本發(fā)明涉及電子元件領(lǐng)域，尤其涉及一種韌化玻璃絕緣子及其制造方法。
背景技術(shù)：
絕緣子是一種特殊的絕緣控件，能夠在架空輸電線路中起到重要作用。
早年間絕緣子多用于電線桿，慢慢發(fā)展于高型高壓電線連接塔的一端掛了很多盤(pán)狀的絕緣體,它是為了增加爬電距離的,通常由玻璃或陶瓷制成,就叫絕緣子。絕緣子在架空輸電線路中起著兩個(gè)基本作用，即支撐導(dǎo)線和防止電流回地，這兩個(gè)作用必須得到保證；同時(shí)，絕緣子應(yīng)具有足夠的電氣絕緣強(qiáng)度、耐潮濕性能和耐高溫性能。
在國(guó)內(nèi)已申請(qǐng)的相關(guān)專(zhuān)利中，專(zhuān)利《一種玻璃絕緣子》（申請(qǐng)?zhí)枺?01210349297.3，公開(kāi)日：2013～01～16），公開(kāi)了一種穩(wěn)定性好的玻璃絕緣子的成份配方，但由于是制粉后燒結(jié)，脆性較大且結(jié)合力較差，無(wú)法在零度自爆后仍保留基本的工作性能，而且由于粉體重融破壞了玻璃快速冷卻帶來(lái)的鋼化效果和表面壓應(yīng)力，機(jī)械性能較差且使用壽命短（表面壓應(yīng)力能顯著提高使用壽命），另一方面，并沒(méi)有添加韌化助劑，使該玻璃絕緣子韌性較低，易受物理沖擊或冷熱循環(huán)而損壞；專(zhuān)利《復(fù)合玻璃鋼絕緣子》（申請(qǐng)?zhí)枺?01210470969.6，公開(kāi)日：2014～06～04），公開(kāi)了一種外套硅膠膜的玻璃絕緣子，但由于玻璃本體未進(jìn)行強(qiáng)度改良處理，該絕緣子綜合性能較差，該發(fā)明中優(yōu)選的黑色硅膠膜由于透光率差，破壞了玻璃絕緣子相對(duì)于瓷質(zhì)絕緣子最大的優(yōu)勢(shì)——缺陷可見(jiàn)，使得維護(hù)更換更為困難，即使絕緣子發(fā)生了零度自爆也不易發(fā)現(xiàn)和處理，另一方面，由于該發(fā)明并沒(méi)有針對(duì)玻璃絕緣子本體進(jìn)行電氣性能改良，其電氣性能較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種電氣性能好、自身斷裂韌性高、透光率高、綜合機(jī)械性能好、使用壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好的韌化玻璃絕緣子及其制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種韌化玻璃絕緣子，該絕緣子包括以下重量份的組分：二氧化硅70～80份、三氧化二硼8～10份、氧化鉛25～30份、氧化鑭3～5份、氧化鉍1～2份、氧化鋯3～5份、二氧化鈦5～8份。
一種上述韌化玻璃絕緣子的制造方法，包括以下步驟：
1）原材料準(zhǔn)備
①按二氧化硅70～80份、三氧化二硼8～10份、氧化鉛25～30份、氧化鑭3～5份、氧化鉍1～2份、氧化鋯3～5份、二氧化鈦5～8份的要求準(zhǔn)備玻璃本體的原材料；
②準(zhǔn)備的工藝輔材包括：足量脫模劑、足量氮?dú)猓?/p>
③準(zhǔn)備的工藝裝備包括：底部中心設(shè)有螺釘狀結(jié)構(gòu)且內(nèi)表面噴涂有WC基耐磨涂層的金屬模、與金屬模匹配的振動(dòng)裝置；
2）玻璃的熔融與強(qiáng)化
①將1）中步驟①準(zhǔn)備的二氧化硅、三氧化二硼、氧化鉛、氧化鑭、氧化鉍、氧化鋯、二氧化鈦混合均勻，然后通入足量氮?dú)猓ǖ獨(dú)獾淖饔檬欠乐箍諝庵械臍怏w如二氧化碳、水等對(duì)玻璃性能造成影響），再采用電熔窟進(jìn)行熔融處理，熔融溫度1300℃～1400℃，熔融時(shí)間為到達(dá)指定溫度后保溫30min～40min，獲得待用強(qiáng)化玻璃熔融流體；
3）絕緣子成型
①在金屬模內(nèi)表面噴涂足量脫模劑，通入足量氮?dú)猓ǖ獨(dú)獾淖饔檬潜ＷC玻璃的純凈度）然后將金屬模加熱到650℃～700℃；
②步驟①完成后，將部分2）中步驟①獲得的待用強(qiáng)化玻璃熔融流體注入金屬模，至金屬模填滿為止，同時(shí)與金屬模匹配的振動(dòng)裝置啟動(dòng)（振動(dòng)裝置的作用是防止了氣泡和疏松的產(chǎn)生，另外使玻璃各方位各角度的各種性能均勻），持續(xù)5min-10min；
