一种具有优异电气绝缘性能的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有优异电气绝缘性能的复合材料及其制备方法，其以二硅化锆、碳化硅、羟基磷灰石、不锈钢粉末为主要成分，通过加入木质素磺酸钠、苯乙烯、过氧化环己酮、醋酸乙烯树脂、铬铁矿粉、氧化镁、尖晶石锰酸锂、乙基黄原酸钠、戊酸乙酯、偶联剂、助烧剂、去离子水，辅以球磨、搅拌、超声、成型、排胶、喷涂、压模、真空浸渍、热压烧结等工艺制备而成。该氧化铝陶瓷基复合材料具有优异的电气绝缘性能和耐候性，同时具备高硬度、高韧性的特点，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型复合材料领域，特别涉及一种具有优异电气绝缘性能的复合材料及其制备方法。
技术介绍
超高电压是指330千伏至765千伏的电压等级,即330千伏、400千伏、500千伏、765千伏等各种电压等级。超高压输电是发电容量和用电负荷增长、输电距离延长的必然要求。超高压输电是电力工业发展水平的重要标志之一。随着电能利用的广泛发展，许多国家都在兴建大容量水电站、火电厂、核电站以及电站群，而动力资源又往往远离负荷中心，只有采用超高压输电才能有效而经济地实现输电任务。超高压输电可以增大输送容量和传输距离，降低单位功率电力传输的工程造价，减少线路损耗，节省线路走廊占地面积，具有显著的综合经济效益和社会效益。新型陶瓷材料属于新型材料的一种。传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等。然而新型陶瓷材料同样具有陶瓷材料的普遍缺陷，即脆性。同时，一般的新型陶瓷材料，其绝缘性能已不能完全满足目前超高压输电的需求。陶瓷基复合材料通常可分为颗粒补强陶瓷基复合材料和纤维补强陶瓷基复合材料两类。复合材料兼有两种或两种以上材料的特点，能改善单一材料的性能，如提高强度、增加韧性等。作为高温结构材料用的陶瓷复合材料，主要用于宇航，军工等部门。此外，在机械、化工、电子技术等领域也广泛采用各种陶瓷复合材料。陶瓷与陶瓷或陶瓷基体材料与其他材料所组成的多相材料。复合材料通常具有不同材料相互取长补短的良好综合性能。主要有陶瓷与金属复合材料，如特种无机纤维或晶须增强金属材料、金属陶瓷、复合粉料等；陶瓷与有机高分子材料的复合材料，如特种无机纤维或晶须增强有机材料等；陶瓷与陶瓷的复合材料，如特种无机纤维、晶须、颗粒、板晶等增韧补强陶瓷材料。因此，利用陶瓷复合材料的特点，针对超高压输电的需求，开发出一种具有优异电气绝缘性能的复合材料，并且具有较高的韧性能延长使用寿命，是目前业内急需解决的问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有优异电气绝缘性能的复合材料，其以二硅化锆、碳化硅、羟基磷灰石、不锈钢粉末为主要成分，通过加入木质素磺酸钠、苯乙烯、过氧化环己酮、醋酸乙烯树脂、铬铁矿粉、氧化镁、尖晶石锰酸锂、乙基黄原酸钠、戊酸乙酯、偶联剂、助烧剂、去离子水，辅以球磨、搅拌、超声、成型、排胶、喷涂、压模、真空浸渍、热压烧结等工艺制备而成。该氧化铝陶瓷基复合材料具有优异的电气绝缘性能和耐候性，同时具备高硬度、高韧性的特点，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种具有优异电气绝缘性能的复合材料，由下列重量份的原料制成：二硅化锆50～60份、碳化硅45～55份、羟基磷灰石40～50份、不锈钢粉末35～45份、木质素磺酸钠20～30份、苯乙烯15～25份、过氧化环己酮10～16份、醋酸乙烯树脂8～12份、铬铁矿粉8～12份、氧化镁6～8份、尖晶石锰酸锂5～7份、乙基黄原酸钠4～6份、戊酸乙酯1～3份、偶联剂3～5份、助烧剂3～5份、去离子水55～65份。优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、双金属偶联剂中的任意一种。优选地，所述助烧剂是由酚醛树脂、四甲基氢氧化铵、氧化钇等比例混合而成。所述的具有优异电气绝缘性能的复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将二硅化锆、碳化硅、羟基磷灰石、不锈钢粉末、铬铁矿粉、氧化镁、尖晶石锰酸锂、去离子水加入球磨机中，研磨2.5～3.5小时，得到粉末粒径为350～450目的粉末状混合物，随后将粉末状混合物加入到5倍体积的浓度为10%的氢氧化钠溶液中，在5～10℃条件下，搅拌反应30分钟得到混合浆料；（2）将混合浆料用功率为1200W的超声波处理器超声处理1.5小时，静置25～40分钟后，在流延机上成型，形成0.6～0.8mm厚度的浆料生带，随后将浆料生带从流延机上脱模，干燥；（3）干燥后的浆料生带升温至温度800～900℃进行排胶，排胶时间为1.5～2.5小时，得到浆料坯片；（4）将木质素磺酸钠、苯乙烯、过氧化环己酮、醋酸乙烯树脂、乙基黄原酸钠、戊酸乙酯混合，加热至120～140℃，然后加入偶联剂、助烧剂搅拌均匀，保温40～60分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到浆料坯片上，送入模具中采用130～150MPa干压成型得素胚；（5）将素胚置于浸渍罐中用先驱体浸渍液进行真空浸渍，浸渍真空度为0.05～0.09MPa，浸渍时间为60～80分钟、浸渍液浓度重量百分比为20～30％,浸渍完成后将素胚在250℃温度下于空气中氧化3～5h；（6）将氧化后的素胚放入真空高温烧结炉中，在氩气的保护下进行两步热压法热压烧结，具体为：先以6～8℃/min的升温速率将烧结温度从室温升至1550℃，保温保压5～8分钟，烧结压力为15～25MPa，再以20～25℃/min的升温速率升至1700℃，保温保压13～15分钟，烧结压力30～35MPa，烧结完成后经冷却得成品。