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一种添加复合籽晶的电瓷及其制备方法技术

技术编号:11900127 阅读:99 留言:0更新日期:2015-08-19 11:54
本发明专利技术公开了一种添加复合籽晶的电瓷及其制备方法,原料组成按重量百分数计:SiO2 10~20%、Al2O3 10~25%、Fe2O3 10~20%、TiO2 1~5%、CaO 2~10%、MgO 0~3%、K2O 5~15%、Na2O 3~8%和复合籽晶2~20%。本发明专利技术通过添加复合籽晶(CaB2O4籽晶与CaB4O7籽晶),不仅能够促进电瓷的烧结过程,提高电瓷的致密度,显著增强电瓷的断裂强度;而且,复合籽晶的加入还能够有效促进莫来石相的析晶,从而显著提高电瓷的机械强度。本发明专利技术制备原料简单,易得,工艺稳定成熟,达到了实用化和工业化的条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高压电瓷领域,具体涉及一种添加复合籽晶(CaB204籽晶与CaB 407籽 晶)的电瓷及其制备方法。
技术介绍
高压电瓷是指额定电压在高于lkV的电瓷产品。主要指用于高压输电线路及电站 和各种用电器的绝缘陶瓷,也称绝缘子,是电力工业的重要组成部分。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,本专利技术涉及的电瓷属于高强度铝质瓷,主要应用于超高压 绝缘子或高机械强度的瓷套。同国外同类企业相比,国内多数企业工艺水平较差,导致产品 质量参差不齐。目前,国产的、普瓷的强度在60-80kN/cm 2,高强瓷的强度在100-180kN/cm2, 比国外同型瓷体的强度低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。有关研宄表明,电瓷中莫来石相的含量是决定其机械性能尤其是断裂强度的关键(硅酸 盐通报,2010, 29 (6) : 1472-1477)。 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,是目前提高瓷体性能的主要途径。例如中国西电电气股份有限 公司、抚顺高科电气制造有限公司、叶胜平等专利申请人分别通过添加高岭土和伊利石粘 土、改性膨润土、工业氧化铝等调整原料配方提高电瓷性能(详见ZL 201310719303. 4,ZL 200610134907. 2 和 ZL 200510134951. 9 等)。
技术实现思路
为了解决上述国内电瓷所面临的难题,本专利技术提供了一种添加复合籽晶(CaB20 4 籽晶与CaB407籽晶)的电瓷及其制备方法。通过添加适量的复合籽晶不仅能够改善电瓷在 烧结过程的流动性,提高电瓷的致密度,显著增强电瓷的断裂强度;而且,复合籽晶的加入 还能有效促进莫来石相的析晶,从而进一步提高电瓷的机械强度。 本专利技术是通过如下技术方案实施的: 一种添加复合籽晶的电瓷,原料组成按重量百分数计:Si02 10~20%、A1203 10~25%、 Fe203 10~20%、Ti02 1~5%、CaO 2~10%、MgO 0~3%、K20 5~15%、Na20 3~8% 和复合籽晶 2~20% ; 所述的复合籽晶为CaB204籽晶与CaB 407籽晶。 优选的,原料组成按重量百分数计:Si02 10~20%、A1203 10~25%、Fe203 10~20%、Ti02 l~3%、CaO 4~10%、Mg0 0~2%、K20 8~15%、Na20 3~8% 和复合籽晶 5~15%。 制备方法包括以下步骤: (1) 配料;原料分别在90~100°C下烘12h,按配方称量,复合配料; (2) 球磨;采用锆球,球与料的体积比为2:1,过270目筛; (3) 除铁、榨泥、陈腐、练泥:用电磁线圈和永久磁铁的除铁设备过筛除铁,加水榨泥后 含水率在22%,陈腐时间为72h,真空度为0. 05~0. 09MPa下练泥; (4) 成型;真空度为0.0 IMPa下进行挤压成型,成型样品为直径2. 3cm、长13. 6cm的柱 状; (5) 干燥;先阴干12h,再在90~100°C下烘48h ; (6) 窑炉烧结;升温速率为5°C /min,烧结温度为1150~1260°C,保温30min。 