③步驟②完成后，以5bar～8bar的壓力通入氮?dú)?，至金屬模冷卻至室溫成型，脫模后獲得絕緣子毛坯；
④采用金剛石磨料振動(dòng)去毛刺設(shè)備對(duì)步驟③獲得的絕緣子毛坯進(jìn)行振動(dòng)去毛刺及拋光處理，即獲得所需絕緣子。
上述韌化玻璃絕緣子的性能：至少可抗雷電陡坡峰值6000kV/s；可在標(biāo)準(zhǔn)載荷情況下承受-50℃～50℃反復(fù)循環(huán)沖擊；零度自爆后仍可支撐標(biāo)準(zhǔn)載荷；表面壓應(yīng)力不低于150Mpa；U型缺口沖擊強(qiáng)度不低于20J/cm2；透光率不低于98%。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：提了一種完整的玻璃配方及其強(qiáng)化成分，還有詳細(xì)的工藝流程和強(qiáng)化方法，過(guò)程清晰、原理明確、易于實(shí)現(xiàn)；由于玻璃絕緣子內(nèi)添加了增加玻璃化學(xué)穩(wěn)定性和透光率的氧化鑭和氧化鉍，又添加了增加玻璃耐酸堿性、提高透光率和提高防輻射能力的氧化鋯和二氧化鈦，又由于采用了鋼化工藝，玻璃絕緣子表層有很大壓應(yīng)力，可抵消部分外界沖擊力，內(nèi)部有很強(qiáng)張力，可抵抗外界部分沖擊力，因此本玻璃絕緣子抗沖擊能力強(qiáng)，加之鋼化玻璃零點(diǎn)自爆后不會(huì)自然剝落，仍保留基本的結(jié)合力和機(jī)械強(qiáng)度，使得本玻璃絕緣子即使發(fā)生了零點(diǎn)自爆，也能持續(xù)完成基本功用，直至檢修時(shí)透過(guò)透光率高的玻璃體直觀看到裂紋后進(jìn)行更換，使用方便；根據(jù)相關(guān)研究，鉛玻璃本身介電性能很高，抗輻射能力強(qiáng)，透光率高，制成鋼化玻璃后韌性較優(yōu)良，本發(fā)明的玻璃絕緣子溶入了韌化元素后其本體韌性得到長(zhǎng)足提高，另外，本發(fā)明在燒結(jié)過(guò)程中選擇了最優(yōu)工藝參數(shù)，本身絕緣子殘余的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都較低，在后期拋光處理中又加入了振動(dòng)過(guò)程，使內(nèi)應(yīng)力均勻化，提升了整體性能的均勻性，降低了缺口敏感性，也是本發(fā)明沖擊強(qiáng)度高的一個(gè)重要原因，其沖擊強(qiáng)度相較常規(guī)鋼化玻璃提高了70%，相較瓷質(zhì)絕緣子提高了180%；由于采用了鋼化工藝（使流體狀玻璃液快冷），本發(fā)明的玻璃絕緣子表層冷卻時(shí)心部還未冷卻，形成了自然而均勻的表面壓應(yīng)力層和心部的張應(yīng)力，表層的壓應(yīng)力可以明顯增加疲勞壽命，并在受外界沖擊時(shí)抵消部分沖擊力，心部的張應(yīng)力也可能抵抗外界的沖擊力，綜合使用下，本發(fā)明的使用壽命長(zhǎng)、綜合機(jī)械性能好；由于強(qiáng)化精煉過(guò)程全在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，沒(méi)有雜質(zhì)參與，且工藝成熟、本發(fā)明的方法在加工過(guò)程中熱裂傾向低、微裂紋少，因此最終成品的透光率高、電氣性能優(yōu)良；由于采用的都是廣泛應(yīng)用的材料及設(shè)備，因此本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)性好，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
一種韌化玻璃絕緣子，該絕緣子包括以下重量份的組分：二氧化硅70份、三氧化二硼8份、氧化鉛25份、氧化鑭3份、氧化鉍1份、氧化鋯3份、二氧化鈦5份。
該韌化玻璃絕緣子的制造方法，包括以下步驟：
1）原材料準(zhǔn)備
①按二氧化硅70份、三氧化二硼8份、氧化鉛25份、氧化鑭3份、氧化鉍1份、氧化鋯3份、二氧化鈦5份的要求準(zhǔn)備玻璃本體的原材料；
②準(zhǔn)備的工藝輔材包括：足量脫模劑、足量氮?dú)猓?/p>
③準(zhǔn)備的工藝裝備包括：底部中心設(shè)有螺釘狀結(jié)構(gòu)且內(nèi)表面噴涂有WC基耐磨涂層的金屬模、與金屬模匹配的振動(dòng)裝置；
