CN108484099A - 一种棒形特种陶瓷电瓷配方 - Google Patents

一种棒形特种陶瓷电瓷配方 Download PDF

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Abstract

本发明申请属于电瓷技术领域，具体公开了一种棒形特种陶瓷电瓷配方，包括以下质量份数的原料：东胜土28～35份，泾阳土18～25份、铝矾土18～22份和宜春石英粉28～32份。该棒形特种陶瓷电瓷的制备方法包括以下步骤：(1)原料配比、(2)球磨、(3)四级过筛除铁、(4)压滤、(5)粗练和陈腐、(6)真空练泥、(7)削头和堵头、(8)成型和干燥、(9)上釉和烧成、(10)胶装、(11)养护。使用本技术方案得到的棒形特种陶瓷电瓷成本低，性价比较高，能够更好的满足市场需求。

Description

一种棒形特种陶瓷电瓷配方
技术领域
本发明属于电瓷技术领域，具体公开了一种棒形特种陶瓷电瓷配方。
背景技术
特种陶瓷电瓷主要由黏土、长石、石英或铝氧原料等铝硅酸盐混合配制，经过加工成一定形状，在较高温度下烧成得到无机绝缘材料，是应用于电力系统中主要起支持和绝缘作用的部件，有时兼做其它电气部件的容器。电瓷需要拥有良好的电气特性、耐环境性能(冷热、抗污秽和老化等)、绝缘能力和机械性能，以保证其在运行过程中的安全。
其中，良好的机械强度一直是电瓷生产追求的最重要性能，电瓷只有具有良好的机械强度，才能保证其在长期的机械载荷(抗拉、抗弯、抗扭和耐内压)作用下稳定可靠地工作。并且，较高强度的电瓷材料，在同等电压等级的条件下，可以缩小悬式绝缘子杆体的直径或壁厚，提高材料的使用率并降低产品的成本。
现有技术中的70KN及以上的中高强度棒形电瓷配方为钟祥土15份、铝矾土36份、硬质土4份、江津土20份、福建长石15份、永川土10份。上述配方中的铝矾土用量较大，由于铝矾土是制造金属铝及氧化铝等铝系材料的矿物，工业用量极大。随着铝矾土的日渐消耗，铝矾土的价格也随着铝矾土资源的减少而逐渐增加，从而导致上述中高强度配方目前的市场成本价为1200-1500元/吨，整个配方成本高，性价比较低。因此，如何在满足干燥弯曲强度、瓷弯曲强度和上釉弯曲强度的前提下，探索出成本低、性价比高的中高强度棒形特种陶瓷电瓷配方显得越来越重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种棒形特种陶瓷电瓷配方，以解决棒形特种陶瓷电瓷成本较高、性价比较低的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：
一种棒形特种陶瓷电瓷配方，包括以下质量份数的原料：东胜土28～35份，泾阳土18～25份、铝矾土18～22份和宜春石英粉28～32份。
本基础方案的工作原理与有益效果在于：
(1)本发明所采用的东胜土是一种高可塑性粘土，东胜土的结合力为5.0MPa，工艺性能佳，使用后能使干坯具有较高的干燥弯曲强度和可塑性，能提高配方整体的工艺性能，对提高坯体的干燥弯曲强度起决定性作用；
(2)本发明采用泾阳土替代现有棒形特种陶瓷电瓷配方中的钾长石不但解决了坯料溶剂问题，还解决了坯料中云母片较多的问题，另外，采用泾阳土作为主要溶剂原料，能够使配方具有较好的电性能，泾阳土的Al2O3含量较高，能够极大的提高瓷弯曲强度和热稳定性；
(3)铝矾土主要用于提高坯料的强度和机电性能，坯料的强度和机电性能随着铝矾土用量的增加而增强，但是铝矾土目前市价2000元/吨左右，宜春石英粉目前市价500元/吨，等量的铝矾土与宜春石英粉相比，铝矾土的强度是宜春石英粉的2倍以下，所以随着铝矾土投入量的增加，整个电瓷配方的成本也在直线上升，导致现有的中高强度棒形电瓷性价比随着其强度的增加，性价比越来越低；
