专利名称：玻璃云母复合材料、制造方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于一种无机绝缘材料，尤其涉及一种主要由玻璃和云母复合而成的材料、制造方法及其应用。
背景技术：
绝缘子是电力传输和电力机车重要的基础元件，根据制造材料的不同可以分为陶瓷绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝缘子。陶瓷绝缘子采用泥浆压制、烧结的陶瓷材料做绝缘体， 应用较早，使用广泛，但是由于其材料内部均质化和表面刚度难以得到保证，正在丧失其主导地位。玻璃绝缘子采用软化温度高、物化性能均质稳定的硼硅酸盐或铝硅酸盐钢化玻璃为绝缘件，具有良好机械性能和优良的耐热温差性能，但是玻璃绝缘子自爆率高。复合绝缘子采用环氧树脂和玻璃纤维作为芯棒，有机硅橡胶作为伞裙护套构成的绝缘子，具有体积小、重量轻、抗污闪、耐老化等特点，在国外应用广泛，大量用于电力传输和电力机车领域， 但是复合绝缘子线膨胀系数高，不耐高低温循环和高温老化。玻璃陶瓷是由微晶云母相和玻璃相组成，具有比普通陶瓷和玻璃更好的机械性强度、可加工性和低的导电性，云母的存在可以阻止裂纹扩展，克服玻璃脆性。玻璃陶瓷兼具玻璃和陶瓷的高强度和耐高温的优点，同时具有良好的韧性，具有较好的绝缘性，特别适合作为绝缘材料用于绝缘子制造。中国发明专利申请200810239109. 5公开了一种云母陶瓷绝缘子的制作方法，采用玻璃和云母高温预烧结、粉碎、高温软化和模塑成型等工艺过程。普通玻璃线膨胀系数 (CTE)较低，通常在 4 X IOjl-IL 5 X ΙΟΙ—1，而不锈钢的 CTE 在 14 X Kr6IT1-ISX ΙΟ—Γ1，两者的CTE具有较大差别，绝缘子在热震过程中容易产生内应力，进一步诱发裂纹，绝缘材料破裂，导致绝缘子失效。US5^4706采用高膨胀系数玻璃用于金属制品封装，较好的解决了金属和玻璃热膨胀过程中产生的内应力问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种玻璃云母复合材料，采用为高CTE玻璃为原料， 与云母复合而成。本发明的另一个目的在于提供一种玻璃云母复合材料的制造方法。本发明的又一个目的在于提供一种绝缘复合材料，作为绝缘材料应用于电力传输、电力机车、高速铁路和城市轨道交通等领域。本发明采用如下的技术方案实现一种玻璃云母复合材料，由35_60衬％玻璃和40-65wt%云母组成，线膨胀系数为13. OX 1014-17. OX ΙΟΙ—1，玻璃中主要含有 30-44. 5wt%P205、10-33wt%Zn0,以及由碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成的混合物。碱金属氧化物为金属锂(Li)、金属钠(Na)、金属钾(K)、金属铷(Rb)、金属铯(Cs) 和金属钫(Fr)与氧元素形成的任意形式化合物，如氧化锂、氧化钠、过氧化钠、氧化钾、 过氧化钾、氧化铷、过氧化铷。本发明碱金属氧化物选自于0-10Wt%Li20、0-10Wt%Na20*0-8wt%K20之一种或几种。碱土金属氧化物为金属铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)和镭(Ra)与氧元素形成的任意形式化合物，如氧化镁、氧化铍、氧化钙、氧化锶和氧化钡。碱土金属氧化物选自于 0-20wt%Ca0、0-20wt%Sr0 和 0_20wt%Ba0 之一种或几种。所述的玻璃还含有0-20wt%的 η30、0-2 %的CeO和0_4. 3wt%的氟元素之一种或几种。云母包括天然云母和人工合成云母，人工合成云母指采用化工原料通过化学反应制备的云母，主要包括氟金云母、氟钙云母和氟钡云母等。