一種添加復(fù)合籽非晶的電瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高壓電瓷領(lǐng)域，具體涉及一種添加復(fù)合籽非晶（CaB2O4籽非晶與CaB 4〇7 籽非晶）的電瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓電瓷是指額定電壓在高于IkV的電瓷產(chǎn)品。主要指用于高壓輸電線路及電站 和各種用電器的絕緣陶瓷，也稱絕緣子，是電力工業(yè)的重要組成部分。高壓電瓷根據(jù)其所含 化學(xué)成分的不同分為硅質(zhì)電瓷和鋁質(zhì)電瓷，鋁質(zhì)電瓷分為鋁質(zhì)瓷和高強(qiáng)度鋁質(zhì)瓷，根據(jù)電 瓷種類的不同應(yīng)用領(lǐng)域也不同，本發(fā)明涉及的電瓷屬于高強(qiáng)度鋁質(zhì)瓷，主要應(yīng)用于超高壓 絕緣子或高機(jī)械強(qiáng)度的瓷套。同國外同類企業(yè)相比，國內(nèi)多數(shù)企業(yè)工藝水平較差，導(dǎo)致產(chǎn)品 質(zhì)量參差不齊。目前，國產(chǎn)的、普瓷的強(qiáng)度在60-80kN/cm 2,高強(qiáng)瓷的強(qiáng)度在100-180kN/cm2， 比國外同型瓷體的強(qiáng)度低15%-25%。因此，電瓷強(qiáng)度不足是制約國產(chǎn)高壓電瓷最突出的問 題。有關(guān)研宄表明，電瓷中莫來石相的含量是決定其機(jī)械性能尤其是斷裂強(qiáng)度的關(guān)鍵(硅酸 鹽通報，2010, 29 (6) : 1472-1477)。
[0003] 近年來，國內(nèi)電瓷行業(yè)已紛紛調(diào)整生產(chǎn)工藝，在原料的配方、球磨工藝、成型方法、 燒成制度等方面均投入大量的人力、物力進(jìn)行技術(shù)改造與升級。其中，通過調(diào)整粉體原料 的化學(xué)組成及工藝參數(shù)，是目前提高瓷體性能的主要途徑。例如中國西電電氣股份有限 公司、撫順高科電氣制造有限公司、葉勝平等專利申請人分別通過添加高嶺土和伊利石粘 土、改性膨潤土、工業(yè)氧化鋁等調(diào)整原料配方提高電瓷性能(詳見ZL 201310719303. 4，ZL 200610134907. 2 和 ZL 200510134951. 9 等）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述國內(nèi)電瓷所面臨的難題，本發(fā)明提供了一種添加復(fù)合籽非晶（CaB2O 4 籽非晶與CaB4O7籽非晶）的電瓷及其制備方法。復(fù)合籽非晶的加入不僅能夠發(fā)揮籽非晶的 軟化特性，促進(jìn)電瓷的燒結(jié)過程；而且在升溫過程會轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合籽晶（CaB 2O4籽晶與CaB4O7 籽晶)，通過籽晶熔化形成的液相，進(jìn)一步促進(jìn)電瓷的燒結(jié)過程，提高電瓷的致密度，顯著增 強(qiáng)電瓷的斷裂強(qiáng)度；另外，復(fù)合籽非晶的加入還能有效促進(jìn)莫來石相的析晶，從而顯著提高 電瓷的機(jī)械強(qiáng)度。
[0005] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)施的： 一種添加復(fù)合籽非晶的電瓷，原料組成按重量百分?jǐn)?shù)計：Si02 10~20%、Al2O3 10~25%、 Fe2O3 10~20%、Ti02 l~5%、Ca0 2~10%、Mg0 0~3%、K20 5~15%、Na20 3~8%和復(fù)合籽非晶 5~20%; 所述的復(fù)合籽非晶為CaB2O4籽非晶與CaB 407籽非晶。
[0006] 優(yōu)選的，原料組成按重量百分?jǐn)?shù)計：Si02 10~20%、Al2O3 10~25%、Fe2O3 10~20%、TiO2 1~3%、CaO 4~10%、MgO 0~2%、K2O 8~15%、Na2O 3~8% 和復(fù)合籽非晶 5~15%。