(4)宜春石英粉是一种理化性能稳定、波动范围小、纯度较高的优质电瓷原料，目前被广泛用于釉料和应用于强度在160KN以下的中强度电瓷配方，用于提高坯料的强度，但是宜春石英粉却不曾应用于160KN及以上强度的中高强度电瓷配方，主要是长期工业试验发现，坯料的强度并不能随着宜春石英粉量的逐渐增加而增加，而本瓷配方通过宜春石英粉与铝矾土的特殊配比结合，有效的保证了坯料具有足够强度骨架的同时，降低了配方的成本；另外，宜春石英粉在本配方中还起到降低瓷体收缩，减少收缩应力的作用，从而减少产品因收缩应力过大而出现开裂的情况发生；宜春石英粉是一种天然的超细粉状料，通过球磨机能够十分容易达到细度在250目以下的要求，与通过球磨机长时间研磨得到符合细度要求的电瓷原料相比，由于宜春石英粉未经过较长时间的研磨，仍保证较天然的状态，能够在坯料成型时具有更佳的工艺性能；另外，球磨机对原料的研磨时间较现有的中高强度棒形电瓷原料的研磨时间明显缩短，耗电量降低，进一步降低电瓷生产成本；
(5)本电瓷配方的市价只需900元/吨左右，由于宜春石英粉价廉易得，所以本电瓷配方与现有技术中同等强度的电瓷配方相比，本电瓷配方的性价比较高；
(6)本配方制得的棒形特种陶瓷电瓷的主要性能均达到配方性能的设计要求，其中，干燥弯曲强度为5.2MPa及以上，瓷弯曲强度为156MPa及以上，上釉弯曲强度为181MPa及以上，烧成温度范围也满足窑炉要求；
(7)本配方只采用四种原料，极大的简化了棒形特种陶瓷电瓷的生产工艺。
进一步，各组分及重量组分比为：东胜土30份，泾阳土23份、铝矾土21份和宜春石英粉32份。申请人发现配方为上述质量份数时，生产得到的电瓷具有最佳的综合性能。
进一步，所述宜春石英粉的颗粒范围是10-30um。申请人发现宜春石英粉的颗粒范围是10-30um时，电瓷生产的球磨时间最短，球磨机的耗电量最小，电瓷生产成本最低。
本发明还提供一种棒形特种陶瓷电瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料配比，准备以下质量份数的原料，东胜土28～35份，泾阳土18～25份、铝矾土18～22份和宜春石英粉28～32份；
(2)球磨，对原料进行研磨，球磨机中原料：球：水＝1:1.3-1.5:1-1.3；球磨后原料的细度控制在250目，筛余量控制在0.1-0.5％；
(3)四级过筛除铁，除去泥浆中的铁；
(4)压滤，压滤前对入榨泥浆进行搅拌，入榨泥浆水分控制在58-68％；压滤压力前30分钟为0.3-0.5MPa，然后逐渐升至0.8-1.2MPa，最高不超过1.5MPa(4-10月)/1.6MPa(11-3月)；压滤得到泥饼，泥饼水分基本均匀，软硬水份差≤3％；
(5)粗练和陈腐；
(6)真空练泥，相对真空度不低于当地标准大气压的95％(环境温度高于30℃时，相对真空度不低于当地标准大气压的94％)；
(7)削头和堵头；
(8)成型和干燥，控制毛坯成型水分：4-10月：20-22％；11-3月：19-21％；控制光坯成型水分：4-10月：18.5-20.5％；11-3月：18-19.5％；
(9)上釉和烧成，烧成入窑水分≤3.8％，当水分超出规定值，在温度为90-140℃内预热；
(10)胶装；
(11)养护，养护过程中洒水进行保湿养护。
本基础方案的有益效果在于：
因中高强度的棒形特种陶瓷电瓷具有其特异性，所以其制备方法与生产普通电瓷的制备方法存在差异，棒形特种陶瓷电瓷对一些生产指标有严格的要求。
其中真空练泥是泥料通过真空练泥机，经破碎、搅拌、运输后，排出泥料中的空气，破坏泥料的定向结构，使泥料颗粒紧紧的靠在一起的过程，是电瓷制备过程中的最重要的工序之一，主要为了提高泥料的致密度，而泥料的致密度直接决定了电瓷的强度。采用本制备方法中的真空练泥工序，得到的泥料的致密度较佳。
进一步，球磨后，细度为60～30um的颗粒占有2-3％，30～20um的颗粒占有6-7％，20～10um的颗粒占有22-23％，10～5um的颗粒占15-16％，5～2um的颗粒占14-15％，2～1um的颗粒占6-7％，其余小于1um的颗粒29-35％。球磨后的颗粒细度过小，容易导致电瓷开裂，颗粒细度过大又会导致整个电瓷的强度下降，通过控制球磨后的颗粒范围，使大于65um的颗粒所占比例控制在0.1-0.5％，使之具有良好的颗粒级配，从而使泥料颗粒紧密堆积，如此得到的电瓷强度最佳。
