CN112441824B - 一种耐低温高压输电用瓷绝缘子及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐低温高压输电用瓷绝缘子及其制备方法，瓷绝缘子包括瓷绝缘子瓷件；瓷绝缘子瓷件包括以下原料：氧化铝、煅烧高铝矾土、钾长石、二氧化锆/高岭土复合材料、氟磷灰石、氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼、烧结助剂；瓷绝缘子瓷件外还依次设置有强化层和自清洁层；强化层所用涂料由以下原料混合制成：纳米氧化铝溶胶、氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料、磷酸二氢铝、纳米凹凸捧土、纳米氮化硼；自清洁层所用涂料由以下原料混合制成：镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶、纳米氧化铝溶胶、针状硅灰石、四针状氧化锌晶须。本发明制备得到的瓷绝缘子耐候性好，适用于在极寒地区长期使用，且防污秽性能强，机械性能优异。

Description

一种耐低温高压输电用瓷绝缘子及其制备方法
技术领域
本发明涉及瓷绝缘子技术领域，具体涉及一种耐低温高压输电用瓷绝缘子及其制备方法。
背景技术
电力是现代社会使用最广泛的二次能源，电力的安全、稳定运行和充足供应是国民经济可持续发展的重要保障。现在的输电线路分为两类：一类是地下电缆，一类是架空线路。地下电缆是将外有铠装的绝缘导线埋在地下的输电线路，由于绝缘水平及价格高昂受到限制。架空线路是将裸导线用绝缘子悬空架设在支持杆塔上的输电线路，架空输电线路的结构、器材简单，易于制造供应，造价较低，施工方便，建设速度较快，可以早收经济效益；而且大部分设施多暴露于地表，便于运行维护。因此，国内外多采用架空输电线路。
瓷绝缘子为输电线路提供支撑和绝缘作用，因此无论在机械强度还是绝缘强度方面的要求都比较高，而且我国自然环境相对比较复杂，瓷绝缘子大多用于室外甚至野外环境，所以还要求瓷绝缘子产品能够适应复杂的环境条件。
绝缘子产品的工作环境和工作条件极其苛刻，饱受冷热急变、酷热、严寒、高酸碱度、高污秽等因素的影响。绝缘子产品在运行过程中，不仅要承受正常运行条件下的工频电压，还要经得起恶劣天气情况下的雷电冲击产生的暂态过电压影响；不仅要承受导线的重量，还要经得起导线覆冰状态、风力作用下导线剧烈甩动等极端因素的考验，不仅要经受酷热，还要经受严寒。绝缘子产品会在长期工作电压和工作负荷作用下产生介质劣化现象，即绝缘子产品的性能随着使用时间的延长而降低，最后导致产品劣化。
随着我国电力行业的发展，极寒冷地区对瓷绝缘子的需求也越来越大。用于极寒冷地区所用陶瓷绝缘子，需承受低温冰冻、雷电冲击、介质劣化等恶劣的工作环境，其必须具备良好的抗冻融性能，从而避免出现冻裂、老化、强度降低等问题。
申请号为201911272786.1的国内专利公开了一种高耐寒性的瓷绝缘子，包括：半山泥、长丰泥、伊利石、铝矾土、分子筛、膨润土、氧化锆、磷酸钙纤维、增强纤维、硼酸、改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂、海泡石粉、偶联剂、表面活性剂、防冻剂。该发明的绝缘子采用多种功能性原料复配，提高绝缘子的耐寒性。通过本发明的方法得到的绝缘子具有机械强度高、抗冻融性能优异的特点。但是一方面其原料成分复杂，同时制备得到的瓷绝缘子的耐寒性可进一步提升。
同时，随着输变电线路电压等级的不断提升，为了满足电力行业高压输电线路的发展，目前各电瓷企业正在或已经着手开发更高等级的产品。而随着我国的大气污染程度日益加重，绝缘子污闪现象成为电力***安全运行的主要威胁。因此提高绝缘子的耐污闪能力是保证输电线路可靠、安全运行的关键之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐低温高压输电用瓷绝缘子及其制备方法，制备得到的瓷绝缘子耐低温性好，适用于在极寒地区长期使用，且防污秽性能强，机械性能优异。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种耐低温高压输电用瓷绝缘子，所述瓷绝缘子包括瓷绝缘子瓷件；所述瓷绝缘子瓷件包括以下重量份的原料：氧化铝30-36份、煅烧高铝矾土25-30份、钾长石4-7份、二氧化锆/高岭土复合材料15-20份、氟磷灰石8-13份、氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼1.5-2.5份 、烧结助剂3-5份。
优选的，所述二氧化锆/高岭土复合材料由以下方法制备得到：将1份二氧化锆溶胶中加入10-13份高岭土，混合均匀后置于研磨机中研磨3-4h，得混合料；将混合料静置3-4天后，置于马弗炉中，在780-800℃下煅烧3-4h，随炉冷却至室温后，研磨，得二氧化锆/高岭土复合材料。
优选的，所述氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼由以下方法制备得到：向反应釜中加入10份粒径为30-80nm的纳米氮化硼、20份去离子水，搅拌均匀后，加入0.2份六偏磷酸钠，搅拌均匀，然后升温至50-60℃，继续搅拌30-50min，然后加入1份浓度为1mol/L的硝酸铈溶液和0.5份浓度为1mol/L的硝酸镧溶液，搅拌均匀后，缓慢加入浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，直至pH为8-8.5，静置1天后，过滤，并采用去离子水洗涤滤饼，将滤饼置于马弗炉中，先升温至130-135℃，煅烧4-5h，然后再缓慢升温至770-780℃，煅烧3-4h，随炉冷却至室温，得氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼。
