CN104987044A

CN104987044A - 高强度铝质电瓷及其制备方法

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Publication number: CN104987044A
Application number: CN201510426570.1A
Authority: CN
Inventors: 吴文花; 刘吉波; 王志坚; 汤杰雄
Original assignee: HUNAN RESEARCH INSTITUTE OF RARE EARTH METAL MATERIALS
Current assignee: HUNAN RESEARCH INSTITUTE OF RARE EARTH METAL MATERIALS
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2035-07-20
Also published as: CN104987044B

Abstract

本发明涉及一种高强度铝质电瓷，原料以质量百分数计，包括以下成分：矾土45～50％，长石10～15％，粘土35～45％及稀土氧化物0.2～2％。上述高强度铝质电瓷，掺入稀土氧化物，有利于增加电瓷显微结构中莫来石相的生成，针状莫来石穿插于片状刚玉相中，形成网状结构，可显著提高电瓷材料的抗弯强度，电瓷的抗弯强度包括干燥抗弯强度、干燥吸湿抗弯强度、无釉抗弯强度及上釉抗弯强度均有所提高，其中无釉瓷和上釉瓷的抗弯强度均提高20％以上，上述高强度铝质电瓷适用于超高压、特高压技术领域。本发明还提供了一种高强度铝质电瓷的制备方法。

Description

高强度铝质电瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及电瓷技术领域，特别是涉及一种高强度铝质电瓷及其制备方法。

背景技术

电瓷为瓷质的电绝缘材料，具有良好的绝缘性和机械强度，如瓷绝缘子。瓷绝缘子因其高稳定性、抗腐蚀性等优异性能，在绝缘子行业一直属于应用最为广泛的绝缘材料。作为各种电器设备支撑和绝缘的主体，长期运行过程中，支柱瓷绝缘子要承受导线张力、风力以及短路电流电动力等作用，这些力垂直作用于支柱瓷绝缘子轴线方向，造成弯曲负荷。此外，还有电器重力、支柱元件自重以及运行中可能发生的地震、雷击、温度急变等恶劣自然环境的作用在支柱瓷绝缘子上。因此，随着我国电网超高压、特高压方向的快速发展，电力***的安全稳定运行对支柱瓷绝缘子的强度尤其抗弯强度提出了更高的要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种抗弯强度高的高强度铝质电瓷及其制备方法。

一种高强度铝质电瓷，原料以质量百分数计，包括以下成分：矾土45～50％，长石10～15％，粘土35～45％及稀土氧化物0.2～2％。

上述高强度铝质电瓷，掺入稀土氧化物，有利于增加电瓷显微结构中莫来石相的生成，针状莫来石穿插于片状刚玉相中，形成网状结构，可显著提高电瓷材料的抗弯强度，电瓷的抗弯强度包括干燥抗弯强度、干燥吸湿抗弯强度、无釉抗弯强度及上釉抗弯强度均有所提高，其中无釉瓷和上釉瓷的抗弯强度均提高20％以上，上述高强度铝质电瓷适用于超高压、特高压技术领域。

在其中一个实施例中，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化镧和氧化铈中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述矾土包括以下成分：Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃及TiO₂。

在其中一个实施例中，所述矾土以质量百分数计，包括85～90％的Al₂O₃，6～10％的SiO₂，0.5～1.5％的Fe₂O₃，1.0～4.5％的TiO₂。

在其中一个实施例中，所述粘土包括SiO₂、Al₂O₃及Fe₂O₃。

在其中一个实施例中，所述粘土以质量百分数计，包括54～60％的SiO₂，30～40％的Al₂O₃，0.5～2.0％的Fe₂O₃。

一种高强度铝质电瓷的制备方法，包括以下步骤：

提供原料：以质量百分数计，矾土45～50％，长石10～15％，粘土35～45％及稀土氧化物0.2～2％；

将所述原料混合球磨，除铁，挤压成型，焙烧，得到所述高强度铝质电瓷。

在其中一个实施例中，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化镧、氧化铈中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述球磨得到粒度达45μm以下的颗粒。

在其中一个实施例中，所述焙烧的温度为1225±5℃。

附图说明

图1为一实施方式的高强度铝质电瓷的制备方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

一实施方式的高强度铝质电瓷，原料以质量百分数计，包括以下成分：矾土45～50％，长石10～15％，粘土35～45％及稀土氧化物0.2～2％。

电瓷主要包括长石质瓷、氧化铝瓷以及滑石瓷等其他陶瓷。其中，氧化铝瓷也称为铝质电瓷。铝质电瓷属于多组织材料，主要由刚玉、莫来石、玻璃相和气孔等组成。高强度铝质电瓷材料合理的主晶相应以刚玉、莫来石为主，而石英、玻璃相及气孔相的量较少。

