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专利名称：一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111394666.6

专利申请（专利权）人：江西正强电瓷电器有限公司
权利人地址：江西省萍乡市芦溪县工业园

专利发明（设计）人：朱凌峰,陈清春,蔡金鑫,韩江

专利摘要：本发明涉及绝缘子技术领域，提供了一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，首先在瓷体和异形瓷件上设置超疏水性的强化釉层，所得产品具有优异的防污闪和抗冻融性能；采用阶段式升温和阶段式降温的烧结过程，很好地控制了陶瓷晶相的稳定转化；趁热在瓷绝缘基体涂覆强化釉层涂料，有利于釉层与基体的结合；设置异形瓷件保护瓷绝缘基体减少雨雪冲刷，提高绝缘子的湿耐受电压，具有优异的绝缘效果；采用烧结的方式在连接体与凹槽之间形成粘结釉层从而使瓷体和异形瓷件实现一体化结合，牢固性高。本发明方法制得的绝缘子，结构致密、强度高，耐候性强，防雷冰性能优异，适合在极寒冷地区长期使用。

主权利要求：
1.一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、瓷体的制备：按配比将瓷体的原料加入球磨机，加入原料总质量1～1.5倍的水进行球磨，球磨时间为8～15h得到泥浆；将泥浆过筛、除铁，然后制泥、成型、干燥得到坯件，上釉；先以5～15℃/min的速度升温至600～800℃，然后以15～25℃/min的速度升温至1150～
1250℃，保温0.5～1.5h，再以25～35℃/min的速度升温至1450～1650℃，保温1～4h，冷却至250℃以下，得到瓷体；趁热将瓷体部分浸入强化釉层所用涂料，采用旋转上釉法在瓷绝缘基体表面覆盖涂料，取出、干燥；所述瓷体包括柱体和若干伞裙，顶层的伞裙为大伞径，所述柱体顶端设有凹槽，所述柱体的下部为中空结构；所述强化釉层所用涂料包括以下重量份的原料：氟化溶胶溶液80～100份、硅灰石10～20份、三氧化二铝10～20份、磷酸二氢铵1～5份、氧化锌晶须1～5份、三聚磷酸钠0.5～3份、磷酸二氢钠0.5～3份，所述氟化溶胶溶液包括氟化SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶、疏水气相纳米二氧化硅和硅烷偶联剂；
S2、异形瓷件的制备：所述异形瓷件包括连接体和围绕连接体设置的针式伞裙，所述针式伞裙包括从外到内依次设置的第一伞棱、第二伞棱和第三伞棱，按照与瓷体相同的原料和方法制成坯件，上釉、烧成后得到异形瓷件，涂覆强化釉层所用涂料，干燥，然后在1050～
1250℃煅烧1～3h，冷却，再在异形瓷件表面涂覆半导体釉；
S3、烧结：将连接体嵌设于凹槽内，然后在1050～1250℃煅烧0.5～2h，连接体与凹槽之间形成粘结釉层从而连接瓷体和异形瓷件，冷却得到瓷绝缘基体；
S4、装配：在瓷绝缘基体的顶端设置上附件和线夹，底端设置钢帽和固定装置，得到高强度防雷绝缘子；
步骤S1中所述冷却至250℃以下包括：先以100～200℃/min的速度降温至750～850℃，然后以40～60℃/min的速度降温至400～500℃，再以20～30℃/min的速度降温至250℃以下；步骤S1和S2中所述强化釉层所用涂料的制备方法包括以下步骤：a)SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶的制备：将氧化镧溶于硝酸制成硝酸镧溶液，然后往其中滴加氨水调节溶液pH为8.5～9.5，过滤得到沉淀，洗涤，分散在蒸馏水中得到La(OH)3悬浮液；
将氯氧化锆溶于水中，搅拌30min得到氯氧化锆水解液；将TEOS和乙醇混合，然后在其中滴加硝酸至pH为2～3，搅拌15～60min，然后将La(OH)3悬浮液和氯氧化锆水解液加入，滴加硝酸调节混合液的pH为3～4，在60～90℃下搅拌反应2～4h，冷却；
b)溶胶的氟化：将氟化剂加入所得复合溶胶中，搅拌0.5～2h，得到氟化溶胶；
c)制备氟化溶胶溶液：将TEOS和盐酸混合并搅拌，将所得氟化溶胶、疏水气相纳米二氧化硅和硅烷偶联剂加入其中，超声分散1～3h，即得氟化溶胶溶液；
d)制备涂料：按配比将涂料的原料混合，加水球磨，所得混合浆料过300～500目筛，筛
3
余0.1～1wt％，控制涂料的比重为1.75～1.95g/cm；
所述强化釉层的厚度为1～5mm，所述半导体釉层的厚度为1～4mm，所述粘结釉层的厚度为90～150μm。