优选的，所述烧结助剂为硅酸钠、氧化钐按质量比 1：0.2-0.5混合制成。
对于上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配比称取各原料；将各原料先进行预混，得预混料，然后置于球磨机中加入水进行球磨，得混合料；其中，预混料与水的质量比为1：1.1-1.2，球磨时间为12-15h，球磨后的混合料细度达到0.5-1.1%；
（2）将得到的混合料过筛、除铁；之后再依次进行榨泥、陈腐、真空练泥、成形、修坯和干燥，得坯件；
（3）将所得坯件进行预烧，预烧温度为420-450℃，保温30-50min；然后进行上釉，得上釉坯件；
上釉所用釉浆包括以下重量份的原料：石英12-15份、滑石粉8-10份、氧化铝5-8份、硅酸锆3-4份、石灰石3-5份；
（4）将上釉坯件先以 16-20℃/min的升温速度升温至650-720℃，保温 35-45min，之后以 8-13℃/min的升温速度升温至1180-1200℃，保温 3.5-4h；之后随炉冷却至室温，即得瓷绝缘子瓷件；
（5）将所得瓷绝缘子瓷件进行胶装、养护、检测、包装，得瓷绝缘子。
优选地，上述瓷绝缘子瓷件外还依次设置有强化层和自清洁层；
所述强化层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：纳米氧化铝溶胶100份、氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料0.2-0.5份、磷酸二氢铝1-1.5份、纳米凹凸棒土0.5-1份、纳米氮化硼1-1.5份；
所述自清洁层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶100份、纳米氧化铝溶胶20-30份、针状硅灰石0.8-1.5份、四针状氧化锌晶须0.1-0.3份。
优选地，所述氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将正硅酸乙酯和无水乙醇混合后，加入氧化石墨烯、硝酸铈，搅拌60-90min后，边搅拌缓慢滴加去离子水，继续搅拌30-40 min，然后缓慢滴加浓度为0.1-0.25 mol/L的盐酸乙醇溶液，滴加过程中温度控制在40-45℃之间，反应30-40 min 后，得混合物料；其中，正硅酸乙酯与氧化石墨烯、硝酸铈的质量比为5：6-8：0.2-0.5；正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水、盐酸乙醇溶液中氯化氢的摩尔比为1：4-5：3-4：0.05-0.06；
（2）将混合物料在70-75℃下真空干燥至恒重，然后在氮气气氛下，先升温至220-240℃，煅烧70-100min，然后升温至880-950℃，煅烧2.5-3.5h，然后随炉冷却至室温，得氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料。
优选地，所述镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶的制备方法包括以下步骤：
（1）取1份钛酸丁酯溶解在4份无水乙醇溶液中，搅拌至透明得到溶液Ⅰ；
（2）配制浓度为0.1mol/L的硝酸镧溶液和浓度为0.1mol/L的硝酸铈溶液；取0.2-0.4份硝酸镧溶液和0.1-0.2份硝酸铈溶液与1份去离子水混合均匀，将其加入1份无水乙醇中，搅拌均匀并用浓硝酸调节pH值至2-3，制成溶液Ⅱ；
（3）在搅拌条件下，将溶液Ⅰ缓慢滴加至溶液Ⅱ中，得镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶。
上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
（1）将瓷绝缘子瓷件清洗干净后并进行干燥，将瓷绝缘子瓷件浸入强化层所用涂料中，并保持转动，60-90s后将瓷绝缘子瓷件提出液面，先置于100℃下干燥40-60min，然后在氮气保护下，置于马弗炉中，缓慢升温至620-650℃，煅烧1.5-2h后，随炉冷却至室温，得强化瓷绝缘子瓷件；
（2）将强化瓷绝缘子瓷件清洗干净后并进行干燥，将强化瓷绝缘子瓷件浸入自清洁层所用涂料中，并保持转动，35-45s后将瓷绝缘子瓷件提出液面，先置于100℃下干燥30-40min，然后在氮气保护下，置于马弗炉中，缓慢升温至500-530℃，煅烧2-2.5h后，随炉冷却至室温，得强化/自清洁瓷绝缘子瓷件；
（3）将所得强化/自清洁瓷绝缘子瓷件进行胶装、养护、检测、包装，得瓷绝缘子。
本发明所用纳米氧化铝溶胶的制备方法包括以下步骤：配制质量百分比浓度为22-27%的硫酸铝水溶液，将温度升温至60-70℃，并加入氨水调节pH值至9.0-9.5， 经过抽滤、洗涤、干燥后得白色固体；将白色固体按质量百分比为0.5-1.1%的量与水混合后，加入醋酸调节pH值至3.5-4.5，在75-80℃下回流3-4小时， 得到纳米氧化铝溶胶。
本发明的有益效果是：
1、本发明中采用氧化铝与煅烧高铝矾土、高岭土等配合，一方面保证了泥料的工艺性能，可将坯件的杂质控制在较低的含量范围内，同时氧化铝颗粒弥散强化作用好，保证了瓷绝缘子良好的机械性能和电气性能。
