专利名称:高强度长石瓷及其制造方法
本发明涉及一种高强度长石瓷及其制造方法。更具体地说，本发明涉及具有细致均匀的微观组织、适用于大型高压绝缘子的高强度长石瓷和耐酸陶瓷。本发明还涉及制造这种陶瓷的具体方法。
在高压绝缘子的制造过程中，使用两种长石瓷，即普通的陶瓷和含铝陶瓷。普通陶瓷主要含有石英类物质、长石类物质以及矿物粘土，而含铝陶瓷主要含有石英类物质、长石类物质、矾土类物质以及矿物粘土类物质。
附图7表示了陶瓷强度与原料混合物粒度之间的关系(就普通陶瓷是由石英类物质、长石类物质以及矿物粘土类物质组成而言)。纵座标代表素烧瓷的抗弯强度，而横座标代表有效直径不大于10μm颗粒的重量百分率。如图7所示，陶瓷的强度往往随着其原料粒度的减小而增加。这种陶瓷强度增加的原因在于由于使用较细的原料，因而使得陶瓷的微观结构更加均匀。对于普通陶瓷和含铝陶瓷的这种倾向已为人们所认识。
另一方面，原始材料粒度越细，在干燥和煅烧工艺中就越可能出现裂缝，这已为实验所知。一般来说，有效直径不大于10μm的颗粒含量超过85%(以重量计，下同)时，裂缝常在上述工艺中发生。因此，陶瓷材料的粒度应加以控制，以便在普通陶瓷和含铝陶瓷中，有效直径不大于10μm的颗粒含量小于85%。
在干燥或煅烧工艺中出现的上述的“裂缝”，指的是在陶瓷的应变部分引起的那些裂缝，是由于干燥和煅烧工艺中的温度差造成的内部和其表面的膨胀差和收缩差而引起的。应变部分包括在捏合和挤压过程中由于颗粒取向和体材内部与表面之间的密度差引起的内应变;以及体材的切割加工过程中，陶瓷的内部和表面上引起的表面应变。因此，本发明描述的裂缝指的是干燥和煅烧工艺中陶瓷内部和表面上形成的裂缝。
总之，先有技术的长石瓷缺点在于当原料的粒度非常细，那么易出现裂缝的危险性变得很高，当这种陶瓷用来制做大型高压绝缘子或内部和表面之间的温度差很大的高压绝缘子时，这种危险就会进一步增大。
因此，原料的粒度限定在一定值以下，这个限定反映了陶瓷微观组织的均匀性限度，以及比较低的陶瓷机械强度。例如，就普通陶瓷而言，具有12mm直径，用于绝缘体的陶瓷，其素烧瓷试件的三点弯曲强度大约为1000Kg/cm2;而就含有20%刚玉的含铝陶瓷而言，大约为1400Kg/cm2。如果原料的颗粒研磨的非常细，如上文指出，在生产陶瓷的干燥工艺和/或煅烧工艺中，就会出现裂缝。因此，对于需要有高机械强度(例如大型高压绝缘子)的制品，就要采取特殊的方法，例如向体材中添加大量的刚玉或施加静态液压以便压实，然后用压实体材雕刻出绝缘子。这样，这种特殊方法使得生产费用增加或者使得生产工艺复杂化。
因此，本发明的一个目的是克服先有技术的上述缺点，提供一种新型的具有比以前更均匀的微观组织的高强度长石瓷，以便提高其强度。
本发明另一个目的是提供一种生产高强度长石瓷的方法，该方法避免了在干燥和煅烧工艺中产生裂缝，甚至在使用的原料具有非常细的粒度的情况下。本发明的方法耗费低于常规陶瓷的生产方法，并且不需要复杂的工艺。
根据本发明的高强度长石瓷的优选方案，此瓷具有粒度小于20μm及总结晶度高于40%(以重量计)的晶相，因此使素烧瓷的抗弯强度高于1400Kg/cm2，并且无大于40μm的缺陷。
根据本发明方法，可以按下文的方式生产这种高强度长石瓷。即，(1)将原料研磨，以便得到这样的粒度分布，其中85～95%(以重量计)的颗粒的有效直径小于10μm，(2)在煅烧后，粉状材料与矿物粘土混合(3)，(4)研磨该混合物，以便其低于85%的颗粒有效直径小于10μm，并且将这种方法获得的粉状混合物成型、干燥，并按照常规陶瓷生产的相同步骤进行煅烧。上述步骤(3)和(4)的工艺次序可以相互更换。
