本发明涉及瓷绝缘子制备技术领域，尤其涉及一种高强度电瓷绝缘子及其制备方法。
背景技术：
绝缘子是安装在不同电位的导体之间或导体与地电位构件之间的器件，能够耐受电压和机械应力作用。绝缘子是一种特殊的绝缘控件，在架空输电线路中起到两个基本作用：用来支持和固定母线与带电导体、并使带电导体间或导体与大地之间有足够的距离和绝缘。绝缘子是为了增加爬电距离的，常用的有瓷绝缘子和玻璃钢绝缘子。
绝缘子广泛用于高压输电领域，绝缘子承担保证导线和横担、杆塔有足够绝缘的任务，它在运行中需要承受导线垂直方向的荷重和水平方向的拉力，还经受日晒、雨淋、气候变化及化学物质的腐蚀，因此，绝缘子既要有良好的电气性能，又要有足够的机械强度。现有的绝缘子上述性能都有待提高，比较容易发生裂纹，易发生击穿、闪络事故，使用寿命降低并影响电网安全。
技术实现要素：
本发明旨在解决上述问题，提供一种高电气性能和高机械强度的电瓷绝缘子及其制备方法。
作为本发明目的的一方面，提供了一种高强度电瓷绝缘子，包括如下重量份的原料：钾长石12～18份，广东泥12～16份，铝矾土13～18份，硅酸锆微粉12～17份，左云土16～23份，黑粘土3～9份，湖北泥4～8份，福建泥5～11份，硅灰石3～8份，葡萄糖1～3份。
配方广泛采用大部分地区都有的普适性原料，适用范围广；原料种类多，减少单个原料价格波动带来的影响；制得的绝缘子材料绝缘性能、机械性能好，解决了传统绝缘子制备过程中钠离子含量高导致绝缘子破裂、长时间使用易击穿的问题。
进一步地，本发明的高强度电瓷绝缘子，包括如下重量份的原料：钾长石12～16份，广东泥13～15份，铝矾土15～17份，硅酸锆微粉13～15份，左云土19～22份，黑粘土5～8份，湖北泥5～6份，福建泥7～9份，硅灰石5～7份，葡萄糖1.5～3份。
少量的葡萄糖在这里起到两个方面的作用：一是烧成过程中葡萄糖分解产生气体，由此可在绝缘子坯体上形成一定数量的气孔，从而助于烧制过程中绝缘子坯体与釉料的结合；另外葡萄糖分解得到碳，在高温下并不会参与任何反应，而且由于其熔点高，所以弥散在整个坯体内，在高温条件下，能够与烧结时形成的莫来石晶体紧密结合，大幅度提高整体性和强度，而且在高温下也可以作为类似成核剂的存在，使其中的氧化铝和氧化硅能够更好的形成莫来石晶体。另外，绝缘子材料内部加入碳，会在断裂的时候增加偏转路径消耗更多的能量，从而提高材料的断裂韧性。若直接在原料中加入碳粉，由于碳粉容易团聚在一起，因此球磨时需要加入分散剂防止团聚；并且烧成时并不能产生气孔，釉料只能附在坯体表面。
作为本发明目的的一方面，一种电瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、球磨：将权利要求1至3中任一项所述的各种原料按质量百分比混合，转入球磨机内按总原料：磨球：水＝1：0.8～1.5：0.8～1.5(重量比)加水球磨8～15h；
s2、过筛、除铁：制得的泥浆过250目筛，筛余0.3％以内，过筛后的泥浆中10μm以下颗粒含量不小于50％，20μm以下颗粒含量不小于70％，然后去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
s3、压滤、陈腐：泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分25～30％，再将泥饼放在密封室内静置陈腐10～15h；
s4、真空挤制：将陈腐后的泥饼放入卧式真空压练泥机中，经螺旋挤压，抽出空气得到长条状的泥段，再将泥段放在阴干平台阴干定型；
s5、产品成型：采用可塑成型法，将泥段塑造成所需形状的坯件，坯件成型水分含量为20±2.5％，坯件成型后送入100～110℃烘房干燥8～12h；
s6、上釉：对干燥后的坯件进行淋釉；
s7、烧成：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于5％，在600～800℃下保温5～10h，然后以50～100℃/h的速率升温至1250～1320℃保温5～10h，然后冷却至室温；
s8、切割平整打磨，胶装，养护；
s9、成品经检验检查后合格品包装入库。
本发明的制备方法中，原料不需经过前处理，配料后直接球磨；采用淋釉的方法，上釉快速无污染，釉层均匀，得到的产品质量好。烧成时分两段恒温，第一阶段低温过程出现液相，利于出现一次莫来石晶体，以及分解葡萄糖提供气孔及碳源；第二阶段高温过程，氧化铝部分形成刚玉晶体，另一部分与氧化硅形成莫来石晶体，提高抗折和拉伸强度；同时，碳作为成核剂增强莫来石晶体的形成，釉料流入气孔使坯体与釉料结合更紧密，进一步提高绝缘子材料的稳定性与机械强度。采用程序升温的方法，进一步增强坯体与釉料的结合，更好地形成莫来石晶体结构。