2、在本发明的瓷绝缘子瓷件中，加入的二氧化锆/高岭土复合材料，使纳米二氧化锆高度分散在坯件中，同时烧结后可使晶粒范围适宜，有效提高瓷件的强度和硬度。加入有适量的氟磷灰石，可促进瓷件的组织结构更加均匀致密，组织间可形成良好的显微互锁结构，使瓷件的强度以及耐低温性显著增强。加入的氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼，一方面加强原料混合时的流动性，同时纳米氮化硼经过氧化铈/氧化镧共同包覆后，在烧结时，使纳米氮化硼与其它成分的粘结性能加强，有效增强瓷件的强度以及耐候性能。
3、本发明中，在氧化铝与煅烧高铝矾土的基础上，加入适量的钾长石、二氧化锆/高岭土复合材料、氟磷灰石、氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼、烧结助剂等，使瓷件中的晶相微观结构微细、均匀，压应力好，可提高瓷件的强度、耐高温性能以及耐低温性能等，并可改善瓷质的介电性能。其中硅酸钠、氧化钐组成的烧结助剂，有利于提高烧结致密程度，并减小气孔孔径并减小气孔率。
4、本发明在制备瓷绝缘子时，首先进行预烧，原料中的结构水被初步排出，且坯件中的一些无机有机物以及碳元素发生氧化反应或分解反应，提高胚体的性能，使上釉效果更好。之后煅烧时，在缓慢升温至650-720℃并保温的过程中，结构水进一步被排出，此时发生的收缩结合石英的晶型转化时发生的体积变大，可缓解坯件体积变化。最后缓慢升温至1180-1200℃并保温 3.5-4h，使制备得到的瓷绝缘子瓷件整体结构紧密，组织均匀稳定。本发明合理控制烧结时各阶段的温度，使瓷绝缘子瓷件的综合性能优异。
5、进一步地，本发明中的瓷绝缘子瓷件外依次设置有强化层和自清洁层。在强化层中，加入的氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料可显著加强强化层的强度和韧性，且耐候性强，在极寒的温度下，使涂层仍保持较高的强度和韧性，不会产生裂纹，从而对绝缘子瓷件进一步防护，使瓷件的使用寿命延长。其中加入的磷酸二氢铝可使强化层与瓷件之间的结合力强，配合纳米氧化铝溶胶等，使强化层与瓷件结合紧密，不会脱落。
6、在自清洁层中，加入的镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶具有较高的光催化活性，使自清洁层具有较高的光自洁性能，镧/铈共掺杂二氧化钛可有效分解绝缘子表面得粘附性有机物成分等，有利于雨水、风等外界条件对表面沉积污秽物的冲刷。本发明绝缘子积污量远远少于普通绝缘子，能有效抑制污闪事故的发生。在自清洁层所用涂料中，加入一定量的纳米氧化铝溶胶，可加强自清洁层与强化层的结合力，而加入针状硅灰石和四针状氧化锌晶须可加强自清洁层的机械性能以及耐候性，使其使用寿命更长。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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：
一种耐低温高压输电用瓷绝缘子，瓷绝缘子包括瓷绝缘子瓷件；瓷绝缘子瓷件包括以下重量份的原料：氧化铝35份、煅烧高铝矾土26份、钾长石5份、二氧化锆/高岭土复合材料18份、氟磷灰石12份、氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼2.2份、烧结助剂4.5份。
上述二氧化锆/高岭土复合材料由以下方法制备得到：将1份二氧化锆溶胶中加入10份高岭土，混合均匀后置于研磨机中研磨4h，得混合料；将混合料静置3天后，置于马弗炉中，在800℃下煅烧3h，随炉冷却至室温后，研磨，得二氧化锆/高岭土复合材料。
氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼由以下方法制备得到：向反应釜中加入10份粒径为30-80nm的纳米氮化硼、20份去离子水，搅拌均匀后，加入0.2份六偏磷酸钠，搅拌均匀，然后升温至60℃，继续搅拌30min，然后加入1份浓度为1mol/L的硝酸铈溶液和0.5份浓度为1mol/L的硝酸镧溶液，搅拌均匀后，缓慢加入浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，直至pH为8.5，静置1天后，过滤，并采用去离子水洗涤滤饼，将滤饼置于马弗炉中，先升温至135℃，煅烧5h，然后再缓慢升温至770℃，煅烧4h，随炉冷却至室温，得氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼。
烧结助剂为硅酸钠、氧化钐按质量比 1：0.3混合制成。
上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配比称取各原料；将各原料先进行预混，得预混料，然后置于球磨机中加入水进行球磨，得混合料；其中，预混料与水的质量比为1：1.1，球磨时间为15h，球磨后的混合料细度达到0.5%；
（2）将得到的混合料过筛、除铁；之后再依次进行榨泥、陈腐、真空练泥、成形、修坯和干燥，得坯件；
（3）将所得坯件进行预烧，预烧温度为450℃，保温45min；然后进行上釉，得上釉坯件；
上釉所用釉浆包括以下重量份的原料：石英13份、滑石粉10份、氧化铝8份、硅酸锆4份、石灰石4份。釉浆按常规方法制备得到。
（4）将上釉坯件先以 18.5℃/min的升温速度升温至700℃，保温 35-45min，之后以10℃/min的升温速度升温至1195℃，保温 4h；之后随炉冷却至室温，即得瓷绝缘子瓷件；
