本發(fā)明涉及電子元件領(lǐng)域，尤其涉及一種表面耐磨的絕緣子及其制造方法。
背景技術(shù)：
絕緣子是一種特殊的絕緣控件，能夠在架空輸電線路中起到重要作用。
早年間絕緣子多用于電線桿，慢慢發(fā)展于高型高壓電線連接塔的一端掛了很多盤狀的絕緣體,它是為了增加爬電距離的,通常由玻璃或陶瓷制成,就叫絕緣子。絕緣子在架空輸電線路中起著兩個(gè)基本作用，即支撐導(dǎo)線和防止電流回地，這兩個(gè)作用必須得到保證；同時(shí)，絕緣子應(yīng)具有足夠的電氣絕緣強(qiáng)度、耐潮濕性能和耐高溫性能。
在國(guó)內(nèi)已申請(qǐng)的相關(guān)專利中，專利《高絕緣碳化硅/氮化硼陶瓷材料及其制備方法》（申請(qǐng)?zhí)枺?01310294766.0，公開(kāi)日：2015-01-14），公開(kāi)了一種碳化硅/氮化硼陶瓷材料及其制備方法，但該發(fā)明屬于超高溫?zé)Y(jié)，設(shè)備成本和生產(chǎn)成本均很高，不適合工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)，同時(shí)這兩種材料燒結(jié)出的陶瓷脆性很大（斷裂韌性不高于6Mpa），另一方面由于燒結(jié)溫度高，也沒(méi)有其它填充物和表面致密化處理，致使成品易疏松、且尺寸精度低、難以控制；專利《一種絕緣導(dǎo)熱的無(wú)機(jī)納米復(fù)合陶瓷及其制備方法和用途》（申請(qǐng)?zhí)枺?01410310359.9，公開(kāi)日：2015-12-30），公開(kāi)了一種無(wú)機(jī)納米復(fù)合陶瓷，保其有效成份制成陶瓷后均為高脆性材料，韌性很低，同時(shí)也沒(méi)有將材料的綜合性能優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)，也同樣存在表面致密性的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種輪廓尺寸精確，致密、韌性好、經(jīng)濟(jì)性好、適合工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的表面耐磨的絕緣子及其制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種表面耐磨的絕緣子的制造方法，其特征在于包括以下步驟：
1）原材料的準(zhǔn)備
①基體原材料的準(zhǔn)備，包括：粒度1-2μm的硅粉50-60份、純鐵粉0.1-0.3份、粒度1-2μm的三氧化二釔粉末3-8份、粒度1-2μm的三氧化二鋁粉末3-8份、硼酸鋁晶須5-8份、氧化鎂粉末3-6份、足量純氮?dú)猓?/p>
②表面耐磨層原材料的準(zhǔn)備，包括：水性丙烯酸樹(shù)脂7-10份、粒度1-2μm的立方氮化硼粉末2-3份、純凈水4-5份、水性交聯(lián)劑0.1-0.3份、水性附著力促進(jìn)劑0.1-0.3份；
2）基體的制備
①將1）中步驟①準(zhǔn)備的硅粉、純鐵粉、三氧化二釔粉末、三氧化二鋁粉末、硼酸鋁晶須、氧化鎂粉末混合均勻，獲得混合物料；
②將步驟①獲得的混合物料放入碳纖維或純石墨制成的粗模具，再將粗模具置于溫度1180℃-1210℃環(huán)境下，充滿純氮?dú)獾谋Ｗo(hù)氣氛里，保溫4天-6天，獲得預(yù)制素坯；
③將步驟②獲得的預(yù)制素坯采用金剛石刀具或立方氮化硼刀具按絕緣子要求形狀尺寸進(jìn)行機(jī)械加工，獲得精細(xì)毛坯；
④將步驟③獲得的精細(xì)毛坯置于溫度1480℃-1530℃環(huán)境下，充滿純氮?dú)馇覛鈮簽?Mpa-10Mpa的保護(hù)氣氛里，保溫6h-8h；
⑤燒結(jié)完成后，爐溫T不低于1000℃時(shí)隨爐冷卻；爐溫T處于800℃≤T＜1000℃半開(kāi)爐門冷卻；爐溫T＜800℃出爐空冷；空冷至T＜150℃后即獲得所需基體；
3）表面耐磨涂層乳液的制備
