一种表面自润滑的绝缘子及其制造方法 |
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| 申请号 | CN201610663067.2 | 申请日 | 2016-08-15 | 公开(公告)号 | CN106336235A | 公开(公告)日 | 2017-01-18 |
| 申请人 | 郑洪华; | 发明人 | 郑洪华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种表面自润滑的绝缘子及其制造方法，该绝缘子的尺寸 精度 可达2μm，与 铜 丝之间的表面静 摩擦系数 不大于0.05，体积 电阻 率 不低于1×1014Ω•cm、 介电强度 不低于550kV/cm、热导率不低于23W/m·K、抗弯强度不低于310Mpa、杨氏模数不低于280Gpa、 断裂韧性 不低于12Mpa；通过在加入了多种助 烧结 剂 热压 成型 的氮化 硅 陶瓷基体上 喷涂 二硫化钼基固体滑膜制备而成，本发明的表面耐磨的绝缘子由于充分利用了氮化硅的热压烧结特性而获得了非常精确的轮廓尺寸，同时又克服了氮化硅陶瓷热压烧结易疏松、脆性大的 缺陷 ，通过在表层超音速喷涂二硫化钼获得了优良的自润滑能 力 ，且经济性好，适合工业规模化生产。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种表面自润滑的绝缘子的制造方法，其特征在于包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种表面自润滑的绝缘子及其制造方法技术领域背景技术[0002] 绝缘子是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用。 [0003] 早年间绝缘子多用于电线杆，慢慢发展于高型高压电线连接塔的一端挂了很多盘状的绝缘体,它是为了增加爬电距离的,通常由玻璃或陶瓷制成,就叫绝缘子。绝缘子在架空输电线路中起着两个基本作用，即支撑导线和防止电流回地，这两个作用必须得到保证；同时，绝缘子应具有足够的电气绝缘强度、耐潮湿性能和耐高温性能。 [0004] 在国内已申请的相关专利中，专利《高绝缘碳化硅/氮化硼陶瓷材料及其制备方法》（申请号：201310294766.0，公开日：2015-01-14），公开了一种碳化硅/氮化硼陶瓷材料及其制备方法，但该发明属于超高温烧结，设备成本和生产成本均很高，不适合工业规模化生产，同时这两种材料烧结出的陶瓷脆性很大（断裂韧性不高于6Mpa），另一方面由于烧结温度高，也没有其它填充物和表面致密化处理，致使成品易疏松、且尺寸精度低、难以控制；专利《一种绝缘导热的无机纳米复合陶瓷及其制备方法和用途》（申请号：201410310359.9，公开日：2015-12-30），公开了一种无机纳米复合陶瓷，保其有效成份制成陶瓷后均为高脆性材料，韧性很低，同时由于表层不具备自润滑性能，在运输或使用过程中易崩碎、磨损，也同样存在表面致密性的问题。 