CN107555957A - 一种提高电瓷强度的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高电瓷强度的制备方法，该方法是将电瓷生胚放置在频率为100‑500KHz、功率密度为0.5‑2W/cm2的超声波中进行烧制；利用超声波的穿透和高速振动作用，带动原材料粒子进行高速振动，不仅能缩短烧制时间，还能减小晶体粒径，使晶体粒径分布更均匀的同时，缩短晶体之间的距离，减少了电瓷中的裂纹和气泡，从而显著提高电瓷密度，增加电瓷强度；且该方法简单、可靠，适合电瓷的大规模、工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及电力材料领域，特别涉及电瓷领域，具体涉及一种提高电瓷强度的制备方法。
背景技术
电瓷是应用于电力***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。因此，对其机械性能、电气性能、耐环境性能(冷热、抗污秽、老化等)有较高的要求。通常根据电瓷的产品形状、电压等级、应用环境来分类。按产品形状可分为：盘形悬式绝缘子、针式绝缘子、棒形绝缘子、空心绝缘子等；按电压等级可分为：低电压（交流1000V及以下，直流1500V及以下）绝缘子和高电压（交流1000 V以上，直流1500V以上）绝缘子，其中高压绝缘子中又有超高压（交流330kV和500kV，直流500kV）和特高压（交流750kV和1000kV，直流800kV）之分；按使用特点可分为：线路用绝缘子、电站或电器用绝缘子；按使用环境可分为户内绝缘子和户外绝缘子。
高压电瓷根据其所含化学成分的不同分为硅质电瓷和铝质电瓷，铝质电瓷分为铝质瓷和高强度铝质瓷，根据电瓷种类的不同应用领域也不同。目前，国产的普通电瓷强度为60-80kN/cm2，电瓷的强度为100-180kN/cm2，比国外同型号电瓷的强度低15%-25%。因此，电瓷强度不足是制约国产高压电瓷最突出的问题。有研究表明，陶瓷的强度与陶瓷的密度和晶体的大小有关，晶体越小，密度越大，电瓷的强度就越大。近年来，国内电瓷行业已纷纷调整生产工艺，在原料的配方、球磨工艺、成型方法、烧成制度等方面均投入大量的人力、物力进行技术改造与升级。其中，通过调整粉体原料的化学组成及工艺参数，是目前提高电瓷性能的主要途径。但电瓷的强度仍不能满足电力领域的需求，尤其是电瓷的强度性能还有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电瓷强度低的缺陷，提供一种提高电瓷强度的制备方法；本发明将电瓷生胚在超声波中进行烧制，不仅能缩短烧制时间，还能提高电瓷密度，增加电瓷强度，有利于电瓷在电力行业中的应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种提高电瓷强度的制备方法，包括以下工艺：将电瓷生胚放置在超声波中进行烧制；所述的超声波频率为100-500KHz、功率密度为0.5-2W/cm2。
本发明一种提高电瓷强度的制备方法，利用超声波的穿透和高速振动作用，在电瓷的烧制过程中，带动原材料粒子进行高速振动，不仅能缩短烧制时间，还能减小晶体粒径，使晶体粒径分布更窄的同时，缩短晶体之间的距离，减少了电瓷中的裂纹和气泡，从而显著提高电瓷密度，增加电瓷强度；且该方法简单、可靠，适合电瓷的大规模、工业化生产。
上述一种提高电瓷强度的制备方法，其中，优选的，所述的超声波频率为200-350KHz，功率密度为0.8-1.5W/cm2；超声波频率过大，粒子震动过快，会影响晶体的生成；频率过小，粒子的振动速度慢，不能增加电瓷的密度，对电瓷的强度增加作用小；超声波功率密度过大，粒子获得的动能太强，振幅大，会破坏电瓷结构，导致电瓷变形；功率密度太小，不能引动较大粒子的振动，增强作用减弱。
上述一种提高电瓷强度的制备方法，其中，所述的烧制包括：预热期：在160-300℃的温度下煅烧4-8h，预热电瓷生胚，除去残余水分和少量结晶水；氧化期：在300-700℃温度下煅烧12-15h，使大部分结晶水排出，并将部分有机物、碳酸盐分解；强氧化期：在700-1050℃的温度下煅烧3-5h，使有机物碳酸盐完全分解，将少量硫酸盐分解；还原期，在1050-1200℃的温度下煅烧15-18h，大部分氧化物还原，硫酸盐分解，碳和碳素氧化，形成陶瓷；保温期：将温度从1050-1200℃缓慢降低到600℃，降温速度为50-80℃/h，保证生胚完全煅烧成为陶瓷；冷却：在4-6h内，将窑内冷却到常温，取出得到电瓷。