①將1）中步驟②準(zhǔn)備的立方氮化硼粉末放入容器中，隨后加入40-50%純凈水，用高速振蕩機(jī)振蕩1.5-2小時(shí)，制得分散液；②將水性丙烯酸樹(shù)脂加入步驟①獲得的分散液中，用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌20-40分鐘，制得復(fù)合乳液；③然后將水性交聯(lián)劑及水性附著力促進(jìn)劑加入步驟②獲得的復(fù)合乳液中，進(jìn)行攪拌混合，并均勻加入余下的純凈水，直至調(diào)節(jié)粘度至16-18S，即制得所述的表面耐磨涂層乳液。
4）獲得絕緣子成品
①將3）獲得的表面耐磨涂層乳液通過(guò)機(jī)械方式反復(fù)均勻噴涂在2）獲得的基體表面，噴涂次數(shù)為5-7次，干結(jié)后噴涂厚度為3μm -5μm，獲得預(yù)制絕緣子；
②將步驟①獲得的預(yù)制絕緣子置于150℃-180℃的真空環(huán)境下進(jìn)行烘焙2h-3h，獲得絕緣子半成品；
③采用金剛石磨料振動(dòng)去毛刺設(shè)備對(duì)步驟②獲得的絕緣子半成品進(jìn)行振動(dòng)去毛刺及拋光處理，即獲得所需絕緣子。
根據(jù)上述一種表面耐磨的絕緣子的制造方法所制造出的絕緣子，包括基體和表層兩部分，其中基體原材料包括：粒度1-2μm的硅粉50-60份、純鐵粉0.1-0.3份、粒度1-2μm的三氧化二釔粉末3-8份、粒度1-2μm的三氧化二鋁粉末3-8份、硼酸鋁晶須5-8份、氧化鎂粉末3-6份、足量純氮?dú)?；表層原材料包括：水性丙烯酸?shù)脂7-10份、粒度1-2μm的立方氮化硼粉末2-3份、純凈水4-5份、水性交聯(lián)劑0.1-0.3份、水性附著力促進(jìn)劑0.1-0.3份；表層厚度3μm -5μm。
根據(jù)上述一種表面耐磨的絕緣子的制造方法所制造出的絕緣子，其尺寸精度可達(dá)2μm，體積電阻率不低于1×1014Ω?cm、介電強(qiáng)度不低于550kV/cm、熱導(dǎo)率不低于23W/m·K、抗彎強(qiáng)度不低于310Mpa、楊氏模數(shù)不低于280Gpa、斷裂韌性不低于12Mpa。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：基體中植入了三氧化二釔、三氧化二鋁、硼酸鋁晶須，氧化鎂，這些燒結(jié)且劑有三個(gè)作用：第一，增強(qiáng)了基體的韌性；第二，填充了基體內(nèi)部的孔隙使基體內(nèi)部致密化；第三，是與氮化硅匹配性很好的助燒結(jié)劑，降低了燒結(jié)溫度，也因此降低了成本，提高了工藝的可控性；一般陶瓷材料都是絕緣性好的材料，但受限于陶瓷材料易疏松、且脆性很高的本質(zhì)特性，一般無(wú)法適應(yīng)惡劣工況（比如水汽滲入表層孔隙后導(dǎo)致絕緣性下降、運(yùn)輸和安裝時(shí)產(chǎn)生表層摩擦崩缺損毀、風(fēng)沙或冰雹震動(dòng)、長(zhǎng)期與繞在絕緣子上的導(dǎo)線發(fā)生微動(dòng)磨蝕等），本發(fā)明在陶瓷基體的表面加入長(zhǎng)壽命不易老化的樹(shù)脂基材料涂層，在涂層中混入耐磨粒子，一方面大大增加了陶瓷的表面耐磨性，另一方面填充了陶瓷表面所有的開(kāi)口孔隙，進(jìn)一步提升了絕緣性，而且該涂料所用原材料均為常規(guī)材料，成本低，經(jīng)濟(jì)性好；本發(fā)明還利于了硅粉于氮化中低溫?zé)Y(jié)出的氮化硅陶瓷不易熱裂但硬度較低，可機(jī)械加工的特性獲得了非常精確的初始尺寸，后通過(guò)高溫補(bǔ)燒使其它成份與氮化硅基體良好結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在基本不影響輪廓尺寸的前提下提升了材料的致密性、絕緣性、強(qiáng)度和耐磨性，又通過(guò)表面噴涂3μm -5μm將高溫?zé)Y(jié)損失的輪廓尺寸補(bǔ)充回來(lái)，同時(shí)填充了陶瓷表面的孔隙，使得最終成本的尺寸精度大大優(yōu)于同類產(chǎn)品，利于裝配與流水化生產(chǎn)；另外，本發(fā)明在燒結(jié)冷卻時(shí)采用階梯緩冷，本身絕緣子殘余的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都較低，在后期拋光處理中又加入了振動(dòng)過(guò)程，使內(nèi)應(yīng)力均勻化，提升了整體性能的均勻性，降低了缺口敏感性。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