[0007] 制備方法包括以下步驟： (1)配料；原料分別在90~100°C下烘12h，按配方稱量，復(fù)合配料； (2) 球磨；采用鋯球，球與料的體積比為2:1，過270目篩； (3) 除鐵、榨泥、陳腐、練泥：用電磁線圈和永久磁鐵的除鐵設(shè)備過篩除鐵，加水榨泥后 含水率在22%，陳腐時間為72h，真空度為0. 05~0. 09MPa下練泥； (4) 成型；真空度為0.0 lMPa下進(jìn)行擠壓成型，成型樣品為直徑2. 3cm、長13. 6cm的柱 狀； (5) 干燥；先陰干12h，再在90~100°C下烘48h ; (6) 窯爐燒結(jié)；升溫速率為5°C /min，燒結(jié)溫度為1150~1260°C，保溫30min。
[0008] 本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于： (1) 窯爐內(nèi)溫度<800°C時，復(fù)合籽非晶發(fā)生軟化，改善電瓷的流動性，填充電瓷孔隙，提 高電瓷的致密度； (2) 窯爐內(nèi)溫度為800-900°C時，復(fù)合籽非晶發(fā)生析晶轉(zhuǎn)變，在電瓷中形成CaB2O4籽晶 與CaB 4O7籽晶； (3) 窯爐內(nèi)溫度為〈1000°C時，CaB4O7籽晶開始熔化（CaB 407的熔點(diǎn)為987±10°C，J POWER SOURCES，2011，196，P1321 - 1323)，為電瓷的燒結(jié)過程提供液相，改善電瓷的流 動性，填充電瓷孔隙，提高電瓷的致密度； (4) 窯爐內(nèi)溫度為>1100°C時，CaB2O4籽晶開始熔化（CaB2O 4的熔點(diǎn)為1122±10°C，J POWER SOURCES, 2011，196，P1321 - 1323)，為電瓷的燒結(jié)過程提供更多的液相，進(jìn)一步 提高電瓷的致密度； (5) 升溫過程形成的CaB2O4籽晶與CaB4O7籽晶在燒結(jié)過程能夠作為電瓷中異質(zhì)形核過 程的核心，為莫來石晶相的析出提供大量的形核場所，顯著促進(jìn)莫來石相的析出； (6) 電瓷組分中多為Si4+和Al3+等小尺寸離子，較大尺寸離子Ca2+的引入，能夠增加 體系的彈性應(yīng)變能，為電瓷的燒結(jié)和析晶提供驅(qū)動力； (7) 通過Ca2+取代Si4+和Al3+等離子，在電瓷中形成大量的氧缺位，顯著提高電瓷中 氧離子的擴(kuò)散速率，也進(jìn)一步促進(jìn)了電瓷的燒結(jié)和莫來石相的析晶過程。
[0009] (8)本發(fā)明制備原料簡單，易得，工藝穩(wěn)定成熟，達(dá)到了實(shí)用化和工業(yè)化的條件。
【附圖說明】
[0010] 圖1為添加不同含量復(fù)合籽非晶的電瓷在1210°C燒結(jié)后的斷裂強(qiáng)度柱狀圖。
[0011] 圖 2 為添加 0%、15% (5%CaB204籽非晶和 10%Ca 2B407籽非晶）、15% (7. 5% CaB 204籽 非晶和7. 5%Ca2B407籽非晶）復(fù)合籽非晶電瓷在1210°C燒結(jié)后的XRD圖。
[0012] 圖 3 為添加 0%、15% (5%CaB204籽非晶和 10%Ca 2B407籽非晶）、15% (7. 5% CaB 204籽 非晶和7. 5%Ca2B407籽非晶）復(fù)合籽非晶電瓷在1210°C燒結(jié)后的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 一種添加復(fù)合籽非晶的電瓷，原料組成按重量百分?jǐn)?shù)計：Si02 10~20%、Al2O3 10~25%、Fe2O3 10~20%、TiO2 1~5%、CaO 2~10%、MgO 0~3%、K2O 5~15%、Na2O 3~8% 和復(fù)合籽非 晶5~20% ;所述的復(fù)合籽非晶為CaB2O4籽非晶與CaB 407籽非晶。
[0014] 優(yōu)選的，原料組成按重量百分?jǐn)?shù)計：Si02 10~20%、Al2O3 10~25%、Fe2O3 10~20%、TiO2 1~3%、CaO 4~10%、MgO 0~2%、K2O 8~15%、Na2O 3~8% 和復(fù)合籽非晶 5~15%。