本发明高强度长石瓷的强度比同种常规陶瓷大30～40%。更具体地说，就普通陶瓷制品而言，具有12mm直径的本发明的素烧瓷试件，其三点弯曲强度为1400Kg/cm2;而含有20%刚玉的含铝陶瓷制品，其三点弯曲强度为1800Kg/cm2;含30%的刚玉的含铝陶瓷制品，其三点弯曲强度为2100Kg/cm2;含50%的刚玉的含铝陶瓷制品，其三点弯曲强度为2900Kg/cm2。
现在进一步详细地说明本发明。使用本发明，陶瓷的微观组织较先有技术制备得更加均匀，其强度得到提高。为此目的，除矿物粘土外，将陶瓷细料进行研磨，使其85%以上粒子的有效直径不超过10μm，然后煅烧，使其烧结。煅烧后，矿物粘土与按此法得到的粉状料混合，然后研磨这种混合物，同时不断地监测控制粒度分布，以便使有效直径不超过10μm的颗粒含量低于85%。借此，尽管煅烧前85%以上的原料是细粒料，其有效直径不超过10μm，但通常陶瓷生产步骤，如捏和、挤压、干燥和煅烧仍能以常规方法同样的方式进行。
在本发明中使用的原料是石英类物质，如硅质砂;长石类物质，如钾碱长石;以及矾土类物质，如α-Al2O3。按常用陶瓷材料的研磨方法粉碎原料，以便生产出一种85～95%的颗粒有效直径不大于10μm的颗粒粒度分布。上述的研磨可通过下述过程进行1)对于每种原料进行研磨，然后混合磨碎的物料，以便制备出预定的煅烧制品;2)也可研磨预定煅烧制品的原料的混合物。上述混合前后研磨的选择取决于生产规模和现有加工设备的情况。
根据斯托克斯(Stokes)直径(一般称作有效直径)的粒度，由沉积方法测定。
图1表明用于本发明原料的粒度分布。为了便于比较，先有技术的普通陶瓷和含铝陶瓷的石英类原料粒度分布，也在图中作了描绘。在图中，横座标代表颗粒的有效直径，而纵座标代表颗粒的有效直径不大于横座标示出的颗粒有效直径重量百分比。表1表明用于本发明原料的粒度分布区域，此区域对应于图1中曲线I1～I2之间的区域。
在图1中，曲线S1和S2之间的区域指出了石英类物质的粒度分布，这种物质一般用于绝缘陶瓷子。曲线a1和a2之间的区域指出了已知的美国专利3，097，101所公开的石英类物质的粒度分布。曲线P1和P2之间的区域指出了已知的日本专利公开22，807/1973所公开的石英类物质的粒度分布。如图1所示，用于本发明的石英类物质的粒度比常用的石英类物质的更细。用于本发明的长石类物质和矾土类物质的粒度也比先有技术的细。
图2表明煅烧物料的混合物(称作“煅烧物料”)，它是由石英类物质、长石类物质和矾土类物质组成。图2阴影部分代表用于本发明煅烧物质的优选组份，该组份包括不大于85%的石英类物质，15～75%的长石类物质，以及不大于85%的矾土类物质。控制这种组份的原料粒度分布，使其85～95%的颗粒有如图1和表1所示，不大于10μm的有效直径。在900～1400℃下煅烧具有优选混合物料和适当粒子粒度分布的原料混合物，以便提供煅烧材料。
煅烧本发明细粉状原料的原因有两重，即，使陶瓷微观结构均匀化，防止陶瓷在后续加工步骤中产生裂缝。方法是控制通过研磨煅烧过的材料制备的二次粉未颗粒的粒度而达到上述要求。
将煅烧材料与矿物粘土混合。根据情况可以通过下面的三种方法中任何一种来进行混合。即，1)研磨煅烧材料，然后与矿物粘土混合，对这种混合物进行研磨，并向粉末状混合物中添加其余的矿物粘土。
在本发明的优选实施方案中，控制含有45～80%的煅烧材料和20～55%的矿物粘土混合物粒度，以便不超过85%的颗粒的有效直径不大于10μm。所需的高强度长石类陶瓷可通过按这种方法得到的粒度的控制加以制备;在1100～1400℃下，按任何适宜的常规方法的相应步骤的同样方式，捏和、挤压、成型、干燥、煅烧。
按照本发明，高强度长石陶瓷的晶相由至少一种晶体构成，这种晶体选自刚玉、莫来石、方晶石和石英。优选的结晶混合物含有不大于60%，最好为20～60%的刚玉，5～50%的莫来石，不大于40%的方晶石，以及不大于10%的石英。