一種表面耐磨的絕緣子，包括基體和表層兩部分，其中基體原材料包括：粒度1-2μm的硅粉50份、純鐵粉0.1份、粒度1-2μm的三氧化二釔粉末3份、粒度1-2μm的三氧化二鋁粉末3份、硼酸鋁晶須5份、氧化鎂粉末3份、足量純氮?dú)?；表層原材料包括：水性丙烯酸?shù)脂7份、粒度1-2μm的立方氮化硼粉末2份、純凈水4份、水性交聯(lián)劑0.1份、水性附著力促進(jìn)劑0.1份；表層厚度3μm，它的制造方法包括以下步驟：
1）原材料的準(zhǔn)備
①基體原材料的準(zhǔn)備，包括：粒度1-2μm的硅粉50份、純鐵粉0.1份、粒度1-2μm的三氧化二釔粉末3份、粒度1-2μm的三氧化二鋁粉末3份、硼酸鋁晶須5份、氧化鎂粉末3份、足量純氮?dú)猓?/p>
②表面耐磨層原材料的準(zhǔn)備，包括：水性丙烯酸樹(shù)脂7份、粒度1-2μm的立方氮化硼粉末2份、純凈水4份、水性交聯(lián)劑0.1份、水性附著力促進(jìn)劑0.1份；
2）基體的制備
①將1）中步驟①準(zhǔn)備的硅粉、純鐵粉、三氧化二釔粉末、三氧化二鋁粉末、硼酸鋁晶須、氧化鎂粉末混合均勻，獲得混合物料；
②將步驟①獲得的混合物料放入碳纖維或純石墨制成的粗模具，再將粗模具置于溫度1180℃-1210℃環(huán)境下，充滿純氮?dú)獾谋Ｗo(hù)氣氛里，保溫4天，獲得預(yù)制素坯；
③將步驟②獲得的預(yù)制素坯采用金剛石刀具或立方氮化硼刀具按絕緣子要求形狀尺寸進(jìn)行機(jī)械加工，獲得精細(xì)毛坯；
④將步驟③獲得的精細(xì)毛坯置于溫度1480℃-1530℃環(huán)境下，充滿純氮?dú)馇覛鈮簽?Mpa的保護(hù)氣氛里，保溫6h；
⑤燒結(jié)完成后，爐溫T不低于1000℃時(shí)隨爐冷卻；爐溫T處于800℃≤T＜1000℃半開(kāi)爐門冷卻；爐溫T＜800℃出爐空冷；空冷至T＜150℃后即獲得所需基體；
3）表面耐磨涂層乳液的制備
①將1）中步驟②準(zhǔn)備的立方氮化硼粉末放入容器中，隨后加入40%純凈水，用高速振蕩機(jī)振蕩1.5小時(shí)，制得分散液；②將水性丙烯酸樹(shù)脂加入步驟①獲得的分散液中，用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌20分鐘，制得復(fù)合乳液；③然后將水性交聯(lián)劑及水性附著力促進(jìn)劑加入步驟②獲得的復(fù)合乳液中，進(jìn)行攪拌混合，并均勻加入余下的純凈水，直至調(diào)節(jié)粘度至16S，即制得所述的表面耐磨涂層乳液。
4）獲得絕緣子成品
①將3）獲得的表面耐磨涂層乳液通過(guò)機(jī)械方式反復(fù)均勻噴涂在2）獲得的基體表面，噴涂次數(shù)為5次，干結(jié)后噴涂厚度為3μm，獲得預(yù)制絕緣子；
②將步驟①獲得的預(yù)制絕緣子置于150℃的真空環(huán)境下進(jìn)行烘焙2h，獲得絕緣子半成品；
③采用金剛石磨料振動(dòng)去毛刺設(shè)備對(duì)步驟②獲得的絕緣子半成品進(jìn)行振動(dòng)去毛刺及拋光處理，即獲得所需絕緣子。
按本實(shí)施例生產(chǎn)出的表面耐磨的絕緣子，其體積電阻率為2×1014Ω?cm、介電強(qiáng)度為580kV/cm、熱導(dǎo)率為25W/m·K、抗彎強(qiáng)度為320Mpa、楊氏模數(shù)為300Gpa、斷裂韌性為14Mpa；采用奧碼拓公司生產(chǎn)的DN55高溫干摩擦滑動(dòng)、微動(dòng)試驗(yàn)機(jī)對(duì)市售常規(guī)絕緣子和本發(fā)明的表面耐磨的絕緣子在同工況下進(jìn)行干摩擦滑動(dòng)、微動(dòng)磨損試驗(yàn)，證實(shí)本發(fā)明的表面耐磨的絕緣子在干摩擦滑動(dòng)、微動(dòng)條件下壽命是市售常規(guī)絕緣子的17倍。
