CN1990420A - 一种氧化铝电瓷 - Google Patents
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Abstract
一种氧化铝电瓷，涉及输变电设备，具体地说是一种输电线路中使用的绝缘子。按照本发明所提供的设计方案，该配方为：工业氧化铝20％～40％、长石12％～28％、粘土45％～55％、硅酸铝鎂增塑剂1％～3％，单位为重量百分数。利用这种配方生产的盘形悬式瓷绝缘子，具有强度高、老化性能好、自洁性、耐污性能好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及输变电设备，具体地说是一种输电线路中使用的绝缘子。
背景技术
高压电瓷是输变电系统的重要绝缘部件，高压电瓷材料性能决定了绝缘部件性能的优劣，从而影响电力系统的经济性和可靠性。长期以来，国内生产的线路悬式绝缘子采用的电瓷材料主要为“硅质瓷”、“铝质矾土瓷”两大类。其中硅质瓷：在电瓷配方中引入石英20％～25％，SiO2为含量60％～65％，以石英为主晶相，瓷弯曲强度为80Mpa左右，是一种普通石英瓷。由于石英在烧成过程中晶形转变伴随体积变化，形成相变微裂纹，同时石英与周围玻璃之间膨胀系数差异还将产生环状裂纹，这些缺陷使瓷强度和击穿电压偏低，只能生产100KN以下的悬式绝缘子，用于110KV输电线路上。
另一类硅质瓷为高硅瓷，配方中引入30％～40％的石英，SiO2含量为70％～75％，主晶相为方石英。它是利用方石英与玻璃之间膨胀系数之差，产生预应力而提高瓷材料强度。但其制造工艺较难，国内曾使用这种高硅瓷生产过160KN悬式绝缘子，用在330KV线路上，投入运行后不久，瓷瓶电阻骤降，瓷件吸红，最后7万只绝缘子不得不全线更换。
铝质矾土瓷：配方中引入高铝矾土30％～50％，Al2O3含量40％～58％，主晶相为刚玉聚合体。瓷弯曲强度为130Mpa～150Mpa，生产160KN～210KN悬式绝缘子，用于220Kv～500Kv输电线路上。煅烧铝矾土代替石英，瓷材料强度得到提高，但由于矾土煅烧温度低，瓷中是一种带孔洞的不完整的刚玉聚合体，因此该类瓷总孔隙率高达15％，瓷质不致密，无疑影响产品的机电性能和老化性能。另外矾土中铁、钛杂质含量高，质量不稳定，产品性能分散性大，所以国外(如日本)在悬式瓷绝缘子配方中均不采用铝矾土。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化铝电瓷，利用这种配方生产的盘形悬式瓷绝缘子，具有强度高、老化性能好、自洁性、耐污性能好等特点。
按照本发明所提供的设计方案，该配方为：工业氧化铝20％～40％、长石12％～28％、粘土45％～55％、硅酸铝鎂增塑剂1％～3％，单位为重量百分数。
该配方为：工业氧化铝30％～35％、长石15％～17％、粘土48％～50％、硅酸铝鎂增塑剂2％～3％，单位为重量百分数。
其中，工业氧化铝在配方中起骨架作用。该原料预烧后形成大量的a-Al2O3刚玉晶体(含量95％以上)，Al2O3含量99.5％，其弹性模量高达5×105Mpa，弯曲强度600Mpa，机电性能和化学稳定性好，引入电瓷材料中，大大提高了电瓷材料的机、电、热性能，一些细小的刚玉颗粒在高温下熔解于玻璃体中形成Al2O3高的基质玻璃，降低了玻璃相的脆性。
长石在配方中起熔剂作用，主成份为Si、Al、k、Na。在高温下形成玻璃相，可以降低材料烧成温度，填充材料中孔隙使瓷体致密，并能促进瓷中莫来石生成，提高瓷材料强度和介电性能。
粘土由几种不同矿物类型(高岭土、伊利石、蒙脱石等)的粘土经淘洗，剔除杂质后匹配于配方中。它使材料具有可塑性便于成形，使泥浆具有悬浮性和流动性便于输送，使材料具有优良的工艺性能，在高温下是产生莫来石晶体的主要成份，这种晶体能赋予瓷体良好的冷热性能和机电强度。