现在说明本发明的各种限定的原因。
由于下述原因，高强度长石类陶瓷混合物的主要成份限定为22～85%的SiO2、10～73%的Al2O3，1.5～6.5%的K2O和/或Na2O。即，为了提供所需陶瓷的特性，得到一种易挤压、成型和煅烧的体材，选择了上述的混合物。所考虑的特性主要包括机械性能、热性能和电性能，例如抗弯强度、热膨胀系数，体积电阻率，等等。
如果SiO2含量(主要来源于硅石类物质和矿物粘土)低于22%或高于85%，体材难以挤压、成型和煅烧。如果Al2O3含量(主要来源于矿物粘土)低于10%，挤压和成型便难以进行;而超过73%，则煅烧温度太高，烘干工艺又难以进行。如果K2O和/或Na2O的含量(主要来源于长石类物质)小于1.5%，则很难煅烧;而超过6.5%，则陶瓷中的玻璃含量太高，煅烧过程中，陶瓷径径变软，结果很难使复杂形状的陶瓷稳定生产。
为了生产所要求的特性的陶瓷，高强度长石瓷的晶相限制在选自含刚玉、莫来石、方晶石和石英中的至少一种晶体。
以重量百分比为单位的晶相，限制在不大于60%的刚玉、5～50%的莫来石、不大于40%的方晶石，以及不大于10%的石英，这是由于下述原因，即刚玉大于60%，使煅烧很难进行。如果莫来石的含量小于5%，则陶瓷强度不够;而超过50%，又很难煅烧。如果方晶石的含量超过40%，陶瓷的热膨胀系数变得太大，使陶瓷产生高的内应力，从而陶瓷强度降低。高于10%的石英使陶瓷强度不够。
总结晶度限制在大于40%(以重量计)，因为如果小于40%(以重量计)，则不能制备出优良的机械性能和电性能的陶瓷。例如，随着总结晶度的增加，机械性能，例如抗弯强度和韧性，以及电性能(例如体积电阻率和绝缘强度)都得到改善。由于本发明高强度长石瓷的原料是非常细的颗粒，即，其85～95%的粒度不大于10μm和小于40%的低总结晶度，使陶瓷在煅烧过程中产生了很大的形变，很难使复杂形状的高压绝缘子稳定生产。结晶度是通过定量的x射线衍射方法测定的，所测量的单个晶体的衍射峰值为刚玉(113)，莫来石(220)，方晶石(101)和石英(100)。
由于大于20μm的晶体不能产生均匀的微观组织，从而不能提供所需的高强度陶瓷，因此，晶体的粒度限制在不大于20μm。本发明陶瓷的原料呈现非常细的颗粒形式，即85～95%的颗粒有效直径不大于10μm，5-15%颗粒有效直径大于10μm，在煅烧过程中，这种颗粒熔化并发生反应，结果，大于20μm的晶粒几乎不存在于陶瓷中。本发明人用光学显微镜和扫描电镜证实了本发明的陶瓷晶粒不大于20μm。
由于大于40μm的缺陷能降低陶瓷的强度，有碍高强度陶瓷的生产，因此陶瓷的缺陷被限制在不大于40μm。“缺陷”指的是陶瓷中的杂质和孔隙。杂质是一种不同于陶瓷固有材料的物质，大多数这种杂质是在体材制造步骤中进入陶瓷的。在本发明的优选方法中，用于煅烧材料和矿物粘土的模塑泥釉混合物的最后一道筛子，其目数为44μm。结果，通过最后一道筛子的杂质，在煅烧陶瓷时熔化，从而没有大于40μm的残留杂质。孔隙的大小取决于陶瓷生产的方法，而按照本发明的方法保证了陶瓷孔隙不大于40μm。本发明人用光学显微镜和扫描电镜证实，本发明陶瓷的杂质和孔隙不大于40μm。
按照本发明，高强度长石瓷的抗弯强度限制在大于1400Kg/cm2，因为限制前述方式的混合物、晶相、结晶度和显微组织来提高长石瓷的强度时，这种素瓷的抗弯强度也得到提高。
