CN110590324A - 一种高强度电瓷用新型材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度电瓷用新型材料及其制备方法，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉5~15%，煅烧莫来石粉20~30%，高岭土及结合粘土20~30%，特级钾长石粉15~20%，助剂1~5%，将取得的煅烧莫来石采用球磨设备球磨成粉，过筛，选用淘洗的高岭土、特级钾长石，同样采用球磨设备球磨成粉，并过筛，将上述粉料及煅烧工业氧化铝粉混合，加入助剂得浆料，制成粉饼料，粗练后利用真空练泥机挤制为所需尺寸的电瓷坯料，将电瓷坯料放置在窑炉内采用氧化焰烧成24小时以上，冷却制得高强度电瓷用新型材料。本发明减少了瓷质中的结构缺陷，改善产品的瓷质结构和均匀性，提高了产品制造过程的合格率，确保了产品性能的稳定可靠，节约燃料成本。

Description

一种高强度电瓷用新型材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电瓷用新型材料，特别涉及一种高强度电瓷用新型材料及其制备方法。

背景技术

由于特高压输变电工程电压等级高、送电容量大、送电距离长，对运行可靠性的要求特别高。系统的高可靠性源于每一个设备或部件的高可靠性。对于电瓷产品，其质量和性能在很大程度上取决于原料配方。因此，高可靠性电瓷新材料的配方设计尤其重要。

目前国外主要采用煅烧工业氧化铝粉来生产高强度电瓷，粘土和长石等天然矿物原料也是经过淘洗处理的标准化原料，因此生产的产品具有较高的可靠性，但国内在相对较长的时间内还无法实现原料标准化。

现有技术生产绝缘子缺点一是还无法实现原料标准化，造成产品机械强度分散性大。二是全过程合格率不高，成本高。三是产品冷热性能不稳定，造成使用寿命缩短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度电瓷用新型材料及其制备方法，通过莫来石相与刚玉相的协同增强机制实现电瓷材料的高强度和高可靠性，减少瓷质中的结构缺陷，改善产品的瓷质结构和均匀性，提高了产品的可靠性，提高了产品制造过程的合格率，确保了产品性能的稳定可靠，节约燃料成本，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高强度电瓷用新型材料，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉5~15%，煅烧莫来石粉20~30%，高岭土及结合粘土20~30%，特级钾长石粉15~20%，助剂1~5%。

进一步地，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉5%，煅烧莫来石粉30%，高岭土及结合粘土30%，特级钾长石粉20%，助剂1%。

进一步地，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉10%，煅烧莫来石粉25%，高岭土及结合粘土25%，特级钾长石粉18%，助剂3%。

进一步地，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉15%，煅烧莫来石粉20%，高岭土及结合粘土20%，特级钾长石粉15%，助剂5%。

本发明提供另一种技术方案：一种高强度电瓷用新型材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将取得的煅烧莫来石采用球磨设备球磨成粉，过筛，选用淘洗的高岭土、特级钾长石，同样采用球磨设备球磨成粉，并过筛；

步骤2：将上述粉料及煅烧工业氧化铝粉混合，加入助剂得浆料，制成粉饼料；

步骤3：粗练后利用真空练泥机挤制为所需尺寸的电瓷坯料；

步骤4：将电瓷坯料放置在窑炉内采用氧化焰烧成24小时以上，冷却制得高强度电瓷用新型材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明高强度电瓷用新型材料及其制备方法，采用煅烧莫来石与煅烧工业氧化铝粉相结合的新型铝质高强度电瓷配方，充分利用莫来石资源，减少煅烧工业氧化铝的用量，通过莫来石相与刚玉相的协同增强机制实现电瓷材料的高强度和高可靠性。

2、本发明高强度电瓷用新型材料及其制备方法，采用淘洗的高岭土替代天然粘土矿物，减少配方中的铁杂质和游离石英含量，去除泥料中的粗大颗粒，从而减少瓷质中的结构缺陷，改善产品的瓷质结构和均匀性，提高了产品的可靠性。

3、本发明高强度电瓷用新型材料及其制备方法，科学合理地引入特殊助剂，如增塑剂、烧结助剂等，进一步优化了配方的工艺性能和烧成性能。提高了产品制造过程的合格率，确保了产品性能的稳定可靠。