2.根据权利要求1所述的一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，所述瓷体和异形瓷件包括以下重量份的原料：高岭土25～35份、氧化铝20～28份、铝矾土20～28份、氧化锆20～28份、石英15～25份、Al2O3?ZrO2?La2O3复合溶胶15～25份、氧化镁3～10份、氧化铈3～10份、氧化钐1～5份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述氟化溶胶溶液中SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶、疏水气相纳米二氧化硅、氟化剂和硅烷偶联剂的质量比为10：1～3：1～2：1～3。
4.根据权利要求1所述的一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述泥浆细度为0.38％～0.85％，过筛后的泥浆中10μm以下颗：坎恍∮50％，20μm以下颗：坎恍∮70％。
5.根据权利要求1所述的一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述氟化剂为1H,1H,2H,2H?全氟癸基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H?全氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟聚醚硅烷、羟基氟硅油中的任意一种或多种；所述硅烷偶联剂为水解后的硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂包括γ?(甲氧丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ?缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3?氨基丙基三甲氧基硅烷、3?(2,3?环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述旋转上釉法为先以300～500r/min的转速旋涂15～30s、再以2000～2500r/min的转速旋涂60～120s。
7.根据权利要求1所述的一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述线夹的安装包括：所述线夹包括销轴、弧形夹紧件和固定件，所述弧形夹紧件的一端可伸入固定件内部从而夹紧线缆，所述弧形夹紧件的另一端和上附件通过销轴连接，所述固定件固定设置在上附件上。 说明书 : 一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法技术领域[0001] 本发明涉及绝缘子技术领域，尤其涉及一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法。背景技术[0002] 瓷绝缘子具有机械强度高、化学性能稳定、绝缘性能好、耐腐蚀性佳等优点，使其在绝缘子行业应用最为广泛，在铁路牵引网电力系统中的使用量越来越大。我国自然环境相对比较复杂，瓷绝缘子大多用于室外甚至野外环境，所以还要求瓷绝缘子产品能够适应复杂的环境条件。[0003] 绝缘子产品的工作环境和工作条件极其苛刻，饱受冷热急变、酷热、严寒、高酸碱度、高污秽等因素的影响。绝缘子产品在运行过程中，不仅要承受正常运行条件下的工频电压，还要经得起恶劣天气情况下的雷电冲击产生的暂态过电压影响；不仅要承受导线的重量，还要经得起导线覆冰状态、风力作用下导线剧烈甩动等极端因素的考验。绝缘子产品会在长期工作电压和工作负荷作用下产生介质劣化现象，即绝缘子产品的性能随着使用时间的延长而降低，最后导致产品劣化。发明内容[0004] 本发明旨在至少克服上述现有技术的缺点与不足其中之一，提供一种高强度防雷瓷绝缘子及其制备方法。本发明目的基于以下技术方案实现：[0005] 本发明目的一个方面，提供了一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：[0006] S1、瓷体的制备：按配比将瓷体的原料加入球磨机，加入原料总质量1～1.5倍的水进行球磨，球磨时间为8～15h得到泥浆；将泥浆过筛、除铁，然后制泥、成型、干燥得到坯件，上釉；先以5～15℃/min的速度升温至600～800℃，然后以15～25℃/min的速度升温至1150～1250℃，保温0.5～1.5h，再以25～35℃/min的速度升温至1450～1650℃，保温1～4h，冷却至250℃以下，得到瓷体；趁热将瓷体部分浸入强化釉层所用涂料，采用旋转上釉法在瓷绝缘基体表面覆盖涂料，取出、干燥；所述瓷体包括柱体和若干伞裙，顶层的伞裙为大伞径，所述柱体顶端设有凹槽，所述柱体的下部为中空结构；所述强化釉层所用涂料包括以下重量份的原料：氟化溶胶溶液80～100份、硅灰石10～20份、三氧化二铝10～20份、磷酸二氢铵1～5份、氧化锌晶须1～5份、三聚磷酸钠0.5～3份、磷酸二氢钠0.5～3份，所述氟化溶胶溶液包括氟化SