一種高強度電瓷的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及陶瓷制備技術領域，具體涉及一種高強度電瓷的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國特高壓輸變電工程建設的快速發展，對輸變電線路和電站用瓷絕緣材料的機械強度提出了越來越高的要求。為了提高瓷絕緣材料的機械強度，通常以煅燒鋁礬土為原料引入高強度的剛玉顆粒來增強。這種顆粒增強的高強度電瓷材料的抗彎強度一般可達160MPa。但對于大尺寸的特高壓產品而言，這一強度值仍難以滿足要求，特別是材料的斷裂韌性較低，一般在3MPa.πι1/2左右。要進一步提高電瓷材料的強度和斷裂韌性，采用單一的顆粒增強方法已十分困難。且隨著煅燒鋁礬土用量的進一步增加，材料的工藝性能變差，強度的分散性也增大。因此，很有必要采用協同增強的方法來進一步提高瓷絕緣材料的強度和斷裂韌性，以滿足我國特高壓輸變電工程建設的需求。
【發明內容】
[0003]針對現有技術的不足，本發明的目的在于克服高強度電瓷中剛玉顆粒單一增強的局限性，提供一種由莫來石晶須與剛玉顆粒協同增強的高強度電瓷的制備方法，以進一步提高電瓷材料的強度和斷裂韌性，更好地滿足我國特高壓輸變電工程建設的需求。該方法是以煅燒鋁礬土、莫來石、高塑性粘土和長石為原料，經科學配比后，按陶瓷的常規工藝制備泥料，經真空練泥后擠制為所需的電瓷坯體，經修坯和干燥后在抽屜窯或隧道窯中燒成，即得到高強度電瓷產品。該電瓷產品的高強度和高韌性是由高度致密化的以原位生成的莫來石晶須和剛玉顆粒進行協同強韌化的結果。
[0004]為實現上述目的，本發明的技術方案是:
提供一種高強度電瓷的制備方法，具體工藝步驟為:
(1)將煅燒鋁礬土、莫來石、高塑性粘土和長石按以下質量份數配料作為原料:
煅燒鋁礬土: 20~30份
莫來石: 20~30份高塑性粘土: 20~35份長石:15~25份
(2)將步驟(1)中所述原料混合后，加水，球磨，得漿料；
(3)將漿料過篩、除鐵，經壓濾脫水后得泥餅；
(4)將泥餅粗練后陳腐24小時以上，然后用真空練泥機擠制為所需尺寸的電瓷濕坯，經修坯和干燥后得生坯；
(5)將生坯置于抽屜式或隧道式窯爐內，在1260°C~1330°C燒成，燒成時間為24小時~48小時；然后冷卻，出窯得高強度電瓷。
[0005]進一步地，步驟(1)中所述煅燒鋁礬土中α -Α1203 (剛玉相氧化鋁)的質量百分含量不低于85%。
[0006]進一步地，步驟(1)中所述高塑性粘土的塑性指數不低于5。
[0007]進一步地，步驟(1)中所述煅燒鋁礬土、莫來石和長石均為平均粒徑在10微米以下的粉料。
[0008]進一步地，步驟(2)中加水的質量與固體原料總質量相同。
[0009]進一步地，步驟(2 )中球磨的時間為3小時~5小時。
[0010]進一步地，步驟(4)中用真空練泥機擠制時的絕對壓力應小于5kPa。
[0011]進一步地，步驟(4 )中所述修坯為旋壓或數控修坯。
[0012]進一步地，步驟(5)中所述高強度電瓷的斷裂韌性不低于4.5MPa.m1/2，抗彎強度不低于180MPa。
[0013]以下對本發明做出進一步說明。
[0014]陶瓷材料的強韌化技術主要有顆粒增強、晶須增強和纖維增強方法，其中顆粒增強較易實現，因增強顆粒與其他陶瓷原料經球磨后能較好地混合均勻，而晶須或纖維則較難分散，用傳統的球磨方法易造成晶須或纖維的損傷甚至折斷，使強韌化效果大幅降低，加之晶須或纖維價格較高，因此，在生產中實際應用較少。