更具体地讲，当高强度长石瓷满足下列条件即根据重量，陶瓷主要含有22～85%的SiO2、10～73%的Al2O3和1.5～6.5%的K2O和/或Na2O;陶瓷具有一种晶相，这种晶相是由至少一种晶体所形成，它选自含有刚玉、莫来石、方晶石和石英类，晶相的总结晶度大于40%，晶体的结晶度选自如下范围刚玉不大于60%，莫来石5～50%、方晶石不大于40%，石英不大于10%、晶体粒度小于20μm，陶瓷无大于40μm的缺陷。这时，抗弯强度大于1400Kg/cm2的素烧瓷便可以得到。本发明使用的“素烧瓷抗弯强度”指的是12mm直径的素烧瓷试件的弯曲应力，在此应力下，跨距为100mm的三点弯曲试验中的试件破裂(此弯曲试验使用加载机的横梁速度为0.5mm/min)。具有素烧瓷抗弯强度为1800Kg/cm2的高强度长石瓷只限于一种混合物，该混合物主要包括30-60%的SiO2，30-73%的Al2O3，低于1.5%的Fe2O3，低于1.5%的TiO2，低于0.7%的CaO，低于0.5%的MgO和1.5-6.5%的K2O和/或Na2O，以及在其晶相中只限于含有20～60%的刚玉。这种陶瓷研制为大型高压绝缘体，因此30-60%的SiO2和30-70%的Al2O3为高的成型性能所必需，不大于1.5%Fe2O3为电绝缘体所必需，不大于1.5%的TiO2，不大于0.7%的CaO和不大于0.5%的MgO为便于煅烧大型陶瓷绝缘体所必需。K2O和/或Na2O限制在1.5-6.5%的原因与上面描述的相同。当刚玉结晶的含量小于20%，直径为12mm的素烧瓷试件三点弯曲强度不小于1，800Kg/cm2，而其含量大于60%，便很难煅烧。
本发明人还发现，使用一种混合物可以得到素烧瓷弯曲强度为1800Kg/cm2的上述高强度长石瓷。这种混合物主要含有30～60%的SiO2，30～73%的Al2O3，不大于1.5%的Fe2O3，不大于1.5%的TiO2，不大于0.7%的CaO，不大于0.5%的MgO，1.5～6.5%的K2O和/或Na2O，以及不大于20%的至少一种氧化物，它选自含TiO2、BaO、ZrO2、B2O3和ZnO。除了石英类物质、长石类物、矾土类物质和矿物粘土类物质外，如果使用不大于20%的至少一种选自含TiO2、BaO、ZrO2和ZnO的成份即试剂，可以取得上述素烧瓷的抗弯强度，但如果这种附加成份即试剂大于20%，则很难进行陶瓷的挤压、成型和煅烧。
本发明陶瓷的原料只限于至少一种选自石英类物质，长石类物质和矾土类物质的材料，因为这种原料可以产生具有所需的物理和化学特性的陶瓷。原料还需要研磨，以便其85～95%是有效直径不大于10μm的颗粒形状，因为如果这种细颗粒不大于85%，就不能得到所需的陶瓷强度;而其大于95%，就要花费额外的研磨时间，对陶瓷强度又没有任何提高。
按照本发明生产高强度长石瓷的方法，上述煅烧材料的混合物只限于不大于85%重量的石英类物质，15～75%重量的长石类物质和不大于85%重量的矾土类物质。选择这种混合物的主要原因在于长石类物质的含量。如果长石类物质的含量小于15%，就不能获得陶瓷的致密结构，即使在煅烧材料和矿物粘土的混合之后;而如果长石类物质的含量超过75%，在煅烧过程中，陶瓷常常软化，有碍大型高压绝缘子的稳定生产。
只要把足够量的矿物粘土与粉状煅烧材料相混合，保证材料有合适的塑性，含有大于85%的细颗粒，其有效直径不大于10μm的矿物粘土和其它化学物质可添加到煅烧材料中，但须保证陶瓷微观组织的均匀性不被破坏。上述其它化学物质是，例如TiO2、BaO、ZrO2B2O3、ZnO等等。
煅烧温度只限于900～1400℃，因为如果煅烧温度低于900℃，烧结作用不足以在煅烧材料中生成均匀的微观结构;如果高于1400℃，产生气泡，在煅烧材料中不能产生细致均匀的微观结构。
就通过把矿物粘土与粉状煅烧材料混合制备的体材混合物而言，已经发现最好为45～80%(以重量计)的煅烧材料和20～55%(以重量计)的矿物粘土。原因主要在于矿物粘土，如果其含量小于20%或大于55%，体材的塑性便不够，很难把体材挤压和成型。
煅烧材料和矿物粘土的混合物的煅烧温度限定在1100-1400℃之间。如果煅烧温度低于1100℃，不能得到烧结很好的陶瓷;如高于1400℃，产生气泡，有碍陶瓷的稳定生产。
