新型刚性悬挂针式瓷绝缘子的瓷件及其绝缘子

技术领域

本发明涉及绝缘子的瓷件领域,尤其是一种新型刚性悬挂针式瓷绝缘子的瓷件及其绝缘子。

背景技术

绝缘子是一种特殊的绝缘控件，在架空输电线路中起到重要作用。起初，绝缘子多用于电线杆，慢慢发展于高型高压电线，连接塔的一端挂了很多盘状的绝缘体，它的作用是增加爬电距离，通常它们是由玻璃或陶瓷制成，因此叫绝缘子。绝缘子一般主要由铁帽、钢化玻璃或陶瓷、以及钢脚组成，并且通过用水泥胶合剂将铁帽、钢化玻璃或陶瓷、以及钢脚胶为一体。其中，根据使用工况的不同，绝缘子可以分为交流瓷绝缘子和直流瓷绝缘子，在世界各地的高压、超高压和特高压输电线路上，高压电线中使用的是交流瓷绝缘子，交流瓷绝缘子为各国输电线路安全运行提供了可靠的保障；而直流瓷绝缘子适用于直流输电线路，比如地铁线路中的就是直流电，目前，高压输电线路上使用的交流瓷绝缘子中的瓷件，已经发展到较完善甚至成熟的地步。

但是由于技术的局限性，直流瓷绝缘子中的瓷件的研究尚处于初始研发阶段，现在地铁上用的直流瓷绝缘子都是采用交流瓷绝缘子中的瓷件，现有技术制造出的交流瓷绝缘子中的瓷件，由于配方的缺陷，在用于直流工况时，钾离子和钠离子容易发生迁移，也就使得瓷件的结构受到破坏，瓷件极易膨胀、开裂，不但寿命短，而且最重要的是，瓷件膨胀和开裂容易造成地铁交通事故，不但损害了社会的公共财产、还对人们的身心健康造成极大的威胁。

发明内容

为了克服上述问题，本发明向社会提供一种使用寿命更长的、使用时更加安全可靠的新型刚性悬挂针式瓷绝缘子的瓷件。

本发明的另一个目的是提供一种更加耐用、使用起来更加安全的新型刚性悬挂针式瓷绝缘子。

本发明的技术方案是：提供一种新型刚性悬挂针式瓷绝缘子的瓷件，所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃40%-55%、SiO₂30%-45%、Fe₂O₃0.01%-1.4%、K₂O0.005%-0.5%、Na₂O0.005-0.5%、MgO6%-8%、CaO4%-7%、CaSiO₃1%-3%、MgSiO₃1%-3%。

作为本发明的改进，所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃43%-52%、SiO₂33%-42%、Fe₂O₃0.31%-1.1%、K₂O0.105%-0.4%、Na₂O0.105-0.4%、MgO6.4%-7.6%、CaO4.5%-6.5%、CaSiO₃1.3%-2.7%、MgSiO₃1.3%-2.7%。

作为本发明的改进，所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃46%-49%、SiO₂36%-39%、Fe₂O₃0.61%-0.8%、K₂O0.205%-0.3%、Na₂O0.205-0.3%、MgO6.8%-7.2%、CaO5%-6%、CaSiO₃1.6%-2.4%、MgSiO₃1.6%-2.4%。

本发明的另外一种技术方案是：提供一种新型刚性悬挂针式瓷复合绝缘子，包括上金件、下金件、以及与所述上金件和下金件胶装成一体的瓷件，所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃40%-55%、SiO₂30%-45%、Fe₂O₃0.01%-1.4%、K₂O0.005%-0.5%、Na₂O0.005-0.5%、MgO6%-8%、CaO4%-7%、CaSiO₃1%-3%、MgSiO₃1%-3%。

作为本发明的改进，所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃43%-52%、SiO₂33%-42%、Fe₂O₃0.31%-1.1%、K₂O0.105%-0.4%、Na₂O0.105-0.4%、MgO6.4%-7.6%、CaO4.5%-6.5%、CaSiO₃1.3%-2.7%、MgSiO₃1.3%-2.7%。

