CN109887690A - 一种嵌套式绝缘套筒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种嵌套式绝缘套筒及其制备方法。所述嵌套式绝缘套筒由多层开口套筒相互嵌套组合而成，并使各相互嵌套的开口套筒的开口之间错位；所述各相互嵌套的开口套筒圆周表面之间固接。所述的开口套筒由基体于制备该基体内圆周表面和外圆周表面分制备有耐高温陶瓷涂层组成。所述嵌套式绝缘套筒的内径略大于待套接螺栓的外径。本发明所采用的多层嵌套结构形式，在外层套筒破损的情况下仍能阻断电流向内传导，增强了绝缘的可靠性，并且在900℃高温时仍具有200MPa的高强度。本发明还具有结构简单、制作方便和易于安装的特点。

Description

一种嵌套式绝缘套筒及其制备方法

技术领域

本发明涉及高温绝缘技术领域，高达900℃，具体一种用于螺栓连接结构的绝缘套筒及其制备方法。

背景技术

螺栓在工程实际中使用极其广泛，也有很多机械系统中对螺栓有着高强度、耐高温且绝缘的要求。对于高强度且耐高温的要求，一般通过改善螺栓的材质来实现；对于绝缘性要求，目前常用的方法有使用绝缘材料制作螺栓及在螺栓表面覆盖绝缘涂层两种。但当同时需要高强度、耐高温和良好绝缘性能要求时，往往难以找到符合要求的材质，而覆盖涂层的方法中，涂层强度较低，容易磨损或脱落，影响螺栓绝缘性能。

针对上述问题，中国专利CN103807268A“一种绝缘螺栓”通过螺栓本体和绝缘体的相互结合实现良好的绝缘性能，此种螺栓经济成本低且适用范围广，但不足之处在于其难以在高温环境下工作；中国专利CN201475994U“整体成型陶瓷耐磨套筒”通过陶瓷粘合剂将多个分段陶瓷套紧密粘合于基材外围，具有耐磨损的优点，但不足之处在于其脆性大，易碎。中国专利CN104404434A“一种金属材料表面的陶瓷涂层及其制备方法”采用等离子喷涂技术在金属材料表面形成一种厚且高致密陶瓷涂层，具有耐高温、耐腐蚀和绝缘性能优良等优点，但不足之处在于陶瓷涂层容易剥落。中国专利CN106977222A“一种短纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法”利用高粘度纤维分散剂实现优良力学性能，增强材料的韧性，但不足之处在于其技术要求较高，成本较高。美国专利US20140230566A1“BOLT SLEEVE”提供了一种螺栓套筒，采用塑料材质，可平衡待螺栓连接在一起的部件的公差，具有良好的绝缘性能，同时制作过程简单且成本低，但不足之处在于其难以耐高温。

发明内容：

为了克服现有技术中螺栓难以兼顾耐高温、高强度以及优良绝缘性能要求的不足，本发明提出一种嵌套式绝缘套筒及其制备方法。

所述嵌套式绝缘套筒由多层开口套筒相互嵌套组合而成，并使各相互嵌套的开口套筒的开口之间错位；所述各相互嵌套的开口套筒圆周表面之间固接。所述的开口套筒由基体于制备该基体内圆周表面和外圆周表面分制备有陶瓷涂层组成。所述嵌套式绝缘套筒的内径略大于待套接螺栓的外径。

相互嵌套时，由外及内，使第一层开口套筒的开口与第二层开口套筒的开口之间对称的分布在该嵌套式绝缘套筒的圆周上，使第三层开口套筒的开口与第四层开口套筒的开口之间亦对称的分布在该嵌套式绝缘套筒的圆周上，并使在所述嵌套式绝缘套筒圆周上相邻的开口套筒的开口之间的夹角为90°。以此类推，将多层开口套筒相互嵌套成为嵌套式绝缘套筒。

所述基体的厚度为1mm，所述陶瓷涂层的厚度为100μm。

所述各层开口套筒之间通过粘结剂固接。

本发明提出的制作所述嵌套式绝缘套筒的具体过程是：

步骤1，制作开口套筒基体：

根据嵌套的层数，将基材薄板切割为多块小薄板，并将各小薄板分别卷制成为筒状，并且各筒的圆周上均有一处开口，得到开口套筒基体。各所述开口套筒基体的内径与待套接螺栓的外径相同；所述各层开口套筒基体的外径由外及内依次减小1mm，并使位于最内层的开口套筒的内径略大于戴套接螺栓的外径。

