本發(fā)明涉及到電力系統(tǒng)的變壓器，具體的說是一種變壓器用陶瓷絕緣材料及其燒制方法。
背景技術(shù)：
變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵心（磁芯），主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。電容式套管是將變壓器內(nèi)部的高壓線引到油箱外部的出線裝置，不僅作為引線的對(duì)地絕緣，而且還起著固定引線的作用，是變壓器重要附件之一。
現(xiàn)有的電容式套管基本上是采用銅管外部包覆陶瓷絕緣材料制成的，但是現(xiàn)有的陶瓷絕緣材料僅僅是一般采用陶土、高嶺土等燒制瓷器的材料燒制而成的，燒制而成的陶瓷絕緣材料與一般的陶瓷相比，并無(wú)明顯的區(qū)別，僅僅是滿足了絕緣和防水作用，缺乏一種專門用于制作變壓器電容式套管的陶瓷絕緣材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種變壓器用陶瓷絕緣材料及其燒制方法，通過該方法制作的陶瓷絕緣材料，不僅重量相比較于現(xiàn)有的陶瓷絕緣材料有了降低，而且其抗電擊穿性能以及在各種環(huán)境中的適應(yīng)性得到了很大的提高，大幅度提高了應(yīng)用時(shí)的安全性能。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為：一種變壓器用陶瓷絕緣材料，該陶瓷絕緣材料由基料、填充料和制孔劑燒制而成，按照重量比，所述基料由35-37份煅燒高嶺土、12-14份的菱鎂石粉、20-24份的石英砂和6-8份的絹云母組成，填充料由2-3份單質(zhì)硅粉、5-6份細(xì)度不超過5微米的活性氧化鋁微粉、7-8份的改性納米二氧化硅和4-5份的改性海泡石絨粉組成，制孔劑由6-7份細(xì)度不超過30微米的碳化硅細(xì)粉、4-5份細(xì)度不超過45微米的藍(lán)晶石細(xì)粉和1-1.2份的蛭石粉組成；所述改性納米二氧化硅是將市售納米二氧化硅與其重量3-5%的表面改性劑混合得到，該表面改性劑由氫氧化鋇、碳酸氫鈉和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成；所述改性海泡石絨粉為市售海泡石絨粉與十二烷基硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、納米二氧化鈦按照重量比100：5:3:5混合攪拌20-30min后過濾得到。
所述表面改性劑中還加入有KH550重量2-3%的納米氫氧化鋁。
所述制孔劑中還含有0.8-1份的珍珠巖粉。
所述填充料中含有2-2.4份的氧化鐵粉。
上述變壓器用陶瓷絕緣材料的燒制方法，首先按照上述要求選取各原料并對(duì)原料進(jìn)行處理，然后按比例混料、磨粉后送入模具中壓鑄成所需要的坯體，最后燒結(jié)即得到產(chǎn)品，所述對(duì)原料進(jìn)行處理是指，將市售納米二氧化硅與其重量3-5%的表面改性劑混合得到改性納米二氧化硅，該表面改性劑由氫氧化鋇、碳酸氫鈉和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成；將市售海泡石絨粉與十二烷基硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、納米二氧化鈦按照重量比100：5:3:5混合攪拌20-30min后過濾得到改性海泡石絨粉。
所述混料、磨粉是指，依次向混合后的各原料中加入各原料總重35%的水、各原料總重2%的丙酮、各原料總重1%的工業(yè)植物油和各原料總重0.8%的淀粉，而后拌合均勻并研磨制成細(xì)度為300目的粉料。
所述燒結(jié)分為低溫段、中溫段和氧化燒結(jié)段三部分，其中，低溫段是指使?fàn)t內(nèi)溫度從常溫在6h均勻升高到420℃，并保持該溫度1-2h，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不高于4%；
所述中溫段是指，使?fàn)t內(nèi)溫度從420℃在4h均勻升高到1050℃，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不低于45%；
所述氧化燒結(jié)段是指，使?fàn)t內(nèi)溫度從1050℃在3h均勻升高到1850℃，并保持該溫度4h，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不低于45%。