本专利技术的显著优点在于: (1) 窑炉内温度<l〇〇〇°C时,复合籽晶中的CaB40#f晶开始熔化(CaB 407的熔点为 987±10°C,J POWER SOURCES, 2011,196,P1321 - 1323),为电瓷的烧结过程提供液相,改 善电瓷的流动性,填充电瓷孔隙,提高电瓷的致密度; (2) 窑炉内温度>1100°C时,复合籽晶中的CaB204籽晶开始熔化(CaB 204的熔点为 1122±10°C,J POWER SOURCES, 2011,196,P1321 - 1323),为电瓷的烧结过程提供更多的 液相,进一步提高电瓷的致密度; (3) 复合籽晶在烧结过程能够作为电瓷中异质形核过程的核心,为莫来石晶相的析出 提供大量的形核场所,显著促进莫来石相的析出; (4) 电瓷组分中多为Si4+和Al3+等小尺寸离子,较大尺寸离子Ca2+的引入,能够增加体 系的弹性应变能,为电瓷的烧结和析晶提供驱动力; (5) 通过Ca2+取代Si 4+和Al3+等离子,在电瓷中形成大量的氧缺位,显著提高电瓷中 氧离子的扩散速率,也进一步促进了电瓷的烧结和莫来石相的析晶过程。 (6)本专利技术制备原料简单,易得,工艺稳定成熟,达到了实用化和工业化的条件。【附图说明】 图1为添加不同含量复合籽晶的电瓷在1230°c烧结后的XRD图。【具体实施方式】 一种添加复合籽晶的电瓷,原料组成按重量百分数计:Si02 10~20%、A1203 10~25%、 Fe203 10~20%、Ti02 1~5%、CaO 2~10%、MgO 0~3%、K20 5~15%、Na20 3~8% 和复合籽晶 2~20% ; 所述的复合籽晶为CaB204籽晶与CaB 407籽晶。 制备方法包括以下步骤: (1) 配料;原料分别在90~100°C下烘12h,按配方称量,复合配料; (2) 球磨;采用锆球,球与料的体积比为2:1,过270目筛; (3) 除铁、榨泥、陈腐、练泥:用电磁线圈和永久磁铁的除铁设备过筛除铁,加水榨泥后 含水率在22%,陈腐时间为72h,真空度为0. 05~0. 09MPa下练泥; (4) 成型;真空度为0.0 IMPa下进行挤压成型,成型样品为直径2. 3cm、长13. 6cm的柱 状; (5) 干燥;先阴干12h,再在90~100°C下烘48h ; (6) 窑炉烧结;升温速率为5°C /min,烧结温度为1150~1260°C,保温30min。 表1为实施例1-6中的电瓷组分表(质量百分数)【主权项】1. 一种添加复合籽晶的电瓷,其特征在于:原料组成按重量百分数计:SiO2 10~20%、 Al2O3 10~25%、Fe203 10~20%、Ti02l~5%、Ca0 2~10%、Mg0 0~3%、K20 5~15%、Na20 3~8% 和复合 籽晶2~20% ;所述的复合籽晶为CaB2O4籽晶与CaB407籽晶。2. 根据权利要求1所述的添加复合籽晶的电瓷,其特征在于:原料组成按重量百分数 计:SiO2 10~20%、Al2O3 10~25%、Fe2O3 10~20%、TiO2 1~3%、CaO4~10%、MgO0~2%、K2O8~15%、 Na2O3~8%和复合籽晶5~15%。3. -种制备如权利要求1所述的添加复合籽晶的电瓷的方法,其特征在于:包括以下 步骤: (1) 配料;原料分别在90~100°C下烘12h,按配方称量,复合配料; (2) 球磨;采用锆球,球与料的体积比为2:1,过270目筛; (3) 除铁、榨泥、陈腐、练泥:用电磁线圈和永久磁铁的除铁设备过筛除铁,加水榨泥后 含水率在22%,陈腐时间为72h,真空度为0. 05~0. 09MPa下练泥; (4)本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种添加复合籽晶的电瓷,其特征在于:原料组成按重量百分数计:SiO2 10~20%、Al2O3 10~25%、Fe2O3 10~20%、TiO2 1~5%、CaO 2~10%、MgO 0~3%、K2O 5~15%、Na2O 3~8%和复合籽晶2~20%;所述的复合籽晶为CaB2O4籽晶与CaB4O7籽晶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:张腾刘鸿琳杜欣航李巍婷张琪颜佳佳魏颖唐电
申请(专利权)人:福州大学
类型:发明
国别省市:福建;35

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