具体实施方式
下面对选用的原料进行了说明，并通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
1.宜春石英粉：产于江西宜春银峰矿业有限公司。
(1)外观质量
烧前：呈灰白色或灰黄色粉末。
烧后：呈白色或黄白色粉末，含有少量黑色杂质。
(2)化学分析
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失量
％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％
98.90 - 0.10 - - - 0.15 - -
(3)细度
宜春石英粉是一种天然的超细粉状料。
(4)机械铁含量
宜春石英粉是一种细度不用加工的原料，其机械铁含量极低，在0.001％左右。
2.东胜土：产于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗。
(1)外观质量
烧前：呈灰色/灰黑色块状，含有少量黄色/炭黑色块状，质软，细腻，有滑感。
烧后：呈灰/灰白色块状，表面有少量黄黑色斑点，断面呈灰黑色、灰色或灰白色块状并有少量黄黑斑点，未烧结。
(2)化学分析
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失量
％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％
61.90 22.40 1.53 1.20 0.56 0.30 1.58 0.29 10.60
(3)水化率
东胜土是一种高水化率的粘土，通过历年来的测试总结，其平均水化率在96％左右，水化率最小的也在94％以上。
(4)结合力
东胜土是高可塑性粘土，其结合力平均在5.0MPa左右，对提高坯体的干燥弯曲强度起决定性作用。
3.泾阳土：产于陕西省泾阳县。
(1)外观质量
烧前：呈灰白色-浅黄白色粉状。
烧后：呈灰白色结块，其表面及断面分布有少量黄黑斑点，已烧结。
(2)化学分析
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失量
％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％
39.00 40.00 1.00 1.20 0.50 0.50 8.50 0.50 6.20
(3)细度
泾阳土是加工成粉状的原料，其≥0.28mm的颗粒为4％左右。
(4)机械铁含量
泾阳土其机械铁较低，在0.005％左右。
4.铝矾土：产于河南省巩义县小关镇凯源超细粉加工厂。
(1)外观质量
烧前：呈灰白色或浅黄白色粉末。
烧后：呈浅黄色块状物。
(2)化学分析
SiO2 AI2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失量
％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％
8.20 85.50 1.29 3.80 0.65 0.57 - - 0.17
(3)细度
铝矾土是加工成粉状的超细原料，其≥0.063mm的颗粒为4.9％左右。
(4)机械铁含量
铝矾土的机械铁含量较低，在0.008％左右。
(5)真密度
该普通料铝矾土的真密度为3.55g/cm3。
实施例1
本实施例公开了一种棒形特种陶瓷电瓷配方，包括以下质量份数的原料：东胜土28份，泾阳土18份、铝矾土18份和宜春石英粉28份。
该棒形特种陶瓷电瓷包括以下化学成分：
本实施例还提供了制备上述的一种棒形特种陶瓷电瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料配比：准备以下质量份数的原料，东胜土30份，泾阳土23份、铝矾土21份和宜春石英粉32份；本实施例优选的宜春石英粉的颗粒范围是10-30um；
(2)球磨，使用球磨机对原料进行研磨，球磨机中原料：球：水＝1:1.3-1.5:1-1.3；球磨后原料的细度控制在250目，筛余量控制在0.1-0.5％；