上述一种提高电瓷强度的制备方法，其中，所述的电瓷生胚是通过以下工艺步骤制备得到的：称量、混合、球磨、筛选、除铁、榨泥、陈腐、真空练泥、成型、干燥。
其中，所述的称量工艺为：按照电瓷生胚原材料重量份配比称量原材料备用。
其中，所述的混合工艺为：将称量好的原材料混合均匀得到混合料。
其中，所述的球磨工艺为：将混合料与水按质量比＝1︰1-2加入到球磨机中，在球磨机中进行球磨5-10h，得泥浆。
其中，所述的筛选为：将球磨好的泥浆过400-800目筛，取筛下物得泥料。
其中，所述的除铁为：将泥料用湿法磁铁分离器进行除铁，去除磁性杂质。
其中，所述的榨泥为：将经球除铁后的泥料进行脱水，使泥料含水量为15-20%。
其中，所述的陈腐为：将压榨脱水后的泥料送入陈腐室中陈腐2-4d。
其中，所述的真空练泥为：将陈腐后的泥料放入卧式真空练泥机，经真空、切割，得到泥段。
其中，所述的成型为：将泥料根据产品尺寸的要求进行成型得到电瓷初胚。
其中，所述的干燥为：将电瓷初胚进行干燥，使其含水量不大于2%。
其中，所述的上釉为：所述的釉料均匀涂覆在干燥的电瓷初胚上，得到电瓷生胚。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明制备方法在烧制过程中进行超声波处理，能缩短烧制时间，减少能耗。
2、本发明制备方法利用利用超声波的穿透和高速振动作用带动原材料粒子进行高速振动，能减小晶体粒径，使晶体粒径分布更均匀的同时，缩短晶体之间的距离，减少了电瓷中的裂纹和气泡，从而显著提高电瓷密度，增加电瓷强度。
3、本发明制备方法简单、可靠，适合电瓷的大规模、工业化生产。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
1、称量：按照20份的高岭土、38份的铝矾土、18份的长石粉、9份的膨润土称量原材料备用；
2、混合：将称量好的原材料混合均匀得到混合料；
3、球磨：将混合材料与水按质量比＝1︰1加入到球磨机中，在球磨机中进行球磨8h，得泥浆；
4、过筛：将球磨好的泥浆过800目筛，取筛下物得泥料；
5、除铁：将泥料用湿法磁铁分离器进行除铁，去除磁性杂质；
6、榨泥：将经球除铁后的泥料进行脱水，使泥料含水量为18%；
7、陈腐：将压榨脱水后的泥料送入陈腐室中陈腐3d；
8、练泥：将陈腐后的泥料放入卧式真空练泥机，经真空、切割，得到泥段；
9、成型：将泥料根据产品尺寸的要求进行成型得到电瓷初胚；
10、干燥：将电瓷初胚进行干燥，使其含水量不大于2%；
11、上釉：将釉料均匀涂覆在干燥的电瓷初胚上，得到电瓷生胚；釉料由以下重量份原材制备而成：二氧化锰5份、颜料3份、滑石8份、方解石8份、石英石28份、长石28份、高岭土10份、纳米氮化硅0.5份；
12、在频率为200KHz，功率密度为0.8W/cm2的超声波中进行烧制：预热：在250℃的温度下煅烧6h；氧化期：在450℃温度下煅烧13h；强氧化期：在950℃的温度下煅烧4h；还原期，在1100℃的温度下煅烧16h；保温期：将温度从1100℃缓慢降低到600℃，降温速度为60℃/h；冷却：在5h内，将窑内冷却到常温，取出得到电瓷。
实施例2
1、称量：按照20份的高岭土、38份的铝矾土、18份的长石粉、9份的膨润土称量原材料备用；
2、混合：将称量好的原材料混合均匀得到混合料；
3、球磨：将混合材料与水按质量比＝1︰2加入到球磨机中，在球磨机中进行球磨5h，得泥浆；
4、过筛：将球磨好的泥浆过400目筛，取筛下物得泥料；
5、除铁：将泥料用湿法磁铁分离器进行除铁，去除磁性杂质；
6、榨泥：将经球除铁后的泥料进行脱水，使泥料含水量为15%；
7、陈腐：将压榨脱水后的泥料送入陈腐室中陈腐4d；
8、练泥：将陈腐后的泥料放入卧式真空练泥机，经真空、切割，得到泥段；
9、成型：将泥料根据产品尺寸的要求进行成型得到电瓷初胚；
10、干燥：将电瓷初胚进行干燥，使其含水量不大于2%；
11、上釉：将釉料均匀涂覆在干燥的电瓷初胚上，得到电瓷生胚；釉料由以下重量份原材制备而成：二氧化锰5份、颜料3份、滑石8份、方解石8份、石英石28份、长石28份、高岭土10份、纳米氮化硅0.5份；
12、在频率为350KHz，功率密度为1.5W/cm2的超声波中进行烧制：预热：在160℃的温度下煅烧8h；氧化期：在300℃温度下煅烧15h；强氧化期：在700℃的温度下煅烧3h；还原期，在1050℃的温度下煅烧20h；保温期：将温度从1050℃缓慢降低到600℃，降温速度为50℃/h；冷却：在6h内，将窑内冷却到常温，取出得到电瓷。
