缘子三维轮廓尺寸少20mm。
上述抗冲击韧化玻璃绝缘子的制造方法包括以下步骤：
1）生产前准备
①玻璃本体1原材料包括以下重量份的组分：二氧化硅70份、氧化钙8份、碳酸钠10份及氧化镁粉3份；
②功能辅材包括以下重量份的组分：直径0.05mm的不锈钢丝3份、磷粉1份、碳粉1份；
③工艺辅材包括：足量脱模剂、足量氮气；
④工艺装备包括：底部中心设有螺钉状结构的并在内表面喷涂有WC基耐磨涂层的金属模、与金属模匹配的振动装置；
2）玻璃的熔融与强化
①将1）中步骤①准备的玻璃本体1原材料混合均匀，然后采用电熔窟进行熔融处理，熔融温度1300℃，熔融时间为到达指定温度后保温30min，获得原始玻璃熔融流体；
②步骤①完成后，通入足量氮气，再添加磷粉和碳粉，搅拌均匀，保温5min，获得待用强化玻璃熔融流体；
3）绝缘子成型
①将不锈钢丝编织成与所需绝缘子外形相仿的旋转体网篮结构，该网篮的三维轮廓尺寸均在所需绝缘子三维轮廓尺寸基础上减少20mm；
②步骤①获得的旋转体网篮结构不锈钢丝放置于内表面涂抹了足量脱模剂的金属模中心，金属模内设的螺钉状结构穿过旋转体网篮结构不锈钢丝的轴线，获得预制金属模；
③通入足量氮气，将预制金属模加热至650℃，获得待用金属模；
④将2）中步骤②获得的待用强化玻璃熔融流体在氮气环境里缓慢注入步骤③获得的待用金属模；
⑤步骤④完成后与金属模匹配的振动装置启动，持续时间10min，获得绝缘子液态毛坯；
⑥完成后以5bar的压力通入氮气，至绝缘子液态毛坯冷却至室温成型，脱模后获得绝缘子毛坯；
⑦采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤⑥获得的绝缘子毛坯进行振动去毛刺及抛光处理，即获得所需绝缘子。
按本实施例生产出的抗冲击韧化玻璃绝缘子样品，该绝缘子可抗雷电陡坡峰值6300kV/s；可在标准载荷情况下承受-50℃～50℃反复循环冲击；零度自爆后仍可支撑标准载荷；表面压应力270Mpa；U型缺口冲击强度13J/cm2；透光率93%。
实施例2：
一种抗冲击韧化玻璃绝缘子，包括玻璃本体1和不锈钢丝网篮2，其中玻璃本体1原材料包括：二氧化硅80份、氧化钙10份、碳酸钠15份、氧化镁5份、磷2份、碳2份；不锈钢丝网篮2由直径0.1mm的不锈钢丝制成，其三维轮廓尺寸比绝缘子三维轮廓尺寸少30mm。
上述抗冲击韧化玻璃绝缘子的制造方法包括以下步骤：
1）生产前准备
①玻璃本体1原材料包括以下重量份的组分：二氧化硅80份、氧化钙10份、碳酸钠15份及氧化镁粉5份；
②功能辅材包括以下重量份的组分：直径0.1mm的不锈钢丝5份、磷粉2份、碳粉2份；
③工艺辅材包括：足量脱模剂、足量氮气；
④工艺装备包括：底部中心设有螺钉状结构的并在内表面喷涂有WC基耐磨涂层的金属模、与金属模匹配的振动装置；
2）玻璃的熔融与强化
①将1）中步骤①准备的玻璃本体1原材料混合均匀，然后采用电熔窟进行熔融处理，熔融温度1400℃，熔融时间为到达指定温度后保温40min，获得原始玻璃熔融流体；
②步骤①完成后，通入足量氮气，再添加磷粉和碳粉，搅拌均匀，保温5min～10min，获得待用强化玻璃熔融流体；
3）绝缘子成型
①将不锈钢丝编织成与所需绝缘子外形相仿的旋转体网篮结构，该网篮的三维轮廓尺寸均在所需绝缘子三维轮廓尺寸基础上减少30mm；
②步骤①获得的旋转体网篮结构不锈钢丝放置于内表面涂抹了足量脱模剂的金属模中心，金属模内设的螺钉状结构穿过旋转体网篮结构不锈钢丝的轴线，获得预制金属模；