本發(fā)明中，以燒制陶瓷的常規(guī)原料煅燒高嶺土和石英作為基料，其中混入碳化硅、藍(lán)晶石粉和蛭石粉作為制孔劑，既可確保燒成后的陶瓷中含有一些開放型氣孔（或稱開口氣孔），而且也不會(huì)影響其強(qiáng)度；碳化硅在高溫氧化氣氛中容易發(fā)生氧化反應(yīng)：SiC+2O2→CO2+SiO2，該反應(yīng)開始溫度較高，1000℃開始明顯氧化，顆粒越細(xì)，則氧化速度越快，反應(yīng)產(chǎn)物CO2的逸出容易造成陶瓷坯體表面形成開口氣孔，而反應(yīng)產(chǎn)物SiO2具有較高活性，與氧化鋁反應(yīng)生成莫來石，從而在陶瓷內(nèi)形成莫來石增強(qiáng)體；基料中含有的菱鎂石粉在高溫下與石英砂、填充料中的氧化鋁微粉燒結(jié)形成堇青石結(jié)構(gòu)，從而大幅度提高了材料的強(qiáng)度；同時(shí)，在高溫下，制孔劑中的藍(lán)晶石細(xì)粉，既可確保生成較多的莫來石相，保證制品的力學(xué)強(qiáng)度，藍(lán)晶石從1100℃左右開始分解、生成莫來石和SiO2，1300℃以后顯著分解轉(zhuǎn)化，由于該莫來石化反應(yīng)伴隨有16-18%的體積膨脹，因此還可填充由于碳化硅氧化產(chǎn)生的孔隙，使單個(gè)孔隙變小，整體孔隙率降低，并且會(huì)改變陶瓷內(nèi)孔隙的形狀和分布；填充料中的單質(zhì)硅粉，一部分在燒結(jié)過程中氧化形成二氧化硅參與燒結(jié)反應(yīng)，另一部分高溫下熔融提供液態(tài)的游離體系，降低燒結(jié)溫度，而且便于各組織成分的遷移、結(jié)合。
本發(fā)明中，利用氫氧化鋇和碳酸氫鈉混合作為催化劑讓納米級(jí)的 SiO2粒子的表面能夠受到羥基的作用，從而含有一定數(shù)量的含氧官能團(tuán)，增加了納米級(jí)SiO2粒子的有關(guān)表面相容性，在納米級(jí)SiO2粒子作為填充料與其余原料充分混合時(shí)，因?yàn)镾iO2顆粒很小，且比表面積大，細(xì)微化的結(jié)構(gòu)使得其余物料與其的接觸面積增大，使SiO2粒子可以在物料中均勻分散，從而便于SiO2與其余物質(zhì)在高溫下發(fā)生化學(xué)鍵合或者物理結(jié)合。此外，均勻分散的納米級(jí)SiO2相當(dāng)于“錨點(diǎn)”，其能夠使高溫環(huán)境下生成的強(qiáng)化基體與其結(jié)合，在受到外力沖擊作用下，能夠產(chǎn)生 “應(yīng)力集中”的效應(yīng)，使得其周圍的一些基體“屈服”并吸收較多的變形功，此外也能夠產(chǎn)生 “釘扎-攀越”效應(yīng)，增大裂紋在擴(kuò)展時(shí)所受到的阻力，消耗變形功，從而使其韌性增加；而海泡石絨粉與十二烷基硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、納米二氧化鈦混合處理后，不僅使得海泡石絨粉的表面性質(zhì)發(fā)生變化，使其在燒結(jié)時(shí)能夠與形成的堇青石、莫來石結(jié)構(gòu)等相互結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)了燒結(jié)材料的強(qiáng)度，而且，在浸泡過程中，納米二氧化鈦能夠進(jìn)入到海泡石絨粉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，從而防止其微孔結(jié)構(gòu)在燒結(jié)過程中遭到破壞。
本發(fā)明中，陶瓷絕緣材料燒結(jié)完成后，可以將其置于融化的丁腈橡膠內(nèi)，并保持融化狀態(tài)浸泡20-30min，以使其表面形成絕緣橡膠層；
當(dāng)然，也可以將其置于水泥漿、塑料粉末和玻璃纖維形成的混合物中浸泡1-2h，而后在350℃的條件下處理30min，自然冷卻至常溫即可，所述水泥漿、塑料粉末和玻璃纖維的重量比為10:1:2，水泥漿采用水泥與水按照重量比1:10-20的比例混合得到。
有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具備以下優(yōu)點(diǎn)：