2）玻璃的熔融與強(qiáng)化
①將1）中步驟①準(zhǔn)備的二氧化硅、三氧化二硼、氧化鉛、氧化鑭、氧化鉍、氧化鋯、二氧化鈦混合均勻，然后通入足量氮?dú)猓ǖ獨(dú)獾淖饔檬欠乐箍諝庵械臍怏w如二氧化碳、水等對(duì)玻璃性能造成影響），再采用電熔窟進(jìn)行熔融處理，熔融溫度1300℃，熔融時(shí)間為到達(dá)指定溫度后保溫30min，獲得待用強(qiáng)化玻璃熔融流體；
3）絕緣子成型
①在金屬模內(nèi)表面噴涂足量脫模劑，通入足量氮?dú)猓ǖ獨(dú)獾淖饔檬潜ＷC玻璃的純凈度）然后將金屬模加熱到650℃；
②步驟①完成后，將部分2）中步驟①獲得的待用強(qiáng)化玻璃熔融流體注入金屬模，至金屬模填滿為止，同時(shí)與金屬模匹配的振動(dòng)裝置啟動(dòng)（振動(dòng)裝置的作用是防止了氣泡和疏松的產(chǎn)生，另外使玻璃各方位各角度的各種性能均勻），持續(xù)5min；
③步驟②完成后，以5bar的壓力通入氮?dú)?，至金屬模冷卻至室溫成型，脫模后獲得絕緣子毛坯；
④采用金剛石磨料振動(dòng)去毛刺設(shè)備對(duì)步驟③獲得的絕緣子毛坯進(jìn)行振動(dòng)去毛刺及拋光處理，即獲得所需絕緣子。
按本實(shí)施例生產(chǎn)出的韌化玻璃絕緣子樣品，可抗雷電陡坡峰值6900kV/s；可在標(biāo)準(zhǔn)載荷情況下承受-50℃～50℃反復(fù)循環(huán)沖擊；零度自爆后仍可支撐標(biāo)準(zhǔn)載荷；表面壓應(yīng)力180Mpa；U型缺口沖擊強(qiáng)度23J/cm2；透光率99.4%。
實(shí)施例2：
一種韌化玻璃絕緣子，該絕緣子包括以下重量份的組分：二氧化硅80份、三氧化二硼10份、氧化鉛30份、氧化鑭5份、氧化鉍2份、氧化鋯5份、二氧化鈦8份。
該韌化玻璃絕緣子的制造方法，包括以下步驟：
1）原材料準(zhǔn)備
①按二氧化硅80份、三氧化二硼10份、氧化鉛30份、氧化鑭5份、氧化鉍2份、氧化鋯5份、二氧化鈦8份的要求準(zhǔn)備玻璃本體的原材料；
②準(zhǔn)備的工藝輔材包括：足量脫模劑、足量氮?dú)猓?/p>
③準(zhǔn)備的工藝裝備包括：底部中心設(shè)有螺釘狀結(jié)構(gòu)且內(nèi)表面噴涂有WC基耐磨涂層的金屬模、與金屬模匹配的振動(dòng)裝置；
2）玻璃的熔融與強(qiáng)化
①將1）中步驟①準(zhǔn)備的二氧化硅、三氧化二硼、氧化鉛、氧化鑭、氧化鉍、氧化鋯、二氧化鈦混合均勻，然后通入足量氮?dú)猓ǖ獨(dú)獾淖饔檬欠乐箍諝庵械臍怏w如二氧化碳、水等對(duì)玻璃性能造成影響），再采用電熔窟進(jìn)行熔融處理，熔融溫度1400℃，熔融時(shí)間為到達(dá)指定溫度后保溫40min，獲得待用強(qiáng)化玻璃熔融流體；
3）絕緣子成型
①在金屬模內(nèi)表面噴涂足量脫模劑，通入足量氮?dú)猓ǖ獨(dú)獾淖饔檬潜ＷC玻璃的純凈度）然后將金屬模加熱到700℃；
②步驟①完成后，將部分2）中步驟①獲得的待用強(qiáng)化玻璃熔融流體注入金屬模，至金屬模填滿為止，同時(shí)與金屬模匹配的振動(dòng)裝置啟動(dòng)（振動(dòng)裝置的作用是防止了氣泡和疏松的產(chǎn)生，另外使玻璃各方位各角度的各種性能均勻），持續(xù)10min；
③步驟②完成后，以8bar的壓力通入氮?dú)?，至金屬模冷卻至室溫成型，脫模后獲得絕緣子毛坯；
④采用金剛石磨料振動(dòng)去毛刺設(shè)備對(duì)步驟③獲得的絕緣子毛坯進(jìn)行振動(dòng)去毛刺及拋光處理，即獲得所需絕緣子。
按本實(shí)施例生產(chǎn)出的韌化玻璃絕緣子樣品，可抗雷電陡坡峰值7100kV/s；可在標(biāo)準(zhǔn)載荷情況下承受-50℃～50℃反復(fù)循環(huán)沖擊；零度自爆后仍可支撐標(biāo)準(zhǔn)載荷；表面壓應(yīng)力210Mpa；U型缺口沖擊強(qiáng)度25J/cm2；透光率99.1%。
對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，僅為了使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。