（5）将所得瓷绝缘子瓷件进行胶装、养护、检测、包装，得瓷绝缘子。
实施例2：
一种耐低温高压输电用瓷绝缘子，瓷绝缘子包括瓷绝缘子瓷件；瓷绝缘子瓷件包括以下重量份的原料：氧化铝35份、煅烧高铝矾土27份、钾长石7份、二氧化锆/高岭土复合材料16份、氟磷灰石10份、氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼1.5份 、烧结助剂3份。
上述二氧化锆/高岭土复合材料由以下方法制备得到：将1份二氧化锆溶胶中加入13份高岭土，混合均匀后置于研磨机中研磨3h，得混合料；将混合料静置4天后，置于马弗炉中，在780℃下煅烧4h，随炉冷却至室温后，研磨，得二氧化锆/高岭土复合材料。
氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼由以下方法制备得到：向反应釜中加入10份粒径为30-80nm的纳米氮化硼、20份去离子水，搅拌均匀后，加入0.2份六偏磷酸钠，搅拌均匀，然后升温至50-60℃，继续搅拌50min，然后加入1份浓度为1mol/L的硝酸铈溶液和0.5份浓度为1mol/L的硝酸镧溶液，搅拌均匀后，缓慢加入浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，直至pH为8，静置1天后，过滤，并采用去离子水洗涤滤饼，将滤饼置于马弗炉中，先升温至130℃，煅烧4h，然后再缓慢升温至780℃，煅烧3h，随炉冷却至室温，得氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼。
烧结助剂为硅酸钠、氧化钐按质量比 1：0.3混合制成。
上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配比称取各原料；将各原料先进行预混，得预混料，然后置于球磨机中加入水进行球磨，得混合料；其中，预混料与水的质量比为1：1.2，球磨时间为15h，球磨后的混合料细度达到0.8%；
（2）将得到的混合料过筛、除铁；之后再依次进行榨泥、陈腐、真空练泥、成形、修坯和干燥，得坯件；
（3）将所得坯件进行预烧，预烧温度为450℃，保温50min；然后进行上釉，得上釉坯件；
上釉所用釉浆包括以下重量份的原料：石英13份、滑石粉10份、氧化铝5份、硅酸锆4份、石灰石4份；
（4）将上釉坯件先以 18℃/min的升温速度升温至700℃，保温 45min，之后以 13℃/min的升温速度升温至1200℃，保温 4h；之后随炉冷却至室温，即得瓷绝缘子瓷件；
（5）将所得瓷绝缘子瓷件进行胶装、养护、检测、包装，得瓷绝缘子。
实施例3：
一种耐低温高压输电用瓷绝缘子，瓷绝缘子包括瓷绝缘子瓷件；瓷绝缘子瓷件包括以下重量份的原料：氧化铝36份、煅烧高铝矾土25份、钾长石5份、二氧化锆/高岭土复合材料15份、氟磷灰石13份、氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼2份 、烧结助剂4份。
上述二氧化锆/高岭土复合材料的制备方法同实施例1。氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼的制备方法同实施例1。烧结助剂为硅酸钠、氧化钐按质量比 1：0.5混合制成。
上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配比称取各原料；将各原料先进行预混，得预混料，然后置于球磨机中加入水进行球磨，得混合料；其中，预混料与水的质量比为1：1.2，球磨时间为13h，球磨后的混合料细度达到0.5%；
（2）将得到的混合料过筛、除铁；之后再依次进行榨泥、陈腐、真空练泥、成形、修坯和干燥，得坯件；
（3）将所得坯件进行预烧，预烧温度为420℃，保温50min；然后进行上釉，得上釉坯件；
上釉所用釉浆包括以下重量份的原料：石英12份、滑石粉8份、氧化铝8份、硅酸锆3份、石灰石3份；
（4）将上釉坯件先以 16℃/min的升温速度升温至650℃，保温 35min，之后以10℃/min的升温速度升温至1180℃，保温 3.5h；之后随炉冷却至室温，即得瓷绝缘子瓷件；
（5）将所得瓷绝缘子瓷件进行胶装、养护、检测、包装，得瓷绝缘子。
实施例4：
一种耐低温高压输电用瓷绝缘子，瓷绝缘子包括瓷绝缘子瓷件；瓷绝缘子瓷件包括以下重量份的原料：氧化铝30份、煅烧高铝矾土28份、钾长石4份、二氧化锆/高岭土复合材料20份、氟磷灰石8份、氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼2.5份 、烧结助剂3份。
上述二氧化锆/高岭土复合材料的制备方法同实施例2。氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼的制备方法同实施例2。
烧结助剂为硅酸钠、氧化钐按质量比 1：0.2混合制成。
上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配比称取各原料；将各原料先进行预混，得预混料，然后置于球磨机中加入水进行球磨，得混合料；其中，预混料与水的质量比为1：1.1，球磨时间为12h，球磨后的混合料细度达到0.6%；
（2）将得到的混合料过筛、除铁；之后再依次进行榨泥、陈腐、真空练泥、成形、修坯和干燥，得坯件；
（3）将所得坯件进行预烧，预烧温度为435℃，保温40min；然后进行上釉，得上釉坯件；
上釉所用釉浆包括以下重量份的原料：石英15份、滑石粉9份、氧化铝7份、硅酸锆4份、石灰石5份；
