一种高压绝缘材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高压绝缘材料及其制备方法和应用，属于绝缘材料技术领域。本发明专利技术以具有优异绝缘性的氮化硅材料为原料，利用绝缘性好的烧结助剂，能够减少烧结助剂对氮化硅陶瓷绝缘性的影响，从而保证材料的绝缘性能；本发明专利技术采用氮化硅陶瓷，其柱状晶粒结构和高致密度使其抗冲击性能优异；本发明专利技术通过在坯体表面涂抹氮化硼，能够隔绝烧结过程中炉体内石墨部件对坯体的渗透，从而提高材料的电阻率，进一步提高其绝缘性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高压绝缘材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及绝缘材料
，尤其涉及一种高压绝缘材料及其制备方法和应用。
技术介绍
高压绝缘材料在输电线路和变电站中广泛应用，起着支撑导线和绝缘的作用，其质量好坏直接影响着电网的安全运行。绝缘材料一旦发生断裂，轻则造成短路器损坏、变压器烧损，重则造成大面积停电，严重影响经济发展和社会稳定。众所周知，由于陶瓷的绝缘性好，传统的高电压绝缘材料多使用陶瓷材料，常见高强度电瓷材料有普通电瓷、高硅质电瓷和铝质电瓷等。然而，一般的电瓷材料存在易碎、抗冲击性差等缺点，因此在超高压、特高压领域被玻璃钢和有机复合绝缘材料所替代。但是，玻璃绝缘难以成型外形大而复杂的制品，有机复合绝缘材料抗老化能力有限，从而限制了高压电力设备的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高压绝缘材料及其制备方法和应用，所制备的高压绝缘材料具有优异的抗冲击性能和高绝缘性能，满足户内绝缘及户外绝缘等多种高压环境的使用要求。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种高压绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：将氮化硅粉、烧结助剂和研磨介质混合，进行湿法研磨，得到混合料浆；所述烧结助剂包括氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅中的至少两种；将所述混合料浆依次进行干燥、压制和粉碎，得到混合粉料；将所述混合粉料进行冷等静压成型，得到第一生坯；在所述第一生坯表面涂覆氮化硼料浆，干燥后，得到第二生坯；将所述第二生坯进行气压烧结，得到高压绝缘材料。优选的，所述氮化硅粉的平均粒径D50＜1μm，α相含量＞90％；所述氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅的平均粒径D50独立地＜1μm。优选的，所述氮化硅粉占所述氮化硅粉与烧结助剂总质量的质量百分比为80～95％；所述氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅的质量比为(0～8)：(0～8)：(0～4)：(0～4)：(0～4)。优选的，所述压制的压力为50～150MPa，保压时间为100～200s。优选的，所述冷等静压成型的压力为200～300MPa，保压时间为100～500s。优选的，所述氮化硼料浆固相物料的质量含量为30～40％。优选的，所述气压烧结的温度为1680～1800℃，保温时间为10～20h，压力为2～8MPa；升温至所述气压烧结的温度的升温速率为3～8℃/min。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高压绝缘材料，包括β相氮化硅和弥散分布于所述β相氮化硅中的玻璃相，所述玻璃相由烧结助剂形成；所述烧结助剂包括氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅中的至少两种。本专利技术提供了上述技术方案所述高压绝缘材料在高压电力设备中的应用。本专利技术提供了一种高压绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：将氮化硅粉、烧结助剂和研磨介质混合，进行湿法研磨，得到混合料浆；所述烧结助剂包括氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅中的至少两种；将所述混合料浆依次进行干燥、压制和粉碎，得到混合粉料；将所述混合粉料进行冷等静压成型，得到第一生坯；在所述第一生坯表面涂覆氮化硼料浆，干燥后，得到第二生坯；将所述第二生坯进行气压烧结，得到高压绝缘材料。本专利技术以具有优异绝缘性的氮化硅材料为原料，同时所用烧结助剂的绝缘性好，能够减少烧结助剂对氮化硅陶瓷绝缘性的影响，从而保证材料的绝缘性能；本专利技术采用氮化硅陶瓷，其柱状晶粒结构和高致密度使其抗冲击性能优异；本专利技术通过在坯体表面涂抹氮化硼料浆，能够隔绝烧结炉体内石墨部件对坯体的渗透，从而提高材料的电阻率，进一步提高其绝缘性能。本专利技术制备的高压绝缘材料的体积密度为3.20～3.26g/cm3，维氏硬度HV10≥1460，三点抗弯强度≥700MPa，断裂韧性≥7MPa·m-1/2，体积电阻率＞1016Ω×m，表面电阻率＞1017Ω，最大气孔尺寸＜10μm，具有高体积电阻率和表面电阻率，且抗冲击性能优越，可用于内绝缘及户外绝缘等多种高压环境。