进一步地，步骤s1球磨后的泥浆水分含量55-68％。
进一步地，步骤s2中过筛后的泥浆中10μm以下颗粒含量不小于60％，20μm以下颗粒含量不小于80％。
进一步地，步骤s2中除铁方法为：在磁场强度为8000～10000高斯的磁场中去铁。
进一步地，步骤s6中釉料中加入0.1～1％聚羧酸减水剂，釉料温度为50～60℃；和/或淋釉时间为10～20min；和/或淋釉的釉层厚度为0.27～0.32mm。
进一步地，其特征在于，步骤s8中胶装所用胶合剂成分为：硅酸盐水泥30～40份，微硅粉2～6份，铝酸盐水泥2～6份，石英砂40～50份，水5～12份，聚羧酸减水剂0.1～1份，缓凝剂0.08～0.2份，早强剂0.05～0.1份，增稠剂0.1～0.25份。
进一步地，按照本发明的高强度电瓷绝缘子的制备方法得到的电瓷绝缘子。
本发明可取得如下有益效果：
1、配方中含有所述比例的二氧化硅和氧化铝，烧结后生成莫来石，提高瓷的机械强度和冷热性能，二氧化硅能降低坯体的干燥和烧成收缩，减少弯曲变形，并能起到瓷坯的骨架作用和提高瓷坯的机械强度；氧化铝能使瓷坯显著地提高机械强度；氧化钾能降低烧结温度，填充瓷坯间隙，增加瓷的致密性，提高瓷坯的机械强度和电气性能；因此本配方配合所述制备方法使得绝缘子瓷体的憎水性能、抗污性能、绝缘性能和机械性能都有显著提高。
2、配方中加入少量添加剂葡萄糖，为绝缘子材料提供气孔和碳源。气孔可助于烧制过程中绝缘子坯体与釉料的结合；碳有三个方面的作用：作为类似成核剂的存在，使其中的氧化铝和氧化硅能够更好的形成莫来石晶体，还能够与烧结时形成的莫来石晶体紧密结合，大幅度提高整体性和强度，另外，绝缘子材料内部加入碳，会在断裂的时候增加偏转路径消耗更多的能量，从而提高材料的断裂韧性。
3、本发明的制备方法中，原料不需经过前处理，配料后直接球磨；采用淋釉的方法，上釉快速无污染，釉层均匀，得到的产品质量好。
4、烧成时分两段恒温，第一阶段低温过程出现液相，利于出现一次莫来石晶体，同时在此阶段葡萄糖分解提供气孔及碳源；第二阶段高温过程，氧化铝部分形成刚玉晶体，另一部分与氧化硅形成莫来石晶体，提高抗折和拉伸强度；同时，碳作为成核剂增强莫来石晶体的形成，釉料流入气孔使坯体与釉料结合更紧密，进一步提高绝缘子材料的稳定性与机械强度。采用程序升温的方法，进一步增强坯体与釉料的结合，更好地形成莫来石晶体结构。
5、本发明得到的电瓷绝缘子具有高机械强度和高抗击穿能力，瓷质结构均匀，分散性很小，解决了传统绝缘子易破裂、长时间使用易击穿的问题，可用于电力行业和铁路行业。
具体实施方式
下面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。
所用葡萄糖为市售工业葡萄糖，价格低廉，来源广泛，不会增加材料成本；所用球磨机、泥浆泵、磁选机、真空炼泥机均为市售产品。
实施例1：
本实施例的中高强度绝缘子材料的制备方法，包括以下步骤：
s1、按原料配方：钾长石14.5％，广东泥14％，铝矾土15.5％，硅酸锆微粉12％，左云土18％，黑粘土4.5％，湖北泥5％，福建泥8％，硅灰石5.5％，葡萄糖3％配料混合，然后转入球磨机内按总原料：磨球：水＝1：1：1.2(重量比)加水球磨8h，得到水分含量62％的泥浆；
s2、将步骤s1制得的泥浆过250目筛，筛余0.15％以内，过筛后的泥浆中10μm以下颗粒含量为70％，20μm以下颗粒含量为90％，然后在磁场强度为9000高斯的磁场中去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
s3、所得泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分控制在26％左右，再将泥饼放在湿度为85％的密封室内静置陈腐15h；
s4、真空挤制：将陈腐后的泥饼放入卧式真空压练泥机中，经螺旋挤压，抽出空气得到长条状的泥段，再将泥段放在阴干平台阴干定型；
s5、产品成型：采用可塑成型法，将泥段塑造成所需形状的坯件，坯件成型水分含量为21±1％，坯件成型后送入100℃烘房干燥10h；
s6、上釉：对成型后的坯件淋釉15min，釉浆中加入0.8％的聚羧酸减水剂，釉浆温度55℃，淋釉后坯件上的釉层厚度约为0.31mm；
s7、烧成：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于4.5％，在750℃下保温6h，然后以100℃/h的速率升温至1310℃保温8h，然后自然冷却至室温；
s8、产品表面切割打磨平整，胶装，养护；其中，胶装所用胶合剂成分为：硅酸盐水泥40％，微硅粉4.2％，铝酸盐水泥3.3％，石英砂45％，水6.5％，聚羧酸减水剂0.25％，缓凝剂0.18％，早强剂0.075％，增稠剂0.18％；