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶、疏水气相纳米二氧化硅和硅烷偶联剂；[0007] S2、异形瓷件的制备：所述异形瓷件包括连接体和围绕连接体设置的针式伞裙，所述针式伞裙包括从外到内依次设置的第一伞棱、第二伞棱和第三伞棱，按照与瓷体相同的原料和方法制成坯件，上釉、烧成后得到异形瓷件，涂覆强化釉层所用涂料，干燥，然后在1050～1250℃煅烧1～3h，冷却，再在异形瓷件表面涂覆半导体釉；[0008] S3、烧结：将连接体嵌设于凹槽内，然后在1050～1250℃煅烧0.5～2h，连接体与凹槽之间形成粘结釉层从而连接瓷体和异形瓷件，冷却得到瓷绝缘基体；[0009] S4、装配：在瓷绝缘基体的顶端设置上附件和线夹，底端设置钢帽和固定装置，在上附件和瓷绝缘基体之间设置引弧棒，得到高强度防雷绝缘子。[0010] 本发明通过烧制的方式使连接体与凹槽的两釉层熔合形成粘结釉层实现牢固、高强度的连接，从而实现了瓷体和异型结构的异形瓷件一体化结合，解决了异型结构与瓷体之间结合强度不高的难题；现有技术中通常采用有机粘结材料使两者粘结固定在一起，或采用“瓷接”的方式将两者连接，但有机粘结材料易老化、不耐高温、强度低，“瓷接”的结合不够牢固，因此均无法满足电瓷产品使用性能的要求。异形结构的异形瓷件具有一定的防雷防冰效果，这是由于半导体釉的表面电阻率较高，在运行中因通过电流而发热，使异形瓷件表面始终保持干燥，同时使表面电压分布较均匀，从而能保持较高的闪络电压；并且，多伞棱结构还能增加绝缘子的爬电距离，提高安全性。本发明采用阶段式升温的烧结过程，很好地控制了陶瓷晶相的稳定转化；冷却至250℃以下后趁热在瓷绝缘基体涂覆强化釉层涂料，有利于釉层与基体的结合，省去了预热步骤，同时该冷却温度进行操作并不影响绝缘子的性能。本发明方法制得的绝缘子，结构致密、强度高。[0011] 优选地，所述瓷体和异形瓷件包括以下重量份的原料：高岭土25～35份、氧化铝20～28份、铝矾土20～28份、氧化锆20～28份、石英15～25份、Al2O3?ZrO2?La2O3复合溶胶15～25份、氧化镁3～10份、氧化铈3～10份、氧化钐1～5份。[0012] 本发明的瓷体和异形瓷件配方以氧化铝和氧化锆为主，保证了瓷绝缘基体的结构强度；使用Al2O3?ZrO2?La2O3复合溶胶高度分散在基体中，烧结后形成刚玉、氧化锆和氧化镧晶粒，可使玻璃网结构中晶体含量提高，提高基体的强度和硬度；氧化镁、氧化铈和氧化钐作为添加剂加入，氧化镁可以促进陶瓷的烧结，熔融后填充于各晶相间的缝隙中，使得气孔变形缩。币财鸬嚼喂塘幼饔，加快陶瓷的致密化过程；氧化铈和氧化钐共同的细晶强化作用大幅提高了晶粒间的相互结合紧密度，因此大幅提高瓷绝缘基体结构的致密性，提高抗折强度。[0013] 强化釉层中，铝矾土的绝大部分成分为三氧化二铝，在烧成过程中大部分以刚玉微晶形式存在于强化釉层中，直接提高强化釉层的硬度，小部分熔入瓷绝缘子基体，增强绝缘子内部玻璃网络，进一步提高硬度。SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶能够有效填充气孔，有效提高绝缘子表面的平整度，阻止水向基体渗入。强化釉层致密的结构且其中的玻璃相填充基体表面气孔，能有效地阻碍表面吸附水向基体内部的渗透，大大降低水结冰体积膨胀对材料的破坏作用；另一方面是强化釉层具有较高的硬度且与基体结合良好，涂覆在基体材料上会增加材料的机械强度，有利于提高材料的抗冻融性能。三聚磷酸钠可以改善涂料的悬浮性能，保证涂料的均一性；磷酸二氢钠具有耐水性好、固化收缩率小、高温强度大、可在较低温度下实现高强度粘结等优点，1000～1300℃时，开始烧结，分解挥发出P2O5，与绝缘子基体结合，高温下不生成低熔物，是优良的釉层结合剂。磷酸二氢铵和氧化锌晶须能够改善釉层的抗紫外老化性，还有一定的抗菌效果，提高了绝缘子的耐候性。溶胶经过氟化剂修饰后，赋予了强化釉层低表面能，强化釉层表现出了超疏水性。加入疏水气相纳米二氧化硅与SiO2?ZrO2?La2O3溶胶形成微纳米双层结构在强化釉层表面形成较大的凸起，而凸起上又布满小的凸起，粒子排列产生很多的空隙，产生类似荷叶的表面结构的效果。这种表面微观结构能够使得水滴与固体的接触面内截留大量的空气，形成“气膜”，使得接触面积减。哟ソ窃龃。加入硅烷偶联剂后的强化釉层不仅超疏水性有了进一步的提高，同时强化釉层在热处理过程中避免龟裂保持了强化釉层的完整性和牢固，硅烷偶联剂有机地将SiO2?ZrO2?La2O3溶胶和气相纳米二氧化硅两种颗粒结合起来形成了微纳米双层结构，类似于Cassie模型。本发明通过低表面能物质与具有较小的粗糙度和较高的空气截留面积的微纳米结构的共同作用，赋予了强化釉层的超疏水性能和自清洁性能，水滴在超疏水表面很容易滚动，在滚动的过程中可以吸附粘着在绝缘子表面的灰尘、细菌等污染物，使得绝缘子表面始终保持清洁，大幅提升了绝缘子的防污闪性能。