具体实施方式本专利技术提供了一种高压绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：将氮化硅粉、烧结助剂和研磨介质混合，进行湿法研磨，得到混合料浆；所述烧结助剂包括氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅中的至少两种；将所述混合料浆依次进行干燥、压制和粉碎，得到混合粉料；将所述混合粉料进行冷等静压成型，得到第一生坯；在所述第一生坯表面涂覆氮化硼料浆，干燥后，得到第二生坯；将所述第二生坯进行气压烧结，得到高压绝缘材料。在本专利技术中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。本专利技术将氮化硅粉、烧结助剂和研磨介质混合，进行湿法研磨，得到混合料浆。在本专利技术中，所述氮化硅粉的平均粒径D50优选＜1μm，α相含量＞90％；在本专利技术中，所述烧结助剂包括氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅中的至少两种，更优选为氧化铝、氧化钇和氧化锆，或者氧化铝、氧化钇和氧化镁，或者氧化钇、氧化镁和氧化硅；所述氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅的平均粒径D50优选独立地＜1μm。在本专利技术中，所述氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅的质量比优选为(0～8)：(0～8)：(0～4)：(0～4)：(0～4)，更优选为(2～6)：(2～6)：(1～3)：(1～3)：(1～3)。本专利技术利用烧结助剂促进氮化硅陶瓷的致密化，且所述烧结助剂均不会损害氮化硅陶瓷的绝缘性能，以玻璃相形式存在于氮化硅陶瓷内部。在本专利技术中，所述氮化硅粉占所述氮化硅粉与烧结助剂总质量的质量百分比优选为80～95％，更优选为85～90％，所述烧结助剂占所述氮化硅粉与烧结助剂总质量的质量百分比优选为5～20％，更优选为10～15％。在本专利技术中，所述研磨介质优选为无水乙醇，本专利技术对所述研磨介质的具体用量没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程调整能够顺利进行研磨即可。在本专利技术中，所述湿法研磨所用研磨球优选为氮化硅球；本专利技术对所述氮化硅球的规格没有特殊的限定，本领域熟知的湿法研磨用氮化硅球即可。本专利技术对所述氮化硅粉、烧结助剂和研磨介质混合的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程能够将物料混合均匀即可。在本专利技术中，所述湿法研磨优选在搅拌磨中进行，本专利技术对所述搅拌磨没有特殊的限定，本领域熟知的搅拌磨均可；所述湿法研磨的转速优选为200～400r/min，更优选为250～350r/min，研磨时间优选为20～40h，更优选为25～35h。得到混合料浆后，本专利技术将所述混合料浆依次进行干燥、压制和粉碎，得到混合粉料。在本专利技术中，所述干燥优选在真空烘箱进行，所述干燥的温度优选为40～50℃；本专利技术对所述干燥的时间没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程能够得到干燥物料即可。完成所述干燥后，本专利技术优选将干燥所得粉料装入橡胶容器并密封，然后进行压制。本专利技术对所述橡胶容器没有特殊的限定，本领域熟知的干燥用橡胶容器即可。在本专利技术中，所述压制的压力优选为50～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将氮化硅粉、烧结助剂和研磨介质混合，进行湿法研磨，得到混合料浆；所述烧结助剂包括氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅中的至少两种；/n将所述混合料浆依次进行干燥、压制和粉碎，得到混合粉料；/n将所述混合粉料进行冷等静压成型，得到第一生坯；/n在所述第一生坯表面涂覆氮化硼料浆，干燥后，得到第二生坯；/n将所述第二生坯进行气压烧结，得到高压绝缘材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氮化硅粉、烧结助剂和研磨介质混合，进行湿法研磨，得到混合料浆；所述烧结助剂包括氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅中的至少两种；
将所述混合料浆依次进行干燥、压制和粉碎，得到混合粉料；
将所述混合粉料进行冷等静压成型，得到第一生坯；
在所述第一生坯表面涂覆氮化硼料浆，干燥后，得到第二生坯；
将所述第二生坯进行气压烧结，得到高压绝缘材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮化硅粉的平均粒径D50＜1μm，α相含量＞90％；所述氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅的平均粒径D50独立地＜1μm。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述氮化硅粉占所述氮化硅粉与烧结助剂总质量的质量百分比为80～95％；所述氧化铝、氧化钇、氧化锆、氧化镁和氧化硅的质量比为(0～8)：(0～8)：(0～4)：(0～4)：(0～4)。

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟儒，李洪浩，孙峰，董廷霞，白健，李新，
申请(专利权)人：中材高新氮化物陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37