[0015]為了進一步提高瓷絕緣材料的強度和斷裂韌性，更好地滿足我國特高壓輸變電工程建設的需求。本發明創造性地在配方中引入部分莫來石粉，在高溫燒成過程中，以莫來石顆粒為晶種，在溶解了部分煅燒鋁礬土的富鋁長石熔體中原位生長出大量的莫來石晶須，與煅燒鋁礬土引入的剛玉顆粒共同起到增強作用。通過晶須強化與顆粒強化的協同強韌化機制，獲得了抗彎強度達180MPa以上、斷裂韌性達4.5MPa.m1/2以上的高強度電瓷材料，其典型顯微結構如圖1所示。本發明的突出特點是在原料中引入的莫來石粉體為顆粒，在高溫燒結過程中通過溶解再析出機制原位生成大量分散均勻、結晶良好的莫來石晶須。該發明有效避免了直接引入莫來石晶須時成本高、分散不均勻和對材料的強韌化效果不顯著等不足，具有原料來源廣、工藝性能好、制備成本低等特點，特別適合制造特高壓和超高壓輸變電線路和電站用的高強度瓷絕緣子。
[0016]與現有技術相比，本發明的優勢在于:
(1)通過對對高強度電瓷材料配方的科學設計，引入適量的莫來石粉體顆粒為晶種，在溶解了部分煅燒鋁礬土的富鋁長石熔體中，通過溶解再析出機制，原位生長出大量分散均勻、結晶良好的莫來石晶須，提高了莫來石晶須對高強度電瓷材料的強韌化效果。
[0017](2)與現有的單一剛玉顆粒增強的高強度電瓷材料比，本發明通過原位生成的大量莫來石晶須與剛玉顆粒協同增強的強韌化機制，獲得了具有更高強度和韌性的高強度電瓷材料，其抗彎強度不低于180MPa，斷裂韌性不低于4.5MPa.m1/2。
【附圖說明】
[0018]圖1為實施例1所述高強度電瓷材料的顯微結構。
【具體實施方式】
[0019]實施例1: 一種由莫來石晶須與剛玉顆粒協同增強的高強度電瓷的制備方法，具體是:
(1)將煅燒鋁礬土、莫來石、高塑性粘土和長石按以下質量份數配料: 煅燒鋁礬土: 25份；
莫來石: 30份；
高塑性粘土: 30份；
長石:15份；
其中煅燒鋁礬土、莫來石和長石均為平均粒徑在10微米以下的粉料；
(2)將各原料混合后，加入與固體原料總質量相同的水，球磨3小時，得漿料；
(3)將漿料過篩、除鐵，經壓濾脫水后得泥餅；
(4)將泥餅粗練后陳腐24小時以上，然后用真空練泥機在絕對壓力為4kPa的條件下擠制為所需尺寸的電瓷濕坯，經旋壓修坯和干燥后得生坯；
(5)將生坯置于隧道式窯爐內，在1310°C燒成，燒成時間為24小時；然后冷卻，出窯得高強度電瓷產品。
[0020]經上述步驟得到的高強度電瓷產品，其電瓷材料的斷裂韌性為4.8MPa.m1/2，抗彎強度為190MPa。
[0021]實施例2:—種由莫來石晶須與剛玉顆粒協同增強的高強度電瓷的制備方法，具體是:
(1)將煅燒鋁礬土、莫來石、高塑性粘土和長石按以下質量份數配料:
煅燒鋁礬土: 30份；
莫來石: 30份；
高塑性粘土: 20份；
長石:20份；
其中煅燒鋁礬土、莫來石和長石均為平均粒徑在10微米以下的粉料；
(2)將各原料混合后，加入與固體原料總質量相同的水，球磨5小時，得漿料；
(3)將漿料過篩、除鐵，經壓濾脫水后得泥餅；
(4)將泥餅粗練后陳腐24小時以上，然后用真空練泥機在絕對壓力4.3kPa的條件下擠制為所需尺寸的電瓷濕坯，經旋壓修坯和干燥后得生坯；
(5)將生坯置于抽屜式窯爐內，在1290°C燒成，燒成時間為48小時；然后冷卻，出窯得高強度電瓷產品。
[0022]經上述步驟得到的高強度電瓷產品，其電瓷材料的斷裂韌性為5.0MPa.m1/2;抗彎強度為198MPa。
[0023]實施例3:—種由莫來石晶須與剛玉顆粒協同增強的高強度電瓷的制備方法，具體是:
(1)將煅燒鋁礬土、莫來石、高塑性粘土和長石按以下質量份數配料:
煅燒鋁礬土: 20份；
莫來石: 20份；
高塑性粘土: 35份；
長石:25份；
其中煅燒鋁礬土、莫來石和長石均為平均粒徑在10微米以下的粉料；
(2)將各原料混合后，加入與固體原料總質量相同的水，球磨4小時，得漿料；
(3)將漿料過篩、除鐵，經壓濾脫水后得泥餅； (4)將泥餅粗練后陳腐24小時以上，然后用真空練泥機在絕對壓力4.5kPa的條件下擠制為所需尺寸的電瓷濕坯，經旋壓修坯和干燥后得生坯；
(5)將生坯置于隧道式窯爐內，在1260°C燒成，燒成時間為36小時；然后冷卻，出窯得高強度電瓷產品。
[0024]經上述步驟得到的高強度電瓷產品，其電瓷材料的斷裂韌性為4.6MPa.m1/2，抗彎強度為183MPa。
【主權項】
1.一種高強度電瓷的制備方法，其特征是，具體工藝步驟為: (1)將煅燒鋁礬土、莫來石、高塑性粘土和長石按以下質量份數配料作為原料: 煅燒鋁礬土: 20~30份 莫來石:20~30份 高塑性粘土: 20~35份 長石:15~25份 (2)將步驟(1)中所述原料混合后，加水，球磨，得漿料； (3)將漿料過篩、除鐵，經壓濾脫水后得泥餅； (4)將泥餅粗練后陳腐24小時以上，然后用真空練泥機擠制為所需尺寸的電瓷濕坯，經修坯和干燥后得生坯； (5)將生坯置于抽屜式或隧道式窯爐內，在1260°C~1330°C燒成，燒成時間為24小時~48小時；然后冷卻，出窯得高強度電瓷。2.根據權利要求1所述高強度電瓷的制備方法，其特征是，步驟(1)中所述煅燒鋁礬土中α-A1203的質量百分含量不低于85%。3.根據權利要求1所述高強度電瓷的制備方法，其特征是，步驟(1)中所述高塑性粘土的塑性指數不低于5。4.根據權利要求1所述高強度電瓷的制備方法，其特征是，步驟(1)中所述煅燒鋁礬土、莫來石和長石均為平均粒徑在10微米以下的粉料。5.根據權利要求1所述高強度電瓷的制備方法，其特征是，步驟(2)中加水的質量與固體原料總質量相同。6.根據權利要求1所述高強度電瓷的制備方法，其特征是，步驟(2)中球磨的時間為3小時~5小時。7.根據權利要求1所述高強度電瓷的制備方法，其特征是，步驟(4)中用真空練泥機擠制時的絕對壓力應小于5kPa。8.根據權利要求1所述高強度電瓷的制備方法，其特征是，步驟(4)中所述修坯為旋壓或數控修坯。9.根據權利要求1-8之一所述高強度電瓷的制備方法，其特征是，步驟(5)中所述高強度電瓷的斷裂韌性不低于4.5MPa.m1/2，抗彎強度不低于180MPa。
【專利摘要】本發明公開了一種高強度電瓷的制備方法，具體工藝步驟為：（1）將煅燒鋁礬土、莫來石、高塑性粘土和長石按以下質量份數配料：煅燒鋁礬土20~30份、莫來石20~30份、高塑性粘土20~35份、長石15~25份；（2）將步驟（1）中所述各原料混合后，加水，球磨，得漿料；（3）將漿料過篩、除鐵，經壓濾脫水后得泥餅；（4）將泥餅粗練后陳腐24h以上，然后用真空練泥機擠制為所需尺寸的電瓷濕坯，經修坯和干燥后得生坯；（5）將生坯置于抽屜式或隧道式窯爐內，在1260℃~1330℃燒成，燒成時間為24h~48h；然后冷卻，出窯得高強度電瓷產品。該高強度電瓷材料的原料來源廣、工藝性能好、制備成本低，特別適合制造特高壓和超高壓輸變電線路和電站用的高強度瓷絕緣子。
【IPC分類】C04B33/36, C04B33/26
【公開號】CN105254280
【申請號】CN201510773670
【發明人】肖漢寧, 程娟
【申請人】湖南大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月13日