實(shí)施例2：
一種表面耐磨的絕緣子，包括基體和表層兩部分，其中基體原材料包括：粒度1-2μm的硅粉60份、純鐵粉0.3份、粒度1-2μm的三氧化二釔粉末8份、粒度1-2μm的三氧化二鋁粉末8份、硼酸鋁晶須8份、氧化鎂粉末6份、足量純氮?dú)?；表層原材料包括：水性丙烯酸?shù)脂10份、粒度1-2μm的立方氮化硼粉末3份、純凈水5份、水性交聯(lián)劑0.3份、水性附著力促進(jìn)劑0.3份；表層厚度5μm，它的制造方法包括以下步驟：
1）原材料的準(zhǔn)備
①基體原材料的準(zhǔn)備，包括：粒度1-2μm的硅粉60份、純鐵粉0.3份、粒度1-2μm的三氧化二釔粉末8份、粒度1-2μm的三氧化二鋁粉末8份、硼酸鋁晶須8份、氧化鎂粉末6份、足量純氮?dú)猓?/p>
②表面耐磨層原材料的準(zhǔn)備，包括：水性丙烯酸樹(shù)脂10份、粒度1-2μm的立方氮化硼粉末3份、純凈水5份、水性交聯(lián)劑0.3份、水性附著力促進(jìn)劑0.3份；
2）基體的制備
①將1）中步驟①準(zhǔn)備的硅粉、純鐵粉、三氧化二釔粉末、三氧化二鋁粉末、硼酸鋁晶須、氧化鎂粉末混合均勻，獲得混合物料；
②將步驟①獲得的混合物料放入碳纖維或純石墨制成的粗模具，再將粗模具置于溫度1180℃-1210℃環(huán)境下，充滿純氮?dú)獾谋Ｗo(hù)氣氛里，保溫6天，獲得預(yù)制素坯；
③將步驟②獲得的預(yù)制素坯采用金剛石刀具或立方氮化硼刀具按絕緣子要求形狀尺寸進(jìn)行機(jī)械加工，獲得精細(xì)毛坯；
④將步驟③獲得的精細(xì)毛坯置于溫度1480℃-1530℃環(huán)境下，充滿純氮?dú)馇覛鈮簽?0Mpa的保護(hù)氣氛里，保溫8h；
⑤燒結(jié)完成后，爐溫T不低于1000℃時(shí)隨爐冷卻；爐溫T處于800℃≤T＜1000℃半開(kāi)爐門冷卻；爐溫T＜800℃出爐空冷；空冷至T＜150℃后即獲得所需基體；
3）表面耐磨涂層乳液的制備
①將1）中步驟②準(zhǔn)備的立方氮化硼粉末放入容器中，隨后加入50%純凈水，用高速振蕩機(jī)振蕩2小時(shí)，制得分散液；②將水性丙烯酸樹(shù)脂加入步驟①獲得的分散液中，用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌40分鐘，制得復(fù)合乳液；③然后將水性交聯(lián)劑及水性附著力促進(jìn)劑加入步驟②獲得的復(fù)合乳液中，進(jìn)行攪拌混合，并均勻加入余下的純凈水，直至調(diào)節(jié)粘度至18S，即制得所述的表面耐磨涂層乳液。
4）獲得絕緣子成品
①將3）獲得的表面耐磨涂層乳液通過(guò)機(jī)械方式反復(fù)均勻噴涂在2）獲得的基體表面，噴涂次數(shù)為7次，干結(jié)后噴涂厚度為5μm，獲得預(yù)制絕緣子；
②將步驟①獲得的預(yù)制絕緣子置于180℃的真空環(huán)境下進(jìn)行烘焙3h，獲得絕緣子半成品；
③采用金剛石磨料振動(dòng)去毛刺設(shè)備對(duì)步驟②獲得的絕緣子半成品進(jìn)行振動(dòng)去毛刺及拋光處理，即獲得所需絕緣子。
按本實(shí)施例生產(chǎn)出的表面耐磨的絕緣子，其體積電阻率為5×1014Ω?cm、介電強(qiáng)度為600kV/cm、熱導(dǎo)率為28W/m·K、抗彎強(qiáng)度為330Mpa、楊氏模數(shù)為330Gpa、斷裂韌性為17Mpa；采用奧碼拓公司生產(chǎn)的DN55高溫干摩擦滑動(dòng)、微動(dòng)試驗(yàn)機(jī)對(duì)市售常規(guī)絕緣子和本發(fā)明的表面耐磨的絕緣子在同工況下進(jìn)行干摩擦滑動(dòng)、微動(dòng)磨損試驗(yàn)，證實(shí)本發(fā)明的表面耐磨的絕緣子在干摩擦滑動(dòng)、微動(dòng)條件下壽命是市售常規(guī)絕緣子的21倍。
對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，僅為了使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。