s9、成品经检验检查后合格品包装入库。
实施例2：
本实施例的中高强度绝缘子材料的制备方法，包括以下步骤：
s1、按原料配方：钾长石15％，广东泥13.5％，铝矾土14％，硅酸锆微粉12.5％，左云土20.5％，黑粘土4.8％，湖北泥5.5％，福建泥7.5％，硅灰石5.2％，葡萄糖1.5％配料混合，然后转入球磨机内按总原料：磨球：水＝1：1.5：1.2(重量比)加水球磨8h，得到水分含量60％的泥浆；
s2、将步骤s1制得的泥浆过250目筛，筛余0.2％以内，过筛后的泥浆中10μm以下颗粒含量为65％，20μm以下颗粒含量为90％，然后在磁场强度为9000高斯的磁场中去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
s3、所得泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分控制在28％左右，再将泥饼放在湿度为75％的密封室内静置陈腐10h；
s4、真空挤制：将陈腐后的泥饼放入卧式真空压练泥机中，经螺旋挤压，抽出空气得到长条状的泥段，再将泥段放在阴干平台阴干定型；
s5、产品成型：采用可塑成型法，将泥段塑造成所需形状的坯件，坯件成型水分含量为20±1％，坯件成型后送入105℃烘房干燥10h；
s6、上釉：对成型后的坯件淋釉10min，釉浆中加入0.75％的聚羧酸减水剂，釉浆温度55℃，淋釉后坯件上的釉层厚度约为0.28mm；
s7、烧成：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于1.5％，在680℃下保温7.5h，然后以70℃/h的速率升温至1280℃保温10h，然后自然冷却至室温；
s8、产品表面切割打磨平整，胶装，养护；其中，胶装所用胶合剂成分为：硅酸盐水泥35％，微硅粉4.5％，铝酸盐水泥4.5％，石英砂44.8％，水10％，聚羧酸减水剂0.81％，缓凝剂0.15％，早强剂0.09％，增稠剂0.15％；
s9、成品经检验检查后合格品包装入库。
实施例3：
本实施例的中高强度绝缘子材料的制备方法，包括以下步骤：
s1、按原料配方：钾长石12.5％，广东泥13.5％，铝矾土15.5％，硅酸锆微粉13％，左云土19.5％，黑粘土5.3％，湖北泥5.2％，福建泥8％，硅灰石5.3％，葡萄糖2.2％配料混合，然后转入球磨机内按总原料：磨球：水＝1：1：1(重量比)加水球磨12h，得到水分含量58％的泥浆；
s2、将步骤s1制得的泥浆过250目筛，筛余0.1％以内，过筛后的泥浆中10μm以下颗粒含量为65％，20μm以下颗粒含量为80％，然后在磁场强度为8500高斯的磁场中去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
s3、所得泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分控制在28％左右，再将泥饼放在湿度为85％的密封室内静置陈腐15h；
s4、真空挤制：将陈腐后的泥饼放入卧式真空压练泥机中，经螺旋挤压，抽出空气得到长条状的泥段，再将泥段放在阴干平台阴干定型；
s5、产品成型：采用可塑成型法，将泥段塑造成所需形状的坯件，坯件成型水分含量为21±0.5％，坯件成型后送入100℃烘房干燥12h；
s6、上釉：对成型后的坯件淋釉15min，釉浆中加入0.3％的聚羧酸减水剂，釉浆温度58℃，淋釉后坯件上的釉层厚度约为0.31mm；
s7、烧成：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于2.5％，在780℃下保温6h，然后以80℃/h的速率升温至1290℃保温9h，然后自然冷却至室温；
s8、产品表面切割打磨平整，胶装，养护；其中，胶装所用胶合剂成分为：硅酸盐水泥40％，微硅粉3.2％，铝酸盐水泥4.2％，石英砂42.4％，水9％，聚羧酸减水剂0.85％，缓凝剂0.13％，早强剂0.07％，增稠剂0.15％；
s9、成品经检验检查后合格品包装入库。
对实施例1～3制备得到的绝缘子进行检测，结果如下：釉面光洁，无外观质量缺陷，按照gb/t772和gb/t8287的相关标准进行绝缘子外观、尺寸、机械强度和电气强度等各项性能进行检测，均符合相关标准的要求。实施例1～3所得绝缘子产品的各项性能指标如表1。
表1
本发明的配方及工艺制备的绝缘子，机械强度和电气强度均高于行业标准，并且配方加入葡萄糖，烧成过程中产生的气孔不会影响产品外观和产品性能，反而能增强产品的机械强度和抗击穿能力。
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。