作为一种示例，本发明玻璃云母复合材料可以通过如下方法制得本发明还提供了玻璃云母复合材料的制作方法，包括下列过程(1)将50-200目35-60衬％玻璃粉和 20-100目的40-65wt%云母粉研磨混合；(2)之后在100-350kg/cm2压力下冷压成型，煅烧 (采用天然云母为原料的，温度不高于550°C ；当采用人工合成云母为原料的，温度不高于 700°C)，然后降温，粉碎制成10-200目的玻璃云母复合材料细粉。将本发明制得的玻璃云母复合材料，加工成各类绝缘产品，尤其是含有金属的绝缘产品，并应用于电力传输、电力机车、高速铁路和城市轨道交通等领域。本发明玻璃云母复合材料特别适合制作绝缘子(CN101746^0A)，其由绝缘复合材料与金属嵌件经过热压而成，绝缘子的形状和大小可以根据需要进行设计。绝缘子外表面涂有疏水的有机树脂涂层，有机树脂可以是有机硅树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂之一种或者几种。一种绝缘子的制作方法包括下列过程(1)将玻璃云母复合材料在100-350kg/cm2 下冷压成型，加热(采用天然云母为原料的，温度不高于550°C;当采用人工合成云母为原料的，温度不高于700°C)，使玻璃云母复合材料软化，将软化的玻璃云母复合材料注入到预置有金属嵌件的模具中，再经冷却后，退火成型。(2)在已经冷却成型的绝缘子的外表面涂覆有机树脂涂层。(3)加热使得有机树脂涂层固化。本发明所述玻璃云母绝缘子具有耐高温的特点，抗冲击和耐热震性能良好，适合于电力输送、电力机车、高速铁路、城市地铁等领域户内外应用。本发明所述的玻璃云母复合材料，其线膨胀系数为13. OX 1(^1^-17. OX KT6IT1, 与金属材料比较接近，较好解决了绝缘材料和金属嵌件之间的CTE匹配问题。本发明所述的玻璃云母复合材料既能便于与金属材料的加工，还克服了由于热震过程导致绝缘子失效问题，提高了绝缘产品在各种温度环境下的工作稳定性。
具体实施例方式实施例1
将 60 份 100 目的玻璃粉(含有 1. 8wt%Li20、4. 5wt%N￡i20、4. 3wt%K20、8. 9wt%&i0、 6. lwt%Ca0、16. 8wt%Ba0、0. 4wt%Al203、13. 7wt%Pb0 和 43. 5wt%P205 等成分)与 40 份 80 目的氟金云母在球磨机中研磨混合均勻，在1500kg/cm2压力下，冷压成胚，在700°C加热12小时，冷却，粉碎，80目过筛，制成玻璃云母复合材料1，线膨胀系数为16. ΙΧΚΤΚΛ实施例2将 50 份 100 目的玻璃粉(含有 2. 0wt%Li20、4. 7wt%Na20,4. 4wt%K20、18. 4wt%ZnO, 7. 9wt%Ca0、0. 2wt%Al203、15. 8wt% Sb2O3 和 46. 6wt%P205 等成分)与 50 份 200 目的氟金云母在球磨机中研磨混合均勻，在1500kg/cm2压力下，冷压成胚，在700°C加热，冷却，粉碎，80 目过筛，制成玻璃云母复合材料2，线膨胀系数为15. IXlO-6IT1tj实施例3
将 45 份 100 目的玻璃粉(含有 1. 9wt%Li20、5. 6wt%Na20,4. 2wt%K20、20. 7wt%Zn0、 19. 4wt%BaO,8. 3wt%Bi203和39. 9wt%P205等成分)与55份200目的氟金云母在球磨机中研磨混合均勻，在1500kg/cm2压力下，冷压成胚，在700°C加热，冷却，粉碎，80目过筛，制成玻璃云母复合材料3，线膨胀系数为le.gxio—r1。实施例4
将 40 份 100 目的玻璃粉(含有 2. 0wt%Li20、7. 0wt%Na20,20. lwt%BaO、5. 2wt%Al203> 24. 2wt%PbO、4. 3wt%F元素和41. 5wt%P205等成分)与60份200目的天然白云母在球磨机中研磨混合均勻，在1500kg/cm2压力下，冷压成胚，在讨01加热，冷却，粉碎，80目过筛，制成玻璃云母复合材料4，线膨胀系数为H.SXK^IT1。实施例5