本发明通过提高瓷绝缘基体结构的致密性，强化釉层的超疏水性以及瓷绝缘基体和强化釉层之间的结合强度，所得产品具有优异的防污闪和抗冻融性能。[0014] 优选地，步骤S1中所述氟化溶胶溶液中SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶、疏水气相纳米二氧化硅、氟化剂和硅烷偶联剂的质量比为10：1～3：1～2：1～3。[0015] 优选地，步骤S1中所述泥浆细度为0.38％～0.85％，过筛后的泥浆中10μm以下颗：坎恍∮50％，20μm以下颗：坎恍∮70％。本发明通过对原料颗粒粒度的控制，避免了颗粒团聚的产生，也有助于烧结过程的进行，有利于得到结构致密的绝缘子。[0016] 优选地，步骤S1中所述冷却至250℃以下包括：先以100～200℃/min的速度降温至750～850℃，然后以40～60℃/min的速度降温至400～500℃，再以20～30℃/min的速度降温至250℃以下。本发明采用的冷却方式，能够有效保证液相在合适的温度下有充分的时间吸收由液相转化成固相和晶体析出、转化过程中所产生的应力。瓷体冷却后内部无残留应力，不会产生炸裂及其他缺陷，提高产品合格率。[0017] 优选地，步骤S1和S2中所述强化釉层所用涂料的制备方法包括以下步骤：[0018] a)SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶的制备：将氧化镧溶于硝酸制成硝酸镧溶液，然后往其中滴加氨水调节溶液pH为8.5～9.5，过滤得到沉淀，洗涤，分散在蒸馏水中得到La(OH)3悬浮液；将氯氧化锆溶于水中，搅拌30min得到氯氧化锆水解液；将TEOS和乙醇混合，然后在其中滴加硝酸至pH为2～3，搅拌15～60min，然后将La(OH)3悬浮液和氯氧化锆水解液加入，滴加硝酸调节混合液的pH为3～4，在60～90℃下搅拌反应2～4h，冷却；[0019] b)溶胶的氟化：将氟化剂加入所得复合溶胶中，搅拌0.5～2h，得到氟化溶胶；[0020] c)制备氟化溶胶溶液：将TEOS和盐酸混合并搅拌，将所得氟化溶胶、疏水气相纳米二氧化硅和硅烷偶联剂加入其中，超声分散1～3h，即得氟化溶胶溶液；[0021] d)制备涂料：按配比将涂料的原料混合，加水球磨，所得混合浆料过300～500目3筛，筛余0.1～1wt％，控制涂料的比重为1.75～1.95g/cm。[0022] 优选地，步骤S1中所述氟化剂为1H,1H,2H,2H?全氟癸基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H?全氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟聚醚硅烷、羟基氟硅油中的任意一种或多种；所述硅烷偶联剂为水解后的硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂包括γ?(甲氧丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ?缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3?氨基丙基三甲氧基硅烷、3?(2,3?环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。[0023] 优选地，步骤S1中所述旋转上釉法为先以300～500r/min的转速旋涂15～30s、再以2000～2500r/min的转速旋涂60～120s。旋转上釉法可以提高涂料在基体上的涂覆效率，更容易与基体结合，且涂层更均匀、结合强度高。[0024] 优选地，步骤S4中所述线夹的安装包括：所述线夹包括销轴、弧形夹紧件和固定件，所述弧形夹紧件的一端可伸入固定件内部从而夹紧线缆，所述弧形夹紧件的另一端和上附件通过销轴连接，所述固定件固定设置在上附件上。[0025] 优选地，所述强化釉层的厚度为1～5mm，所述半导体釉层的厚度为1～4mm，所述粘结釉层的厚度为90～150μm。[0026] 本发明可至少取得如下有益效果其中之一：[0027] 1、本发明通过在瓷体和异形瓷件上设置强化釉层，有效填充基体上的气孔，且具有较高的硬度，与基体结合良好，有效提高绝缘子表面的平整度，机械强度高；强化釉层还具有超疏水性能和自清洁性能，使得绝缘子表面始终保持清洁，大幅提升了绝缘子的防污闪性能。通过设置异形瓷件，保护瓷绝缘基体减少雨雪冲刷，提高绝缘子的湿耐受电压，具有优异的绝缘效果，采用烧结的方式在连接体与凹槽之间形成粘结釉层从而使瓷体和异形瓷件实现一体化结合，牢固性高；半导体釉的表面电阻率较高，在运行中因通过电流而发热，使异形瓷件表面始终保持干燥，同时使表面电压分布较均匀，从而能保持较高的闪络电压。