（4）将上釉坯件先以 20℃/min的升温速度升温至720℃，保温 40min，之后以 8℃/min的升温速度升温至200℃，保温 4h；之后随炉冷却至室温，即得瓷绝缘子瓷件；
（5）将所得瓷绝缘子瓷件进行胶装、养护、检测、包装，得瓷绝缘子。
实施例5：
一种耐低温高压输电用瓷绝缘子，瓷绝缘子包括瓷绝缘子瓷件；瓷绝缘子瓷件包括以下重量份的原料：氧化铝32份、煅烧高铝矾土30份、钾长石7份、二氧化锆/高岭土复合材料18份、氟磷灰石10份、氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼1.5份 、烧结助剂5份。
上述二氧化锆/高岭土复合材料的制备方法同实施例1。
氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼的制备方法同实施例1。
烧结助剂为硅酸钠、氧化钐按质量比 1：0.3混合制成。
上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法同实施例1。
实施例6：
实施例1中的瓷绝缘子瓷件外还依次设置有强化层和自清洁层。
强化层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：纳米氧化铝溶胶100份、氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料0.4份、磷酸二氢铝1.2份、纳米凹凸棒土0.6份、纳米氮化硼1份。
自清洁层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶100份、纳米氧化铝溶胶30份、针状硅灰石1.3份、四针状氧化锌晶须0.3份。
氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将正硅酸乙酯和无水乙醇混合后，加入氧化石墨烯、硝酸铈，搅拌90min后，边搅拌缓慢滴加去离子水，继续搅拌40 min，然后缓慢滴加浓度为0.2 mol/L的盐酸乙醇溶液，滴加过程中温度控制在40-45℃之间，反应40 min 后，得混合物料；其中，正硅酸乙酯与氧化石墨烯、硝酸铈的质量比为5：8：0.35；正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水、盐酸乙醇溶液中氯化氢的摩尔比为1： 5：3：0.05；
（2）将混合物料在75℃下真空干燥至恒重，然后在氮气气氛下，先升温至240℃，煅烧70min，然后升温至950℃，煅烧3.5h，然后随炉冷却至室温，得氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料。
上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
（1）将实施例1中制备得到的瓷绝缘子瓷件清洗干净后并进行干燥，将瓷绝缘子瓷件浸入强化层所用涂料中，并保持转动， 90s后将瓷绝缘子瓷件提出液面，先置于100℃下干燥60min，然后在氮气保护下，置于马弗炉中，缓慢升温至650℃，煅烧2h后，随炉冷却至室温，得强化瓷绝缘子瓷件；
（2）将强化瓷绝缘子瓷件清洗干净后并进行干燥，将强化瓷绝缘子瓷件浸入自清洁层所用涂料中，并保持转动， 45s后将瓷绝缘子瓷件提出液面，先置于100℃下干燥40min，然后在氮气保护下，置于马弗炉中，缓慢升温至530℃，煅烧2.5h后，随炉冷却至室温，得强化/自清洁瓷绝缘子瓷件；
（3）将所得强化/自清洁瓷绝缘子瓷件进行胶装、养护、检测、包装，得瓷绝缘子。
实施例7：
实施例2中的瓷绝缘子瓷件外还依次设置有强化层和自清洁层。
强化层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：纳米氧化铝溶胶100份、氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料0.5份、磷酸二氢铝1.5份、纳米凹凸棒土1份、纳米氮化硼1.5份。
自清洁层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶100份、纳米氧化铝溶胶20份、针状硅灰石0.8份、四针状氧化锌晶须0.1份。
氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将正硅酸乙酯和无水乙醇混合后，加入氧化石墨烯、硝酸铈，搅拌60min后，边搅拌缓慢滴加去离子水，继续搅拌30min，然后缓慢滴加浓度为0.1 mol/L的盐酸乙醇溶液，滴加过程中温度控制在40-45℃之间，反应30min 后，得混合物料；其中，正硅酸乙酯与氧化石墨烯、硝酸铈的质量比为5：7：0.2；正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水、盐酸乙醇溶液中氯化氢的摩尔比为1：5：4：0.06；
（2）将混合物料在70℃下真空干燥至恒重，然后在氮气气氛下，先升温至220℃，煅烧100min，然后升温至880℃，煅烧2.5h，然后随炉冷却至室温，得氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料。
上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