实施例3
1、称量：按照20份的高岭土、38份的铝矾土、18份的长石粉、9份的膨润土称量原材料备用；
2、混合：将称量好的原材料混合均匀得到混合料；
3、球磨：将混合材料与水按质量比＝1︰1加入到球磨机中，在球磨机中进行球磨10h，得泥浆；
4、过筛：将球磨好的泥浆过800目筛，取筛下物得泥料；
5、除铁：将泥料用湿法磁铁分离器进行除铁，去除磁性杂质；
6、榨泥：将经球除铁后的泥料进行脱水，使泥料含水量为20%；
7、陈腐：将压榨脱水后的泥料送入陈腐室中陈腐2d；
8、练泥：将陈腐后的泥料放入卧式真空练泥机，经真空、切割，得到泥段；
9、成型：将泥料根据产品尺寸的要求进行成型得到电瓷初胚；
10、干燥：将电瓷初胚进行干燥，使其含水量不大于2%；
11、上釉：将釉料均匀涂覆在干燥的电瓷初胚上，得到电瓷生胚；釉料由以下重量份原材制备而成：二氧化锰5份、颜料3份、滑石8份、方解石8份、石英石28份、长石28份、高岭土10份、纳米氮化硅0.5份；
12、在频率为100KHz，功率密度为2W/cm2的超声波中进行烧制：预热：在300℃的温度下煅烧4h；氧化期：在700℃温度下煅烧12h；强氧化期：在1050℃的温度下煅烧5h；还原期，在1200℃的温度下煅烧15h；保温期：将温度从1200℃缓慢降低到600℃，降温速度为80℃/h；冷却：在4h内，将窑内冷却到常温，取出得到电瓷。
对比例1
1、称量：按照20份的高岭土、38份的铝矾土、18份的长石粉、9份的膨润土称量原材料备用；
2、混合：将称量好的原材料混合均匀得到混合料；
3、球磨：将混合材料与水按质量比＝1︰1加入到球磨机中，在球磨机中进行球磨8h，得泥浆；
4、过筛：将球磨好的泥浆过800目筛，取筛下物得泥料；
5、除铁：将泥料用湿法磁铁分离器进行除铁，去除磁性杂质；
6、榨泥：将经球除铁后的泥料进行脱水，使泥料含水量为18%；
7、陈腐：将压榨脱水后的泥料送入陈腐室中陈腐3d；
8、练泥：将陈腐后的泥料放入卧式真空练泥机，经真空、切割，得到泥段；
9、成型：将泥料根据产品尺寸的要求进行成型得到电瓷初胚；
10、干燥：将电瓷初胚进行干燥，使其含水量不大于2%；
11、上釉：将釉料均匀涂覆在干燥的电瓷初胚上，得到电瓷生胚；釉料由以下重量份原材制备而成：二氧化锰5份、颜料3份、滑石8份、方解石8份、石英石28份、长石28份、高岭土10份、纳米氮化硅0.5份；
12、在频率为50KHz，功率密度为0.8W/cm2的超声波中进行烧制：预热：在250℃的温度下煅烧6h；氧化期：在450℃温度下煅烧13h；强氧化期：在950℃的温度下煅烧4h；还原期，在1100℃的温度下煅烧16h；保温期：将温度从1100℃缓慢降低到600℃，降温速度为60℃/h；冷却：在5h内，将窑内冷却到常温，取出得到电瓷。
对比例2
1、称量：按照20份的高岭土、38份的铝矾土、18份的长石粉、9份的膨润土称量原材料备用；
2、混合：将称量好的原材料混合均匀得到混合料；
3、球磨：将混合材料与水按质量比＝1︰1加入到球磨机中，在球磨机中进行球磨8h，得泥浆；
4、过筛：将球磨好的泥浆过800目筛，取筛下物得泥料；
5、除铁：将泥料用湿法磁铁分离器进行除铁，去除磁性杂质；
6、榨泥：将经球除铁后的泥料进行脱水，使泥料含水量为18%；
7、陈腐：将压榨脱水后的泥料送入陈腐室中陈腐3d；
8、练泥：将陈腐后的泥料放入卧式真空练泥机，经真空、切割，得到泥段；
9、成型：将泥料根据产品尺寸的要求进行成型得到电瓷初胚；
10、干燥：将电瓷初胚进行干燥，使其含水量不大于2%；
11、上釉：将釉料均匀涂覆在干燥的电瓷初胚上，得到电瓷生胚；釉料由以下重量份原材制备而成：二氧化锰5份、颜料3份、滑石8份、方解石8份、石英石28份、长石28份、高岭土10份、纳米氮化硅0.5份；
12、在频率为200KHz，功率密度为0.4W/cm2的超声波中进行烧制：预热：在250℃的温度下煅烧6h；氧化期：在450℃温度下煅烧13h；强氧化期：在950℃的温度下煅烧4h；还原期，在1100℃的温度下煅烧16h；保温期：将温度从1100℃缓慢降低到600℃，降温速度为60℃/h；冷却：在5h内，将窑内冷却到常温，取出得到电瓷。
对比例3
1、称量：按照20份的高岭土、38份的铝矾土、18份的长石粉、9份的膨润土称量原材料备用；
2、混合：将称量好的原材料混合均匀得到混合料；
3、球磨：将混合材料与水按质量比＝1︰1加入到球磨机中，在球磨机中进行球磨8h，得泥浆；