[0015] 制備方法包括以下步驟： (1) 配料；原料分別在90~100°C下烘12h，按配方稱量，復(fù)合配料； (2) 球磨；采用鋯球，球與料的體積比為2:1，過270目篩； (3) 除鐵、榨泥、陳腐、練泥：用電磁線圈和永久磁鐵的除鐵設(shè)備過篩除鐵，加水榨泥后 含水率在22%，陳腐時間為72h，真空度為0. 05~0. 09MPa下練泥； (4) 成型；真空度為0.0 lMPa下進(jìn)行擠壓成型，成型樣品為直徑2. 3cm、長13. 6cm的柱 狀； (5) 干燥；先陰干12h，再在90~100°C下烘48h ; (6) 窯爐燒結(jié)；升溫速率為5°C /min，燒結(jié)溫度為1150~1260°C，保溫30min。
[0016] 表1為實(shí)施例卜5中的電瓷組分表(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種添加復(fù)合籽非晶的電瓷，其特征在于：原料組成按重量百分?jǐn)?shù)計：SiO2 10~20%、 Al2O3 10~25%、Fe203 10~20%、Ti02 l~5%、Ca0 2~10%、Mg0 0~3%、K20 5~15%、Na20 3~8% 和復(fù)合 籽非晶5~20% ;所述的復(fù)合籽非晶為CaB2O4籽非晶與CaB 407籽非晶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加復(fù)合籽非晶的電瓷，其特征在于：原料組成按重量百 分?jǐn)?shù)計：SiO2 10~20%、Al2O3 10~25%、Fe2O3 10~20%、TiO2 1~3%、CaO 4~10%、MgO 0~2%、K2O 8~15%、Na2O 3~8% 和復(fù)合籽非晶 5~15%。
3. -種制備如權(quán)利要求1所述的添加復(fù)合籽非晶的電瓷的方法，其特征在于：包括以 下步驟： (1) 配料；原料分別在90~100°C下烘12h，按配方稱量，復(fù)合配料； (2) 球磨；采用鋯球，球與料的體積比為2:1，過270目篩； (3) 除鐵、榨泥、陳腐、練泥：用電磁線圈和永久磁鐵的除鐵設(shè)備過篩除鐵，加水榨泥后 含水率在22%，陳腐時間為72h，真空度為0. 05~0. 09MPa下練泥； (4) 成型；真空度為0.0 lMPa下進(jìn)行擠壓成型； (5) 干燥；先陰干12h，再在90~100°C下烘48h ; (6) 窯爐燒結(jié)；升溫速率為5°C /min，燒結(jié)溫度為1150~1260°C，保溫30min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種添加復(fù)合籽非晶的電瓷及其制備方法，原料組成按重量百分?jǐn)?shù)計：SiO2 10~20%、Al2O3 10~25%、Fe2O3 10~20%、TiO2 1~5%、CaO 2~10%、MgO 0~3%、K2O 5~15%、Na2O 3~8%和復(fù)合籽非晶5~20%。本發(fā)明通過添加復(fù)合籽非晶（CaB2O4籽非晶與CaB4O7籽非晶），不僅能夠發(fā)揮籽非晶的軟化特性，促進(jìn)電瓷的燒結(jié)過程；而且在升溫過程會轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合籽晶（CaB2O4籽晶與CaB4O7籽晶），通過籽晶熔化形成的液相，進(jìn)一步促進(jìn)電瓷的燒結(jié)過程，提高電瓷的致密度，顯著增強(qiáng)電瓷的斷裂強(qiáng)度；另外，復(fù)合籽非晶的加入還能夠有效促進(jìn)莫來石相的析晶，從而顯著提高電瓷的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明制備原料簡單，易得，工藝穩(wěn)定成熟，達(dá)到了實(shí)用化和工業(yè)化的條件。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-26, C04B35-10
【公開號】CN104803668
【申請?zhí)枴緾N201510220153
【發(fā)明人】張騰, 劉鴻琳, 杜欣航, 李巍婷, 張琪, 顏佳佳, 魏穎, 唐電
【申請人】福州大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月4日