（1）将实施例2中制备得到的瓷绝缘子瓷件清洗干净后并进行干燥，将瓷绝缘子瓷件浸入强化层所用涂料中，并保持转动，80s后将瓷绝缘子瓷件提出液面，先置于100℃下干燥50min，然后在氮气保护下，置于马弗炉中，缓慢升温至620℃，煅烧1.5h后，随炉冷却至室温，得强化瓷绝缘子瓷件；
（2）将强化瓷绝缘子瓷件清洗干净后并进行干燥，将强化瓷绝缘子瓷件浸入自清洁层所用涂料中，并保持转动，35s后将瓷绝缘子瓷件提出液面，先置于100℃下干燥30min，然后在氮气保护下，置于马弗炉中，缓慢升温至500℃，煅烧2h后，随炉冷却至室温，得强化/自清洁瓷绝缘子瓷件；
（3）将所得强化/自清洁瓷绝缘子瓷件进行胶装、养护、检测、包装，得瓷绝缘子。
实施例8：
实施例3中的瓷绝缘子瓷件外还依次设置有强化层和自清洁层。
强化层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：纳米氧化铝溶胶100份、氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料0.2份、磷酸二氢铝1份、纳米凹凸棒土0.5份、纳米氮化硼1.2份。
自清洁层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶100份、纳米氧化铝溶胶25份、针状硅灰石1.5份、四针状氧化锌晶须0.2份。
氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将正硅酸乙酯和无水乙醇混合后，加入氧化石墨烯、硝酸铈，搅拌70min后，边搅拌缓慢滴加去离子水，继续搅拌35min，然后缓慢滴加浓度为0.25 mol/L的盐酸乙醇溶液，滴加过程中温度控制在40-45℃之间，反应35 min 后，得混合物料；其中，正硅酸乙酯与氧化石墨烯、硝酸铈的质量比为5：6：0.5；正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水、盐酸乙醇溶液中氯化氢的摩尔比为1：4：3：0.06；
（2）将混合物料在70-75℃下真空干燥至恒重，然后在氮气气氛下，先升温至240℃，煅烧80min，然后升温至900℃，煅烧3h，然后随炉冷却至室温，得氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料。
上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
（1）将实施例3中制备得到的瓷绝缘子瓷件清洗干净后并进行干燥，将瓷绝缘子瓷件浸入强化层所用涂料中，并保持转动，60s后将瓷绝缘子瓷件提出液面，先置于100℃下干燥40min，然后在氮气保护下，置于马弗炉中，缓慢升温至630℃，煅烧2h后，随炉冷却至室温，得强化瓷绝缘子瓷件；
（2）将强化瓷绝缘子瓷件清洗干净后并进行干燥，将强化瓷绝缘子瓷件浸入自清洁层所用涂料中，并保持转动，40s后将瓷绝缘子瓷件提出液面，先置于100℃下干燥40min，然后在氮气保护下，置于马弗炉中，缓慢升温至520℃，煅烧2.5h后，随炉冷却至室温，得强化/自清洁瓷绝缘子瓷件；
（3）将所得强化/自清洁瓷绝缘子瓷件进行胶装、养护、检测、包装，得瓷绝缘子。
实施例9：
实施例3中的瓷绝缘子瓷件外还依次设置有强化层和自清洁层。
强化层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：纳米氧化铝溶胶100份、氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料0.3份、磷酸二氢铝1.3份、纳米凹凸棒土1份、纳米氮化硼1.2份。
自清洁层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶100份、纳米氧化铝溶胶28份、针状硅灰石1.1份、四针状氧化锌晶须0.2份。
氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料的制备方法同实施例8。
上述耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法同实施例8。
对比例1：
一种耐低温高压输电用瓷绝缘子，与实施例1不同的是，瓷绝缘子瓷件原料中将二氧化锆/高岭土复合材料替换为高岭土，其它与实施例1一致。
对比例2：
一种耐低温高压输电用瓷绝缘子，与实施例1不同的是，瓷绝缘子瓷件原料将氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼替换为纳米氮化硼，其它与实施例1一致。
对比例3：
一种耐低温高压输电用瓷绝缘子，与实施例6不同的是，强化层所用涂料的原料中不含有氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料，其它与实施例6一致。
本发明上述实施例、对比例中：
二氧化锆溶胶的制备方法包括以下步骤：
将二氯氧化锆溶于乙醇和去离子水的混合溶液中，乙醇和去离子水的质量比为1：1，二氯氧化锆的浓度为1mol/L，然后加入双氧水，H2O2与二氯氧化锆的摩尔比为1：5，反应完毕后，加入氨水调节pH值至3.5，搅拌均匀后，得二氧化锆溶胶。
镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶的制备方法包括以下步骤：
（1）取1份钛酸丁酯溶解在4份无水乙醇溶液中，搅拌至透明得到溶液Ⅰ；
（2）配制浓度为0.1mol/L的硝酸镧溶液和浓度为0.1mol/L的硝酸铈溶液；取0.3份硝酸镧溶液和0.2份硝酸铈溶液与1份去离子水混合均匀，将其加入1份无水乙醇中，搅拌均匀并用浓硝酸调节pH值至2.5，制成溶液Ⅱ；