(3)四级过筛除铁，采用电磁铁除去泥浆中的铁；
(4)压滤，压滤前对入榨泥浆进行搅拌，若停止一段时间后重新使用需搅拌时间如下：
入榨泥浆水分控制在58-68％；细度：过250目筛，筛余：0.1-0.5％，压滤压力前30分钟为0.3-0.5MPa，然后逐渐升至0.8-1.2MPa，最高不超过1.5MPa(4-10月)/1.6MPa(11-3月)；压滤得到泥饼，泥饼水分基本均匀，软硬水份差≤3％；
(5)粗练和陈腐；
(6)真空练泥；挤制泥段水分：4-10月：20.5-22.5％；11-3月：19.5-21.5％；
真空度：相对真空度不低于当地标准大气压的95％(环境温度高于30℃时，相对真空度不低于当地标准大气压的94％)。出泥温度不超过40℃，泥段温升不超过10℃；
(7)削头和堵头；
(8)成型和干燥，毛坯成型水分：4-10月：20-22％；11-3月：19-21％；光坯成型水分：4-10月：18.5-20.5％；11-3月：18-19.5％；
(9)上釉和烧成，烧成入窑水分≤3.8％，当水分超出规定值，在温度为90-140℃内预热；
(10)胶装；
(11)养护，养护过程中洒水进行保湿养护。
采用上述制备方法制得的坯料干燥性能为：
测试项目 测试项目 备注
液限(％) 31.3 -
塑限(％) 15.3 -
可塑性指数(％) 16.0 -
可塑性指标(kg.cm) 8.5 -
干燥线收缩率(％) 6.56 成型水分为20.84％
干燥孔隙率(％) 31.52 -
干燥体收缩率(％) 8.456 试样水分为18.1％
干燥体比重(g/cm3) 1.86 -
干燥弯曲强度(MPa) 5.22 -
吸湿弯曲强度(MPa) 1.9 -
采用上述制备方法制得的坯料的烧成性能为：
测试项目 测试项目
烧成温度范围(℃) 1210～1270
烧成线收缩率(％) 8.57
总线收缩率(％) 14.57
烧成体收缩率(％) 28.05
总体收缩率(％) 31.07
瓷体比重(g/cm3) 2.42
吸水率(％) 0.000
采用上述制备方法制得的坯料的机械性能为：
实施例2
本实施例公开了一种棒形特种陶瓷电瓷配方，包括以下质量份数的原料：东胜土30份，泾阳土23份、铝矾土21份和宜春石英粉32份。本实施例的制备方法与实施例1相同。
该棒形特种陶瓷电瓷包括以下化学成分：
制得的坯料的干燥性能为：
测试项目 测试项目 备注
液限(％) 31.5 -
塑限(％) 15.3 -
可塑性指数(％) 15.8 -
可塑性指标(kg.cm) 8.3 -
干燥线收缩率(％) 6.60 成型水分为20.84％
干燥孔隙率(％) 31.60 -
干燥体收缩率(％) 8.64 试样水分为18.1％
干燥体比重(g/cm3) 1.94 -
干燥弯曲强度(MPa) 5.3 -
吸湿弯曲强度(MPa) 2.1 -
制得的坯料烧成性能为：
测试项目 测试项目
烧成温度范围(℃) 1210～1270
烧成线收缩率(％) 8.56
总线收缩率(％) 14.45
烧成体收缩率(％) 28.10
总体收缩率(％) 31.14
瓷体比重(g/cm3) 2.48
吸水率(％) 0.000
制得的坯料机械性能为：
实施例3
本实施例公开了一种棒形特种陶瓷电瓷配方，包括以下质量份数的原料：东胜土35份，泾阳土25份、铝矾土22份和宜春石英粉32份。本实施例的制备方法与实施例1相同。
该棒形特种陶瓷电瓷包括以下化学成分：
制得的坯料的干燥性能为：
测试项目 测试项目 备注
液限(％) 31.2 -
塑限(％) 15.5 -
可塑性指数(％) 16.0 -
可塑性指标(kg.cm) 8.38 -
干燥线收缩率(％) 6.89 成型水分为20.82％
干燥孔隙率(％) 31.48 -
干燥体收缩率(％) 8.64 试样水分为18.1％
干燥体比重(g/cm3) 1.88 -
干燥弯曲强度(MPa) 5.25 -
吸湿弯曲强度(MPa) 1.7 -
制得的坯料的烧成性能为：
测试项目 测试项目
烧成温度范围(℃) 1210～1270
