本发明涉及绝缘子材质，特别涉及一种高强度轻质柱式瓷绝缘子及其制备方法。
背景技术：
1、随着电力能源的持续发展，电能在能源结构中的比重加重，高压电力在输送以及变电、配电过程中的安全性和稳定性要求日益提高。绝缘子是输电配电环节中重要设备的重要元件，通常由固态绝缘材料制成(瓷、玻璃、复合材料)，用以分隔不同电位导体，同时起到机械支撑的作用。柱式瓷绝缘子在电力系统中广泛使用，其在服役期间，不仅需要承受导线重量、短路时电动力等，还需要承受地震等极端荷载。柱式瓷绝缘子的机械性能不达标，将严重影响电网系统运行稳定性。比如地震作用下，发生瓷绝缘子断裂，不仅自身功能损坏，还会造成相邻设备拉断、毁坏，导致单相或多相接地短路，严重情况下能引起电网停电事故，或危及人身安全等。因此，针对柱式瓷绝缘子的机械性能研究引起广泛关注。
技术实现思路
1、为此，本发明提供了一种高强度轻质柱式瓷绝缘子，包括绝缘瓷体、金属法兰和螺杆，所述螺杆和金属法兰固定连接，所述绝缘瓷体和金属发明通过水泥胶合连接；所述绝缘瓷体的原料包括：三氧化二硼、氟化锂、三氧化二钇、氧化钙、掺杂氧化铝、改性氧化锆、高岭土、碳酸钡和氮化铝粉，各所述原料均为过300目筛网的过筛粉末；所述掺杂氧化铝的制备方法为：
2、(1)将γ-氧化铝粉末置于600～650℃环境下煅烧3～4h，然后空冷至常温，球磨，过1000目筛网，配置双氧水溶液，将过筛后的粉末浸泡在所述双氧水溶液中20h以上，然后固液分离，固相用去离子水洗涤，烘干，获得固相a；
3、(2)配置壳聚糖的水溶液，将所述烘干后的固相a浸泡在所述壳聚糖的水溶液中形成悬浊液，所述悬浊液转移至反应釜内，密封所述反应釜，加热至180～185℃保温20～22h，然后空冷至常温，打开所述反应釜，固液分离，固相用去离子水洗涤，烘干，获得固相b；
4、(3)配置硝酸铈、氯化锶的复合水溶液，将所述固相b加入所述硝酸铈、氯化锶的复合水溶液中形成混合物，所述混合物水浴恒温至60±5℃，恒温后搅拌混合物50～60min，然后在搅拌状态下向所述混合物中滴加氢氧化钠的水溶液，加料完成后继续60±5℃水浴恒温搅拌60～80min，然后在搅拌状态下向混合物中通入二氧化碳气体30min以上，然后空冷至常温，固液分离，固相用去离子水洗涤，110～120℃温度下烘干10h以上，获得所述掺杂氧化铝。
5、进一步地，所述改性氧化锆的改性方法为：
6、步骤一、将过1000筛网的过筛氧化锆粉末加入甲苯中获得甲苯悬浊液，搅拌所述甲苯悬浊液，搅拌状态下加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，加料完成后加热沸腾所述甲苯悬浊液并冷凝回流15h以上，然后空冷至常温，固液分离，固相用乙醇洗涤，烘干，获得一次改性粉末；
7、步骤二、将所述一次改性粉末加入n,n-二甲基甲酰胺中获得二次改性液，搅拌所述二次改性液，然后在搅拌状态下向溶液中加入丁二酸酐，加料完成后继续搅拌溶液20h以上，然后固液分离，固相用乙醇洗涤，烘干，获得二次改性粉末；
8、步骤三、配置n,n-二环己基碳二亚胺的n,n-二甲基甲酰胺溶液，将所述二次改性粉末、4-二甲氨基吡啶、聚醚胺和n,n-二甲基甲酰胺混合形成混合液，搅拌所述混合液，搅拌过程中向所述混合液中加入所述n,n-二环己基碳二亚胺的n,n-二甲基甲酰胺溶液，加料完成后30℃水浴恒温，恒温后搅拌混合液10h以上，然后空冷至常温，固液分离，固相用乙醇洗涤，烘干，获得所述改性氧化锆。
9、进一步地，所述绝缘瓷体的各原料按重量份数计为：三氧化二硼5～10份，氟化锂6～8份，三氧化二钇3～7份，氧化钙1～2份，掺杂氧化铝30～40份，改性氧化锆8～14份，高岭土20～26份，碳酸钡6～8份，氮化铝粉3～4份。
10、进一步地，所述双氧水溶液中溶质的质量百分含量为25％～30％，溶剂为水；过筛后的粉末浸泡在所述双氧水溶液中的固液质量比为固/液＝1:8。
11、进一步地，所述壳聚糖的水溶液中，壳聚糖的浓度为4～5g/100ml，溶剂为水；固相a浸泡在所述壳聚糖的水溶液中的固液质量比为固/液＝1:50。
12、进一步地，所述硝酸铈、氯化锶的复合水溶液中，硝酸铈的浓度为20～30g/l，氯化锶的浓度为12～16g/l，溶剂为水；所述固相b加入所述硝酸铈、氯化锶的复合水溶液中的固液质量比为固/液＝1:50；所述氢氧化钠的水溶液中氢氧化钠的浓度为0.5mol/l，溶剂为水；氢氧化钠的水溶液滴加质量为所述混合物中固相b质量的4～6倍；所述二氧化碳气体的流量为8～10l/min。