优选的，稀土氧化物为氧化钇、氧化镧和氧化铈中的至少一种。掺入的稀土氧化物中的三价金属离子与三价铝离子的离子半径相差较大，使稀土氧化物在氧化铝中难以固溶，因此其存在于刚玉相中抑制晶粒长大，使电瓷形成致密的显微结构，从而更有利于提高电瓷材料的抗弯强度。

在其中一个实施例中，矾土包括以下成分：Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃及TiO₂。电瓷抗弯强度随着稀土氧化物掺杂量增大而不断提高，但掺杂量过大时，在固溶体中产生偏析，稀土氧化物和二氧化钛生成钛酸稀土相，反而会影响电瓷的抗弯强度。

在其中一个实施例中，矾土以质量百分数计，包括85～90％的Al₂O₃，6～10％的SiO₂，0.5～1.5％的Fe₂O₃，1.0～4.5％的TiO₂。

长石是钾、钠、钙或钡等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物。优选的，长石为钾长石、钠长石、钙长石和钡长石中的至少一种。

在其中一个实施例中，粘土包括SiO₂、Al₂O₃及Fe₂O₃。

在其中一个实施例中，粘土以质量百分数计，包括54～60％的SiO₂，30～40％的Al₂O₃，0.5～2.0％的Fe₂O₃。

参照图1，一实施方式的上述高强度铝质电瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤S110：提供原料：以质量百分数计，矾土45～50％，长石10～15％，粘土35～45％，稀土氧化物0.2～2％；

步骤S120：将原料混合球磨，除铁，挤压成型，焙烧，得到高强度铝质电瓷。

上述高强度铝质电瓷的制备方法，掺入稀土氧化物，有利于增加电瓷显微结构中莫来石相的生成，针状莫来石穿插于片状刚玉相中，形成网状结构，可显著提高电瓷材料的抗弯强度，电瓷的抗弯强度包括干燥抗弯强度、干燥吸湿抗弯强度、无釉抗弯强度及上釉抗弯强度均有所提高，其中无釉瓷和上釉瓷的抗弯强度均提高20％以上，得到的高强度铝质电瓷适用于超高压、特高压技术领域。

在其中一个实施例中，稀土氧化物为氧化钇、氧化镧和氧化铈中的至少一种。

在其中一个实施例中，矾土包括以下成分：Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃及TiO₂。在其中一个实施例中，矾土以质量百分数计，包括85～90％的Al₂O₃，6～10％的SiO₂，0.5～1.5％的Fe₂O₃，1.0～4.5％的TiO₂。

在其中一个实施例中，粘土包括SiO₂、Al₂O₃及Fe₂O₃。

在其中一个实施例中，球磨得到粒度达45μm以下的颗粒。优选的，球磨得到粒度达45μm以下占99.9％的颗粒。优选的，球磨工艺采用15t球磨机，球磨的时间为24～48h。

在其中一个实施例中，除铁的具体步骤为将球磨得到的颗粒经过有磁场强度的磁铁棒组成的磁铁槽进行吸附筛选除铁。

在其中一个实施例中，焙烧的温度为1225±5℃。焙烧的时间为72h。添加稀土氧化物对铝质电瓷具有细晶强化、自增韧补强等作用，从而可降低铝质电瓷的烧结温度，降低生产成本，改善显微组织，提高力学性能。优选的，焙烧的温度为1225℃。

在其中一个实施例中，步骤S120具体为：将原料混合球磨，除铁，榨泥，挤压成型，干燥，上釉上砂，装窑，焙烧，得到高强度铝质电瓷。

在其中一个实施例中，干燥采用通电干燥24h。

在其中一个实施例中，上述高强度铝质电瓷的制备方法还包括步骤：在步骤S120之后，将高强度铝质电瓷胶装，检查。优选的，胶装养护的时间为24h。

以下为具体实施例。

原料矾土、长石和粘土均由醴陵阳东电瓷电器有限公司提供。

实施例1

实施例1的高强度铝质电瓷，以质量百分数计，包括以下成分：矾土50％，长石11.5％，粘土38％，氧化钇0.5％。其中，以质量分数计，矾土含Al₂O₃85％，SiO₂7.8％，Fe₂O₃1.1％，TiO₂3.8％；长石为钾长石；粘土含SiO₂55％，Al₂O₃33％，Fe₂O₃1.9％。