（3）在搅拌条件下，将溶液Ⅰ缓慢滴加至溶液Ⅱ中，得镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶。
纳米氧化铝溶胶的制备方法包括以下步骤：配制质量百分比浓度为25%的硫酸铝水溶液，将温度升温至65℃，并加入氨水调节pH值至9.5， 经过抽滤、洗涤、干燥后得白色固体；将白色固体按质量百分比为0.8%的量与水混合后，加入醋酸调节pH值至4，在75℃下回流4小时， 得到纳米氧化铝溶胶。
性能测试：
1、分别取实施例1-5中的绝缘子瓷件、实施例6-9中的强化/自清洁瓷绝缘子瓷件以及对比例1-3中制备得到的绝缘子瓷件式样10件，按照GB/T772和GB/T1001.1的相关标准进行绝缘子外观机械性能和电气性能等各项性能进行检测，并记录其平均数据。
（1）将试样在-50℃-40℃的条件下冻融循环30次和60次，观察试样是否有裂纹，检测结果如表1所示。
表1：
冻融循环30次 冻融循环60次
实施例1 表面光滑无裂纹 表面少量裂纹
实施例2 表面光滑无裂纹 表面少量裂纹
实施例3 表面光滑无裂纹 表面少量裂纹
实施例4 表面光滑无裂纹 表面少量裂纹
实施例5 表面光滑无裂纹 表面少量裂纹
实施例6 表面光滑无裂纹 表面光滑无裂纹
实施例7 表面光滑无裂纹 表面光滑无裂纹
实施例8 表面光滑无裂纹 表面光滑无裂纹
实施例9 表面光滑无裂纹 表面光滑无裂纹
对比例1 表面光滑无裂纹 表面少量裂纹（较实施例1多）
对比例2 表面光滑无裂纹 表面少量裂纹（较实施例1多）
对比例3 表面光滑无裂纹 表面少量裂纹（较实施例1少）
由表1可知，实施例1-5中的绝缘子瓷件、实施例6-9中的强化/自清洁瓷绝缘子瓷件抗冻融性能强，均具有较高的耐候性，耐低温性能强，适用于极寒地区的长期使用。在对比例1中，二氧化锆/高岭土复合材料替换为高岭土后，瓷绝缘子瓷件的耐候性有所降低，对比例2中氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼替换为纳米氮化硼后，瓷绝缘子瓷件的耐候性也有所降低，而对比例3中，强化层中未加入氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料时，其强化效果也会有所减弱，绝缘子瓷件耐候性降低。
（2）对式样的弯曲强度、拉伸强度进行测试，并测定防雷电全波冲击闪络电压值（kV），具体测试结果如表2所示。
表2：
弯曲强度/MPa 拉伸强度/ MPa 防雷电全波冲击闪络电压值/kV
实施例1 336 221 206
实施例2 316 206 203
实施例3 325 216 193
实施例4 312 211 192
实施例5 318 213 198
实施例6 343 226 215
实施例7 322 213 209
实施例8 333 223 199
实施例9 331 222 201
对比例1 301 196 186
对比例2 298 190 181
对比例3 339 223 209
由表2可知，实施例1-5中的绝缘子瓷件、实施例6-9中的强化/自清洁瓷绝缘子瓷件均机械性能强。对于对比例1和对比例2中，二氧化锆/高岭土复合材料替换为高岭土，氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼替换为纳米氮化硼后，瓷绝缘子瓷件的机械性能、防雷电全波冲击闪络电压值均有所降低，同时而强化层中未加入氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料时，其对于整体瓷件的强化效果有所减弱。
2、取实施例6-9中的强化/自清洁瓷绝缘子瓷件进行防污秽试验。
人工模拟污秽实验：采用菜籽食用油作为模拟有机污秽物，由高岭土、NaCl和水组成模拟无机物污秽物溶液。人工喷涂污秽物的步骤如下：先将2mL食用油溶于40mL的丙酮中稀释，再用喷雾器将稀释后的食用油丙酮溶液均匀地喷涂于绝缘子表面。将蒸馏水、高岭土、NaCl的质量比为200：10：1的污秽液对绝缘子进行人工喷涂。试验中采用自来水模拟自然界雨水。具体结果如表3所示。
表3：
无机污秽物积污现象 有机污秽物积污现象
实施例6 表面无粉尘 表面无污秽
实施例7 表面无粉尘 表面无污秽
实施例8 表面无粉尘 表面无污秽
实施例9 表面无粉尘 表面无污秽
由表3可知，本发明实施例6-9中的强化/自清洁瓷绝缘子瓷件具有优异的防污秽性能，自清洁效果优异。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种耐低温高压输电用瓷绝缘子，其特征在于，所述瓷绝缘子包括瓷绝缘子瓷件；所述瓷绝缘子瓷件外设置有釉层，釉层外依次设置有强化层和自清洁层；
所述瓷绝缘子瓷件包括以下重量份的原料：氧化铝30-36份、煅烧高铝矾土25-30份、钾长石4-7份、二氧化锆/高岭土复合材料15-20份、氟磷灰石8-13份、氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼1.5-2.5份 、烧结助剂3-5份；
所述二氧化锆/高岭土复合材料由以下方法制备得到：将1份二氧化锆溶胶中加入10-13份高岭土，混合均匀后置于研磨机中研磨3-4h，得混合料；将混合料静置3-4天后，置于马弗炉中，在780-800℃下煅烧3-4h，随炉冷却至室温后，研磨，得二氧化锆/高岭土复合材料；
所述烧结助剂为硅酸钠、氧化钐按质量比 1：0.2-0.5混合制成；
釉层所用釉浆包括以下重量份的原料：石英12-15份、滑石粉8-10份、氧化铝5-8份、硅酸锆3-4份、石灰石3-5份；