1）本發(fā)明以燒制陶瓷的常規(guī)原料煅燒高嶺土和石英作為基料，其中混入碳化硅、藍(lán)晶石粉和蛭石粉作為制孔劑，既可確保燒成后的陶瓷中含有一些開放型氣孔（或稱開口氣孔），而且也不會(huì)影響其強(qiáng)度，通過加入高溫下體積膨脹的藍(lán)晶石粉，使得開放型氣孔明顯縮小，從而在陶瓷內(nèi)部和表面形成細(xì)小的氣孔，從而助于燒制后的絕緣材料與其余絕緣材料的結(jié)合，如塑料和橡膠等；
2）本發(fā)明在混料時(shí)，除了加入常規(guī)的水之外，還加入了丙酮、工業(yè)植物油和淀粉，這三種物質(zhì)混合后，在低溫段能夠緩慢的氣化，從而脫離泥胎，并在泥胎表面形成微小的氣孔，而且也能增強(qiáng)混合料的粘性，防止燒制時(shí)表面出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致在后續(xù)燒制中損壞；
3）本發(fā)明中，納米二氧化硅經(jīng)改性后其分散性以及與基體、界面的結(jié)合強(qiáng)度得到增強(qiáng)，當(dāng)其作為填充料時(shí)，其在燒結(jié)時(shí)的高溫條件下，能夠與燒結(jié)時(shí)形成的莫來石增強(qiáng)體緊密結(jié)合，大幅度提高整體性和強(qiáng)度，而且在高溫下也可以作為類似成核劑的存在，使其中的氧化鋁和氧化硅能夠更好的形成莫來石增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)；
4）本發(fā)明通過將市售的海泡石絨粉與十二烷基硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、納米二氧化鈦混合改性處理后，不僅使得海泡石絨粉的表面性質(zhì)發(fā)生變化，使其在燒結(jié)時(shí)能夠與形成的堇青石、莫來石結(jié)構(gòu)等相互結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)了燒結(jié)材料的強(qiáng)度，而且，在浸泡過程中，納米二氧化鈦能夠進(jìn)入到海泡石絨粉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，從而防止其微孔結(jié)構(gòu)在燒結(jié)過程中遭到破壞；
5）本發(fā)明燒制的絕緣材料可以浸泡在無(wú)機(jī)或有機(jī)絕緣材料中，從而使這些絕緣材料填充到氣孔內(nèi)，進(jìn)一步增強(qiáng)其防電擊穿性能。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述，以下各實(shí)施例中所用的原料均為本領(lǐng)域常規(guī)的原料或者是從市面上能夠購(gòu)買得到。
實(shí)施例1
一種變壓器用陶瓷絕緣材料，該陶瓷絕緣材料由基料、填充料和制孔劑燒制而成，按照重量比，所述基料由35份煅燒高嶺土、12份的菱鎂石粉、20份的石英砂和6份的絹云母組成，填充料由2份單質(zhì)硅粉、5份細(xì)度不超過5微米的活性氧化鋁微粉、7份的改性納米二氧化硅和4份的改性海泡石絨粉組成，制孔劑由6份細(xì)度不超過30微米的碳化硅細(xì)粉、4份細(xì)度不超過45微米的藍(lán)晶石細(xì)粉和1份的蛭石粉組成；所述改性納米二氧化硅是將市售納米二氧化硅與其重量3%的表面改性劑混合得到，該表面改性劑由氫氧化鋇、碳酸氫鈉和KH550按照重量比3:1:30的比例混合而成；所述改性海泡石絨粉為市售海泡石絨粉與十二烷基硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、納米二氧化鈦按照重量比100：5:3:5混合攪拌20min后過濾得到；
上述變壓器用陶瓷絕緣材料的燒制方法，首先按照上述要求選取各原料并對(duì)原料進(jìn)行處理，然后按比例混料、磨粉后送入模具中壓鑄成所需要的坯體，最后燒結(jié)即得到產(chǎn)品，所述對(duì)原料進(jìn)行處理是指，將市售納米二氧化硅與其重量3%的表面改性劑混合得到改性納米二氧化硅，該表面改性劑由氫氧化鋇、碳酸氫鈉和KH550按照重量比3:1:30的比例混合而成；將市售海泡石絨粉與十二烷基硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、納米二氧化鈦按照重量比100：5:3:5混合攪拌20min后過濾得到改性海泡石絨粉。