[0028] 2、本发明通过提高瓷绝缘基体结构的致密性，强化釉层的超疏水性以及瓷绝缘基体和强化釉层之间的结合强度，所得产品具有优异的防污闪和抗冻融性能，耐候性强，适合在极寒冷地区长期使用。[0029] 3、本发明采用阶段式升温的烧结过程，很好地控制了陶瓷晶相的稳定转化；冷却至250℃以下后趁热在瓷绝缘基体涂覆强化釉层涂料，有利于釉层与基体的结合，省去了预热步骤，同时该冷却温度进行操作并不影响绝缘子的性能。本发明方法制得的绝缘子，结构致密、强度高。[0030] 4、本发明的瓷绝缘子，弯曲破坏负荷≥13.8kN、工频湿耐受电压≥70kV、雷电冲击耐受电压≥155kV，水滴在表面的静态接触角≥160.5°，在?50℃—?40℃的条件下冻融循环60次，表面光滑无裂纹。附图说明[0031] 图1为本发明优选实施例的一种高强度柱式瓷绝缘子的结构示意图；[0032] 图2为本发明优选实施例的线夹结构示意图。具体实施方式[0033] 下面将对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0034] 如图1～2所示，本发明的优选实施例，提供了一种高强度防雷瓷绝缘子，包括依次连接的上附件1、瓷绝缘基体2和钢帽3，其中：上附件1上设有线夹4，钢帽3的底部连接固定装置8，用于接地固定；瓷绝缘基体2包括雷冰针罩23和瓷体，所述瓷体包括柱体21和若干伞裙22，顶层的伞裙22为大伞径，且顶层的伞裙22上方设有异形瓷件23，防雷冰罩23包括连接体24和围绕连接体24设置的针式伞裙25，针式伞裙25包括从外到内依次设置的第一伞棱251、第二伞棱252和第三伞棱253，可进增加绝缘子的爬电距离，防止绝缘子出现爬电现象。柱体21顶端设有凹槽26，防雷冰罩23通过连接体24嵌设于凹槽26内而与柱体21连接。针式伞裙25的直径大于顶层的伞裙22，为下方的瓷绝缘基体阻挡雨雪和灰尘；通过设置异形瓷件，保护瓷绝缘基体减少雨雪冲刷，提高绝缘子的湿耐受电压，具有优异的绝缘效果。柱体21、伞裙22、连接体24和针式伞裙25的表面设有强化釉层27，强化釉层可以有效填充基体上的气孔，提高机械强度；针式伞裙25的表面还设有半导体釉层28，连接体24与凹槽26之间由粘结釉层29牢固性连接，实现了一体化结合，防雷冰罩23和瓷体具有不同的釉层和结构，因此二者分体式制备后再连接，有利于各釉层的涂覆，解决了异型结构的防雷冰罩与瓷体之间结合强度不高的难题。半导体釉层28在通电流后具有一定的温度，雨雪无法逗留，针式伞裙25表面始终保持干燥，从而使针式伞裙25伞裙22保持较高的闪络电压及确保良好的绝缘效果。[0035] 其中，柱体21和伞裙22为一体成型的结构，结构强度高，耐污性更强。其中，伞裙22为大小裙在柱体21上交替分布的形状，此异形排列的大小伞裙使绝缘子具有高绝缘、高耐污、高强度、高耐久性，提高冰雪及暴雨天气下湿闪耐受电压的效果。线夹4与上附件1转动连接，线夹4包括销轴41、弧形夹紧件42和固定件43，弧形夹紧件42的一端和上附件1通过销轴41连接，固定件43固定设置在上附件1上且弧形夹紧件42的另一端可伸入固定件43内部从而夹紧线缆；弧形夹紧件42的另一端设有若干卡齿43，固定件43内部设有与卡齿43匹配的卡槽44。本发明的线夹一端与上附件可转动连接，固定绝缘导线和安装时不需将线夹的零部件取下，另一端与固定件通过卡齿和卡槽配合锁紧，可根据绝缘导线的大小进行调节，连接牢固，安装十分方便。其中，固定件43的两侧设有相对的垂直螺栓筒45，垂直螺栓筒45内设有螺栓柱46，用于卡接好的对弧形夹紧件42辅助固定。固定装置5包括螺杆51和设于螺杆51上的螺母52，螺杆51上设有螺栓头53，螺栓头53设于钢帽3的内部，固定时将螺杆51贯穿安装架，然后将螺母52拧紧，完成固定。上附件1和钢帽3分别通过胶合剂6与瓷绝缘基体2的两端连接。优选钢帽3的外表面通过胶合剂连接有缓冲垫7，在接地固定时起到保护钢帽3的作用。[0036] 以下是本发明优选实施例的一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法。[0037] 强化釉层所用涂料的制备方法：[0038] 将氧化镧溶于硝酸制成硝酸镧溶液，然后往其中滴加氨水调节溶液pH为9，过滤得到沉淀，洗涤，分散在蒸馏水中得到La(OH)3悬浮液；将氯氧化锆溶于水中，搅拌30min得到氯氧化锆水解液；将TEOS和乙醇混合，然后在其中滴加硝酸至pH为3，搅拌30min，然后将La(OH)3悬浮液和氯氧化锆水解液加入(La:Zr:Si的摩尔比为1:1:1)，滴加硝酸调节混合液的pH为3，在80℃下搅拌反应3h，冷却；将氟化剂1H,1H,2H,2H?全氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷(体积比1：1)加入步骤S11所得复合溶胶中，搅拌1h，得到氟化溶胶；将TEOS和盐酸(体积比5：1，二者总体积：所加入物质总质量为1：1)混合并搅拌，将步骤S12所得氟化溶胶、疏水气相纳米二氧化硅和硅烷偶联剂加入其中，超声分散1～3h，即得氟化溶胶溶液；硅烷偶联剂为水解后的硅烷偶联剂，具体为将硅烷偶联剂γ?