③通入足量氮气，将预制金属模加热至700℃，获得待用金属模；
④将2）中步骤②获得的待用强化玻璃熔融流体在氮气环境里缓慢注入步骤③获得的待用金属模；
⑤步骤④完成后与金属模匹配的振动装置启动，持续时间15min，获得绝缘子液态毛坯；
⑥完成后以8bar的压力通入氮气，至绝缘子液态毛坯冷却至室温成型，脱模后获得绝缘子毛坯；
⑦采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤⑥获得的绝缘子毛坯进行振动去毛刺及抛光处理，即获得所需绝缘子。
按本实施例生产出的抗冲击韧化玻璃绝缘子样品，该绝缘子可抗雷电陡坡峰值6500kV/s；可在标准载荷情况下承受-50℃～50℃反复循环冲击；零度自爆后仍可支撑标准载荷；表面压应力300Mpa；U型缺口冲击强度16J/cm2；透光率91%。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种抗冲击韧化玻璃绝缘子的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1）生产前准备
①玻璃本体(1)原材料包括以下重量份的组分：二氧化硅70～80份、氧化钙8～10份、碳酸钠10～15份及氧化镁粉3～5份；
②功能辅材包括以下重量份的组分：直径0.05mm～0.1mm的不锈钢丝3～5份、磷粉1～2份、碳粉1～2份；
③工艺辅材包括：足量脱模剂、足量氮气；
④工艺装备包括：底部中心设有螺钉状结构的并在内表面喷涂有WC基耐磨涂层的金属模、与金属模匹配的振动装置；
2）玻璃的熔融与强化
①将1）中步骤①准备的玻璃本体(1)原材料混合均匀，然后采用电熔窟进行熔融处理，熔融温度1300℃～1400℃，熔融时间为到达指定温度后保温30min～40min，获得原始玻璃熔融流体；
②步骤①完成后，通入足量氮气，再添加磷粉和碳粉，搅拌均匀，保温5min～10min，获得待用强化玻璃熔融流体；
3）绝缘子成型
①将不锈钢丝编织成与所需绝缘子外形相仿的旋转体网篮结构，该网篮的三维轮廓尺寸均在所需绝缘子三维轮廓尺寸基础上减少20mm～30mm；
②步骤①获得的旋转体网篮结构不锈钢丝放置于内表面涂抹了足量脱模剂的金属模中心，金属模内设的螺钉状结构穿过旋转体网篮结构不锈钢丝的轴线，获得预制金属模；
③通入足量氮气，将预制金属模加热至650℃～700℃，获得待用金属模；
④将2）中步骤②获得的待用强化玻璃熔融流体在氮气环境里缓慢注入步骤③获得的待用金属模；
⑤步骤④完成后与金属模匹配的振动装置启动，持续时间10min～15min，获得绝缘子液态毛坯；
⑥完成后以5bar～8bar的压力通入氮气，至绝缘子液态毛坯冷却至室温成型，脱模后获得绝缘子毛坯；
⑦采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤⑥获得的绝缘子毛坯进行振动去毛刺及抛光处理，即获得所需绝缘子。
2.一种根据权利要求1所述制造方法所制造出的抗冲击韧化玻璃绝缘子，其特征在于：该抗冲击韧化玻璃绝缘子包括玻璃本体(1)和不锈钢丝网篮(2)，其中玻璃本体(1)包括以下重量份的成分：二氧化硅70～80份、氧化钙8～10份、碳酸钠10～15份、氧化镁3～5份、磷1～2份、碳1～2份；不锈钢丝网篮(2)由直径0.05mm～0.1mm的不锈钢丝制成，其三维轮廓尺寸比绝缘子三维轮廓尺寸少20mm～30mm。
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