为了更好地理解本发明，参阅下列附图，其中图1示出了按照本发明制备的陶瓷的颗粒粒度分布，并与先有技术的普通陶瓷和含铝陶瓷的石英类物质作了对比;
图2示出了用本发明的原料的组份范围，其原料包括石英类物质、长石类物质和矾土类物质;
图3示出了石英类物质，长石类物质和矾土类物质的颗粒粒度分布，其中矾土类物质用于下述的本发明的陶瓷实例。
图4示出在后面描述的实例中使用的石英-长石-矾土样品组份;
图5A是摄自透射型光学显微镜的显微照片，示出了按照本发明实例1的样品F的微观结构;
图5B是摄自透射型光学显微镜的显微照片，示出了按常规方法生产的实例1的参考样品M的微观结构;
图6图示了伞状的实心绝缘子，以及图7示出了根据石英类物质，长石类物质、矿物粘土制备的普通陶瓷，试件的抗弯强度和原料粒度之间的关系。
参照实例对本发明作进一步详细说明实例1选出四种原材料，即硅质砂作为石英类材料，钾长石作为长石类材料，α-Al2O3矾土和铝矾土作为矾土类材料。除此之外，还选出高岭土作为矿粘土材料。将这四种原材料放入球磨机中，采用湿法进行研磨。淘洗高岭土，使其95%的颗粒的粒度不大于10μm，这样就不必对粘土进行研磨。上述四种原材料经研磨后，每一种的粒度分布如图3和表2所示。
利用图4中由A到I九种组分，采用将这些石英类、长石类和矾土类材料混合的方法，制备用于煅烧的原材料混合物。放入球磨机中，使用湿法将用于煅烧的原材料进行混合。混合后，用电干燥机将混合物的各个组分都干燥，然后放入硅碳棒电加热炉中，在1，150～1，300℃温度下煅烧。在图4中，试样C′是采用外推法将5%的ZnO加入试样C中，再经过煅烧制备出来的。
矿粘土材料(即这里使用的高岭土)与每一种煅烧过的材料分别混合。该煅烧过的材料按表3由试样A到I采用不同的配比。将这样加工的每一种混合物放入球磨机中进行湿法研磨，以使每一种试样中80%的颗粒的粒度不大于10μm。煅烧材料和高岭土的混合物构成了浇注泥釉。每一种浇注泥釉经铁过滤器脱铁后，再用滤压机将泥釉过44μm网筛进行脱水。用真空捏合机进行捏合，然后挤出。这些经捏合的材料为每种试样模制成直径12mm的试件。经过干燥，然后在连续加热炉中以1，300～1，350℃的温度煅烧，从而生产出由A到I的十种瓷试样。表3中表示了这些瓷试样的性能。
表3中由J到K的每种参考试样都具有一种煅烧材料组分，该组分含量在图2和图4所示的本发明组分含量范围之外。但是，这些原材料和设备，以及生产条件都与本发明由A到I的试样相同。因此，除了混合物的组分含量之外，由J到K的试样的制备方法均与本发明的试样的制备方法相同。
表3中由L到N的试样是用先有工艺方法制备的，即三种组分硅质砂作为石英类材料，钠长石作为长石类材料和α-Al2O3作为矾土类材料。这些材料以表3中所示的配比相混合。放入球磨机中，将每种混合物湿法研磨，以便在进一步与高岭土相混合后其中70～80%的颗粒的粒度不大于10μm。高岭土作为矿粘土材料。在经过研磨的每一种煅烧材料中加入高岭土，然后放在球磨机中进行湿法研磨，混合后得到浇注泥釉。泥釉经过铁过滤器脱铁，再用滤压机将每种泥釉过88μm网筛进行脱水，捏合，然后挤出，以便制备直径12mm的试件。试件干燥后，以1，300～1，350℃的温度在连续加热炉中煅烧。
就表3中所列的各种性能而论，结晶度可用X射线衍射法定量测得，混合物组分通过湿化学定量分析确定，晶粒大小及缺陷用光学显微镜和电子扫描显微镜观测确定。12mm素烧瓷试件的抗弯强度用三点弯曲法测得。使用载荷试验机时，跨距为100mm，加载速度以其横梁速度表示为0.5mm/min。热膨胀系数用根据光学杠杆原理制做的镜式热膨胀仪测得。用于这种测量的试件尺寸为4mm(直径)×50.00mm。