作为本发明的改进，所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃46%-49%、SiO₂36%-39%、Fe₂O₃0.61%-0.8%、K₂O0.205%-0.3%、Na₂O0.205-0.3%、MgO6.8%-7.2%、CaO5%-6%、CaSiO₃1.6%-2.4%、MgSiO₃1.6%-2.4%。

作为本发明的改进，所述下金件包括下部和上部，所述下部设有将所述下部分成第一部分和第二部分的台阶，所述下金件的上部是一倒圆台，所述倒圆台的上底面圆的直径与所述下金件的第二部分的直径是相等的，所述下金件设有螺孔。

作为本发明的改进，所述实心倒圆台的母线与所述实心倒圆台的轴之间的夹角是大于等于10度小于等于20度。

作为本发明的改进，还包括金属件，所述金属件竖直设在所述下金件的台阶上。

作为本发明的改进，所述下金件的下部和下金件的中下部之间设置成圆角。

本发明的有益效果是：α-Al₂O₃是一种难溶于水的白色固体，无臭、无味、质极硬，易吸潮而不潮解（灼烧过的不吸湿）,以α-Al₂O₃为主晶相的陶瓷材料，具有机械强度高,硬度大,高温绝缘电阻高,耐化学腐蚀性等优良综合技术性能等优势。

纯的二氧化硅无色，常温下为固体，化学式为SiO?，不溶于水，不溶于酸，但溶于氢氟酸及热浓磷酸，能和熔融碱类起作用；自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种，二氧化硅用途很广泛，主要用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、气凝胶毡、硅铁、型砂、单质硅、水泥等。

Fe₂O₃溶于盐酸，为红棕色粉末，其红棕色粉末为一种低级颜料，工业上称氧化铁红，用于油漆、油墨、橡胶等工业中，可做催化剂，玻璃、宝石、金属的抛光剂，可用作炼铁原料。

K₂O，无色立方晶体。密度2.32g/cm3，350℃分解，易潮解，易溶于水并跟水化合生成氢氧化钾。

Na₂O是白色无定形片状或粉末，对湿敏感；在暗红炽热时熔融，到400℃以上时分解成过氧化钠和金属钠，遇水起剧烈化合反应，形成氢氧化钠，相对密度2.27，不燃，具腐蚀性、强刺激性。

MgO是镁的氧化物，一种离子化合物，常温下为一种白色固体，氧化镁是碱性氧化物,具有碱性氧化物的通性，属于胶凝材料，白色或淡黄色粉末，无臭、无味、无毒，是典型的碱土金属氧化物，熔点为2852℃，沸点为3600℃，相对密度为3.58(25℃)。

CaO俗称生石灰，其外观白色无定形粉末，其性状在含有杂质时呈灰色或淡黄色，具有吸湿性。

CaSiO₃硅酸钙由氧化钙和二氧化硅在高温下煅烧熔融而成，主要用作建筑材料、保温材料、耐火材料，涂料的体质颜料及载体，强度高、耐热，适用于钢铁、石化、陶瓷、玻璃、水泥，外墙保温等及各种炉窑的保温，及电力、机械、电子、造船等行业的保温隔热。

MgSiO₃主要用作制药，医药上用作制酸药物，是具有优良的隔热、防火、抗压性能，是理想的建筑节能材料。

本发明中，由于所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃40%-55%、SiO₂30%-45%、Fe₂O₃0.01%-1.4%、K₂O0.005%-0.5%、Na₂O0.005-0.5%、MgO6%-8%、CaO4%-7%、CaSiO₃1%-3%、MgSiO₃1%-3%；本发明中，所述瓷件中的钾元素和钠元素含量低，因此，即便是在直流电中长期的电场力作用下，发生迁移的钾离子和钠离子的量也很少，几乎可以忽略，也就不会使得瓷件的结构受到破坏，对瓷件的绝缘性能也不会造成影响，相对于现有的交流瓷而言，本发明使用时更加安全。因此，本发明具有使用寿命更长的、使用时更加安全可靠的优点。