(甲氧丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ?缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(体积比1：1)与乙醇和水以1：1：2的体积比混合，置于55℃下搅拌30min；按配比将涂料的原料混合，加水球磨，所得混合浆料过3400目筛，筛余0.3～0.35wt％，控制涂料的比重为1.8～1.85g/cm。[0039] 半导体釉为在普通电瓷釉中加入15wt％的氧化锡和15wt％的氧化锑得到。[0040] 旋转上釉法是指将绝缘子横向置于釉料中且部分露出，以绝缘子的中心为轴进行旋转上釉。[0041] 实施例1[0042] 瓷体和异形瓷件包括以下重量份的原料：高岭土35份、氧化铝20份、铝矾土20份、氧化锆20份、石英15份、Al2O3?ZrO2?La2O3复合溶胶15份、氧化镁3份、氧化铈3份、氧化钐1份；强化釉层所用涂料包括以下重量份的原料：氟化溶胶溶液80份、铝矾土20份、硅灰石10份、磷酸二氢铵1份、氧化锌晶须1份、三聚磷酸钠0.5份、磷酸二氢钠0.5份，氟化溶胶溶液包括SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶、疏水气相纳米二氧化硅、氟化剂和硅烷偶联剂，质量比为10：1：1：1。强化釉层的厚度为2mm，半导体釉层的厚度为1.5mm，粘结釉层的厚度为95～100μm。[0043] 一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：[0044] S1、瓷体的制备：按配比将瓷体的原料加入球磨机，加入原料总质量1倍的水进行球磨，球磨时间为8h得到泥浆，控制泥浆细度为0.75％～0.85％；将泥浆过筛、过筛后的泥浆中10μm以下颗：坎恍∮50％，20μm以下颗：坎恍∮70％，除铁，然后制泥、成型、干燥得到坯件，上釉；先以5℃/min的速度升温至800℃，然后以15℃/min的速度升温至1150℃，保温0.5h，再以25℃/min的速度升温至1450℃，保温4h；先以100℃/min的速度降温至850℃，然后以40℃/min的速度降温至500℃，再以20℃/min的速度降温至250℃以下，得到瓷体；趁热将瓷体浸入强化釉层所用涂料，采用旋转上釉法在瓷绝缘基体表面覆盖涂料，先以300r/min的转速旋涂15s、再以2000r/min的转速旋涂60s，取出、干燥。[0045] S2、异形瓷件的制备：按照与瓷体相同的原料和方法制成坯件，上釉、烧成后得到异形瓷件，涂覆强化釉层所用涂料，干燥，然后在1050℃煅烧3h，冷却，再在异形瓷件表面涂覆半导体釉；[0046] S3、烧结：将连接体嵌设于凹槽内，然后在1050℃煅烧2h，连接体与凹槽之间形成粘结釉层从而连接瓷体和异形瓷件，冷却得到瓷绝缘基体；[0047] S4、装配：在瓷绝缘基体的顶端设置上附件和线夹，底端设置钢帽和固定装置，在上附件和瓷绝缘基体之间设置引弧棒，得到高强度防雷绝缘子。[0048] 实施例2[0049] 瓷体和异形瓷件包括以下重量份的原料：高岭土25份、氧化铝28份、铝矾土份、氧化锆28份、石英25份、Al2O3?ZrO2?La2O3复合溶胶25份、氧化镁10份、氧化铈10份、氧化钐5份；强化釉层所用涂料包括以下重量份的原料：氟化溶胶溶液100份、铝矾土10份、硅灰石20份、磷酸二氢铵5份、氧化锌晶须5份、三聚磷酸钠3份、磷酸二氢钠3份，氟化溶胶溶液包括SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶、疏水气相纳米二氧化硅、氟化剂和硅烷偶联剂，质量比为10：3：2：3。强化釉层的厚度为4.5mm，半导体釉层的厚度为4mm，粘结釉层的厚度为140～148μm。[0050] 一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：[0051] S1、瓷体的制备：按配比将瓷体的原料加入球磨机，加入原料总质量1.5倍的水进行球磨，球磨时间为15h得到泥浆，控制泥浆细度为0.38％～0.45％；将泥浆过筛、过筛后的泥浆中10μm以下颗：坎恍∮50％，20μm以下颗：坎恍∮70％，除铁，然后制泥、成型、干燥得到坯件，上釉；先以15℃/min的速度升温至600℃，然后以15℃/min的速度升温至1250℃，保温1.5h，再以35℃/min的速度升温至1650℃，保温1h；先以200℃/min的速度降温至750℃，然后以60℃/min的速度降温至400℃，再以30℃/min的速度降温至250℃以下，得到瓷体；趁热将瓷体浸入强化釉层所用涂料，采用旋转上釉法在瓷体表面覆盖涂料，先以500r/min的转速旋涂25s、再以2500r/min的转速旋涂100s，取出、干燥。