13、进一步地，所述步骤一中，氧化锆粉末加入甲苯中获得甲苯悬浊液的固液质量比为氧化锆粉末/甲苯＝1:80；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷加入质量与所述甲苯悬浊液中的氧化锆粉末质量比为3-氨丙基三乙氧基硅烷/氧化锆粉末＝6～8:1。
14、进一步地，所述步骤二中，所述一次改性粉末加入n,n-二甲基甲酰胺中的固液质量比为一次改性粉末/n,n-二甲基甲酰胺＝1:80；所述丁二酸酐的加入质量与所述二次改性液中一次改性粉末质量比为丁二酸酐：一次改性粉末＝5～8:1。
15、进一步地，所述步骤三中，n,n-二环己基碳二亚胺的n,n-二甲基甲酰胺溶液中，n,n-二环己基碳二亚胺的浓度为2～3g/200ml，所述二次改性粉末、4-二甲氨基吡啶、聚醚胺和n,n-二甲基甲酰胺混合质量比为二次改性粉末：4-二甲氨基吡啶：聚醚胺：n,n-二甲基甲酰胺＝5～7:1～2:6～10:80；向所述混合液中加入所述n,n-二环己基碳二亚胺的n,n-二甲基甲酰胺溶液的质量比为混合液：n,n-二环己基碳二亚胺的n,n-二甲基甲酰胺溶液＝100:10～15。
16、本发明的有益效果在于：本发明所述方法制备的绝缘子绝缘瓷体具有良好的机械强度，不容易发生开裂破坏，维护成本低，且质量稳定，制造方法可靠性好，不良率低，完全满足电网用柱式瓷绝缘子的性能要求。
1.一种高强度轻质柱式瓷绝缘子，包括绝缘瓷体、金属法兰和螺杆，所述螺杆和金属法兰固定连接，所述绝缘瓷体和金属发明通过水泥胶合连接；其特征在于，所述绝缘瓷体的原料包括：三氧化二硼、氟化锂、三氧化二钇、氧化钙、掺杂氧化铝、改性氧化锆、高岭土、碳酸钡和氮化铝粉，各所述原料均为过300目筛网的过筛粉末；所述掺杂氧化铝的制备方法为：
2.根据权利要求1所述的一种高强度轻质柱式瓷绝缘子，其特征在于，所述改性氧化锆的改性方法为：
3.根据权利要求2所述的一种高强度轻质柱式瓷绝缘子，其特征在于，所述绝缘瓷体的各原料按重量份数计为：三氧化二硼5～10份，氟化锂6～8份，三氧化二钇3～7份，氧化钙1～2份，掺杂氧化铝30～40份，改性氧化锆8～14份，高岭土20～26份，碳酸钡6～8份，氮化铝粉3～4份。
4.根据权利要求2所述的一种高强度轻质柱式瓷绝缘子，其特征在于，所述双氧水溶液中溶质的质量百分含量为25％～30％，溶剂为水；过筛后的粉末浸泡在所述双氧水溶液中的固液质量比为固/液＝1:8。
5.根据权利要求2所述的一种高强度轻质柱式瓷绝缘子，其特征在于，所述壳聚糖的水溶液中，壳聚糖的浓度为4～5g/100ml，溶剂为水；固相a浸泡在所述壳聚糖的水溶液中的固液质量比为固/液＝1:50。
6.根据权利要求2所述的一种高强度轻质柱式瓷绝缘子，其特征在于，所述硝酸铈、氯化锶的复合水溶液中，硝酸铈的浓度为20～30g/l，氯化锶的浓度为12～16g/l，溶剂为水；所述固相b加入所述硝酸铈、氯化锶的复合水溶液中的固液质量比为固/液＝1:50；所述氢氧化钠的水溶液中氢氧化钠的浓度为0.5mol/l，溶剂为水；氢氧化钠的水溶液滴加质量为所述混合物中固相b质量的4～6倍；所述二氧化碳气体的流量为8～10l/min。
7.根据权利要求2所述的一种高强度轻质柱式瓷绝缘子，其特征在于，所述步骤一中，氧化锆粉末加入甲苯中获得甲苯悬浊液的固液质量比为氧化锆粉末/甲苯＝1:80；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷加入质量与所述甲苯悬浊液中的氧化锆粉末质量比为3-氨丙基三乙氧基硅烷/氧化锆粉末＝6～8:1。
8.根据权利要求2所述的一种高强度轻质柱式瓷绝缘子，其特征在于，所述步骤二中，所述一次改性粉末加入n,n-二甲基甲酰胺中的固液质量比为一次改性粉末/n,n-二甲基甲酰胺＝1:80；所述丁二酸酐的加入质量与所述二次改性液中一次改性粉末质量比为丁二酸酐：一次改性粉末＝5～8:1。
9.根据权利要求2所述的一种高强度轻质柱式瓷绝缘子，其特征在于，所述步骤三中，n,n-二环己基碳二亚胺的n,n-二甲基甲酰胺溶液中，n,n-二环己基碳二亚胺的浓度为2～3g/200ml，所述二次改性粉末、4-二甲氨基吡啶、聚醚胺和n,n-二甲基甲酰胺混合质量比为二次改性粉末：4-二甲氨基吡啶：聚醚胺：n,n-二甲基甲酰胺＝5～7:1～2:6～10:80；向所述混合液中加入所述n,n-二环己基碳二亚胺的n,n-二甲基甲酰胺溶液的质量比为混合液：n,n-二环己基碳二亚胺的n,n-二甲基甲酰胺溶液＝100:10～15。