CN106205906A - 一种韧化玻璃绝缘子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种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6000kV/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150Mpa；U型缺口冲击强度不低于20J/cm²；透光率不低于98%；通过在本身就属韧化玻璃的铅玻璃基础上，添加了增加玻璃化学稳定性和透光率的氧化镧和氧化铋，又添加了增加玻璃耐酸碱性、提高透光率和提高防辐射能力的氧化锆和二氧化钛，在氮气保护下进行钢化最终制成；本发明的韧化玻璃绝缘子电气性能好、自身断裂韧性高、透光率高、综合机械性能好、使用寿命长、经济性好。

Description

一种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，尤其涉及一种韧化玻璃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，并没有添加韧化助剂，使该玻璃绝缘子韧性较低，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电气性能好、自身断裂韧性高、透光率高、综合机械性能好、使用寿命长、经济性好的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：一种韧化玻璃绝缘子，该绝缘子包括以下重量份的组分：二氧化硅70～80份、三氧化二硼8～10份、氧化铅25～30份、氧化镧3～5份、氧化铋1～2份、氧化锆3～5份、二氧化钛5～8份。

一种上述韧化玻璃绝缘子的制造方法，包括以下步骤：

1）原材料准备

①按二氧化硅70～80份、三氧化二硼8～10份、氧化铅25～30份、氧化镧3～5份、氧化铋1～2份、氧化锆3～5份、二氧化钛5～8份的要求准备玻璃本体的原材料；

②准备的工艺辅材包括：足量脱模剂、足量氮气；

③准备的工艺装备包括：底部中心设有螺钉状结构且内表面喷涂有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准备的二氧化硅、三氧化二硼、氧化铅、氧化镧、氧化铋、氧化锆、二氧化钛混合均匀，然后通入足量氮气（氮气的作用是防止空气中的气体如二氧化碳、水等对玻璃性能造成影响），再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，获得待用强化玻璃熔融流体；

3）绝缘子成型

①在金属模内表面喷涂足量脱模剂，通入足量氮气（氮气的作用是保证玻璃的纯净度）然后将金属模加热到650℃～700℃；

②步骤①完成后，将部分2）中步骤①获得的待用强化玻璃熔融流体注入金属模，至金属模填满为止，同时与金属模匹配的振动装置启动（振动装置的作用是防止了气泡和疏松的产生，另外使玻璃各方位各角度的各种性能均匀），持续5min-10min；

③步骤②完成后，以5bar～8bar的压力通入氮气，至金属模冷却至室温成型，脱模后获得绝缘子毛坯；

④采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤③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。

上述韧化玻璃绝缘子的性能：至少可抗雷电陡坡峰值6000kV/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150Mpa；U型缺口冲击强度不低于20J/cm²；透光率不低于98%。

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；由于玻璃绝缘子内添加了增加玻璃化学稳定性和透光率的氧化镧和氧化铋，又添加了增加玻璃耐酸碱性、提高透光率和提高防辐射能力的氧化锆和二氧化钛，又由于采用了钢化工艺，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，加之钢化玻璃零点自爆后不会自然剥落，仍保留基本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，铅玻璃本身介电性能很高，抗辐射能力强，透光率高，制成钢化玻璃后韧性较优良，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，也是本发明冲击强度高的一个重要原因，其冲击强度相较常规钢化玻璃提高了70%，相较瓷质绝缘子提高了180%；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；由于采用的都是广泛应用的材料及设备，因此本发明的经济性好，易于大规模工业化生产。

具体实施方式

实施例1：

一种韧化玻璃绝缘子，该绝缘子包括以下重量份的组分：二氧化硅70份、三氧化二硼8份、氧化铅25份、氧化镧3份、氧化铋1份、氧化锆3份、二氧化钛5份。

该韧化玻璃绝缘子的制造方法，包括以下步骤：

1）原材料准备

①按二氧化硅70份、三氧化二硼8份、氧化铅25份、氧化镧3份、氧化铋1份、氧化锆3份、二氧化钛5份的要求准备玻璃本体的原材料；

②准备的工艺辅材包括：足量脱模剂、足量氮气；

③准备的工艺装备包括：底部中心设有螺钉状结构且内表面喷涂有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准备的二氧化硅、三氧化二硼、氧化铅、氧化镧、氧化铋、氧化锆、二氧化钛混合均匀，然后通入足量氮气（氮气的作用是防止空气中的气体如二氧化碳、水等对玻璃性能造成影响），再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，获得待用强化玻璃熔融流体；