将玻璃云母复合材料1粉体在2200kg/cm2下，冷压成胚，在70(TC加热软化后，将其注入到预置金属嵌件的模具中，在3000kg/cm2压力下成型，降温，310°C退火，降至室温，在其外表面涂有机硅树脂，180°C加热，制得玻璃云母绝缘子1。该绝缘子具有耐高温特点，能够耐受热震冲击，具有良好的抗冲击性能，可以在电力机车、城市地铁、高速铁路长期使用。实施例6
将玻璃云母复合材料3粉体在2200kg/cm2下，冷压成胚，在70(TC加热软化后，将其注入到预置金属嵌件的模具中，在3200kg/cm2压力下成型，降温，300°C退火，降至室温，在其外表面涂有机硅树脂，180°C加热，制得玻璃云母绝缘子2。该绝缘子具有耐高温特点，能够耐受热震冲击，具有良好的抗冲击性能，可以在电力机车、城市地铁、高速铁路长期使用。
权利要求
1.一种玻璃云母复合材料，其特征是由35-60wt%玻璃和40-65wt%云母组成，所述的玻璃云母复合材料的线膨胀系数为13. OX ΙΟ—Κ-1-^. OX ΙΟΙ—1。
2.根据权利要求1所述的玻璃云母复合材料，其特征是所述的玻璃主要含有 30-44. 5wt%P205、10-33wt%Zn0,以及由碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成的混合物。
3.根据权利要求1所述的玻璃云母复合材料，其特征是所述的碱金属氧化物选自于 0-10wt%Li20,0-10wt%Na20 和 0_8wt%K20 之一种或几种。
4.根据权利要求1所述的玻璃云母复合材料，其特征是所述的碱土金属氧化物选自于 0-20wt%Ca0、0-20wt%Sr0 和 0_20wt%Ba0 之一种或几种。
5.根据权利要求1所述的玻璃云母复合材料，其特征是所述的玻璃还含有0-20wt%的 Pb0、0-2wt%的CeO和0-4. 3wt%的氟元素之一种或几种。
6.根据权利要求1所述的玻璃云母复合材料，其特征是通过如下方法制得50-200目！35-60wt%玻璃粉和20-100目的40_65wt%云母粉研磨混合；然后在 100-350kg/cm2压力下冷压成型，并煅烧，然后降温，粉碎制成10-200目的玻璃云母复合材料细粉；采用天然云母为原料的，所述的煅烧温度不高于550°C ；采用人工合成云母为原料的，所述的煅烧温度不高于700°C。
7.—种权利要求1所述的玻璃云母复合材料，用于制造绝缘产品。
8.—种权利要求1所述的玻璃云母复合材料，用于制造电力传输、电力机车、高速铁路和城市轨道交通等领域的绝缘产品。
9.根据权利要求7或8所述的玻璃云母复合材料，其特征是所述的绝缘产品为绝缘子。
10.根据权利要求9所述的玻璃云母复合材料的用途，其特征是所述的绝缘子制作方法如下1)将绝缘复合材料在100-350kg/cm2下冷压成型，加热400-700°C，使绝缘复合材料软化，将软化的绝缘复合材料注入到预置有金属嵌件的模具中，再经冷却后，退火成型；2)在已经冷却成型的绝缘子的外表面涂覆有机树脂涂层；3)加热使得有机树脂涂层固化；加热温度不超过300°C。
全文摘要
一种玻璃云母复合材料，由35-60wt%玻璃和40-65wt%云母组成，其线膨胀系数为13.0×10-6K-1-17.0×10-6K-1。本发明所述的玻璃云母复合材料，使得复合材料线膨胀系数更接近金属材料，不仅较好解决了绝缘材料和金属嵌件之间的CTE匹配问题，还克服了由于热震过程导致绝缘子失效问题，提高了绝缘产品在各种温度环境下的工作稳定性。
文档编号C03C14/00GK102351426SQ20111024586
公开日2012年2月15日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者曹梅盛, 王宝湖, 祝阳, 郑敏敏, 饶蕾 申请人:浙江荣泰科技企业有限公司