[0052] S2、异形瓷件的制备：按照与瓷体相同的原料和方法制成坯件，上釉、烧成后得到异形瓷件，涂覆强化釉层所用涂料，干燥，然后在1230℃煅烧1h，冷却，再在异形瓷件表面涂覆半导体釉；[0053] S3、烧结：将连接体嵌设于凹槽内，然后在1230℃煅烧0.5h，连接体与凹槽之间形成粘结釉层从而连接瓷体和异形瓷件，冷却得到瓷绝缘基体；[0054] S4、装配：在瓷绝缘基体的顶端设置上附件和线夹，底端设置钢帽和固定装置，在上附件和瓷绝缘基体之间设置引弧棒，得到高强度防雷绝缘子。[0055] 实施例3[0056] 瓷体和异形瓷件包括以下重量份的原料：高岭土30份、氧化铝24份、铝矾土23份、氧化锆24份、石英120份、Al2O3?ZrO2?La2O3复合溶胶21份、氧化镁6份、氧化铈6份、氧化钐3份；强化釉层所用涂料包括以下重量份的原料：氟化溶胶溶液90份、铝矾土15份、硅灰石15份、磷酸二氢铵3份、氧化锌晶须3份、三聚磷酸钠2份、磷酸二氢钠2份，氟化溶胶溶液包括SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶、疏水气相纳米二氧化硅、氟化剂和硅烷偶联剂，质量比为10：2：1.5：2。强化釉层的厚度为3mm，半导体釉层的厚度为2.5mm，粘结釉层的厚度为110～120μm。[0057] 一种高强度柱式瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：[0058] S1、瓷体的制备：按配比将瓷体的原料加入球磨机，加入原料总质量1.3倍的水进行球磨，球磨时间为10h得到泥浆，控制泥浆细度为0.6％～0.68％；将泥浆过筛、过筛后的泥浆中10μm以下颗：坎恍∮60％，20μm以下颗：坎恍∮80％，除铁，然后制泥、成型、干燥得到坯件，上釉；先以10℃/min的速度升温至700℃，然后以20℃/min的速度升温至1200℃，保温1h，再以30℃/min的速度升温至1550℃，保温2.5h；先以150℃/min的速度降温至800℃，然后以50℃/min的速度降温至450℃，再以25℃/min的速度降温至220℃以下，得到瓷体；趁热将瓷体浸入强化釉层所用涂料，采用旋转上釉法在瓷体表面覆盖涂料，先以450r/min的转速旋涂20s、再以2200r/min的转速旋涂80s，取出、干燥。[0059] S2、异形瓷件的制备：按照与瓷体相同的原料和方法制成坯件，上釉、烧成后得到异形瓷件，涂覆强化釉层所用涂料，干燥，然后在1150℃煅烧2h，冷却，再在异形瓷件表面涂覆半导体釉；[0060] S3、烧结：将连接体嵌设于凹槽内，然后在1150℃煅烧1h，连接体与凹槽之间形成粘结釉层从而连接瓷体和异形瓷件，冷却得到瓷绝缘基体；[0061] S4、装配：在瓷绝缘基体的顶端设置上附件和线夹，底端设置钢帽和固定装置，在上附件和瓷绝缘基体之间设置引弧棒，得到高强度防雷绝缘子。[0062] 实施例4[0063] 瓷体和异形瓷件包括以下重量份的原料：高岭土28份、氧化铝26份、铝矾土23份、氧化锆26份、石英18份、Al2O3?ZrO2?La2O3复合溶胶22份、氧化镁5份、氧化铈5份、氧化钐2份；强化釉层所用涂料包括以下重量份的原料：氟化溶胶溶液95份、铝矾土13份、硅灰石15份、磷酸二氢铵3.5份、氧化锌晶须2.5份、三聚磷酸钠1.5份、磷酸二氢钠1.5份，氟化溶胶溶液包括SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶、疏水气相纳米二氧化硅、氟化剂和硅烷偶联剂，质量比为10：2.5：1：1.5。强化釉层的厚度为2.5mm，半导体釉层的厚度为2mm，粘结釉层的厚度为130～135μm。[0064] 本实施例的耐低温瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：[0065] S1、按配比将瓷体的原料加入球磨机，加入原料总质量1.1倍的水进行球磨，球磨时间为10h得到泥浆，控制泥浆细度为0.55％～0.63％；将泥浆过筛、过筛后的泥浆中10μm以下颗：坎恍∮55％，20μm以下颗：坎恍∮75％，除铁，然后制泥、成型、干燥得到坯件，上釉；先以8℃/min的速度升温至650℃，然后以22℃/min的速度升温至1200℃，保温1h，再以32℃/min的速度升温至1550℃，保温2h；先以180℃/min的速度降温至780℃，然后以45℃/min的速度降温至480℃，再以25℃/min的速度降温至200℃以下，得到瓷体；趁热将瓷体浸入强化釉层所用涂料，采用旋转上釉法在瓷体表面覆盖涂料，先以350r/min的转速旋涂25s、再以2300r/min的转速旋涂100s，取出、干燥。