一种稀土改性高强度瓷绝缘子及其制备方法与流程

本发明涉及高铝陶瓷材料、电工陶瓷及特种陶瓷制品制造技术，具体涉及一种稀土改性高强度瓷绝缘子及其制备方法。

背景技术：

1、瓷绝缘子通常以铝硅酸盐材料作为瓷体基体。为了提高瓷体的机械强度，可以在瓷料中加入氧化铝、煅烧矾土或者刚玉颗粒。刚玉颗粒具有较高的硬度和强度，能够在瓷体中起到承载作用。

2、但是，刚玉颗粒与周围铝硅酸盐基体的组成和结构存在差异。烧成和冷却后，刚玉颗粒边缘容易出现局部孔隙、玻璃相偏聚或者应力集中。瓷绝缘子受到机械载荷或者温度变化时，裂纹可能从上述位置产生，并沿颗粒边缘继续扩展。刚玉颗粒的强化作用因此不能得到稳定发挥，瓷体的强度也容易出现波动。

3、因此，需要改善刚玉颗粒与铝硅酸盐基体之间的界面结构，使两者之间形成较为平缓的过渡，减少颗粒边缘的孔隙和应力集中。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种稀土改性高强度瓷绝缘子及其制备方法，用于改善刚玉骨架颗粒与铝硅酸盐连续基体之间的结合状态，减少刚玉骨架颗粒边缘的局部孔隙和应力集中，使刚玉骨架颗粒能够在瓷体中稳定发挥承载和阻碍裂纹扩展的作用。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种稀土改性高强度瓷绝缘子，所述瓷绝缘子包括瓷件本体，所述瓷件本体的烧成瓷体包括铝硅酸盐连续基体以及分散于所述铝硅酸盐连续基体中的刚玉骨架颗粒；

3、至少部分所述刚玉骨架颗粒与所述铝硅酸盐连续基体之间形成有稀土改性反应过渡组织；

4、沿所述刚玉骨架颗粒朝向所述铝硅酸盐连续基体的方向，所述稀土改性反应过渡组织依次包括含钇富铝内侧反应区和含铝硅晶体外侧反应区；

5、所述含钇富铝内侧反应区与所述刚玉骨架颗粒相邻，所述含钇富铝内侧反应区中含有钇元素和铝元素，且所述含钇富铝内侧反应区中的钇元素含量高于所述铝硅酸盐连续基体中的钇元素含量；

6、所述含铝硅晶体外侧反应区位于所述含钇富铝内侧反应区与所述铝硅酸盐连续基体之间，所述含铝硅晶体外侧反应区中分布有含铝硅晶体。

7、进一步的，所述刚玉骨架颗粒以α-al2o3为主要晶相，所述刚玉骨架颗粒的al2o3含量不低于90%；

8、所述刚玉骨架颗粒为电熔刚玉颗粒、烧结刚玉颗粒、煅烧氧化铝颗粒和刚玉富集颗粒中的一种或多种；

9、所述刚玉骨架颗粒的粒径为10～60μm，d50为20～38μm，d90不大于55μm。

10、进一步的，所述含钇富铝内侧反应区的表观厚度为0.2～3.0μm，所述含铝硅晶体外侧反应区的表观厚度为0.8～7.0μm；

11、所述含钇富铝内侧反应区和所述含铝硅晶体外侧反应区沿所述刚玉骨架颗粒的周向呈连续、分段连续或局部中断分布，所述含钇富铝内侧反应区和所述含铝硅晶体外侧反应区中的至少一者沿所述刚玉骨架颗粒周向的可识别累计覆盖率为40%～85%。

12、进一步的，所述烧成瓷体中，以y2o3计的钇组分占所述烧成瓷体干基总质量的0.08%～0.80%；

13、相对于形成所述铝硅酸盐连续基体的100质量份主体瓷料，所述刚玉骨架颗粒的用量为12～28质量份。

14、进一步的，所述含钇富铝内侧反应区包括含钇铝氧化物、含钇铝硅复合反应相、富铝玻璃相和细小氧化铝晶粒中的一种或多种；

15、所述含铝硅晶体外侧反应区中的含铝硅晶体包括烧成过程中形成或继续发育的二次莫来石晶体，所述二次莫来石晶体呈短棒状、椭圆状、点状和针状中的一种或多种形态分布。

16、本发明还提供了一种稀土改性高强度瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：

17、对刚玉骨架颗粒进行筛分、清洗和干燥；

18、采用含有钇源和铝源的内层前驱浆料对所述刚玉骨架颗粒进行包覆，在所述刚玉骨架颗粒表面形成含钇富铝内层；

19、采用含有铝源和硅源的外层前驱浆料对形成有所述含钇富铝内层的刚玉骨架颗粒进行包覆，在所述含钇富铝内层外侧形成铝硅外层，随后进行干燥和预固定处理，得到双层包覆刚玉骨架颗粒；