步骤2，制备陶瓷涂层浆料：

将质量百分数分别为45％的二氧化硅、13％的氧化镁、14％的二氧化钛、15％的三氧化二铝、13％的氧化铍的陶瓷粉混合均匀，得到混合原料。在得到的混合原料中加入粘结剂并混合均匀；所述混合原料：粘结剂＝1:1，该比例为质量比。

得到加入有粘结剂的预混料。在所述预混料中加入纯度为80％的乙醇并搅拌混合至该预混料的粘度为12～14s，得到陶瓷涂层浆料。

步骤3，制备开口套筒：

挂桨：将得到得到开口套筒基体的内外表面清洗干净并晾干。将晾干后的开口套筒基体浸入陶瓷涂层浆料中，1min后取出竖直置于晾晒网上使多余浆料自然流下，使开口套筒表面涂层均匀。晾晒20min后完成开口套筒基体的挂桨。

将经过挂桨的各开口套筒基体分别置于120℃的温度下烘干2h后随炉冷却。得到多个内外表面均有陶瓷涂层的开口套筒。

步骤4，嵌套开口套筒：

在得到的位于最外层的开口套筒的内表面涂覆粘结剂；在位于最内层的开口套筒的外表面涂覆粘结剂；在位于中间的各开口套筒的内表面和外表面分别涂覆粘结剂。

将各层开口套筒按外径大小顺序嵌套，得到多层嵌套式绝缘套筒半成品。

步骤5，烧结：

所述烧结的过程包括预烧结和最终烧结

烧结前，将内模放置在所述多层嵌套式绝缘套筒半成品内；将外模套装在所述多层嵌套式绝缘套筒半成品的外圆周表面。所述内模的外圆周表面与所述多层嵌套式绝缘套筒半成品的内圆周表面之间间隙配合；所述外模的内圆周表面与所述多层嵌套式绝缘套筒半成品的外圆周表面之间间隙配合。

预烧结：在所述多层嵌套式绝缘套筒半成品的外圆周表面涂刷脱模剂。将安装有内模和外模的多层嵌套式绝缘套筒半成品置于烧结炉内进行预烧结；所述预烧结的烧结温度为200℃，烧结时间为1h；随炉冷却后取出内模。

最终烧结：将经过预烧结的所述多层嵌套式绝缘套筒半成品放回烧结炉，进行最终烧结。

最终烧结时，烧结炉的炉温为900℃，烧结时间为15～20min。随炉冷却至室温，得到多层嵌套式绝缘套筒。

本发明产生的有益效果如下：

1、本发明通过烧结在各层开口套筒基体的表面制备有陶瓷涂层。开口套筒基体的表面与陶瓷涂层紧密粘合，使制作的嵌套式绝缘套筒具有良好的绝缘性能，并且耐900℃高温。

2、本发明具有200MPa的高强度。

3、本发明采用多层嵌套的结构形式，在外层套筒破损的情况下仍能阻断电流向内传导，增强了绝缘的可靠性；

4、本发明可根据螺栓标准件的尺寸定制不同尺寸的绝缘套筒，其中螺栓的螺纹规格为M10～M64，且制作过程简单，易于安装。

附图说明

图1为本发明与螺栓的配合示意图；

图2为开口套筒的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为本发明的结构示意图；

图5为图5的侧视图；

图6为嵌套式套筒与模具的配合示意图；

图7为图6的侧视图；

图8为图6的剖视图。

其中1.螺栓；2.嵌套式绝缘套筒；3.第一螺栓所紧固部件；4.第二螺栓所紧固部件；6.陶瓷涂层；7.耐高温合金基材；8.开口套筒；9.外模；10.脱模剂；11.内模。

具体实施方式

本实施例是一种用于螺栓连接结构的嵌套式绝缘套筒。

所述螺栓1为GB/T5782 M30×120标准螺栓。通过该螺栓紧固连接两个厚度均为25mm的第一螺栓所紧固部件3和第二螺栓所紧固部件4，要求该螺栓1与其所紧固的部件之间相互绝缘。

所述嵌套式绝缘套筒由多层开口套筒8相互嵌套组合而成，并使各相互嵌套的开口套筒的开口之间错位；所述各相互嵌套的开口套筒圆周表面之间固接。所述嵌套式绝缘套筒的内径略大于待套接螺栓的外径。