4、本发明高强度电瓷用新型材料及其制备方法，采用氧化焰烧成技术，传统烧成采用还原焰烧成，通过配方设计可采用氧化焰烧成技术，可节约15-20%燃料成本。

附图说明

图1为本发明不同莫来石粉用量对电瓷材料显微结构的影响图；

图2为本发明莫来石用量为26%时配方的烧成温度曲线图；

图3为本发明为不同长石用量对瓷材料显微结构的影响图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高强度电瓷用新型材料，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉5%，煅烧莫来石粉30%，高岭土及结合粘土30%，特级钾长石粉20%，助剂1%。

基于上述的材料配方，现提出一种高强度电瓷用新型材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将取得的煅烧莫来石采用球磨设备球磨成粉，过筛，选用淘洗的高岭土、特级钾长石，同样采用球磨设备球磨成粉，并过筛，利用莫来石资源，减少煅烧工业氧化铝的用量，通过莫来石相与刚玉相的协同增强机制实现电瓷材料的高强度和高可靠性，采用淘洗的高岭土替代天然粘土矿物，减少配方中的铁杂质和游离石英含量，去除泥料中的粗大颗粒，从而减少瓷质中的结构缺陷，改善产品的瓷质结构和均匀性，提高了产品的可靠性；

步骤2：将上述粉料及煅烧工业氧化铝粉混合，加入助剂得浆料，制成粉饼料，科学合理地引入特殊助剂，如增塑剂、烧结助剂等，进一步优化了配方的工艺性能和烧成性能。提高了产品制造过程的合格率，确保了产品性能的稳定可靠；

步骤3：粗练后利用真空练泥机挤制为所需尺寸的电瓷坯料；

步骤4：将电瓷坯料放置在窑炉内采用氧化焰烧成24小时以上，冷却制得高强度电瓷用新型材料，采用氧化焰烧成技术，传统烧成采用还原焰烧成，通过配方设计可采用氧化焰烧成技术，可节约15-20%燃料成本。

实施例2

一种高强度电瓷用新型材料，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉10%，煅烧莫来石粉25%，高岭土及结合粘土25%，特级钾长石粉18%，助剂3%。

该实施例的制备方法与实施例1的步骤相同，在此不做赘述。

实施例3

一种高强度电瓷用新型材料，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉15%，煅烧莫来石粉20%，高岭土及结合粘土20%，特级钾长石粉15%，助剂5%。

该实施例的制备方法与实施例1的步骤相同，在此不做赘述。

煅烧莫来石选自湖南湘西自治州莫来石，是铝硅酸盐在高温下生成的矿物，数量多，人工加热铝硅酸盐时会形成莫来石。天然的莫来石晶体为细长的针状且呈放射簇状。莫来石AI203-SI02元系中常压下唯一稳定的二元化合物，化学式为3AI203-2SI02天然的莫拉石非常少，通常烧结法或电容法等人工合成。 化学式A1xSi2-xO5.5-0.5x密度；3.16g/cm3莫式硬度;6-7耐火度，采用温度为1810C锻烧，分解为刚玉和液相，而刚玉和液相生成后，通过莫来石相与刚玉相的协同增强机制实现电瓷材料的高强度和高可靠性，可比原传统坯料中加矾土更能提高瓷质机械强度。下表1为莫来石化学成份分析对比情况：

表1 莫来石化学成份分析对比

规 格	Al2O3	Fe2O3	SiO2	Na2O
					RS-M70	68-73	≤1.0	22-25	≤0.25
RS-M60	58-62	≤1.0	35-38	≤0.30
					RS-M45	42-45	≤1.0	49-55	≤0.4

配方中采用的Al2O3含量高有利于瓷质强度增加。

表2 莫来石粉用量对电瓷材料抗弯强度和可塑性的影响

图1为不同莫来石粉用量对电瓷材料显微结构的影响。由图2可知，随着莫来石用量的增加，材料显微结构中针状莫来石量增加，这对材料抗弯强度的提高是有利的。但添加30%莫来石粉后，显微结构中针状莫来石的均匀性变差，因此对材料强度进一步提高的效果不明显。

图2为莫来石用量为26%时配方的烧成温度曲线。由图3可知，配方的最佳烧成温度为1283℃左右，烧成温度范围为1260~1310℃，具有较宽的烧成温度范围，有利于产品的烧成。样品的总收缩率为10.24%。