20、将用于形成铝硅酸盐连续基体的主体瓷料另行进行湿法球磨，所述主体瓷料进行湿法球磨时不加入所述双层包覆刚玉骨架颗粒；

21、所述主体瓷料完成湿法球磨后，将所述双层包覆刚玉骨架颗粒加入所述主体瓷料中并进行低剪切混合，得到混合瓷料；

22、对所述混合瓷料进行脱水，并根据成型方式对脱水后的混合瓷料进行练泥和陈腐处理或造粒处理，随后进行成型、干燥和施釉，得到绝缘子坯体；

23、将所述绝缘子坯体升温至峰值烧成温度并进行保温，使所述绝缘子坯体致密化；

24、完成峰值烧成温度下的保温后，将所述绝缘子坯体降温至低于所述峰值烧成温度的界面反应温度，并在所述界面反应温度下进行保温，随后进行控制冷却，得到所述稀土改性高强度瓷绝缘子；

25、其中，烧成后，至少部分所述刚玉骨架颗粒与烧成形成的铝硅酸盐连续基体之间形成稀土改性反应过渡组织，沿所述刚玉骨架颗粒朝向所述铝硅酸盐连续基体的方向，所述稀土改性反应过渡组织依次包括含钇富铝内侧反应区和含铝硅晶体外侧反应区。

26、进一步的，按所述主体瓷料的干基总量为100质量份计，所述主体瓷料包括煅烧矾土32～45份、高岭土18～28份、塑性黏土8～16份、长石8～16份、石英3～9份、细粒氧化铝6～16份以及矿化组分0.3～2.0份，各组分的用量总和为100份；

27、所述矿化组分包括滑石和白云石中的至少一种；

28、相对于100质量份所述主体瓷料，所述刚玉骨架颗粒的加入量为12～28质量份。

29、进一步的，按100质量份所述刚玉骨架颗粒计，所述内层前驱浆料中的固体组分包括折算为al2o3的铝源2～8份、折算为y2o3的钇源0.4～2.4份以及成膜剂0.1～0.8份；

30、所述钇源包括硝酸钇、醋酸钇、碳酸钇分散液和氧化钇溶胶中的一种或多种，所述铝源包括勃姆石溶胶、氧化铝溶胶、纳米氧化铝粉和亚微米氧化铝粉中的一种或多种；

31、按100质量份所述刚玉骨架颗粒计，所述外层前驱浆料中的固体组分包括偏高岭土3～8份、细粒氧化铝2～8份、硅溶胶固体0～1.5份以及成膜剂或分散剂0.1～0.6份；

32、所述外层前驱浆料中的al2o3与sio2的质量比为2.0～3.2。

33、进一步的，所述双层包覆刚玉骨架颗粒的预固定处理温度为650～850℃，保温时间为30～120min；

34、所述主体瓷料经湿法球磨形成的浆料的d50为1.5～4.5μm，45μm筛余量不高于0.5%；

35、所述双层包覆刚玉骨架颗粒加入所述主体瓷料后，以30～100r/min的转速进行低剪切混合，混合时间为5～20min。

36、进一步的，所述峰值烧成温度为1260～1325℃，在所述峰值烧成温度下的保温时间为10～45min；

37、完成所述峰值烧成温度下的保温后，以1～4℃/min的降温速度降温至1160～1220℃，并在1160～1220℃下保温30～120min；

38、完成界面反应温度下的保温后，以2～5℃/min的冷却速度冷却至900℃以下，再进行自然冷却。

39、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

40、本发明在刚玉骨架颗粒与铝硅酸盐连续基体之间设置含钇富铝内侧反应区和含铝硅晶体外侧反应区。含钇富铝内侧反应区位于刚玉骨架颗粒表面，含铝硅晶体外侧反应区位于含钇富铝内侧反应区与连续基体之间，使刚玉骨架颗粒与连续基体之间形成逐步过渡。该结构能够减少刚玉骨架颗粒边缘的局部孔隙和组成突变，缓和烧成冷却后形成的局部应力。瓷体受力时，刚玉骨架颗粒能够分担载荷，颗粒外围的反应区能够使裂纹发生偏转或者分叉，从而改善瓷体的结合状态、机械强度和温度变化后的稳定性。