相互嵌套时，由外及内，使第一层开口套筒的开口与第二层开口套筒的开口之间对称的分布在该嵌套式绝缘套筒的圆周上，使第三层开口套筒的开口与第四层开口套筒的开口之间亦对称的分布在该嵌套式绝缘套筒的圆周上，并使在所述嵌套式绝缘套筒圆周上相邻的开口套筒的开口之间的夹角为90°以此类推，将多层开口套筒相互嵌套成为嵌套式绝缘套筒。本实施例中，第一层开口套筒开口在该嵌套式绝缘套筒圆周上的位置与相邻的第三层开口套筒开口在该嵌套式绝缘套筒圆周上的位置和第四层开口套筒开口在该嵌套式绝缘套筒圆周上的位置之间均有90°的夹角；第四层开口套筒开口在该嵌套式绝缘套筒圆周上的位置与相邻的第三层开口套筒开口在该嵌套式绝缘套筒圆周上的位置和第四层开口套筒开口在该嵌套式绝缘套筒圆周上的位置之间亦均有90°的夹角。

所述的开口套筒8由基体7和制备在该基体7的内圆周表面与外圆周表面的陶瓷涂层6组成。所述基体7采用耐高温合金制成，本实施例中，基体7的厚度为1mm，所述陶瓷涂层的厚度为100μm。

本实施例中，所述嵌套式绝缘套筒由四层开口套筒8相互嵌套组合而成。

所述四层开口套筒之间通过粘结剂固接。

本实施例提出的制作所述用于螺栓连接结构的嵌套式绝缘套筒的具体过程是：

步骤1，制作开口套筒基体：

选取厚度为1mm的GH3128合金薄板为基材，将该基材切割为小块薄板，并将各小块薄板分别通过卷圆机卷制成为筒状，并且各筒的圆周上均有一处开口，得到开口套筒基体。

本实施例中，所述嵌套式绝缘套筒由四层开口套筒组成，故制作四个开口套筒基体。制作开口套筒基体时，将GH3128合金薄板基材切割为50×90mm的小块薄板，取其中4块置于卷圆机中得到4个外径分别为31mm、32mm、33mm、34mm的开口套筒基体；其中位于最内层的开口套筒基体的内径略大于待套接螺栓的外径。

步骤2，制备陶瓷涂层浆料：

将质量百分数分别为45％的二氧化硅、13％的氧化镁、14％的二氧化钛、15％的三氧化二铝、13％的氧化铍的陶瓷粉混合均匀，得到混合原料。在得到的混合原料中加入粘结剂并混合均匀；所述混合原料：粘结剂＝1:1，该比例为质量比。

得到加入有粘结剂的预混料。在所述预混料中加入纯度为80％的乙醇并搅拌混合至该预混料的粘度为12～14s，得到陶瓷涂层浆料。

步骤3，制备开口套筒：

挂桨：将得到得到开口套筒基体的内外表面清洗干净并晾干。将晾干后的开口套筒基体浸入陶瓷涂层浆料中，1min后取出竖直置于晾晒网上使多余浆料自然流下，使开口套筒表面涂层均匀。晾晒20min后完成开口套筒基体的挂桨。

将经过挂桨的各开口套筒基体分别置于120℃的温度下烘干2h后随炉冷却。得到多个内外表面均有陶瓷涂层6的开口套筒。

步骤4，嵌套开口套筒：

在得到的位于最外层的开口套筒的内表面涂覆粘结剂；在位于最内层的开口套筒的外表面涂覆粘结剂；在位于中间的各开口套筒的内表面和外表面分别涂覆粘结剂。

将各层开口套筒按外径大小顺序嵌套，得到多层嵌套式绝缘套筒半成品。

本实施例中，由外及内，各开口套筒的嵌套顺序依次为外径34mm、33mm、32mm、31mm。

步骤5，烧结：

所述烧结的过程包括预烧结和最终烧结。

烧结前，在得到的多层嵌套式绝缘套筒半成品内部放置直径略小于31mm的内模11，使二者之间间隙配合；所述内模是采用硅橡胶制成的圆柱体。

在所述多层嵌套式绝缘套筒半成品的外圆周表面涂刷脱模剂10。

在该多层嵌套式绝缘套筒半成品的外圆周表面套装石墨制成的外模9；所述外模的内圆周表面与该多层嵌套式绝缘套筒半成品内圆周表面之间间隙配合。

预烧结：将安装有内模和外模的多层嵌套式绝缘套筒半成品置于烧结炉内进行预烧结。所述的预烧结温度为200℃，烧结时间为1h。烧结结束后随炉冷却。取出经过预烧结的多层嵌套式绝缘套筒半成品中的内模。