发明内容[0006] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种表面自润滑的绝缘子的制造方法，包括以下步骤：1）原材料的准备 ①基体原材料的准备，包括：粒度1-2μm的硅粉50-60份、纯铁粉0.1-0.3份、粒度1-2μm的三氧化二钇粉末3-8份、粒度1-2μm的三氧化二铝粉末3-8份、硼酸铝晶须5-8份、氧化镁粉末3-6份、足量纯氮气； ②表面润滑层原材料的准备，包括：磷酸8-12份、无水乙醇65-70份、亚硝酸钠0.4-0.7份、氧化锌2-3份、硝酸锌0.5-1份、二硫化钼粉20-25份； 2）基体的制备 ①将1）中步骤①准备的硅粉、纯铁粉、三氧化二钇粉末、三氧化二铝粉末、硼酸铝晶须、氧化镁粉末混合均匀，获得混合物料； ②将步骤①获得的混合物料放入碳纤维或纯石墨制成的粗模具，再将粗模具置于温度 1180℃-1210℃环境下，充满纯氮气的保护气氛里，保温4天-6天，获得预制素坯； ③将步骤②获得的预制素坯采用金刚石刀具或立方氮化硼刀具按绝缘子要求形状尺寸进行机械加工，获得精细毛坯； ④将步骤③获得的精细毛坯置于温度1480℃-1530℃环境下，充满纯氮气且气压为 8Mpa-10Mpa的保护气氛里，保温6h-8h； ⑤烧结完成后，炉温T不低于1000℃时随炉冷却；炉温T处于800℃≤T＜1000℃半开炉门冷却；炉温T＜800℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需基体； 3）表面润滑层待喷涂材料的制备 ①将1）中步骤②准备的磷酸、无水乙醇、亚硝酸钠、氧化锌、硝酸锌混合，并用高速搅拌机进行搅拌0.5-1小时，制得胶黏剂；②将二硫化钼加入步骤①获得的胶黏剂中，用高速振荡机振荡1-2h，制得预制待喷涂材料；③将步骤②获得的预制待喷涂材料静置至气体全部逸出，即获得所需表面润滑层待喷涂材料； 4）获得绝缘子成品 ①将3）获得的表面润滑层待喷涂材料通过超音速火焰喷涂均匀喷涂在2）获得的基体表面，燃烧焰流速度6-8马赫、喷涂厚度为1μm -2μm、结合强度不低于18Mpa，获得预制绝缘子； ②采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤①获得的绝缘子半成品进行振动去毛刺及抛光处理，即获得所需绝缘子。 [0007] 根据上述一种表面自润滑的绝缘子的制造方法所制造出的绝缘子，包括基体和表面润滑层两部分，其中基体原材料包括：粒度1-2μm的硅粉50-60份、纯铁粉0.1-0.3份、粒度1-2μm的三氧化二钇粉末3-8份、粒度1-2μm的三氧化二铝粉末3-8份、硼酸铝晶须5-8份、氧化镁粉末3-6份；表面润滑层原材料包括：磷酸8-12份、无水乙醇65-70份、亚硝酸钠0.4-0.7份、氧化锌2-3份、硝酸锌0.5-1份、二硫化钼粉20-25份；表面润滑层厚度1μm -2μm。 [0008] 根据上述一种表面自润滑的绝缘子的制造方法所制造出的绝缘子，其尺寸精度可达2μm，与铜丝之间的表面静摩擦系数不大于0.05，体积电阻率不低于1×1014Ω•cm、介电强度不低于550kV/cm、热导率不低于23W/m·K、抗弯强度不低于310Mpa、杨氏模数不低于280Gpa、断裂韧性不低于12Mpa。 [0009] 与现有技术相比较，本发明具有以下优点：基体中植入了三氧化二钇、三氧化二铝、硼酸铝晶须，氧化镁，这些烧结且剂有三个作用：第一，增强了基体的韧性；第二，填充了基体内部的孔隙使基体内部致密化；第三，是与氮化硅匹配性很好的助烧结剂，降低了烧结温度，也因此降低了成本，提高了工艺的可控性；一般陶瓷材料都是绝缘性好的材料，但受限于陶瓷材料易疏松、且脆性很高的本质特性，一般无法适应恶劣工况（比如水汽渗入表层孔隙后导致绝缘性下降、运输和安装时产生表层摩擦崩缺损毁、风沙或冰雹震动、长期与绕在绝缘子上的导线发生微动磨蚀等）；本发明在陶瓷基体的表面通过超音速火焰喷涂喷涂了一层二硫化钼基润滑涂层，一方面大大降低了陶瓷的表面摩擦系数，另一方面填充了陶瓷表面所有的开口孔隙，进一步提升了绝缘性，而且该涂料所用原材料均为常规材料，成本低，经济性好；本发明还利于了硅粉于氮化中低温烧结出的氮化硅陶瓷不易热裂但硬度较低，可机械加工的特性获得了非常精确的初始尺寸，后通过高温补烧使其它成份与氮化硅基体良好结合、优势互补，在基本不影响轮廓尺寸的前提下提升了材料的致密性、绝缘性、强度和耐磨性，又通过表面喷涂1μm -2μm将高温烧结损失的轮廓尺寸补充回来，同时填充了陶瓷表面的孔隙，使得最终成本的尺寸精度大大优于同类产品，利于装配与流水化生产；另外，本发明在烧结冷却时采用阶梯缓冷，本身绝缘子残余的热应力和组织应力都较低，在后期抛光处理中又加入了振动过程，使内应力均匀化，提升了整体性能的均匀性，降低了缺口敏感性。 具体实施方式[0010] 实施例1：一种表面自润滑的绝缘子，包括基体和表面润滑层两部分，其中基体原材料包括：粒度 1-2μm的硅粉50份、纯铁粉0.1份、粒度1-2μm的三氧化二钇粉末3份、粒度1-2μm的三氧化二铝粉末3份、硼酸铝晶须5份、氧化镁粉末3份；表面润滑层原材料包括：磷酸8份、无水乙醇65份、亚硝酸钠0.4份、氧化锌2份、硝酸锌0.5份、二硫化钼粉20份；表面润滑层厚度1μm，这种绝缘子的制造方法，包括以下步骤： 1）原材料的准备 ①基体原材料的准备，包括：粒度1-2μm的硅粉50份、纯铁粉0.1份、粒度1-2μm的三氧化二钇粉末3份、粒度1-2μm的三氧化二铝粉末3份、硼酸铝晶须5份、氧化镁粉末3份、足量纯氮气； ②表面润滑层原材料的准备，包括：磷酸8份、无水乙醇65份、亚硝酸钠0.4份、氧化锌2份、硝酸锌0.5份、二硫化钼粉20份； 2）基体的制备 ①将1）中步骤①准备的硅粉、纯铁粉、三氧化二钇粉末、三氧化二铝粉末、硼酸铝晶须、氧化镁粉末混合均匀，获得混合物料； ②将步骤①获得的混合物料放入碳纤维或纯石墨制成的粗模具，再将粗模具置于温度 1180℃-1210℃环境下，充满纯氮气的保护气氛里，保温4天，获得预制素坯； ③将步骤②获得的预制素坯采用金刚石刀具或立方氮化硼刀具按绝缘子要求形状尺寸进行机械加工，获得精细毛坯； ④将步骤③获得的精细毛坯置于温度1480℃-1530℃环境下，充满纯氮气且气压为 8Mpa的保护气氛里，保温6h； ⑤烧结完成后，炉温T不低于1000℃时随炉冷却；炉温T处于800℃≤T＜1000℃半开炉门冷却；炉温T＜800℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需基体； 3）表面润滑层待喷涂材料的制备 ①将1）中步骤②准备的磷酸、无水乙醇、亚硝酸钠、氧化锌、硝酸锌混合，并用高速搅拌机进行搅拌0.5小时，制得胶黏剂；②将二硫化钼加入步骤①获得的胶黏剂中，用高速振荡机振荡1h，制得预制待喷涂材料；③将步骤②获得的预制待喷涂材料静置至气体全部逸出，即获得所需表面润滑层待喷涂材料； 4）获得绝缘子成品 ①将3）获得的表面润滑层待喷涂材料通过超音速火焰喷涂均匀喷涂在2）获得的基体表面，燃烧焰流速度6马赫、喷涂厚度为1μm、结合强度20Mpa，获得预制绝缘子； ②采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤①获得的绝缘子半成品进行振动去毛刺及抛光处理，即获得所需绝缘子。 [0011] 按本实施例生产出的表面自润滑的绝缘子，其与铜丝的表面静摩擦系数为0.036、体积电阻率为2×1014Ω•cm、介电强度为580kV/cm、热导率为25W/m·K、抗弯强度为320Mpa、杨氏模数为300Gpa、断裂韧性为14Mpa；采用奥码拓公司生产的DN55高温干摩擦滑动、微动试验机对市售常规绝缘子和本发明的表面耐磨的绝缘子在同工况下进行干摩擦滑动、微动磨损试验，证实本发明的表面耐磨的绝缘子在干摩擦滑动、微动条件下寿命是市售常规绝缘子的42倍。 [0012] 实施例2：一种表面自润滑的绝缘子，包括基体和表面润滑层两部分，其中基体原材料包括：粒度 1-2μm的硅粉60份、纯铁粉0.3份、粒度1-2μm的三氧化二钇粉末8份、粒度1-2μm的三氧化二铝粉末8份、硼酸铝晶须8份、氧化镁粉末6份；表面润滑层原材料包括：磷酸12份、无水乙醇 70份、亚硝酸钠0.7份、氧化锌3份、硝酸锌1份、二硫化钼粉25份；表面润滑层厚度2μm，这种绝缘子的制造方法，包括以下步骤： 1）原材料的准备 ①基体原材料的准备，包括：粒度1-2μm的硅粉60份、纯铁粉0.3份、粒度1-2μm的三氧化二钇粉末8份、粒度1-2μm的三氧化二铝粉末8份、硼酸铝晶须8份、氧化镁粉末6份、足量纯氮气； ②表面润滑层原材料的准备，包括：磷酸12份、无水乙醇70份、亚硝酸钠0.7份、氧化锌3份、硝酸锌1份、二硫化钼粉25份； 2）基体的制备 ①将1）中步骤①准备的硅粉、纯铁粉、三氧化二钇粉末、三氧化二铝粉末、硼酸铝晶须、氧化镁粉末混合均匀，获得混合物料； ②将步骤①获得的混合物料放入碳纤维或纯石墨制成的粗模具，再将粗模具置于温度 1180℃-1210℃环境下，充满纯氮气的保护气氛里，保温6天，获得预制素坯； ③将步骤②获得的预制素坯采用金刚石刀具或立方氮化硼刀具按绝缘子要求形状尺寸进行机械加工，获得精细毛坯； ④将步骤③获得的精细毛坯置于温度1480℃-1530℃环境下，充满纯氮气且气压为 10Mpa的保护气氛里，保温8h； ⑤烧结完成后，炉温T不低于1000℃时随炉冷却；炉温T处于800℃≤T＜1000℃半开炉门冷却；炉温T＜800℃出炉空冷；空冷至T＜150℃后即获得所需基体； 3）表面润滑层待喷涂材料的制备 ①将1）中步骤②准备的磷酸、无水乙醇、亚硝酸钠、氧化锌、硝酸锌混合，并用高速搅拌机进行搅拌1小时，制得胶黏剂；②将二硫化钼加入步骤①获得的胶黏剂中，用高速振荡机振荡2h，制得预制待喷涂材料；③将步骤②获得的预制待喷涂材料静置至气体全部逸出，即获得所需表面润滑层待喷涂材料； 4）获得绝缘子成品 ①将3）获得的表面润滑层待喷涂材料通过超音速火焰喷涂均匀喷涂在2）获得的基体表面，燃烧焰流速度8马赫、喷涂厚度为2μm、结合强度23Mpa，获得预制绝缘子； ②采用金刚石磨料振动去毛刺设备对步骤①获得的绝缘子半成品进行振动去毛刺及抛光处理，即获得所需绝缘子。 [0013] 按本实施例生产出的表面自润滑的绝缘子，其与铜丝的表面静摩擦系数为0.039、体积电阻率为5×1014Ω•cm、介电强度为570kV/cm、热导率为27W/m·K、抗弯强度为310Mpa、杨氏模数为310Gpa、断裂韧性为15Mpa；采用奥码拓公司生产的DN55高温干摩擦滑动、微动试验机对市售常规绝缘子和本发明的表面耐磨的绝缘子在同工况下进行干摩擦滑动、微动磨损试验，证实本发明的表面耐磨的绝缘子在干摩擦滑动、微动条件下寿命是市售常规绝缘子的49倍。 [0014] 对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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