以上為本實(shí)施例的基本實(shí)施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)、優(yōu)化和限定：
如，所述表面改性劑中還加入有KH550重量2%的納米氫氧化鋁；
又如，所述制孔劑中還含有0.8份的珍珠巖粉；
再如，所述填充料中含有2份的氧化鐵粉；
再如，所述混料、磨粉是指，依次向混合后的各原料中加入各原料總重35%的水、各原料總重2%的丙酮、各原料總重1%的工業(yè)植物油和各原料總重0.8%的淀粉，而后拌合均勻并研磨制成細(xì)度為300目的粉料；
最后，所述燒結(jié)分為低溫段、中溫段和氧化燒結(jié)段三部分，其中，低溫段是指使?fàn)t內(nèi)溫度從常溫在6h均勻升高到420℃，并保持該溫度1h，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不高于4%；
所述中溫段是指，使?fàn)t內(nèi)溫度從420℃在4h均勻升高到1050℃，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不低于45%；
所述氧化燒結(jié)段是指，使?fàn)t內(nèi)溫度從1050℃在3h均勻升高到1850℃，并保持該溫度4h，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不低于45%。
實(shí)施例2
一種變壓器用陶瓷絕緣材料，該陶瓷絕緣材料由基料、填充料和制孔劑燒制而成，按照重量比，所述基料由37份煅燒高嶺土、14份的菱鎂石粉、24份的石英砂和8份的絹云母組成，填充料由3份單質(zhì)硅粉、6份細(xì)度不超過5微米的活性氧化鋁微粉、8份的改性納米二氧化硅和5份的改性海泡石絨粉組成，制孔劑由7份細(xì)度不超過30微米的碳化硅細(xì)粉、5份細(xì)度不超過45微米的藍(lán)晶石細(xì)粉和1.2份的蛭石粉組成；所述改性納米二氧化硅是將市售納米二氧化硅與其重量5%的表面改性劑混合得到，該表面改性劑由氫氧化鋇、碳酸氫鈉和KH550按照重量比4:2:30的比例混合而成；所述改性海泡石絨粉為市售海泡石絨粉與十二烷基硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、納米二氧化鈦按照重量比100：5:3:5混合攪拌30min后過濾得到；
上述變壓器用陶瓷絕緣材料的燒制方法，首先按照上述要求選取各原料并對(duì)原料進(jìn)行處理，然后按比例混料、磨粉后送入模具中壓鑄成所需要的坯體，最后燒結(jié)即得到產(chǎn)品，所述對(duì)原料進(jìn)行處理是指，將市售納米二氧化硅與其重量5%的表面改性劑混合得到改性納米二氧化硅，該表面改性劑由氫氧化鋇、碳酸氫鈉和KH550按照重量比4:2:30的比例混合而成；將市售海泡石絨粉與十二烷基硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、納米二氧化鈦按照重量比100：5:3:5混合攪拌30min后過濾得到改性海泡石絨粉。
以上為本實(shí)施例的基本實(shí)施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)、優(yōu)化和限定：
如，所述表面改性劑中還加入有KH550重量3%的納米氫氧化鋁；
又如，所述制孔劑中還含有1份的珍珠巖粉；
再如，所述填充料中含有2.4份的氧化鐵粉；
再如，所述混料、磨粉是指，依次向混合后的各原料中加入各原料總重35%的水、各原料總重2%的丙酮、各原料總重1%的工業(yè)植物油和各原料總重0.8%的淀粉，而后拌合均勻并研磨制成細(xì)度為300目的粉料；
最后，所述燒結(jié)分為低溫段、中溫段和氧化燒結(jié)段三部分，其中，低溫段是指使?fàn)t內(nèi)溫度從常溫在6h均勻升高到420℃，并保持該溫度2h，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不高于4%；
所述中溫段是指，使?fàn)t內(nèi)溫度從420℃在4h均勻升高到1050℃，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不低于45%；
所述氧化燒結(jié)段是指，使?fàn)t內(nèi)溫度從1050℃在3h均勻升高到1850℃，并保持該溫度4h，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不低于45%。