在电性能方面，体积电阻率，介电常数和介电损耗角正切用JIS-C2141法测得(JIS∶日本工业标准)。绝缘强度按VDE-0335测得(VDE∶德国电气工程师协会)。耐酸性用JIS-K1503的JIS粉末法测得。
正如表3所示，按照本发明由A到I的瓷试样的晶粒粒度范围为15～18μm，缺陷的大小范围为26～28μm。这些混合物组分中，含有SiO233～80%，Al2O316～63%，K2O和/或Na2O2.2～5.1%。其中各种晶粒的含量不超过50%的刚玉，8～35%的莫来石，不超过32%的方晶石以及不超过9%的石英石。总结晶度为42～66%。它们的抗弯强度在1，420～2，940Kg/cm2范围内。更具体地说，含刚玉18.8%的试样E的抗弯强度为1，950Kg/cm2，含刚玉49.2%的试样F的抗弯强度为2，940Kg/cm2。这种试样与用常规方法制做的，含有相同刚玉量的瓷试样比较表明前者的强度提高了30～40%。
参考试样J所使用的煅烧材料中，有一种组分的含量在本发明的含量范围之外，即煅烧材料中含有10%的钾长石，这样就导致K2O和Na2O的含量不足，这两种组分的总含量为1.2%。在这种情况下，试样J就不能很好地煅烧，而且缺陷也相当大，为55μm数量级，抗弯强度仅为570Kg/cm2。在参考试样K的煅烧材料中含有80%的钾长石，这使得K2O和Na2O的含量过多，这两种组分的总含量为7.3%;总结晶度为16.1%，而抗弯强度仅为1，210Kg/cm2。
用常规方法制备的由L至N的试样的晶粒粒度范围为25～50μm，总结晶度范围为34～38%，缺陷大小范围为52～86μm，抗弯强度为950～1，380Kg/cm2。
为了得到高强度和低的热膨胀的瓷，在由石英类材料、长石类材料和矾土类材料组成的煅烧材料中加入了相当于该煅烧材料总量5%的ZnO，从而制备出了本发明的试样C′。加入ZnO后表明抗弯强度提高了100Kg/cm2，而在650℃时热膨胀系数大约减少了0.09%。
在电性能和耐酸性方面，用本发明的方法制成的由A至I的瓷试样与用常规方法制成的由L至N的瓷试样相比，前者优于后者。图5A为用本发明的方法制成的瓷试样F的微观结构照片，它是采用透射式光学显微镜拍摄的。为了参考，图5B为用相同方法拍摄的常规方法制成的参考瓷试样M的微观结构照片。正如从图5A和5B中所看到的，与常规方法制成的瓷相比，本发明方法制成的瓷的微观结构更均匀。
实例2由于本发明的特征之一就是在大型高电压绝缘子方面的应用，所以用本发明的瓷制成了试样绝缘子。这种试样绝缘子包括如图6所示的伞状实心绝缘子和两种棒状实心绝缘子。这种伞状实心绝缘子的圆柱部分的直径为145mm，伞状部分的直径为230mm，全长为1，150mm。第一种棒状实心绝缘子的全长为1，150mm，圆柱部分的直径为165mm;第二种棒状实心绝缘子的全长为1，150mm，圆柱部分的直径为185mm。
实例1中瓷试样F用做试样绝缘子。原材料中，硅质砂作为石英类材料，钾长石作为长石类材料，α-Al2O3作为矾土类材料，淘洗过的高岭土作为矿粘土类材料。将硅质砂、钾长石和α-Al2O3按表3中F栏下的煅烧材料组分配比混合，用滚筒筛对原材料进行湿法研磨，使90%的颗粒粒度不大于10μm。用铁过滤器脱铁后，再用滤压机将这种研磨过的原材料混合物过44μm的网筛进行脱水，然后用电干燥机进行干燥。将这种干燥后的原材料混合物用轧辊粉碎机辗成粒度不大于10mm的颗粒。为了烘干瓷片，用旋转烘干炉在1，150℃下连续煅烧。再将这种经煅烧的混合物用轧辊粉碎机粗略地辗成粒度不大于2mm的颗粒。