（1）淘洗的高岭土在配方中作用及资源情况

采用淘洗的高岭土替代天然粘土矿物，减少配方中的铁杂质和游离石英含量，去除泥料中的粗大颗粒，从而减少瓷质中的结构缺陷，改善产品的瓷质结构和均匀性，提高了产品的可靠性。而高岭土的含量我国储藏量大，只要增加淘洗工艺。

（2）特级钾长石在配方中的作用及资源情况

1）特级钾长石与原有的电瓷原料的钾长石化学成份区别在于K2O/Na2O摩尔量大于4:1以上，矿产丰富，但在加工时原料中的搭配有一些难度，其作用可降低烧成温度。加宽烧成范围和提高瓷质抗弯强度。

2）配方中试验数据

表3为特级长石粉用量对配方烧成温度及烧成范围和瓷质抗弯强度的影响。随长石粉用量由15%增加到20%，配方的烧成温度由1317℃降低到1269℃，瓷质抗弯强度首先随长石用量的增加而升高，在长石用量为19%时达到最大值184MPa，上釉后强度达到223MPa，随后因液相量过多而快速下降。

表3 长石粉用量对电瓷材料烧成温度和瓷质强度的影响

图3为不同长石用量对瓷质显微结构的影响。随着长石用量的增加，瓷坯中液相含量提高，有利于坯体在烧成过程中的致密化，降低气孔率，同时也有利于刚玉晶相和莫来石颗粒通过长石熔体溶解—再析出二次针状莫来石晶体，有利于瓷材料抗弯强度的提高。

本发明根据配方的工艺性能、瓷质结构和机电性能等要素，系统研究了材料组成—结构—性能的相互关系，进一步优化了配方组成，最终获得工艺性能满足生产工艺装备需求，瓷质机械强度高、电气性能优越的高压用高可靠性电瓷新材料配方。

表2为固定工业氧化铝粉用量为10%，改变煅烧莫来石粉对电瓷泥料可塑性和瓷材料抗弯强度及击穿强度的影响。由表2结果可知，随着配方中莫来石粉用量的增加，材料的抗弯强度增加，电绝缘强度变化不大。但当莫来石用量超过26%后，强度的增加幅度较小，但泥料的可塑性变差，可塑性指标降到5.0以下，对成型工艺性能不利，因此，莫来石粉用量以26%为宜，配方组成对产品性能提高是合理的。

综上所述：本发明高强度电瓷用新型材料及其制备方法，原材料品质的升级，利用湖南湘西自治州出产的煅烧莫来石为主要原料，部份替代国内高强度瓷配方中常采用的铝矾土，同时选用淘洗的高岭土代替粘土、特级钾长石代替普通的钾长石等原料进行科学配制,本发明突破我国高压电网中变压器、断路器瓷套、电力机车用绝缘子、棒形支柱技术国产化这一技术瓶颈，不仅有利于提升我国电瓷制造产业的核心竞争力，也是我国特高压电网安全运行和智能电网建设的迫切需要，同时也是企业占领市场的制高点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高强度电瓷用新型材料，其特征在于，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉5~15%，煅烧莫来石粉20~30%，高岭土及结合粘土20~30%，特级钾长石粉15~20%，助剂1~5%。

2.根据权利要求1所述的一种高强度电瓷用新型材料，其特征在于，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉5%，煅烧莫来石粉30%，高岭土及结合粘土30%，特级钾长石粉20%，助剂1%。

3.根据权利要求1所述的一种高强度电瓷用新型材料，其特征在于，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉10%，煅烧莫来石粉25%，高岭土及结合粘土25%，特级钾长石粉18%，助剂3%。

4.根据权利要求1所述的一种高强度电瓷用新型材料，其特征在于，配方组成范围如下：煅烧工业氧化铝粉15%，煅烧莫来石粉20%，高岭土及结合粘土20%，特级钾长石粉15%，助剂5%。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的高强度电瓷用新型材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将取得的煅烧莫来石采用球磨设备球磨成粉，过筛，选用淘洗的高岭土、特级钾长石，同样采用球磨设备球磨成粉，并过筛；

步骤2：将上述粉料及煅烧工业氧化铝粉混合，加入助剂得浆料，制成粉饼料；

步骤3：粗练后利用真空练泥机挤制为所需尺寸的电瓷坯料；

步骤4：将电瓷坯料放置在窑炉内采用氧化焰烧成24小时以上，冷却制得高强度电瓷用新型材料。