附图说明

图1是本发明中瓷件制作过程的工艺流程图。

图2是本发明中绝缘子制作过程的工艺流程图。

图3是本发明中绝缘子的一种实施方式的剖视结构示意图。

图4是图3中的下金件的轴向剖视结构示意图。

图5是图4的平面结构示意图。

图6是本发明中绝缘子的另外一种实施方式的剖视结构示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

实施例一：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃40%、SiO₂45%、Fe₂O₃1%、K₂O0.5%、Na₂O0.5%、MgO6%、CaO4%、CaSiO₃2%、MgSiO₃1%。

实施例二：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃43%、SiO₂42%、Fe₂O₃0.31%、K₂O0.105%、Na₂O0.105%、MgO6.4%、CaO5.3%、CaSiO₃1.6%、MgSiO₃1.18%。

实施例三：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃46%、SiO₂39%、Fe₂O₃0.61%、K₂O0.205%、Na₂O0.205%、MgO6.8%、CaO4%、CaSiO₃1.58%、MgSiO₃1.6%。

实施例四：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃49%、SiO₂36%、Fe₂O₃0.8%、K₂O0.3%、Na₂O0.3%、MgO6%、CaO5%、CaSiO₃1%、MgSiO₃1.6%。

实施例五：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃52%、SiO₂33%、Fe₂O₃1.1%、K₂O0.4%、Na₂O0.4%、MgO6%、CaO4.5%、CaSiO₃1.3%、MgSiO₃1.3%。

实施例六：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃55%、SiO₂30%、Fe₂O₃1.4%、K₂O0.5%、Na₂O0.5%、MgO6%、CaO4%、CaSiO₃1%、MgSiO₃1.6%。

实施例七：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃50%、SiO₂30.29%、Fe₂O₃0.01%、K₂O0.05%、Na₂O0.05%、MgO7.2%、CaO7%、CaSiO₃3%、MgSiO₃2.4%。

实施例八：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃48%、SiO₂32%、Fe₂O₃1.3%、K₂O0.2%、Na₂O0.3%、MgO7%、CaO6.5%、CaSiO₃2.7%、MgSiO₃2%。

实施例九：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃53.5%、SiO₂30%、Fe₂O₃0.3%、K₂O0.2%、Na₂O0.1%、MgO6.5%、CaO6%、CaSiO₃2.4%、MgSiO₃1%。

实施例十：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃46%、SiO₂35%、Fe₂O₃0.5%、K₂O0.3%、Na₂O0.3%、MgO8%、CaO6%、CaSiO₃1.5%、MgSiO₃2.4%。

实施例十一：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃45%、SiO₂34%、Fe₂O₃0.8%、K₂O0.4%、Na₂O0.1%、MgO7.2%、CaO6.8%、CaSiO₃3%、MgSiO₃2.7%。

实施例十二：

所述瓷件含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃45.6%、SiO₂32%、Fe₂O₃1.2%、K₂O0.3%、Na₂O0.5%、MgO7.6%、CaO7%、CaSiO₃2.8%、MgSiO₃3%。

本发明上述各实施例均可以用下述的方法制得：

采用熟矾土粉、强塑性粘土、以及塑性粘土作为原料，其中，先对要作为原料的熟矾土粉、强塑性黏土以及塑性黏土分别进行化学成份分析，得出熟矾土粉、强塑性黏土以及塑性黏土中的各化学成份的含量，然后根据上述任一实施例中的α-Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、K₂O、以及Na₂O的比例，推算出所需要用的熟矾土粉、强塑性粘土、以及塑性粘土的量（由于不同的熟矾土粉、强塑性粘土、以及塑性粘土的化学成份是不同的，因此使用之前需要分别对三者进行化学成份分析，才能得知各自需添加的量）；推算出熟矾土粉、强塑性粘土、以及塑性粘土分别需要添加的量后，接着，称取熟矾土粉、强塑性粘土、以及塑性粘土，并置于研磨机中，称取上述推算中所选用的实施例中的MgO、CaO、CaSiO₃、MgSiO₃的量，添加进研磨机中，再加入适量水进行研磨；研磨至适当的细度之后，得研磨浆，然后将研磨浆经过筛除铁后进行榨泥，得到的泥饼在进行粗练和精练后即成型，再进行干燥，干燥后即得生坯，生坯经上釉、烧成、包装得瓷件（如图1所示），制得的瓷件再经过与上金件、下金的胶装成一体后，检验合格即得绝缘子；图2所示的是绝缘子的制作工艺流程图。