在混合69%的煅烧过的材料和31%的高岭土(如表3所示)时，首先将15%的高岭土与煅烧过的材料一起装入滚筒筛中;再将余下的16%的高岭土湿法研磨。研磨的方法是在把余下的16%的高岭土加入上述混合物中时，使80%以上的颗粒的粒度不大于10μm，然后再把这余下的高岭土加入滚筒筛中彻底混合。用铁过滤器脱铁后，用滤压机将煅烧过的材料和高岭土混合后配制的模制泥釉通过44μm的网筛，进行脱水。将脱水后的泥釉用真空挤出机挤出，从而生产中直径为290～310mm，全长为1800mm的泥釉体，三十个上述伞状实心绝缘子，三十个上述第一种棒状实心绝缘子，三十个上述第二种棒状实心绝缘子，将这些绝缘子成型后干燥。这些实心绝缘子的尺寸如前所述。
干燥后，通过对所有绝缘体检验后证实在整个干燥期间，无论是圆柱部分，还是伞状部分均没有发现裂缝(干燥裂缝)。检查后，将这些绝缘体上釉，然后放入连续加热炉中，在1，300～1，380℃温度下煅烧。正经证实煅烧后，伞状和棒状实心绝缘体均没有出现煅烧裂缝，具有良好的煅烧性能。干燥裂缝可用肉眼查出，而煅烧裂缝既要用肉眼检查，又要用x射线进行探伤检查。煅烧性能通过对试件进行吸湿实验来检查，这种试件是从绝缘子中部切取的。
本发明中大型高压绝缘子试样，例如圆柱部分直径为145mm的伞状实心绝缘子、直径为165mm的棒状实的绝缘子和直径为185mm的棒状实心绝缘子，这些都是用与生产常规瓷相同的方法生产的，产品质量稳定，没有出现任何干燥裂缝和煅烧裂缝。
综上所述，根据本发明的高强度长石瓷及其生产方法，通过进行精细的研磨将有利于使瓷的微观结构均匀化，提高了瓷的机械强度。在本发明的生产方法中，对各种原材料，即长石类材料、石英类材料和矾土类材料都进行了精细的研磨、混合和煅烧，从而提供出微观结构均匀的煅烧材料。然后加入矿粘土，同时控制混合物的粒度分布，这样便在捏合，挤出、成型、干燥和煅烧每一道工序中都为瓷体提供了一种良好的可塑性，从而有效地防止了在干燥和煅烧过程中裂缝的出现。
按本发明生产的长石瓷及其生产方法对大型高压绝缘子的生产工艺做出了很大贡献。因为该瓷可制造坚实而致密的绝缘子，它具有极好的电性能，如耐电弧性。除此之外，本发明的瓷还具有很好的耐化学性，如耐酸性。
尽管在一定程度上已就本发明的细节进行了描述，但应认为这只是运用实例进行的说明。对于构造、组合、组分范围、组分配比及工序等这些细节都会翻新出大量的变型，应该认为这些都没有超出下文提出的本发明权利要求
的范围。
权利要求
1.抗弯强度大于1，400kg/cm2的高强度素烧长石瓷，这种瓷主要是由22～85%(以重量计)的SiO2，10～73%(以重量计)的Al2O3组成的，另外还至少含有一种从K2O和Na2O中选取的氧化物，其含量为1.5～6.5%(以重量计)；这种瓷具有至少由一种从刚玉，莫来石、方晶石和石英石中选取的晶体而形成的晶相，上述晶相的总结晶度按重量计大于40%，上面所选取的晶体的结晶度范围对于刚玉不大于60%(以重量计)，对于莫来石为5～50%(以重量计)，对于方晶石不大于40%(以重量计)，对于石英不大于10%(以重量计)，上述晶体的颗粒粒度不大于20μm，上述瓷没有大于40μm的缺陷。
2.根据权利要求
1所述的高强度长石瓷，其中上述素烧高强度长石瓷的抗弯强度大于1，800Kg/cm2;这种瓷主要含有30～60%(以重量计)的SiO2，30～73%(以重量计)的Al2O3，不大于1.5%(以重量计)的Fe2O3，不大于1.5%(以重量计)的TiO2，不大于0.7%(以重量计)的CaO，不大于0.5%(以重量计)的MgO以及至少一种从K2O和Na2O中选取的、含量为1.5～6.5%(以重量计)的氧化物，上述晶相中的刚玉含量为20～60%(以重量计)。
3.根据权利要求
2中所述的高强度长石瓷，其中上述瓷主要含有30～60%(以重量计)的SiO2，30～73%(以重量计)的Al2O3，不大于1.5%(以重量计)Fe2O3，不大于0.7%(以重量计)的CaO，不大于0.5%(以重量计)的MgO，不大于1.5%(以重量计)的TiO2，至少一种从K2O和Na2O中选取的、含量为1.5～6.5%(以重量计)的氧化物，以及至少一种从TiO2、ZrO2、B2O3和ZnO中选取的、含量不大于20%(以重量计)的氧化物。