添加剂通常为硅酸铝鎂增塑剂，属于一种无机增塑剂，在配方中加入1～2％，可提高材料结合强度，有利于杆径小的长棒形绝缘子成形。
本发明的优点是：在配方中引入了工业氧化铝，其刚玉晶体赋予材料极高的机、电、热性能，使材料弯曲强度瓷180Mpa，上釉为210Mpa以上，击穿电压35Kv/mm2，远高于国际标准IEC-130类高强度瓷材料水平，而且瓷质结构均匀，致密度高，没有石英和方石英的微裂纹，总孔隙率为4％左右，材料强度分散性小、可靠性高，使传统的粗大笨重的绝缘子设计得更轻巧、精细。
该配方另一个特点是合理匹配不同矿物类形的粘土，使材料具有良好的工艺性能，特别是烧成性能，提高了产品生产过程的合格率。
具体实施方式
高压电瓷材料是由多种矿物原料，按一定配比，经工艺处理煅烧而成。研制高强度电瓷配方和制造产品的工艺流程是：
配料—球磨—榨泥—真空挤制—成形—干燥—上釉—烧成。
根据棒形悬式绝缘子产品对材料性能的要求，我们研制了6个配方，配方配比及主要性能如下表
| 编号 | 工业氧化铝 | 长石 | 粘土 | 硅酸铝鎂增塑剂 | 主要化学成份％ | 体比重g/cm3 | 弯曲强度Mpa | ||
| SiO2 | Al2O3 | 瓷 | 上釉 | ||||||
| 1％ | 15 | 25 | 48 | 1 | 55 | 33 | ＞2.4 | ＞115 | ＞140 |
| 2％ | 20 | 25 | 53 | 2 | 50 | 39 | ＞2.5 | ＞130 | ＞155 |
| 3％ | 25 | 20 | 52 | 2 | 45 | 44 | ＞2.5 | ＞145 | ＞170 |
| 4％ | 30 | 16 | 51 | 3 | 41 | 48 | ＞2.6 | ＞160 | ＞185 |
| 5％ | 35 | 16 | 47 | 2 | 37 | 53 | ＞2.6 | ＞170 | ＞195 |
| 6％ | 40 | 12 | 46 | 2 | 32 | 57 | ＞2.7 | ＞180 | ＞210 |
| IEC-C120 | ＞2.3 | ＞90 | ＞110 | ||||||
| IEC-C130 | ＞2.5 | ＞140 | ＞160 | ||||||
表中1#、2#配方性能相当于IEC-C120瓷，能满足160KN以下长棒形悬式瓷绝缘子产品性能要求；4#～6#配方性能均高于IEC-C130瓷，能满足160KN～530KN长棒形悬式瓷绝缘子产品性能要求。其中的IEC为国际标准，C120瓷、C130瓷为该标准中的两种牌号。
综合考虑配方工艺性能及原料成本，我们取一种配方投入生产，已生产出100kN、160kN、210kN、300kN等系列产品，用于110KV～750kV交流输电线及±500KV直流输电线上，目前运行情况良好。
这种产品与传统的盘形悬式瓷绝缘子相比，具有强度高、老化性能好、自洁性、耐污性能好等优点。由于该产品杆径小，性能要求高，根据国外经验，我们开发研制了一种氧化铝高强度电瓷配方，该配方技术指标达到了国际同类瓷材料先进水平，填补了国内空白。
Claims (2)
1、一种氧化铝电瓷，其特征在于，该配方为：工业氧化铝20％～40％、长石12％～28％、粘土45％～55％、硅酸铝镁增塑剂1％～3％，单位为重量百分数。
2、如权利要求1所述的氧化铝电瓷，其特征在于，该配方为：工业氧化铝30％～35％、长石15％～17％、粘土48％～50％、硅酸铝镁增塑剂2％～3％，单位为重量百分数。
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