优选地，所述步骤（5）中的先驱体浸渍液为聚碳硅烷溶液或二甲苯溶液。优选地，所述步骤（6）中的冷却方法为随炉冷却。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：（1）本专利技术的具有优异电气绝缘性能的复合材料以二硅化锆、碳化硅、羟基磷灰石、不锈钢粉末为主要成分，通过加入木质素磺酸钠、苯乙烯、过氧化环己酮、醋酸乙烯树脂、铬铁矿粉、氧化镁、尖晶石锰酸锂、乙基黄原酸钠、戊酸乙酯、偶联剂、助烧剂、去离子水，辅以球磨、搅拌、超声、成型、排胶、喷涂、压模、真空浸渍、热压烧结等工艺制备而成。该氧化铝陶瓷基复合材料具有优异的电气绝缘性能和耐候性，同时具备高硬度、高韧性的特点，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。（2）本专利技术的具有优异电气绝缘性能的复合材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。具体实施方式下面结合具体实施例对专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1分别称取二硅化锆50份、碳化硅45份、羟基磷灰石40份、不锈钢粉末35份、木质素磺酸钠20份、苯乙烯15份、过氧化环己酮10份、醋酸乙烯树脂8份、铬铁矿粉8份、氧化镁6份、尖晶石锰酸锂5份、乙基黄原酸钠4份、戊酸乙酯1份、硅烷偶联剂3份、助烧剂3份、去离子水55份。其中助烧剂是由酚醛树脂、四甲基氢氧化铵、氧化钇等比例混合而成。（1）将二硅化锆、碳化硅、羟基磷灰石、不锈钢粉末、铬铁矿粉、氧化镁、尖晶石锰酸锂、去离子水加入球磨机中，研磨2.5小时，得到粉末粒径为350目的粉末状混合物，随后将粉末状混合物加入到5倍体积的浓度为10%的氢氧化钠溶液中，在5℃条件下，搅拌反应30分钟得到混合浆料；（2）将混合浆料用功率为1200W的超声波处理器超声处理1.5小时，静置25分钟后，在流延机上成型，形成0.6mm厚度的浆料生带，随后将浆料生带从流延机上脱模，干燥；（3）干燥后的浆料生带升温至温度800℃进行排胶，排胶时间为1.5小时，得到浆料坯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优异电气绝缘性能的复合材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：二硅化锆50～60份、碳化硅45～55份、羟基磷灰石40～50份、不锈钢粉末35～45份、木质素磺酸钠20～30份、苯乙烯15～25份、过氧化环己酮10～16份、醋酸乙烯树脂8～12份、铬铁矿粉8～12份、氧化镁6～8份、尖晶石锰酸锂5～7份、乙基黄原酸钠4～6份、戊酸乙酯1～3份、偶联剂3～5份、助烧剂3～5份、去离子水55～65份。

【技术特征摘要】
1.一种具有优异电气绝缘性能的复合材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：二硅化锆50～60份、碳化硅45～55份、羟基磷灰石40～50份、不锈钢粉末35～45份、木质素磺酸钠20～30份、苯乙烯15～25份、过氧化环己酮10～16份、醋酸乙烯树脂8～12份、铬铁矿粉8～12份、氧化镁6～8份、尖晶石锰酸锂5～7份、乙基黄原酸钠4～6份、戊酸乙酯1～3份、偶联剂3～5份、助烧剂3～5份、去离子水55～65份。2.根据权利要求1所述的具有优异电气绝缘性能的复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、双金属偶联剂中的任意一种。3.根据权利要求1所述的具有优异电气绝缘性能的复合材料，其特征在于：所述助烧剂是由酚醛树脂、四甲基氢氧化铵、氧化钇等比例混合而成。4.根据权利要求1～3任一所述的具有优异电气绝缘性能的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将二硅化锆、碳化硅、羟基磷灰石、不锈钢粉末、铬铁矿粉、氧化镁、尖晶石锰酸锂、去离子水加入球磨机中，研磨2.5～3.5小时，得到粉末粒径为350～450目的粉末状混合物，随后将粉末状混合物加入到5倍体积的浓度为10%的氢氧化钠溶液中，在5～10℃条件下，搅拌反应30分钟得到混合浆料；（2）将混合浆料用功率为1200W的超声波处理器超声处理1.5小时，静置25～40分钟后，在流延机上成型，形成0.6～0.8m...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平，
申请(专利权)人：刘平，
类型：发明
国别省市：浙江;33