[0066] S2、异形瓷件的制备：按照与瓷体相同的原料和方法制成坯件，上釉、烧成后得到异形瓷件，涂覆强化釉层所用涂料，干燥，然后在1100℃煅烧2.5h，冷却，再在异形瓷件表面涂覆半导体釉；[0067] S3、烧结：将连接体嵌设于凹槽内，然后在1100℃煅烧1.5h，连接体与凹槽之间形成粘结釉层从而连接瓷体和异形瓷件，冷却得到瓷绝缘基体；[0068] S4、装配：在瓷绝缘基体的顶端设置上附件和线夹，底端设置钢帽和固定装置，在上附件和瓷绝缘基体之间设置引弧棒，得到高强度防雷绝缘子。[0069] 实施例5[0070] 瓷体和异形瓷件包括以下重量份的原料：高岭土31份、氧化铝25份、铝矾土23份、氧化锆25份、石英20份、Al2O3?ZrO2?La2O3复合溶胶20份、氧化镁6份、氧化铈7.5份、氧化钐2.5份；强化釉层所用涂料包括以下重量份的原料：氟化溶胶溶液90份、铝矾土16份、硅灰石13份、磷酸二氢铵3份、氧化锌晶须3份、三聚磷酸钠2份、磷酸二氢钠2.2份，氟化溶胶溶液包括SiO2?ZrO2?La2O3复合溶胶、疏水气相纳米二氧化硅、氟化剂和硅烷偶联剂，质量比为10：2：1.5：1.5。强化釉层的厚度为3.5mm，半导体釉层的厚度为2mm，粘结釉层的厚度为120～125μm。[0071] 本实施例的耐低温瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：[0072] S1、按配比将瓷绝缘基体的原料加入球磨机，加入原料总质量1.2倍的水进行球磨，球磨时间为12h得到泥浆，控制泥浆细度为0.65％～0.75％；将泥浆过筛、过筛后的泥浆中10μm以下颗：坎恍∮50％，20μm以下颗：坎恍∮70％，除铁，然后制泥、成型、干燥得到坯件，上釉；先以10℃/min的速度升温至700℃，然后以20℃/min的速度升温至1210℃，保温1h，再以30℃/min的速度升温至1600℃，保温2h；先以150℃/min的速度降温至800℃，然后以50℃/min的速度降温至450℃，再以25℃/min的速度降温至220℃以下，得到瓷体；趁热将瓷体浸入强化釉层所用涂料，采用旋转上釉法在瓷绝缘基体表面覆盖涂料，先以400r/min的转速旋涂20s、再以2200r/min的转速旋涂90s，取出、干燥。[0073] S2、异形瓷件的制备：按照与瓷体相同的原料和方法制成坯件，上釉、烧成后得到异形瓷件，涂覆强化釉层所用涂料，干燥，然后在1180℃煅烧2h，冷却，再在异形瓷件表面涂覆半导体釉。[0074] S3、烧结：将连接体嵌设于凹槽内，然后在1180℃煅烧1h，连接体与凹槽之间形成粘结釉层从而连接瓷体和异形瓷件，冷却得到瓷绝缘基体。[0075] S4、装配：在瓷绝缘基体的顶端设置上附件和线夹，底端设置钢帽和固定装置，得到高强度防雷绝缘子。[0076] 经测试，实施例1～5的制备方法所得瓷绝缘子，弯曲破坏负荷≥13.8kN、工频湿耐受电压≥70kV、雷电冲击耐受电压≥155kV。[0077] 对比例1[0078] 去除瓷绝缘基体中的Al2O3?ZrO2?La2O3复合溶胶，其余与实施例5相同。[0079] 对比例2[0080] 去除强化釉层中的氟化溶胶溶液，其余与实施例5相同。[0081] 对比例3[0082] 去除强化釉层中的疏水气相纳米二氧化硅，其余与实施例5相同。[0083] 对比例4[0084] 异形瓷件表面涂覆半导体釉后以步骤S3中的条件烧结，然后使用硅烷胶粘剂与凹槽粘接后干燥得到瓷绝缘基体，其余与实施例5相同。[0085] 对比例5[0086] 将步骤S3中的冷却方式替换为随炉冷却至250℃以下，其余与实施例5相同。[0087] 将实施例1～5和对比例1～5所得产品进行水接触角测量和抗冻融实验，其中，水接触角测量为测量水滴在表面的静态接触角，抗冻融实验为将试样在?50℃—?40℃的条件下冻融循环30次和60次，观察试样是否有裂纹。结果列于表1。[0088] 表1[0089][0090][0091] 由表1数据可知，本发明的瓷绝缘子具有优良的超疏水性能、机械性能和抗冻融性能，耐候性强，适合在极寒冷地区长期使用。其中：强化釉层对绝缘子表面的疏水性能和抗冻融性能影响很大，涂料中的氟化溶胶溶液及氟化溶胶溶液中的气相纳米二氧化硅均对强化釉层的疏水性能有影响；瓷绝缘基体中的Al2O3?ZrO2?La2O3复合溶胶会影响瓷绝缘基体的平整度、以及超强化釉层与瓷绝缘基体的结合强度，所以对疏水性、机械性能和抗冻融性能均有一定影响；绝缘子烧结之后的冷却方式，影响绝缘子内部晶相转化过程，会影响绝缘子的结构强度，所以对机械性能和抗冻融性能的影响较大；异形瓷件与瓷体之间的结合方式对机械性能的影响很大，粘接的方式严重影响结合强度从而导致较低的弯曲破坏负荷。[0092] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：江西

专利申请日期：2021-11-23

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114141455B