CN104045234A - 用于大吨位玻璃绝缘子的高强玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料科学领域，旨在提供一种用于大吨位玻璃绝缘子的高强玻璃及其制备方法。该玻璃中的各组分按重量百分比为：SiO₂65～68％，CaO6～8％，MgO1～3％，Na₂O13～15％，K₂O3～4％，Al₂O₃3～5％，Nb₂O₅2～4％。本发明利用了Nb₂O₅对于钠钙硅玻璃结构的修复作用，Nb₂O₅能够对原有的玻璃结构起到修复作用，且Nb-O-Si及Nb＝O键拥有更高的键强，玻璃的网络结构更加稳定、紧密，Na⁺，K⁺离子被限制在钠钙硅玻璃网络结构中，迁移阻力提高。因此，Nb₂O₅能够同时改善玻璃的机械性能和介电性能。

Description

用于大吨位玻璃绝缘子的高强玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及用于大吨位玻璃绝缘子的高强玻璃及其制备方法，属于材料科学领域。

背景技术

玻璃绝缘子是输电线路主要构件之一，其作用是支撑导线、防止电流回地以及增加爬电距离，它的性能对于电网的稳定性运行具有重要的影响。随着超高压、特高压输电技术的发展和成熟，为了节约材料和占地空间，输电线路中需要更高强度等级(大于550kN)的大吨位的玻璃绝缘子。在玻璃绝缘子制造过程中，玻璃配方是决定绝缘子机械、电气等性能的关键因素。

目前，钠钙硅玻璃由于具有较高的熔融性能和钢化特性，且原料来源广泛，制备成本低等特性，是最常用的玻璃配方。现有的绝缘子玻璃由SiO₂，CaO，MgO，Na₂O，K₂O，Al₂O₃等组成。但是，由于Na₂O，K₂O的加入，带来了游离氧，破坏了玻璃内部的网络结构，降低了玻璃的机械强度(抗弯强度约为80～90Mpa)，导致玻璃绝缘子在外力作用下，容易发生破坏，引起事故，难以满足大吨位玻璃绝缘子使用要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于大吨位玻璃绝缘子的高强玻璃及其制备方法，旨在提高玻璃绝缘子的机械强度。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于大吨位玻璃绝缘子的高强玻璃，该玻璃中的各组分按重量百分比为：SiO₂65～68％，CaO6～8％，MgO1～3％，Na₂O13～15％，K₂O3～4％，Al₂O₃3～5％，Nb₂O₅2～4％。

本发明进一步提供了所述高强玻璃的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按所述重量百分比取各组分，经球磨混合获得混合粉料；

(2)将混合粉料投入到熔炼炉中，在1450～1550℃的温度下熔炼5小时，获得玻璃液；

(3)将玻璃液倒入预热的模具中成型，然后在600℃的温度下热处理3小时，冷却至室温，取出即得到产品。

与现有技术相比，本发明具备的技术效果是：

本发明利用了Nb₂O₅对于钠钙硅玻璃结构的修复作用。Nb₂O₅能够对原有的玻璃结构起到修复作用，且Nb-O-Si及Nb＝O键拥有更高的键强，玻璃的网络结构更加稳定、紧密，Na⁺，K⁺离子被限制在钠钙硅玻璃网络结构中，迁移阻力提高。因此，Nb₂O₅能够同时改善玻璃的机械性能和介电性能。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明：

实施例1：

制备高强玻璃的方法，包括以下步骤：

(1)将原料按各原料的重量百分比：SiO₂65％，CaO7％，MgO2％，Na₂O14％，K₂O4％，Al₂O₃4％，Nb₂O₅4％。混合均匀并经球磨处理，获得混合料；

(2)将原料投入到熔炼炉中，在1550℃的温度下熔炼5小时，获得玻璃液；

(3)将玻璃液倒入预热的模具中成型，接着在600℃的温度下热处理3小时，冷却至室温，即得到大吨位玻璃绝缘子用高强玻璃。

经测试，制备获得的玻璃抗弯强度为120MPa，弯曲弹性模量为1316MPa，介电损耗1.27×10^-3左右，满足高强度等级(大于550kN)的大吨位玻璃绝缘子应用需求。

实施例2：

制备高强玻璃的方法，包括以下步骤：

(1)将原料按各原料的重量百分比：SiO₂65％，CaO6％，MgO3％，Na₂O15％，K₂O4％，Al₂O₃3％，Nb₂O₅4％。混合均匀并经球磨处理，得原料；

(2)将原料投入到熔炼炉中，在1450℃的温度下熔炼5小时，获得玻璃液；

(3)将玻璃液倒入预热的模具中成型，接着在600℃的温度下热处理3小时，冷却至室温，即得到大吨位玻璃绝缘子用高强玻璃。

经测试，制备获得的玻璃抗弯强度为120MPa，弯曲弹性模量为1309MPa，介电损耗1.29×10^-3左右，满足高强度等级(大于550kN)的大吨位玻璃绝缘子应用需求。

实施例3：

制备高强玻璃的方法，包括以下步骤：

(1)将原料按各原料的重量百分比：SiO₂67％，CaO7％，MgO1％，Na₂O13.5％，K₂O3.5％，Al₂O₃5％，Nb₂O₅3％。混合均匀并经球磨处理，获得混合料；

(2)将原料投入到熔炼炉中，在1500℃的温度下熔炼5小时，获得玻璃液；

(3)将玻璃液倒入预热的模具中成型，接着在600℃的温度下热处理3小时，冷却至室温，即得到大吨位玻璃绝缘子用高强玻璃。

经测试，制备获得的玻璃抗弯强度为127MPa，弯曲弹性模量为1352MPa，介电损耗1.28×10^-3左右，满足高强度等级(大于550kN)的大吨位玻璃绝缘子应用需求。

实施例4：

制备高强玻璃的方法，包括以下步骤：

(1)将原料按各原料的重量百分比：SiO₂68％，CaO8％，MgO1％，Na₂O13％，K₂O3％，Al₂O₃5％，Nb₂O₅2％。混合均匀并经球磨处理，获得混合料；

(2)将原料投入到熔炼炉中，在1550℃的温度下熔炼5小时，获得玻璃液；

(3)将玻璃液倒入预热的模具中成型，接着在600℃的温度下热处理3小时，冷却至室温，即得到大吨位玻璃绝缘子用高强玻璃。

经测试，制备获得的玻璃抗弯强度为130MPa，弯曲弹性模量为1388MPa，介电损耗1.29×10^-3左右，满足高强度等级(大于550kN)的大吨位玻璃绝缘子应用需求。

表1

表1为现有技术的玻璃配方(不含Nb₂O₅)与本发明的玻璃配方性能测试对比表。

Claims (2)

1.一种用于大吨位玻璃绝缘子的高强玻璃，其特征在于，该玻璃中的各组分按重量百分比为：SiO₂65～68％，CaO6～8％，MgO1～3％，Na₂O13～15％，K₂O3～4％，Al₂O₃3～5％，Nb₂O₅2～4％。

2.权利要求1所述高强玻璃的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)按所述重量百分比取各组分，经球磨混合获得混合粉料；

(2)将混合粉料投入到熔炼炉中，在1450～1550℃的温度下熔炼5小时，获得玻璃液；

(3)将玻璃液倒入预热的模具中成型，然后在600℃的温度下热处理3小时，冷却至室温，取出即得到产品。