最终烧结：将该多层嵌套式绝缘套筒半成品放回烧结炉，进行最终烧结。最终烧结时，将烧结炉内温度升至900℃，烧结15～20min。随炉冷却至室温，得到烧结的多层嵌套式绝缘套筒。

本实施例中，最终烧结的时间为18min。

Claims (6)

1.一种嵌套式绝缘套筒，其特征在于，所述嵌套式绝缘套筒由多层开口套筒相互嵌套组合而成，并使各相互嵌套的开口套筒的开口之间错位；所述各相互嵌套的开口套筒圆周表面之间固接；所述的开口套筒由基体于制备该基体内圆周表面和外圆周表面分制备有耐高温陶瓷涂层组成；所述嵌套式绝缘套筒的内径略大于待套接螺栓的外径。

2.如权利要求1所述嵌套式绝缘套筒，其特征在于，相互嵌套时，由外及内，使第一层开口套筒的开口与第二层开口套筒的开口之间对称的分布在该嵌套式绝缘套筒的圆周上，使第三层开口套筒的开口与第四层开口套筒的开口之间亦对称的分布在该嵌套式绝缘套筒的圆周上，并使在所述嵌套式绝缘套筒圆周上相邻的开口套筒的开口之间的夹角为90°；以此类推，将多层开口套筒相互嵌套成为嵌套式绝缘套筒。

3.如权利要求1所述嵌套式绝缘套筒，其特征在于，所述基体的厚度为0.8～1mm，所述耐高温陶瓷涂层的厚度为50～100μm。

4.如权利要求1所述嵌套式绝缘套筒，其特征在于，所述各层开口套筒之间通过粘结剂固接。

5.一种制作权利要求1所述嵌套式绝缘套筒的方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，制作开口套筒基体：

根据嵌套的层数，将基材薄板切割为多块小薄板，并将各小薄板分别卷制成为筒状，并且各筒的圆周上均有一处开口，得到开口套筒基体；各所述开口套筒基体的内径与待套接螺栓的外径相同；所述各层开口套筒基体的外径由外及内依次减小1mm，并使位于最内层的开口套筒的内径略大于待套接螺栓的外径；

步骤2，制备陶瓷涂层浆料：

将质量百分数分别为45％的二氧化硅、13％的氧化镁、14％的二氧化钛、15％的三氧化二铝、13％的氧化铍的陶瓷粉混合均匀，得到混合原料；在得到的混合原料中加入粘结剂并混合均匀；所述混合原料：粘结剂＝1:1，该比例为质量比；

得到加入有粘结剂的预混料；在所述预混料中加入纯度为80％的乙醇并搅拌混合至该预混料的粘度为12～14s，得到陶瓷涂层浆料；

步骤3，制备开口套筒：

挂桨：将得到得到开口套筒基体的内外表面清洗干净并晾干；将晾干后的开口套筒基体浸入陶瓷涂层浆料中，1min后取出竖直置于晾晒网上使多余浆料自然流下，使开口套筒表面涂层均匀；晾晒20min后完成开口套筒基体的挂桨；

将经过挂桨的各开口套筒基体分别置于120℃的温度下烘干2h后随炉冷却；得到多个内外表面均有陶瓷涂层的开口套筒；

步骤4，嵌套开口套筒：

在得到的位于最外层的开口套筒的内表面涂覆粘结剂；在位于最内层的开口套筒的外表面涂覆粘结剂；在位于中间的各开口套筒的内表面和外表面分别涂覆粘结剂；

将各层开口套筒按外径大小顺序嵌套，得到多层嵌套式绝缘套筒半成品；

步骤5，烧结：

所述烧结的过程包括预烧结和最终烧结；

烧结前，将内模放置在所述多层嵌套式绝缘套筒半成品内；将外模套装在所述多层嵌套式绝缘套筒半成品的外圆周表面；

预烧结：将安装有内模和外模的多层嵌套式绝缘套筒半成品置于烧结炉内进行预烧结；所述预烧结的烧结温度为200℃，烧结时间为1h；随炉冷却后取出内模；

最终烧结：将经过预烧结的多层嵌套式绝缘套筒半成品放回烧结炉，进行最终烧结；

最终烧结时，烧结炉的炉温为900℃，烧结时间为15～20min；随炉冷却至室温，得到多层嵌套式绝缘套筒。

6.如权利要求5所述制作嵌套式绝缘套筒的方法，其特征在于，所述内模的外圆周表面与所述多层嵌套式绝缘套筒半成品的内圆周表面之间间隙配合；所述外模的内圆周表面与所述多层嵌套式绝缘套筒半成品的外圆周表面之间间隙配合。