一种利用废玻璃和金云母制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料的方法
【专利摘要】本发明系一种利用废玻璃和金云母制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料的制备方法，具体步骤如下：分别将废玻璃和金云母反复清洗干净，破碎，粉碎，筛分，待用；将上述两种粉体按照质量配比(云母占50～75％)进行混料，研磨，加入4～5wt％的聚乙烯醇作为粘结剂，干压成型，冷等静压成型，将成型试样放在马弗炉中常压烧结，烧结温度800℃～1500℃，保温2h，自然冷却至室温，取出，即得到一种利用废玻璃和金云母制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料，该材料具有成本低、强度高和电绝缘性能好等优点。
【专利说明】一种利用废玻璃和金云母制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种利用废玻璃和金云母制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，属于工程陶瓷材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002]云母陶瓷绝缘子是以云母为主要绝缘成分的绝缘子，它具有耐温高、机械强度高、电绝缘性能优异、可加工、化学性能稳定等特性，是一种新型的、具有良好发掘潜力的绝缘子产品。与传统的陶瓷绝缘子、合成绝缘子等相比，具有多方面的优势。可以说，云母陶瓷绝缘子结合了目前广泛应用的合成绝缘子和陶瓷绝缘子的综合优势，完全满足高速电力机车的使用要求。
[0003]云母陶瓷绝缘子在高铁、普通电力机车、地铁等机车上具有非常好的竞争力，可以应用在机车内部的各种电气设备、电路中，如电机、电阻器、电柜等。我国正在大力开展铁路电气化的改造和新建工程。随着我国铁路的电气化进程，时速200km以上的高速电力机车陆续投入生产，部分时速350km的高铁也已经商业运营。此外，国内多个城市正在快速发展的城际轨道交通、地铁等项目，未来几年全国将有数十条城市轨道交通线投入运营。由于城市轨道的车辆运行密度较高，相应地绝缘子的需求量也非常巨大。
[0004]然而，可加工性云母陶瓷绝缘子的价格比较高。目前国际市场上小小一块(25X 25X 25mm、重40g左右)的可加工玻璃陶瓷售价高达101英镑，国内市场售价也在300?1000元/Kg。目前，云母陶瓷的制备方法主要有熔融法和烧结法两种。熔融法由于需要将玻璃原料加热至高温熔化，能耗高从而造成成本较高。此外,制备玻璃粉的原料主要为化工原料也导致了云母玻璃陶瓷的成本居高不下。这一点严重制约了云母陶瓷绝缘子的市场推广和广泛应用。烧结法不需要将原料加热熔化，可实现低温烧结，故节约了能耗。因此针对云母陶瓷绝缘子价格高昂的特点，从原材料和制备工艺两个方面入手，通过技术创新开发出新型可加工云母玻璃陶瓷，大幅度降低该类绝缘子产品的制备成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种利用废玻璃和金云母制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，具体是一种成本低、强度高、电绝缘性能好的以金云母和废玻璃为原料经干压成型、冷等静压成型和高温烧结制得的云母玻璃陶瓷复合材料的制备方法。
[0006]其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的金云母是磷矿副产物，片状，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。
[0007]其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的玻璃是废瓶罐玻璃，主要成分为S12 > 70%, CaO > 10%, Na2O > 10%，经破碎、粉碎、筛分，粒径在 20 ?30 μ m。
[0008]其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料云母与玻璃的不同质量配比是云母占50 ?75%。
[0009]其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料成型要求如下，干压成型压力20MPa，保压时间40s ;冷等静压成型压力120MPa，保压时间90s。
[0010]其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的粘结剂是聚乙烯醇，添加量为原料总量的4?5wt%。
[0011]其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料烧结机制如下:常压烧结，烧结温度为800°C?1500C，保温时间2h，自然冷却。
[0012]本发明一种利用废玻璃和金云母制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，其优点及功效在于该材料成本低、强度高和电绝缘性能好。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料SEM照片(1020C，云母占70% )
[0014]图2可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料SEM照片(950°C，云母占65% )
[0015]图3可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料XRD图谱(1020C，云母占70% )
[0016]图4可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料电阻率随温度变化曲线
[0017]图5可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料抗折强度随温度变化曲线
【具体实施方式】
[0018]下面结合实例对本发明的特点做进一步描述，但并非仅仅局限于下述实施例。
[0019]实施例一:
[0020]首先，将废玻璃反复清洗干净，常温自然晾干，然后破碎，粉碎，100目筛分，待用；对金云母进行破碎，粉碎，100目筛分，得到的云母粉待用。将玻璃粉和云母粉按照质量配比(云母占65 % )进行混料，研磨，得到混合粉末。在玻璃粉和云母粉混合物中加入4?5wt %的聚乙烯醇作为粘结剂，再次研磨，然后称3.5g左右的配料粉体，放入模具内，置于粉末压片机上干压成型，所用压强为20MPa，保压时间40s左右。干压结束后立即进行冷等静压成型。等静压前，将小条试样分别小心放入橡胶手套内，将橡胶手套抽真空后扎紧，然后置于冷等静压机中，以一定的升压速度，加压到120MPa后，保压90s，然后取出。将成型后的试样条放在马弗炉中常压烧结。烧结温度850°C，保温2h，自然冷却至室温，取出，即得到一种利用废玻璃和金云母制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的金云母是磷矿副产物，片状，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的玻璃是废瓶罐玻璃，主要成分为S12 > 70%,CaO > 10%,Na20> 10%，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料的云母与玻璃配比是云母占65%，其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料成型要求如下，干压成型压力20MPa，保压时间40s ;冷等静压成型压力120MPa，保压时间90s。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的粘结剂是聚乙烯醇，添加量为原料总量的4?5wt%。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料烧结机制如下，常压烧结，烧结温度为850°C，保温时间2h。
[0021]对这种可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料进行性能测试:材料的密度为1.776gcnT3，抗折强度为 25.48MPa，电阻率 3.83 X 101° Ω.m。
[0022]实施例二:
[0023]首先，将废玻璃反复清洗干净，常温自然晾干，然后破碎，粉碎，100目筛分，待用；对金云母进行破碎，粉碎，100目筛分，得到的云母粉待用。将玻璃粉和云母粉按照质量配比(云母占65 % )进行混料，研磨，得到混合粉末。在玻璃粉和云母粉混合物中加入4?5wt %的聚乙烯醇作为粘结剂，再次研磨，然后称3.5g左右的配料粉体，放入模具内，置于粉末压片机上干压成型，所用压强为20MPa，保压时间40s左右。干压结束后立即进行冷等静压成型。等静压前，将小条试样分别小心放入橡胶手套内，将橡胶手套抽真空后扎紧，然后置于冷等静压机中，以一定的升压速度，加压到120MPa后，保压90s，然后取出。将成型后的试样条放在马弗炉中常压烧结。烧结温度900°C，保温2h，自然冷却至室温，取出，即得到一种利用废玻璃和金云母制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的金云母是磷矿副产物，片状，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的玻璃是废瓶罐玻璃，主要成分为S12 > 70%,CaO > 10%,Na20> 10%，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料的云母与玻璃配比是云母占65%，其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料成型要求如下，干压成型压力20MPa，保压时间40s ;冷等静压成型压力120MPa，保压时间90s。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的粘结剂是聚乙烯醇，添加量为原料总量的4?5wt%。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料烧结机制如下，常压烧结，烧结温度为900°C，保温时间2h。
[0024]对这种可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料进行性能测试:材料的密度为1.960gcnT3，抗折强度为 35.23MPa,电阻率 5.00 X 101° Ω 2.m。
[0025]实施例三:
[0026]首先，将废玻璃反复清洗干净，常温自然晾干，然后破碎，粉碎，100目筛分，待用；对金云母进行破碎，粉碎，100目筛分，得到的云母粉待用。将玻璃粉和云母粉按照质量配比(云母占70 % )进行混料，研磨，得到混合粉末。在玻璃粉和云母粉混合物中加入4?5wt %的聚乙烯醇作为粘结剂，再次研磨，然后称3.5g左右的配料粉体，放入模具内，置于粉末压片机上干压成型，所用压强为20MPa，保压时间40s左右。干压结束后立即进行冷等静压成型。等静压前，将小条试样分别小心放入橡胶手套内，将橡胶手套抽真空后扎紧，然后置于冷等静压机中，以一定的升压速度，加压到120MPa后，保压90s，然后取出。将成型后的试样条放在马弗炉中常压烧结。烧结温度950C，保温2h，自然冷却至室温，取出，即得到一种利用废玻璃和尾矿制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的金云母是磷矿副产物，片状，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的玻璃是废瓶罐玻璃，主要成分为S12 > 70%,CaO> 10%, Na2O > 10%，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料的云母与玻璃配比是云母占70%，其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料成型要求如下，干压成型压力20MPa，保压时间40s ;冷等静压成型压力120MPa，保压时间90s。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的粘结剂是聚乙烯醇，添加量为原料总量的4?5wt%。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料烧结机制如下，常压烧结，烧结温度为950C，保温时间2h。