實(shí)施例3
一種變壓器用陶瓷絕緣材料，該陶瓷絕緣材料由基料、填充料和制孔劑燒制而成，按照重量比，所述基料由36份煅燒高嶺土、13份的菱鎂石粉、22份的石英砂和7份的絹云母組成，填充料由2.5份單質(zhì)硅粉、5.5份細(xì)度不超過5微米的活性氧化鋁微粉、7.5份的改性納米二氧化硅和4.5份的改性海泡石絨粉組成，制孔劑由6.5份細(xì)度不超過30微米的碳化硅細(xì)粉、4.5份細(xì)度不超過45微米的藍(lán)晶石細(xì)粉和1.1份的蛭石粉組成；所述改性納米二氧化硅是將市售納米二氧化硅與其重量4%的表面改性劑混合得到，該表面改性劑由氫氧化鋇、碳酸氫鈉和KH550按照重量比3.5:1.5:30的比例混合而成；所述改性海泡石絨粉為市售海泡石絨粉與十二烷基硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、納米二氧化鈦按照重量比100：5:3:5混合攪拌20-30min后過濾得到；
上述變壓器用陶瓷絕緣材料的燒制方法，首先按照上述要求選取各原料并對(duì)原料進(jìn)行處理，然后按比例混料、磨粉后送入模具中壓鑄成所需要的坯體，最后燒結(jié)即得到產(chǎn)品，所述對(duì)原料進(jìn)行處理是指，將市售納米二氧化硅與其重量4%的表面改性劑混合得到改性納米二氧化硅，該表面改性劑由氫氧化鋇、碳酸氫鈉和KH550按照重量比3.5:1.5:30的比例混合而成；將市售海泡石絨粉與十二烷基硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、納米二氧化鈦按照重量比100：5:3:5混合攪拌25min后過濾得到改性海泡石絨粉。
以上為本實(shí)施例的基本實(shí)施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)、優(yōu)化和限定：
如，所述表面改性劑中還加入有KH550重量2.5%的納米氫氧化鋁；
又如，所述制孔劑中還含有0.9份的珍珠巖粉；
再如，所述填充料中含有2.2份的氧化鐵粉；
再如，所述混料、磨粉是指，依次向混合后的各原料中加入各原料總重35%的水、各原料總重2%的丙酮、各原料總重1%的工業(yè)植物油和各原料總重0.8%的淀粉，而后拌合均勻并研磨制成細(xì)度為300目的粉料；
最后，所述燒結(jié)分為低溫段、中溫段和氧化燒結(jié)段三部分，其中，低溫段是指使?fàn)t內(nèi)溫度從常溫在6h均勻升高到420℃，并保持該溫度1.5h，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不高于4%；
所述中溫段是指，使?fàn)t內(nèi)溫度從420℃在4h均勻升高到1050℃，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不低于45%；
所述氧化燒結(jié)段是指，使?fàn)t內(nèi)溫度從1050℃在3h均勻升高到1850℃，并保持該溫度4h，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不低于45%。
對(duì)比試驗(yàn)
按照本發(fā)明實(shí)施例1-3的方法分別制備三個(gè)外形完全相同的絕緣子，并編號(hào)樣品1、樣品2、樣品3，然后用本發(fā)明的方法另外制備與樣品1、樣品2、樣品3樣品外形完全相同的絕緣子，記為樣品4，且樣品4中使用的是市售納米二氧化硅，并未經(jīng)本發(fā)明的方法進(jìn)行改性；按照制備樣品4的方法制備樣品5，且樣品5中使用的是改性納米二氧化硅，但該改性納米二氧化硅在改性時(shí)，與本發(fā)明的改性方法相比，并未加入碳酸鈉；按照制備樣品4的方法制備樣品6，且樣品6中不含改性海泡石絨粉；
分別對(duì)以上樣品在相同條件下進(jìn)行電擊穿實(shí)驗(yàn)，當(dāng)電壓為17KV時(shí)，樣品4的絕緣子被擊穿；
當(dāng)電壓升高到24KV時(shí)，樣品5被擊穿；
當(dāng)電壓繼續(xù)升高至27KV時(shí)，樣品1被擊穿；
當(dāng)電壓繼續(xù)升高至28KV時(shí)，樣品3被擊穿；
當(dāng)電壓繼續(xù)升高至30KV時(shí)，樣品2被擊穿；
當(dāng)電壓繼續(xù)升高至36KV時(shí)，樣品6被擊穿。