本发明随机选用实施例1、实施例4至实施例12所制成的瓷件胶装后制得的绝缘子，经测试，与对照样品1、对照样品2相比较如下表1所示：

表1样品中的是K_2O与Na₂O的总含量、以及MgO、CaO、CaSiO₃、以及MgSiO₃的总含量对样品开裂率的影响：

结果分析：

由表1可知，对比样品1和对比样品2使用两个月后的开裂率分别是85%和90%，而添加有MgO、CaO、CaSiO₃、以及MgSiO₃的实施例1样品、以及实施例4至实施例12样品中，使用两个月后的开裂率最高是8%，也就是对比样品1和对比样品2使用两个月后的开裂率均远远高于本实施例样品使用两个月后的开裂率；由此可知添加了MgO、CaO、CaSiO₃、以及MgSiO₃后的实施例样品能较好地抗开裂，使用寿命更长。

由表1可知，在实施例1样品、以及实施例4至实施例12样品中，实施例1、以及实施例4至实施例6样品的使用两个月后的开裂率在6%以上，而实施例7至实施例12样品的使用两个月后的开裂率最高为3%，也就是同样添加了MgO、CaO、CaSiO₃、以及MgSiO₃的实施例样品，实施例7至实施例12样品具有更加好的抗开裂性能。

再从成份含量上分析可知，实施例1、以及实施例4至实施例6四个实施例样品中的K₂O与Na₂O的总含量的平均值为0.85%，同时这四个实施例样品中的MgO、CaO、CaSiO₃、以及MgSiO₃的总含量的平均值为13.075%，而实施例7至实施例12六个实施例样品中的K₂O与Na₂O的总含量的平均值约为0.467%，同时这六个实施例样品中的MgO、CaO、CaSiO₃、以及MgSiO₃的总含量的平均值为18.62%，也就是同样添加了MgO、CaO、CaSiO₃、以及MgSiO₃的实施例样品，MgO、CaO、CaSiO₃、以及MgSiO₃的含量越高，且K₂O与Na₂O的总含量的越低，则制成的瓷件胶装而成的绝缘子具有更好的抗开裂性能。那是由于K、Na元素的电离能低，瓷件中的K、Na元素易电离形成K⁺、Na⁺，而K⁺、Na⁺非常活泼，易向负极迁移，K⁺、Na⁺迁移后就会使得瓷件绝缘性能降低，成为导体，而导体一旦导电，就容易发热，从而使得瓷件膨胀、内部结构也就被破坏了，瓷件膨胀到一定程度就会开裂，从而导致整个绝缘子遭到破坏甚至报废；因此，瓷件中K₂O与Na₂O的总含量越高，瓷件中K、Na元素的含量就越高，这样就越容易电离形成易迁移的离子，也就使得瓷件的开裂率越高；MgO、CaO、CaSiO₃、以及MgSiO₃中的Mg、Ca是电离能较低的元素，因此选用MgO、CaO、CaSiO₃、以及MgSiO₃，使得制成的瓷件更不易开裂、从而使得绝缘子的使用寿命更长。

本发明随机选取实施例4至实施例12所制成的瓷件经胶装后而成的绝缘子，经测试，与对照样品1、对照样品2相比较如表2所示：

表2是样品中的α-Al₂O₃以及SiO₂的含量对样品的的拉伸破坏负荷和弯曲破坏负荷的影响：

结果分析：

由表2可知，对照样品1和对照样品2中的α-Al₂O₃与SiO₂的比值分别是0.86和0.75，均为小于1，实施例4至实施例12样品中的α-Al₂O₃与SiO₂的比值都是大于1，最高达1.76；对照样品1和对照样品2的拉伸破坏负荷分别是25KN和30KN，弯曲破坏负荷均是7KN，而实施例4至实施例12样品的拉伸破坏负荷最低是60KN，最高达73KN，弯曲破坏负荷最低是16KN，最高达18KN，可见，α-Al₂O₃与SiO₂的比值大于1时，样品的拉伸破坏负荷和弯曲破坏负荷较大。

