一种添加复合籽晶的电瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高压电瓷领域，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。
【背景技术】
[0002] 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，本发明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)。
[0003] 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）。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述国内电瓷所面临的难题，本发明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。
[0005] 本发明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。
[0006] 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%。
[0007] 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。
[0008] 本发明的显著优点在于： (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。
[0009] (6)本发明制备原料简单，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】
[0010] 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】
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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) 成型；真空度为0.OlMPa下进行挤压成型； (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。
【专利摘要】本发明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。
【IPC分类】C04B35-185, C04B35-622
【公开号】CN104844180
【申请号】CN201510219888
【发明人】张腾, 刘鸿琳, 杜欣航, 李巍婷, 张琪, 颜佳佳, 魏颖, 唐电
【申请人】福州大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月4日