3）绝缘子成型

①在金属模内表面喷涂足量脱模剂，通入足量氮气（氮气的作用是保证玻璃的纯净度）然后将金属模加热到650℃；

②步骤①完成后，将部分2）中步骤①获得的待用强化玻璃熔融流体注入金属模，至金属模填满为止，同时与金属模匹配的振动装置启动（振动装置的作用是防止了气泡和疏松的产生，另外使玻璃各方位各角度的各种性能均匀），持续5min；

③步骤②完成后，以5bar的压力通入氮气，至金属模冷却至室温成型，脱模后获得绝缘子毛坯；

④采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤③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韧化玻璃绝缘子样品，可抗雷电陡坡峰值6900kV/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180Mpa；U型缺口冲击强度23J/cm²；透光率99.4%。

实施例2：

一种韧化玻璃绝缘子，该绝缘子包括以下重量份的组分：二氧化硅80份、三氧化二硼10份、氧化铅30份、氧化镧5份、氧化铋2份、氧化锆5份、二氧化钛8份。

该韧化玻璃绝缘子的制造方法，包括以下步骤：

1）原材料准备

①按二氧化硅80份、三氧化二硼10份、氧化铅30份、氧化镧5份、氧化铋2份、氧化锆5份、二氧化钛8份的要求准备玻璃本体的原材料；

②准备的工艺辅材包括：足量脱模剂、足量氮气；

③准备的工艺装备包括：底部中心设有螺钉状结构且内表面喷涂有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准备的二氧化硅、三氧化二硼、氧化铅、氧化镧、氧化铋、氧化锆、二氧化钛混合均匀，然后通入足量氮气（氮气的作用是防止空气中的气体如二氧化碳、水等对玻璃性能造成影响），再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，获得待用强化玻璃熔融流体；

3）绝缘子成型

①在金属模内表面喷涂足量脱模剂，通入足量氮气（氮气的作用是保证玻璃的纯净度）然后将金属模加热到700℃；

②步骤①完成后，将部分2）中步骤①获得的待用强化玻璃熔融流体注入金属模，至金属模填满为止，同时与金属模匹配的振动装置启动（振动装置的作用是防止了气泡和疏松的产生，另外使玻璃各方位各角度的各种性能均匀），持续10min；

③步骤②完成后，以8bar的压力通入氮气，至金属模冷却至室温成型，脱模后获得绝缘子毛坯；

④采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤③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韧化玻璃绝缘子样品，可抗雷电陡坡峰值7100kV/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210Mpa；U型缺口冲击强度25J/cm²；透光率99.1%。

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)

1.一种韧化玻璃绝缘子，其特征在于：该绝缘子包括以下重量份的组分：二氧化硅70～80份、三氧化二硼8～10份、氧化铅25～30份、氧化镧3～5份、氧化铋1～2份、氧化锆3～5份、二氧化钛5～8份。

2.一种根据权利要求1所述的韧化玻璃绝缘子的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1）原材料准备

①按权利要求1所述准备玻璃本体的原材料；

②准备的工艺辅材包括：足量脱模剂、足量氮气；

③准备的工艺装备包括：底部中心设有螺钉状结构且内表面喷涂有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准备的二氧化硅、三氧化二硼、氧化铅、氧化镧、氧化铋、氧化锆、二氧化钛混合均匀，然后通入足量氮气，再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，获得待用强化玻璃熔融流体；

3）绝缘子成型

①在金属模内表面喷涂足量脱模剂，通入足量氮气，然后将金属模加热到650℃～700℃；

②步骤①完成后，将部分2）中步骤①获得的待用强化玻璃熔融流体注入金属模，至金属模填满为止，同时与金属模匹配的振动装置启动，持续5min-10min；

③步骤②完成后，以5bar～8bar的压力通入氮气，至金属模冷却至室温成型，脱模后获得绝缘子毛坯；

④采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤③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。