[0027]对这种可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料进行性能测试:材料的密度为1.982gcnT3，抗折强度为 42.93MPa，电阻率 5.22 X 101° Ω.m。
[0028]实施例四:
[0029]首先，将废玻璃反复清洗干净，常温自然晾干，然后破碎，粉碎，100目筛分，待用；对金云母进行破碎，粉碎，100目筛分，得到的云母粉待用。将玻璃粉和云母粉按照质量配比(云母占70 % )进行混料，研磨，得到混合粉末。在玻璃粉和云母粉混合物中加入4?5wt %的聚乙烯醇作为粘结剂，再次研磨，然后称3.5g左右的配料粉体，放入模具内，置于粉末压片机上干压成型，所用压强为20MPa，保压时间40s左右。干压结束后立即进行冷等静压成型。等静压前，将小条试样分别小心放入橡胶手套内，将橡胶手套抽真空后扎紧，然后置于冷等静压机中，以一定的升压速度，加压到120MPa后，保压90s，然后取出。将成型后的试样条放在马弗炉中常压烧结。烧结温度1020°C，保温2h，自然冷却至室温，取出，即得到一种利用废玻璃和尾矿制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的金云母是磷矿副产物，片状，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的玻璃是废瓶罐玻璃，主要成分为S12 > 70%,CaO > 10%,Na20> 10%，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料的云母与玻璃配比是云母占70%，其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料成型要求如下，干压成型压力20MPa，保压时间40s ;冷等静压成型压力120MPa，保压时间90s。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的粘结剂是聚乙烯醇，添加量为原料总量的4?5wt%。其中制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料烧结机制如下，常压烧结，烧结温度为1020°C，保温时间2h。
[0030]对这种可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料进行性能测试:材料的密度为1.976gcnT3，抗折强度为 49.36MPa，电阻率 5.30 X 101° Ω.m。
【权利要求】
1.一种利用废玻璃和金云母制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，其特征在于:该方法包括如下几个步骤: (1)首先将废玻璃反复清洗干净，常温自然晾干，然后破碎，粉碎，100目筛分，得到A料；对金云母进行破碎，粉碎，100目筛分，得到B料。 (2)对A料和B料按不同质量配比(云母占50?75%)进行混料，研磨，得到C料。 (3)在C料中加入适量粘合剂，依次进行干成型和冷等静压成型，得到D料。 (4)将D料在马弗炉中进行常压烧结，制得可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料。
2.根据权利要求1所述的可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，其特征在于:制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的金云母是磷矿副产物，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。
3.根据权利要求1所述的可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，其特征在于:制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的玻璃是废瓶罐玻璃，主要成分为S12 >70%, CaO > 10%, Na2O > 10%，经破碎、粉碎、筛分，粒径在20?30 μ m。
4.根据权利要求1所述的可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，其特征在于:制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料云母与玻璃的不同质量配比是云母占50?75%。
5.根据权利要求1所述的可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，其特征在于:制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料成型要求如下，干压成型压力20MPa，保压时间40s ;冷等静压成型压力120MPa，保压时间90s。
6.根据权利要求1所述的可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，其特征在于:制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料所用的粘结剂是聚乙烯醇，添加量为原料总量的4 ?5wt %。
7.根据权利要求1所述的可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料及其制备方法，其特征在于:制备可加工性云母玻璃陶瓷绝缘材料烧结机制如下，常压烧结，烧结温度为800C?1500°C，保温时间2h，自然冷却。
【文档编号】C03C10/00GK104250067SQ201310495489
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】吴小文, 罗炳程, 曾诚, 郭金鑫 申请人:中国地质大学（北京）