制备瓷绝缘子时，将瓷绝缘子瓷件的坯件进行预烧，并将上釉坯件经过650-720℃并保温的处理工艺。
2.根据权利要求1所述的耐低温高压输电用瓷绝缘子，其特征在于，所述氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼由以下方法制备得到：向反应釜中加入10份粒径为30-80nm的纳米氮化硼、20份去离子水，搅拌均匀后，加入0.2份六偏磷酸钠，搅拌均匀，然后升温至50-60℃，继续搅拌30-50min，然后加入1份浓度为1mol/L的硝酸铈溶液和0.5份浓度为1mol/L的硝酸镧溶液，搅拌均匀后，缓慢加入浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，直至pH为8-8.5，静置1天后，过滤，并采用去离子水洗涤滤饼，将滤饼置于马弗炉中，先升温至130-135℃，煅烧4-5h，然后再缓慢升温至770-780℃，煅烧3-4h，随炉冷却至室温，得氧化铈/氧化镧包覆纳米氮化硼。
3.根据权利要求1所述的耐低温高压输电用瓷绝缘子，其特征在于，所述强化层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：纳米氧化铝溶胶100份、氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料0.2-0.5份、磷酸二氢铝1-1.5份、纳米凹凸棒土0.5-1份、纳米氮化硼1-1.5份；
所述自清洁层所用涂料由以下重量份的原料混合制成：镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶100份、纳米氧化铝溶胶20-30份、针状硅灰石0.8-1.5份、四针状氧化锌晶须0.1-0.3份。
4.根据权利要求3所述的耐低温高压输电用瓷绝缘子，其特征在于，所述氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将正硅酸乙酯和无水乙醇混合后，加入氧化石墨烯、硝酸铈，搅拌60-90min后，边搅拌缓慢滴加去离子水，继续搅拌30-40 min，然后缓慢滴加浓度为0.1-0.25 mol/L的盐酸乙醇溶液，滴加过程中温度控制在40-45℃之间，反应30-40 min 后，得混合物料；其中，正硅酸乙酯与氧化石墨烯、硝酸铈的质量比为5：6-8：0.2-0.5；正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水、盐酸乙醇溶液中氯化氢的摩尔比为1：4-5：3-4：0.05-0.06；
（2）将混合物料在70-75℃下真空干燥至恒重，然后在氮气气氛下，先升温至220-240℃，煅烧70-100min，然后升温至880-950℃，煅烧2.5-3.5h，然后随炉冷却至室温，得氧化铈/SiO2包覆氧化石墨烯复合材料。
5.根据权利要求3所述的耐低温高压输电用瓷绝缘子，其特征在于，所述镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶的制备方法包括以下步骤：
（1）取1份钛酸丁酯溶解在4份无水乙醇溶液中，搅拌至透明得到溶液Ⅰ；
（2）配制浓度为0.1mol/L的硝酸镧溶液和浓度为0.1mol/L的硝酸铈溶液；取0.2-0.4份硝酸镧溶液和0.1-0.2份硝酸铈溶液与1份去离子水混合均匀，将其加入1份无水乙醇中，搅拌均匀并用浓硝酸调节pH值至2-3，制成溶液Ⅱ；
（3）在搅拌条件下，将溶液Ⅰ缓慢滴加至溶液Ⅱ中，得镧/铈共掺杂二氧化钛溶胶。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的耐低温高压输电用瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按配比称取所述绝缘子瓷件的各原料；将各原料先进行预混，得预混料，然后置于球磨机中加入水进行球磨，得混合料；其中，预混料与水的质量比为1：1.1-1.2，球磨时间为12-15h，球磨后的混合料细度达到0.5-1.1%；
（2）将得到的混合料过筛、除铁；之后再依次进行榨泥、陈腐、真空练泥、成形、修坯和干燥，得坯件；
（3）将所得坯件进行预烧，预烧温度为420-450℃，保温30-50min；然后进行上釉，得上釉坯件；
（4）将上釉坯件先以 16-20℃/min的升温速度升温至650-720℃，保温 35-45min，之后以 8-13℃/min的升温速度升温至1180-1200℃，保温 3.5-4h；之后随炉冷却至室温，即得上釉的瓷绝缘子瓷件；
（5）将步骤（4）中的瓷绝缘子瓷件清洗干净后并进行干燥，将该瓷绝缘子瓷件浸入强化层所用涂料中，并保持转动，60-90s后将瓷绝缘子瓷件提出液面，先置于100℃下干燥40-60min，然后在氮气保护下，置于马弗炉中，缓慢升温至620-650℃，煅烧1.5-2h后，随炉冷却至室温，得强化瓷绝缘子瓷件；
（6）将强化瓷绝缘子瓷件清洗干净后并进行干燥，将强化瓷绝缘子瓷件浸入自清洁层所用涂料中，并保持转动，35-45s后将瓷绝缘子瓷件提出液面，先置于100℃下干燥30-40min，然后在氮气保护下，置于马弗炉中，缓慢升温至500-530℃，煅烧2-2.5h后，随炉冷却至室温，得强化/自清洁瓷绝缘子瓷件；
（7）将所得强化/自清洁瓷绝缘子瓷件进行胶装、养护、检测、包装，得瓷绝缘子。
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