上述高强度铝质电瓷的制备方法，包括以下步骤：

提供上述原料。

将上述原料混合球磨，除铁，挤压成型，焙烧，得到高强度铝质电瓷。其中，球磨工艺采用15t球磨机，球磨时间为30h，得到粒度达45μm以下占99.9％的颗粒；除铁工艺是将球磨得到的颗粒经过有磁场强度的磁铁棒组成的磁铁槽进行吸附筛选除铁；焙烧为在1225℃下焙烧72h。

实施例2

实施例2的高强度铝质电瓷，以质量百分数计，包括以下成分：矾土45％，长石15％，粘土45％，氧化镧0.2％。其中，以质量分数计，矾土含Al₂O₃90％，SiO₂10％，Fe₂O₃1.5％，TiO₂1.0％；长石为钠长石；粘土含SiO₂60％，Al₂O₃30％，Fe₂O₃2.0％。

上述高强度铝质电瓷的制备方法与实施例1相似。

实施例3

实施例3的高强度铝质电瓷，以质量百分数计，包括以下成分：矾土48％，长石10％，粘土35％，氧化铈2％。其中，以质量分数计，矾土含Al₂O₃88％，SiO₂6％，Fe₂O₃0.5％，TiO₂4.5％；长石为钙长石；粘土含SiO₂54％，Al₂O₃40％，Fe₂O₃0.5％。

上述高强度铝质电瓷的制备方法与实施例1相似。

对比实施例

对比实施例的电瓷，以质量百分数计，包括以下成分：矾土50％，长石(钾长石)11.5％，粘土38％。其中，以质量分数计，矾土含Al₂O₃85％，SiO₂7.8％，Fe₂O₃1.1％，TiO₂3.8％；长石为钾长石；粘土含SiO₂55％，Al₂O₃33％，Fe₂O₃1.9％。

上述高强度铝质电瓷的制备方法与实施例1相似。不同之处在于，烧结温度为1250℃。

将实施例1和对比实施例得到的电瓷进行性能测试。其中，抗弯强度按照GB/T 8411.2-2008进行测试；干、湿闪络电压按照GB/T 775.2-2003进行测试。

对比例得到的电瓷，干燥抗弯强度：5.4MPa，干燥吸湿抗弯强度：2.7MPa，无釉抗弯强度：190MPa，上釉抗弯强度：198Mpa，干闪络电压：80KV，湿闪络电压：36KV。

实施例1得到的电瓷，干燥抗弯强度：5.8MPa，干燥吸湿抗弯强度：2.9MPa，无釉抗弯强度：228MPa，上釉抗弯强度：241Mpa，干闪络电压：84KV，湿闪络电压：38KV。

对比以上性能可知，本发明通过掺杂稀土氧化物，电瓷的抗弯强度包括干燥抗弯强度、干燥吸湿抗弯强度、无釉抗弯强度及上釉抗弯强度均有所提高，其中无釉瓷和上釉瓷的抗弯强度均提高20％以上；且干闪络电压和湿闪络电压均没有降低，说明其电气性能不受影响；另外，焙烧温度降低了25℃左右，降低生产成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种高强度铝质电瓷，其特征在于，原料以质量百分数计，包括以下成分：矾土45～50％，长石10～15％，粘土35～45％及稀土氧化物0.2～2％。

2.根据权利要求1所述的高强度铝质电瓷，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化镧和氧化铈中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的高强度铝质电瓷，其特征在于，所述矾土包括以下成分：Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃及TiO₂。

4.根据权利要求3所述的高强度铝质电瓷，其特征在于，所述矾土以质量百分数计，包括85～90％的Al₂O₃，6～10％的SiO₂，0.5～1.5％的Fe₂O₃，1.0～4.5％的TiO₂。

5.根据权利要求1所述的高强度铝质电瓷，其特征在于，所述粘土包括SiO₂、Al₂O₃及Fe₂O₃。

6.根据权利要求5所述的高强度铝质电瓷，其特征在于，所述粘土以质量百分数计，包括54～60％的SiO₂，30～40％的Al₂O₃，0.5～2.0％的Fe₂O₃。

7.一种高强度铝质电瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的高强度铝质电瓷的制备方法，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化镧、氧化铈中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的高强度铝质电瓷的制备方法，其特征在于，所述球磨得到粒度达45μm以下的颗粒。

10.根据权利要求7所述的高强度铝质电瓷的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度为1225±5℃。