烧成线收缩率(％) 8.49
总线收缩率(％) 14.47
烧成体收缩率(％) 28.01
总体收缩率(％) 31.07
瓷体比重(g/cm3) 2.39
吸水率(％) 0.000
制得的坯料的机械性能为：
对比例
现有同等强度的棒形特种陶瓷电瓷配方为：钟祥土15份、铝矾土36份、硬质土4份、江津土20份、福建长石15份、永川土10份。
该电瓷包括以下化学成分：
制得的坯料干燥性能为:
测试项目 测试项目 备注
液限(％) 31 -
塑限(％) 15.2 -
可塑性指数(％) 15.8 -
可塑性指标(kg.cm) 8.4 -
干燥线收缩率(％) 6.8 成型水分为20.01％
干燥孔隙率(％) 32.02 -
干燥体收缩率(％) 8.6 试样水分为18.5％
干燥体比重(g/cm3) 1.92 -
干燥弯曲强度(MPa) 4.25 -
吸湿弯曲强度(MPa) 1.4 -
制得的坯料烧成性能为:
测试项目 测试项目
烧成温度范围(℃) 1210～1270
烧成线收缩率(％) 8.62
总线收缩率(％) 14.81
烧成体收缩率(％) 28.12
总体收缩率(％) 31.26
瓷体比重(g/cm3) 2.51
吸水率(％) 0.000
制得的坯料机械性能为：
通过将实施例1-3与对比例比较可以明显得出，采用本发明配方及其制备方法得到的电瓷的干燥弯曲强度强度、瓷弯曲强度和上釉弯曲强度均要明显强于现有同等强度的棒形电瓷。另外，本发明配方得到的电瓷可塑性、渗透性均较佳，并且本发明配方在成型与烧成过程中的电瓷收缩更小，不易开裂，产品的合格率更高。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (5)

1.一种棒形特种陶瓷电瓷配方，其特征在于，包括以下质量份数的原料：东胜土28～35份，泾阳土18～25份、铝矾土18～22份和宜春石英粉28～32份。
2.如权利要求1所述的一种棒形特种陶瓷电瓷配方，其特征在于，各组分及重量组分比为：东胜土30份，泾阳土23份、铝矾土21份和宜春石英粉32份。
3.如权利要求1所述的一种棒形特种陶瓷电瓷配方，其特征在于，所述宜春石英粉的颗粒范围是10-30um。
4.一种棒形特种陶瓷电瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)原料配比，准备以下质量份数的原料，东胜土28～35份，泾阳土18～25份、铝矾土18～22份和宜春石英粉28～32份；
(2)球磨，对原料进行研磨，球磨机中原料：球：水＝1:1.3-1.5:1-1.3；球磨后原料的细度控制在250目，筛余量控制在0.1-0.5％；
(3)四级过筛除铁，除去泥浆中的铁；
(4)压滤，压滤前对入榨泥浆进行搅拌，入榨泥浆水分控制在58-68％；压滤压力前30分钟为0.3-0.5MPa，然后逐渐升至0.8-1.2MPa，最高不超过1.5MPa(4-10月)/1.6MPa(11-3月)；压滤得到泥饼，泥饼水分基本均匀，软硬水份差≤3％；
(5)粗练和陈腐；
(6)真空练泥，相对真空度不低于当地标准大气压的95％(环境温度高于30℃时，相对真空度不低于当地标准大气压的94％)；
(7)削头和堵头；
(8)成型和干燥，控制毛坯成型水分：4-10月：20-22％；11-3月：19-21％；控制光坯成型水分：4-10月：18.5-20.5％；11-3月：18-19.5％；
(9)上釉和烧成，烧成入窑水分≤3.8％，当水分超出规定值，在温度为90-140℃内预热；
(10)胶装；
(11)养护，养护过程中洒水进行保湿养护。
5.如权利要求4所述的一种棒形特种陶瓷电瓷的制备方法，其特征在于：球磨后，细度为60～30um的颗粒占有2-3％，30～20um的颗粒占有6-7％，20～10um的颗粒占有22-23％，10～5um的颗粒占15-16％，5～2um的颗粒占14-15％，2～1um的颗粒占6-7％，其余小于1um的颗粒29-35％。
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