由表2可知，实施例4至实施例12样品中，同样是α-Al₂O₃与SiO₂的比值大于1的实施例4至实施例12样品，其中，α-Al₂O₃与SiO₂的比值越大，样品的拉伸破坏负荷和弯曲破坏负荷就越大。

本发明中，对照样品1含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃30%、SiO₂35%、Fe₂O₃5%、K₂O9%、Na₂O12%、TiO₂9%。

对照样品2含有下述重量百分比的组分：α-Al₂O₃30%、SiO₂40%、Fe₂O₃2%、K₂O13%、Na₂O10%、TiO₂5%。

本发明还提供一种新型刚性悬挂针式瓷绝缘子（请参见图3至图5），图3是绝缘子的一种实施方式的剖视结构示意图，包括上金件1、下金件2、以及与所述上金件1和下金件2胶装成一体的瓷件3，所述下金件2包括下部21和上部22，所述下部21设有将所述下部21分成第一部分211和第二部分212的台阶220，所述下金件2的上部22是一倒圆台，所述倒圆台的上底面圆的直径与所述下金件2的第二部分212的直径是相等的，所述下金件2设有螺孔24；本发明中，所述上金件1的上部为球形曲面矩头10，所述球形曲面矩头10是用于固定绝缘子用的；本发明中，所述台阶220的设置可以增加所述下金件2和所述瓷件3胶装时的粘胶量，当利用水泥6将所述上金件1、瓷件3、以及下金件2胶装成一体时，所述台阶220将所述下部21分成直径不相等的第一部分211和第二部分212，这样就可以使得所述下金件2和所述瓷件3之间的胶装得更加牢固，以至于能有更强的抗弯性能。

本发明中，还包括垫片15，所述垫片15设在所述上金件11和所述瓷件13的顶部之间，或者设在所述下金件12和所述瓷件13之间，当然，也可以同时在上述两处均设在垫片15，本发明的实施方式中是在上述两处均设置有垫片15，所述垫片15可以使得所述上金件11和所述瓷件13的顶部之间、以及所述下金件12和所述瓷件13之间不至于因受力过大而压坏，起到缓冲的作用。

本发明中，为了进一步使得所述下金件2与所述瓷件3之间胶装更加牢固，所述倒圆台的母线L与所述倒圆台的轴I之间的夹角α是大于等于10度小于等于20度（如图4所示），其中，优选为15度。

本发明中，为了使得所述下金件2具有更好的抗弯性能，所述下金件2的第一部分211、第二部分212以及上部22之间的高度比是在3.9:1.4:1.9和4.1:1.6:2.1之间选择，其中，优选为第一部分211、第二部分212以及上部22之间的高度比4:1.5:2。

本发明中，为了防止所述下金件2过易发生转动，还包括金属件4（如图5所示），所述金属件4竖直设在所述下金件2的台阶220上，这样，当所述下金件2与所述瓷件3要发生相对转动时，所述金属件4的存在就使得所述下金件2相对于所述瓷件3有一个阻力，这样就可以阻止所述下金件2相对所述瓷件3转动，可以使得所述下金件2更加牢固地与所述瓷件3固定，使得本发明更加安全。

本发明中，为了进一步加强本发明的抗弯性能，所述下金件2的第一部分211和下金件2的第二部分212之间设置成圆角，这样的好处是可以防止所述下金件2的第一部分211和下金件2的第二部分212之间因受力过大而断裂，起到增强抗弯性能的作用。

本发明中的瓷复合绝缘子还可以设为另外一种实施方式（请参见图6），其与上一种实施方式大体上相同，不同之处在于所述上金件1的固定方式不同，本实施方式中，所述上金件1的顶部是一螺杆11，通过所述螺杆11将绝缘子固定起来。