4、过筛：将球磨好的泥浆过800目筛，取筛下物得泥料；
5、除铁：将泥料用湿法磁铁分离器进行除铁，去除磁性杂质；
6、榨泥：将经球除铁后的泥料进行脱水，使泥料含水量为18%；
7、陈腐：将压榨脱水后的泥料送入陈腐室中陈腐3d；
8、练泥：将陈腐后的泥料放入卧式真空练泥机，经真空、切割，得到泥段；
9、成型：将泥料根据产品尺寸的要求进行成型得到电瓷初胚；
10、干燥：将电瓷初胚进行干燥，使其含水量不大于2%；
11、上釉：将釉料均匀涂覆在干燥的电瓷初胚上，得到电瓷生胚；釉料由以下重量份原材制备而成：二氧化锰5份、颜料3份、滑石8份、方解石8份、石英石28份、长石28份、高岭土10份、纳米氮化硅0.5份；
12、烧制：预热：在250℃的温度下煅烧6h；氧化期：在450℃温度下煅烧13h；强氧化期：在950℃的温度下煅烧4h；还原期，在1100℃的温度下煅烧16h；保温期：将温度从1100℃缓慢降低到600℃，降温速度为60℃/h；冷却：在5h内，将窑内冷却到常温，取出得到电瓷。
将上述实施例1-3和对比例1-3中所制备得到的电瓷进行性能检测，记录数据如下：
| 编号 | 电瓷密度（g/cm3） | 弯曲强度（MPa） |
| 实施例1 | 3.78 | ≥215 |
| 实施例2 | 3.76 | ≥210 |
| 实施例3 | 3.81 | ≥220 |
| 对比例1 | 3.56 | ≤185 |
| 对比例2 | 3.57 | ≤190 |
| 对比例3 | 3.53 | ≤185 |
对上述实验数据分析可知，实施例1-3中采用本发明技术方案，能显著增加电瓷密度，对电瓷的弯曲强度增强作用显著，得到的电瓷抗弯强度大；而对比例1和对比例2中烧制时未采用本发明规定的超声波功率密度和频率，对电瓷的密度影响作用小，电瓷密度小，弯曲强度低；对比例3中没有在超声波中进行烧制，得到的电瓷弯曲强度最差。
Claims (10)
1.一种提高电瓷强度的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：将电瓷生胚放置在超声波中进行烧制；所述的超声波频率为100-500KHz、功率密度为0.5-2W/cm2。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的超声波频率为200-350KHz，功率密度为0.8-1.5W/cm2。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的烧制包括：预热期；氧化期；强氧化期；还原期；保温期；冷却。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的预热期温度为160-300℃，时间为4-8h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的氧化期温度为300-700℃，时间为12-15h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的强氧化期温度为700-1050℃时间为3-5h。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的还原期温度为1050-1200℃，时间为15-18h。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的保温期降温速度为50-80℃/h，温度降低为600℃；所述的冷却时间为4-6h内。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的电瓷生胚是通过以下工艺步骤制备得到的：称量、混合、球磨、筛选、除铁、榨泥、陈腐、真空练泥、成型、干燥。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，球磨工艺中，混合料与水的质量比为1︰1-2。
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|---|---|---|---|---|
| CN114083448A (zh) * | 2021-11-20 | 2022-02-25 | 江西冠亿研磨股份有限公司 | 一种以锂云母废渣为主要原料的高强度陶瓷砂轮结合剂制备方法 |
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