4.根据权利要求
1，2或3中所述的高强度长石瓷，其中上述瓷用做瓷绝缘子。
5.根据权利要求
1、2或3中所述的高强度长石瓷，其中上述瓷具有耐酸性。
6.一种生产高强度长石瓷的方法，该素烧的长石瓷的抗弯强度大于1，400Kg/cm2，而且不含大于40μm的缺陷，该方法由下列工序组成配制从含石英类材料、长石类材料和矾土类材料组中选出的原材料;研磨该原材料，以便把85～95%(以重量计)的原材料制成有效直径不大于10μm的颗粒;在900～1，400℃的温度下煅烧这种经过研磨的材料;再将矿粘土材料与经过煅烧的材料混合;研磨这样形成的混合物，以便把不大于85%(以重量计)的混合物制成有效直径不大于10μm的颗粒;使这种经过研磨的混合物成型，干燥;在1，000～1，400℃的温度下煅烧这种成型后干燥了的混合物;这样产生的瓷含晶相，而所形成的晶相中至少有一种晶体是从刚玉、莫来石、方晶石和石英中选取的，上述晶相的粒度不大于20μm，而总结晶度不大于40%(以重量计)。
7.根据权利要求
6中所述的用于生产高强度长石瓷的方法，其中上述煅烧后的原材料中主要含有不大于85%(以重量计)的石英类材料，15～75%(以重量计)的长石英材料，以以不大于85%(以重量计)的矾土类材料。
8.根据权利要求
6中所述的用于生产高强度长石瓷的方法，其中上述混合物主要含有45～80%(以重量计)的上述经过煅烧的原材料和20～55%(以重量计)的矿粘土材料。
9.根据权利要求
6、7或8中所述的高强度长石瓷的方法，其中上述瓷用做瓷绝缘体。
10.根据权利要求
6、7或8中所述的用于生产高强度长石瓷的方法，其中上述瓷具有耐酸性。
11.一种生产高强度长石瓷的方法，该素烧的长石瓷的抗弯强度大于1，400Kg/cm2，而且不含大于40μm的缺陷，这种方法由下列工序组成配制从含石英类材料、长石类材料和矾土类材料组中选出的原材料;研磨该原材料，以便把85～95%(以重量计)的原材料制成有效直径不大于10μm的颗粒;在900～1400℃的温度下煅烧这种经过研磨的材料;研磨煅烧后的材料;将矿粘土与经过煅烧的材料混合，以便把不大于85%(以重量计)的混合物制成有效直径不大于10μm的颗粒;使这种经过研磨的混合物成型、干燥;在1，000～1，400℃的温度下煅烧这种成型后干燥了的混合物，这样产生的瓷含有晶相，而所形成的晶相中至少有一种晶体是从刚玉、莫来石、方晶石和石英中选取的;上述晶相的粒度不大于20μm，而总结晶度不大于40%(以重量计)。
12.根据权利要求
11中所述的用于生产高强度长石瓷的方法，其中上述煅烧后的原材料中主要含有不大于85%(以重量计)的石英类材料，15～75%(以重量计)的长石类材料，以及不大于85%(以重量计)的矾土类材料。
13.根据权利要求
11中所述的生产高强度长石瓷的方法，其中上述混合物主要由45～80%(以重量计)的上述煅烧过的材料和20～55%(以重量计)的矿粘土材料组成。
14.根据权利要求
11、12或13中所述的生产高强度长石瓷的方法，其中上述瓷用做瓷绝缘子。
15.根据权利要求
11、12或13中所述的生产高强度长石瓷的方法，其中上述瓷具有耐酸性。
专利摘要
高强度素烧长石瓷，其抗弯强度大于1400kg/ cm
文档编号C04B33/13GK86100202SQ86100202
公开日1986年8月27日 申请日期1986年1月17日
发明者小田功 申请人:日本碍子株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan