專利名稱：用于制造瓷的方法、瓷和由該瓷制成的陶瓷絕緣體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造瓷的方法，特別用于電絕緣技術(shù)方面。其中，用鋁土礦作原料。這種瓷在下面也稱為鋁土礦瓷。本發(fā)明還涉及鋁土礦瓷及用該瓷做的一種陶瓷絕緣體。
在電絕緣技術(shù)中使用的工業(yè)陶瓷，今天一般都用礬土瓷。所謂礬土瓷在這里應(yīng)當(dāng)理解為由礬土、白泥、高嶺土、長(zhǎng)石、有時(shí)還有助燒結(jié)劑和助溶劑等混合燒結(jié)而成的瓷。此外，礬土又稱高純氧化鋁，它是按照拜耶法以昂貴的技術(shù)和方法從鋁土礦原料中提取出來(lái)的。礬土(Tonerde)不可同白泥(Ton)相混淆，白泥一般指的是中間礦層所沉積的含長(zhǎng)石的巖石經(jīng)風(fēng)化的產(chǎn)物。高嶺土是含原礦層保留的含長(zhǎng)石巖石并經(jīng)風(fēng)化的產(chǎn)物。
礬土瓷特別用于有強(qiáng)度要求的高電壓絕緣體，它呈現(xiàn)高抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和內(nèi)壓強(qiáng)度。同時(shí)高強(qiáng)度的礬土瓷還具有抗彎強(qiáng)度，在標(biāo)準(zhǔn)化施釉的由礬土瓷制的曲棒上測(cè)定，該值超過(guò)170N/mm2。因此，按所要求的抗彎強(qiáng)度，加入的礬土量是在27～55(重量)％之間波動(dòng)，其中，強(qiáng)度則隨礬土含量的增加而增加。
高強(qiáng)度礬土瓷已經(jīng)公開，例如EP 0189260 A3、GB 2056431 A、US 4,183,760和EP 0522343 B1。
但是，如上所述，礬土是一種比較昂貴的原料，首先必須用昂貴的技術(shù)和方法從天然蘊(yùn)藏的氧化鋁如鋁土礦制取。由于這個(gè)緣故，強(qiáng)度特別高的礬土瓷，價(jià)格就比較高，它在用于電力絕緣技術(shù)的大量生產(chǎn)方面明顯有其缺點(diǎn)。因?yàn)榈\土價(jià)格是使制造和產(chǎn)品成本明顯提高。
本發(fā)明的任務(wù)是要提供一種良好的制造瓷的方法，使之特別適用于機(jī)械上要求高的電絕緣技術(shù)的零件。其次，本發(fā)明的任務(wù)是提出一種瓷，這種瓷具有同樣的現(xiàn)行技術(shù)適宜的機(jī)械性質(zhì)。本發(fā)明還有一項(xiàng)任務(wù)，是提出一種陶瓷絕緣體，該絕緣體比現(xiàn)行技術(shù)上所慣用的絕緣體，在機(jī)械性質(zhì)相同下更為優(yōu)越。
按照本發(fā)明，上述第一項(xiàng)任務(wù)是通過(guò)一種制造瓷的方法來(lái)解決的，該法是將鍛燒的鋁土礦、有雜金屬氧化物含量為5(重量)％以上的白泥、有雜金屬氧化物含量為5(重量)％以上的高嶺土、長(zhǎng)石、硅酸鎂混合、磨碎、并加工成懸浮物，再將懸浮物加工成可成形的原料物，將該原料物再進(jìn)行烘干，最后燒結(jié)成瓷。
必要時(shí)也可混入一般的添加劑。
換句話說(shuō)，在上面提到的方法中，完全放棄礬土的使用。代替礬土的是使用了鍛燒的鋁土礦，鋁土礦比礬土價(jià)格低廉得多。鍛燒的鋁土礦在鍛燒過(guò)程中一直保持著天然的原料。通過(guò)鍛燒，鋁土礦中所含的氫氧化鋁有一部分轉(zhuǎn)化為氧化鋁。使用鍛燒的鋁土礦比使用礬土制造的成本大大降低。
本發(fā)明從這種認(rèn)識(shí)出發(fā)，由礬土或鋁土礦制的瓷在燃燒時(shí)產(chǎn)生的金剛砂(α-Al2O3)是瓷的機(jī)械強(qiáng)度的重要保證。因?yàn)榈\土比鍛燒的鋁土礦(鋁土礦還含有雜質(zhì))所提供的金剛砂要多些，為了達(dá)到使用礬土?xí)r具有同樣的機(jī)械強(qiáng)度，就必須使用相應(yīng)更多的鋁土礦通過(guò)鍛燒該鋁土礦而進(jìn)行。但是，和礬土瓷相比，需要更高成分的鍛燒鋁土礦，就會(huì)導(dǎo)致一種情形，那就是必須追加塑性成分，如高嶺土和白泥以及形成玻璃相的長(zhǎng)石的含量。而這樣又涉及到瓷的機(jī)械性質(zhì)的重要變化。
廣泛的研究發(fā)現(xiàn)減少長(zhǎng)石和塑性成份對(duì)瓷機(jī)械強(qiáng)度的負(fù)面影響是可以得到補(bǔ)償?shù)模绻麘?yīng)用的塑性成份白泥和高嶺土各具有高于5(重量)％雜金屬氧化物，并且在原材料中另外混有硅酸鎂就可以。
同時(shí)，在白泥和高嶺土的情況下，將雜金屬氧化物加入所謂的白泥礦物中。白泥礦物例如是層狀的硅酸鹽，如高嶺土、伊利石或蒙脫石。
驚奇地指出，具有雜金屬氧化物(雜質(zhì))的白泥或高嶺土在燒結(jié)瓷時(shí)是有助于形成低共熔的熔融相的。混合物的熔融相呈現(xiàn)的低溫比單個(gè)成份的熔融相更低。瓷的鍛燒溫度可降低，就又降低了生產(chǎn)成本。此外，特別是嵌入白泥礦物晶格內(nèi)的雜金屬氧化物，對(duì)于形成良好的或侵蝕性的熔融相具有特別有利的影響。
由于在低溫產(chǎn)生的侵蝕性的熔融相，由長(zhǎng)石和高嶺土制的石英幾乎全部溶解并轉(zhuǎn)化成玻璃相。在慣用的礬土瓷中與此相反，保持有一定含量的殘留石英。因?yàn)槭A雜物表明瓷結(jié)構(gòu)中的晶格缺陷，往往在存有石英顆粒的地方出現(xiàn)瓷的斷裂。因此，石英顆粒這樣出現(xiàn)在瓷的結(jié)構(gòu)中是不受歡迎的?？梢妼⒂泻Φ氖⑼耆D(zhuǎn)化為玻璃相會(huì)導(dǎo)致瓷的機(jī)械強(qiáng)度的顯著提高。由于結(jié)構(gòu)性質(zhì)的改善，強(qiáng)度值分散的范圍就更窄。這種耐高度損害也使結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期保存時(shí)比較穩(wěn)定，而對(duì)高電壓絕緣體來(lái)說(shuō)這是特別重要的。
由于使用具有5(重量)％以上含量雜金屬氧化物的白泥和高嶺土，于是就產(chǎn)生了侵蝕性的熔融相。而這熔融相卻使成品瓷中幾乎不再存有石英的顆粒。所含的二氧化硅幾乎只有以玻璃相的形式存在。鋁土礦是金剛砂的主要提供者，按照這種方式，它在原材料中的成份顯著提高，從而也提高機(jī)械強(qiáng)度，但塑性成份和長(zhǎng)石的成份并不減少。長(zhǎng)石也是石英的主要提供者，而它卻對(duì)瓷的機(jī)械強(qiáng)度有負(fù)面影響。因此，燒結(jié)溫度的下降出現(xiàn)了作為重要的副效應(yīng)，正如上面所提到的，這使生產(chǎn)成本降低，而且節(jié)約了昂貴的成套窯爐設(shè)備和助燃劑。
按照學(xué)術(shù)界至今的評(píng)價(jià)，本發(fā)明提出的方法是通過(guò)使用基本有利的煅燒鋁土礦代替高機(jī)械強(qiáng)度的礬土而制造的方法。此外，本發(fā)明也證實(shí)主要提供金剛砂的鋁土礦的成份是能夠提高的，不會(huì)因需要減少塑性成份和長(zhǎng)石的成份而對(duì)瓷結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。
雜金屬氧化物如三氧化二鐵Fe2O3、氧化鎂MgO、氧化鉀K2O、氧化鈉Na2O和氧化鈣CaO表明對(duì)形成侵蝕性的熔融相特別有利。因此，如果雜金屬氧化物的總含量高于白泥或高嶺土的5(重量)％時(shí)則大為有利。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是使用三氧化二鋁Al2O3占80～90(重量)％成份的鍛燒鋁土礦。按照這種方式，在所含的鋁土礦的含量較低時(shí)，將特別多的主要強(qiáng)度支持者金剛砂引入瓷內(nèi)。這樣的鋁土礦是可自由買到的，例如Frank和Schulte公司、埃森(Essen)公司都有銷售。
對(duì)于侵蝕性熔融相的形成和燒結(jié)溫度的降低來(lái)說(shuō)，如果應(yīng)用一種伊利石白泥和/或一種富含交換層-白泥礦物的白泥制造是非常有利的。此外，所謂伊利石白泥應(yīng)該理解為具有高成份白泥礦物伊利石的白泥。同時(shí)，所謂交換層(混合層)-白泥礦物也應(yīng)該理解為這樣的一種白泥礦物，就是它和高嶺土相比并不形成有序的晶格結(jié)構(gòu)，而以位錯(cuò)排列而很突出，并在其晶格結(jié)構(gòu)上提高了所插入的具有助熔劑作用的堿金屬離子和堿土金屬離子的量。伊利石白泥的商品名是通常使用的伊利石。一種富含交換層白泥礦物的白泥，例如稱為Ball Clay Hymod KC的白泥是可以買到的。
正如白泥的情形一樣，如果在生產(chǎn)時(shí)使用一種富含伊利石的高嶺土和/或富含交換層白泥礦物的高嶺土，則證明對(duì)形成侵蝕性的熔融相是特別有利的。富含伊利石的高嶺土有，例如德國(guó)Oberwinter礦床開采的高嶺土。富含交換層白泥礦物的高嶺土有，例如從德國(guó)Seilitz礦床獲取的高嶺土。氧化鐵、氧化鎂、氧化鉀和氧化鈉的成份含量總計(jì)為伊利石11.7(重量)％，Ball ClayHymod KC為6.1(重量)％，Oberwinter高嶺土為6.4(重量)％以及Seilitz高嶺土為5.7(重量)％。個(gè)別組成請(qǐng)參見表1，其中列出了對(duì)各種高嶺土和白泥中上述雜金屬氧化物的含量。表1不同的塑性原料及有助熔劑作用的雜金屬氧化物的含量(重量％)
本發(fā)明特別有利的方案是在制造方法中采用的原料，就總重量而言，使用48～58(重量)％的煅燒的鋁土礦、10～20(重量)％的富含交換層白泥礦物的白泥、4～12(重量)％的伊利石白泥、7～15(重量)％的長(zhǎng)石、0.5～3(重量)％的硅酸鎂、8～12(重量)％的富含交換層白泥礦物的高嶺土，以及8～16(重量)％的富含伊利石的高嶺土。使用這種組成的原料(在瓷領(lǐng)域又稱“配料”)制造的鋁土礦瓷，就耐久性、無(wú)老化、機(jī)械性質(zhì)和熱膨脹而言，是符合高要求的，尤其適合于機(jī)械要求強(qiáng)的大尺寸和溫度變化需要穩(wěn)定的絕緣體。此外，機(jī)械強(qiáng)度也能通過(guò)鍛燒的鋁土礦含量而進(jìn)行控制。特別是通過(guò)上述的“配料”，能夠制造出高強(qiáng)度的鋁土礦瓷。
有利的是應(yīng)用霞石-綠石(Nephelin-Syenit)作為長(zhǎng)石。霞石-綠石是一種類似長(zhǎng)石的礦物，其總分子式為KNa3(AlSiO4)4，式中所含的鉀和鈉的含量是不定的。霞石-綠石對(duì)降低密度燒結(jié)所需溫度尤其有利。
在制造過(guò)程中使用硅酸鎂滑石乃是另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。滑石比其他已知的硅酸鎂(如云母)，所制造的鋁土礦瓷的性能最佳。
因?yàn)橥ǔＤ苜I到的煅燒的鋁土礦都是粗粒的，所以它的優(yōu)點(diǎn)在于鋁土礦和其他成份混合前可單獨(dú)予粉碎。此外，當(dāng)煅燒的鋁土礦和一定成份量的白泥予粉碎時(shí)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。粉碎時(shí)，一般采用球磨機(jī)，使煅燒的鋁土礦特別是只要粉碎到常用的礬土顆粒的大小。
燒結(jié)溫度對(duì)金剛砂含量以及因此而產(chǎn)生的成品瓷的機(jī)械強(qiáng)度都有決定性的影響。瓷機(jī)械性質(zhì)表明，在1150℃～1300℃之間的溫度，尤其是在1190℃～1220℃之間的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，是有利的。和一般慣用的礬土瓷相比，這是一個(gè)比較低的燒結(jié)溫度。
通過(guò)使用冷空氣加速燒結(jié)后的冷卻過(guò)程，也是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。按照這種技術(shù)和方法，可使燒結(jié)爐內(nèi)的瓷迅速達(dá)到冷卻。由于冷卻迅速，抑制了金剛砂轉(zhuǎn)化為富鋁紅柱石，因此富鋁紅柱石的結(jié)晶的含量就很少。這種結(jié)構(gòu)對(duì)瓷的機(jī)械性質(zhì)是有利的。
本發(fā)明的瓷的問(wèn)題是通過(guò)使用上述方法制造的瓷而解決的。該鋁土礦瓷不同于礬土瓷的是孔隙的大小和孔隙的分布。這種鋁土礦瓷比礬土瓷具有更多的孔隙，但是其孔隙的大小穩(wěn)定，而且孔隙的分布也很均勻。這對(duì)于鋁土礦瓷的斷裂性質(zhì)和強(qiáng)度顯然是有利的。另外，鋁土礦瓷中的金剛砂晶體和礬土瓷中的金剛砂晶體相比，形狀不同。礬土瓷中的金剛砂晶體是長(zhǎng)的、片狀，相反的在鋁土礦瓷中的形態(tài)卻主要是圓形的。此外，在鋁土礦瓷中的金剛砂晶體要比礬土瓷中的幾乎大一倍，并且部分是具有夾雜包體如氧化鈦。這種區(qū)別通過(guò)電子顯微鏡攝制的結(jié)構(gòu)對(duì)比可以很容易確定。還有，鋁土礦瓷幾乎沒有剩余的石英含量，所以在長(zhǎng)期保存方面超過(guò)礬土瓷。
有關(guān)本發(fā)明的另一個(gè)任務(wù)是通過(guò)一種瓷來(lái)解決，這種瓷含有12～21(重量)％的高鋁紅柱石、30～40(重量)％的金剛砂、40～50(重量)％的玻璃相以及0～2(重量)％的石英。這種瓷是按照上述方法用煅燒的鋁土礦制造的，并因此比常用的礬土瓷在價(jià)格上是可優(yōu)選的。由于石英含量很少，這種瓷的機(jī)械性質(zhì)非常理想，而且能穩(wěn)定地長(zhǎng)期保存。在慣用的礬土瓷中石英存在量可高達(dá)6(重量)％。
具有抗彎強(qiáng)度的高強(qiáng)度瓷，按照德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DlN IEC 60672在施釉的曲棒上對(duì)瓷的測(cè)定表明大于170N/mm2，甚至超過(guò)200N/mm2。這種瓷的優(yōu)點(diǎn)是含有12～15(重量)％的富鋁紅柱石、38～46(重量)％的金剛砂、44～47(重量)％的玻璃相以及0～11(重量)％的石英。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案中所存在的石英顆粒的粒度為20～40μm，其中，在瓷的橫截面中每mm2存在的石英顆粒少于10個(gè)。這樣的瓷通過(guò)上述方法也易于制造。因?yàn)樵摯蓭缀醪缓惺ⅲ@可解釋其高機(jī)械強(qiáng)度以及長(zhǎng)期保存的穩(wěn)定性。這種瓷特別能滿足機(jī)械負(fù)荷和大尺寸的絕緣體的高要求。
關(guān)于陶瓷絕緣體的任務(wù)是通過(guò)本發(fā)明的一種絕緣體而解決的，它的絕緣材料由上述瓷所構(gòu)成。
下面是以附圖更詳細(xì)地說(shuō)明
具體實(shí)施例方式

圖1、鋁土礦瓷制造方法的示意2、化學(xué)腐蝕的礬土瓷的電子顯微鏡照片圖3、化學(xué)腐蝕的鋁土礦瓷的電子顯微鏡照片圖4、表明一種高強(qiáng)度鋁土礦瓷的折斷概率的威伯爾分布示5、用于比較礬土瓷和鋁土礦瓷的X射線光譜示6、用于比較礬土瓷和鋁土礦瓷的另一個(gè)X射線光譜示7、具有一定數(shù)目的特征屏蔽的陶瓷高電壓絕緣體圖1表示一種鋁土礦瓷特別是由鋁土礦瓷做的陶瓷高電壓絕緣體的制造方法的示意圖。作為該瓷的原料是使用煅燒的鋁土礦CB、白泥T、高嶺土K、長(zhǎng)石F和硅酸鎂M。這里采用了具有氧化鋁的含量約為85(重量)％的煅燒的鋁土礦。鋁土礦是在1500℃左右溫度下煅燒的。作為白泥是使用BallClay Hymod KC以及匈牙利伊利石。此外還添加了長(zhǎng)石及霞石-綠石。作為高嶺土使用Osmose高嶺土、Seilitzer高嶺土以及Oberwinterer高嶺土。作為硅酸鎂是使用滑石。
引入的材料的重要組份請(qǐng)參閱表2。此外，重量組份也可用儲(chǔ)料容器進(jìn)行相應(yīng)的秤量。表2試驗(yàn)用料的配方
制造方法共包括以下步驟將原料1的加工2而成為可成形的原料物，原料物的成形3是使其形成裝有屏蔽的空心柱的外形的成形件，成形件的燒結(jié)4，以及已燒結(jié)成形件的最后加工5而由鋁土礦瓷制成高電壓絕緣體。原料1的加工2成為可成形的原料物通過(guò)若干步驟而完成原材料的混合料7在裝有球磨機(jī)的滾筒磨內(nèi)，在將水加入淤渣或懸浮物時(shí)將材料粉碎11A和11B，經(jīng)淤渣壓濾機(jī)13壓榨加入的水。這里煅燒的鋁土礦CB在添加4(重量)％份的Ball Clay Hymod KC，分別加水粉碎15小時(shí)。最后使所有原料一起混合，再研磨2.5小時(shí)。
在壓濾機(jī)13后面，有一種原材料1的可成形的原料物，通過(guò)模具3的最后程序而加工成一個(gè)成形體。
此外，模具3包含有一個(gè)用于由原料物壓榨為空心圓柱坯件的擠壓機(jī)15、一個(gè)位于擠壓機(jī)上的坯料的最后烘干器17和一個(gè)仿形車削19，其中，通過(guò)車削空心圓柱裝配盤狀屏蔽，從而獲得由鋁土礦制成的高電壓絕緣體。
由仿形車削19得到的成形件的燒結(jié)4包括成形件的再烘干22、干燥成形件的玻璃化24以及緊接著在適宜的燃燒爐或燒結(jié)爐內(nèi)對(duì)玻璃化成形件的燃燒25。同時(shí)在1150～1300℃的溫度下燒結(jié)。
由鋁土礦瓷制成的燒結(jié)的成形件最后進(jìn)行的是最終加工5。通過(guò)切割26，使成形件達(dá)到所要求的長(zhǎng)度，而且通過(guò)加固28安裝適宜的連接件。由此由鋁土礦瓷制成具有絕緣體的成品高電壓絕緣體。
圖2表示一種化學(xué)腐蝕的礬土瓷的電子顯微鏡照片，放大倍數(shù)為1000∶1。為了定位，大小適于20μm的比例。礬土瓷是在1230～1250℃的溫度下燒結(jié)的，其中礬土成份的含量27(重量)％。其余組份是42(重量)％的白泥和高嶺土以及27(重量)％的長(zhǎng)石，還有殘余量的助燒劑?？梢郧宄乜闯鼋Y(jié)構(gòu)基質(zhì)(A)是由富鋁紅柱石(針狀晶體)和玻璃相構(gòu)成。從圖中很容易看到孔隙(C)(黑色)。此外，還能分辨出金剛砂顆粒(B)以及石英顆粒(D)。
與此比較，圖3是化學(xué)腐蝕的鋁土礦瓷的電子顯微鏡照片，放大倍數(shù)亦為1000∶1。在這里的配料表明燒結(jié)的鋁土礦(含85[重量]％的氧化鋁)的組份為52(重量)％。其他成份在表2中列出相應(yīng)的含量。燒結(jié)溫度為1230℃。從圖3中還能清楚看出結(jié)構(gòu)基質(zhì)A是由富鋁紅柱石A1和玻璃相A2構(gòu)成的。此外，仍可辨出金剛砂顆粒B以及孔隙C。
通過(guò)圖2和圖3的比較，可以明顯看出，圖3中的鋁土礦瓷不再含有石英顆粒。相反的，在圖2中表明通常的礬土瓷的結(jié)構(gòu)內(nèi)，除了金剛砂、富鋁紅柱石和玻璃相外，還有一種十分有害于機(jī)械強(qiáng)度的殘余石英D。而在鋁土礦瓷中，殘余的石英D則完全溶解，而不能再分辨。
此外清楚地看出金剛砂顆粒E在鋁土礦瓷中要比在礬土瓷中的要大。其次，金剛砂顆粒B在鋁土礦瓷中主要呈圓形，與此相反，在礬土瓷中的金剛砂顆粒B易于形成長(zhǎng)形的。
圖4表明按照?qǐng)D3所述方法制造的有關(guān)高強(qiáng)度鋁土礦瓷的斷裂概率的威伯爾分布。在橫座標(biāo)上，用MPa表示斷裂應(yīng)力30。在縱座標(biāo)上則用％表示斷裂概率31。通過(guò)威伯爾統(tǒng)計(jì)法，詳細(xì)敘述了各種陶瓷工件的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。此外，威伯爾模量m也是一個(gè)重要的材料常數(shù)，因?yàn)樗且詼y(cè)定單值的分散幅度為特征的。分散表明材料性質(zhì)的結(jié)果，因而也作為宏觀錯(cuò)誤位置的頻率和分布的函數(shù)。威伯爾模量m越高，則分散寬度越小。圖4表明了高強(qiáng)度的鋁土礦瓷的威伯爾分布，由此估計(jì)威伯爾模量m為45.1。由于威伯爾統(tǒng)計(jì)可考慮作為從質(zhì)量上判斷陶瓷結(jié)構(gòu)的一種適宜的方法。平衡法證實(shí)，威伯爾模量m高，說(shuō)明高強(qiáng)度的鋁土礦瓷具有良好的結(jié)構(gòu)均勻性。
圖5是礬土瓷和鋁土礦瓷的X射線光譜的對(duì)比圖。礬土瓷由以下組成配方構(gòu)成42(重量)％的白泥和高嶺土、14(重量)％的長(zhǎng)石、40(重量)％的礬土以及其余為助燒結(jié)劑，并在1230～1250℃的溫度下燒結(jié)而成。此外，礬土瓷在施釉曲棒上顯示的抗曲強(qiáng)度為209N/mm2。鋁土礦瓷由以下組成配方構(gòu)成35(重量)％的白泥和高嶺土、8(重量)％的長(zhǎng)石、52(重量)％的煅燒的鋁土礦以及其余為助燒結(jié)劑，并在1190～1220℃的溫度下燒結(jié)而成的。鋁土礦瓷在施釉的曲棒上顯示的抗彎強(qiáng)度為199.6N/mm2。
礬土瓷的X射線光譜以X表示，鋁土礦瓷的X射線光譜以Y表示。以金剛砂B、富鋁紅柱石A1和石英D相應(yīng)的X射線峰值為特征。
可以清楚地看出鋁土礦瓷在相同的機(jī)械強(qiáng)度下比礬土瓷所含的石英量要少，而所含的富鋁紅柱石量則提高。
圖6表明按照?qǐng)D5的X射線光譜X和Y由另一測(cè)量系列再一次說(shuō)明。這里增加了一個(gè)X射線光譜Z，它是由含56重量)％的煅燒的鋁土礦的配料制成的鋁土礦瓷拍攝的。其他成分是33.5(重量)％的白泥和高嶺土以及10.5(重量)％的長(zhǎng)石和滑石。燒結(jié)溫度為1190～1220℃。
再一次標(biāo)出金剛砂B、富鋁紅柱石A1和石英D的X的射線峰。從圖6中可以清楚看出在配料中煅燒的鋁土礦含量達(dá)到56(重量)％時(shí)超過(guò)了高強(qiáng)度礬土瓷的金剛砂的含量，從而顯示出兩種材料有關(guān)機(jī)械強(qiáng)度的可比較性質(zhì)。這是迄今不能想象的。
圖7以部分剖面展示了一種作為高電壓絕緣體設(shè)計(jì)的陶瓷絕緣體40。絕緣體40表明由鋁土礦瓷41制的絕緣基體42以及聯(lián)結(jié)和/或?qū)е岭娏鲗?dǎo)線的連結(jié)帽44。絕緣基體42基本上是柱形絕緣子干45，并其上有一些分隔的盤狀撐筋46構(gòu)成。鋁土礦瓷41在表面上敷釉，這里對(duì)其不作詳細(xì)介紹。按照德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 48006，所述絕緣體40特別適合于作軌道絕緣體。
實(shí)施例1用煅燒的鋁土礦等價(jià)交換礬土進(jìn)行了研究。這里比較了材料I、II、III、IV和V。
材料I和V是礬土瓷，其中成份配料為27(重量)％或40(重量)％的礬土。材料I的配料中還含有43.5(重量)％的白泥和高嶺土、27.5(重量)％的長(zhǎng)石以及其余為助燒結(jié)劑和助燃劑。材料V的配料含有43.3(重量)％的白泥和高嶺土、12.1(重量)％的長(zhǎng)石以及其余為助燒結(jié)劑和助燃劑。對(duì)材料I和材料V來(lái)說(shuō)，燒結(jié)溫度為1230～1250℃。
材料II和IV是鋁土礦瓷，其中材料II是用27(重量)％的煅燒鋁土礦等量代替材料I中27(重量)％的礬土。在材料IV的配料中用40％重量煅燒的鋁土礦等量代替材料V中的40(重量)％的礬土。對(duì)材料II和材料IV來(lái)說(shuō)，燒結(jié)溫度為1230～1250℃。
材料III是相當(dāng)于礬土/鋁土礦瓷，其中配料中含有13.5(重量)％的礬土和13.5(重量)％的鋁土礦。材料III的配料的其他組成與材料I及材料II相同。
應(yīng)用的煅燒的鋁土礦的組成列于表4。煅燒的鋁土礦在商業(yè)上可以自由購(gòu)買。表4煅燒的鋁土礦的化學(xué)分析
在使用煅燒的鋁土礦時(shí)，可溶的Na2O含量很低，為0.30(重量)％。不能證明有γ-Al2O3的存在，氧化鋁是以金剛砂而存在的。這種材料的篩渣為9.1％＞45μm，明顯大于1％＞45μm極大值的礬土。Cilas-D50-值或顆粒細(xì)度為14.8μm，比礬土6～8μm的高一倍。所以鋁土礦在秤量配料前要預(yù)先研磨8小時(shí)，使其達(dá)到礬土的細(xì)度。
表3列出了材料I～V的化學(xué)分析和測(cè)量值。按照德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DINVDE 0335，對(duì)測(cè)量數(shù)值進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
表3試驗(yàn)材料的化學(xué)分析和測(cè)量值
強(qiáng)度σB(N/mm2)
從表3中可以清楚地看出，按照1∶1的比例用煅燒的鋁土礦代替礬土而制成的瓷，其強(qiáng)度顯著降低。此外，在應(yīng)用煅燒的鋁土礦時(shí)，具有高礬土百分含量的材料比具有低礬土含量的材料，其強(qiáng)度損耗要高得多。所以，以煅燒的鋁土礦替代含量為40(重量)％的礬土的材料IV后強(qiáng)度減少21.5％。材料II以煅燒的鋁土礦替代27(重量)％的礬土含量后則強(qiáng)度減少11.5％。
其次，表3還列出了以煅燒的鋁土礦替代礬土?xí)r彎曲值提高。還有，鋁土礦對(duì)燒結(jié)開始、煅燒收縮和熱膨脹系數(shù)(WAK)的作用也明顯降低。
實(shí)施例2按照表2的配料配方，制成材料VI。圖5列出了化學(xué)分析所用煅燒的鋁土礦的組成和粒度測(cè)定。
表5所用鋁土礦的理化數(shù)值
因?yàn)殪褵匿X土礦基本上比礬土要粗得多，所以需要在球磨機(jī)中用水將其和4％的Ball Clay Hymod KC一起預(yù)先研磨15小時(shí)。這樣可達(dá)到Cilas-D50值9.7μm。最后加入剩余原料，再研磨2.5小時(shí)。由此調(diào)節(jié)篩渣＞63μm時(shí)為0.26％，以及Cilas-D50值為7.4μm。燒結(jié)溫度為1220℃。
表6表示鋁土礦瓷的材料VI的化學(xué)組成。
表6鋁土礦瓷器的材料VI的化學(xué)分析
按照德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN VDE 0335T.2，在材料VI的曲棒的斷件上，進(jìn)行通孔率的檢驗(yàn)。在檢驗(yàn)期間，沒有發(fā)現(xiàn)色素穿透斷件?？梢姡X土礦瓷通孔是不密的。
按照德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 51065，用浮力法對(duì)材料VI的坯料密度進(jìn)行了測(cè)定，為2.74g/cm3。比較時(shí)，材料I的坯料密度為2.69g/cm3，而材料V的坯料密度則為2.77g/cm3。
表7是對(duì)鋁土礦瓷材料VI和粘土瓷材料V材料I的其他性質(zhì)進(jìn)行了對(duì)照。
表7收縮/強(qiáng)度
可以清楚地看出，鋁土礦瓷材料VI達(dá)到與礬土瓷可比的機(jī)械強(qiáng)度。
表8中對(duì)比了材料VI、I和V在結(jié)構(gòu)中的晶體組份。
表8在結(jié)構(gòu)中晶體組份的比較(％)
雖然沒有用礬土，鋁土礦瓷材料VI卻表明晶體富鋁紅柱石和金剛砂的含量高。石英完全以溶液進(jìn)入侵蝕性熔融相中。通過(guò)X射線光譜檢查，證明不再含有石英。
實(shí)施例3研究了燒結(jié)溫度對(duì)鋁土礦瓷材料VI的結(jié)構(gòu)組成的影響。結(jié)果列于表9。
表9含56.8％鋁土礦(材料VI)的鋁土礦瓷在不同煅燒溫度下的定量的相含量
可以清楚地看出，燒結(jié)溫度對(duì)結(jié)構(gòu)中的金剛砂含量有極大影響，因而也影響瓷的機(jī)械強(qiáng)度。所以將燒結(jié)溫度從1190℃提高到1340℃時(shí)，金剛砂含量就可以從43(重量)％降到32(重量)％。
權(quán)利要求
1.制造一種瓷的方法，其中，將煅燒的鋁土礦(CB)、含有雜金屬氧化物含量大于5(重量)％以上的白泥(T)、含有雜金屬氧化物含量大于5(重量)％以上的高嶺土(K)、長(zhǎng)石(F)、硅酸鎂(M)進(jìn)行混合、磨碎、加工成懸浮物，再將懸浮物加成可成形的原料物，最后將原料物烘干，燒結(jié)成瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中雜金屬氧化物選自Fa2O3、MgO、K2O、Na2O、CaO。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，使用具有80和90(重量)％ Al2O3的煅燒鋁土礦(CB)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中之一的方法，其中，使用伊利石白泥(T)和/或富含交換層白泥礦物的白泥(T)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中之一的方法，其中使用富含伊利石的高嶺土(K)和/或富含交換層白泥礦物的高嶺土(K)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中之一的方法，其中就總重量而言，將48-58(重量)％的煅燒的鋁土礦(CB)、10-20(重量)％富含交替層白泥砂物的白泥(T)、4-12(重量)％的伊利石白泥(T)、7-15(重量)％的長(zhǎng)石(F)、0.5-3(重量)％的硅酸鎂(M)、8-16(重量)％的一種富含交換層白泥礦物的高嶺土(K)以及8-16(重量)％的富含伊利石的高嶺土(K)進(jìn)行混合。
7.根據(jù)上這權(quán)利要求中之一的方法，其中作為長(zhǎng)石(F)使用霞石-綠石。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中之一的方法，其中使用滑石作為硅酸鎂(M)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中之一的方法，其中，煅燒的鋁土礦(CB)和白泥(T)組份可以分開或一起預(yù)先研磨。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中之一的方法，其中原料物是在1150和1300℃之間的溫度下燒結(jié)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求10的方法，其中，原料物在1190和1220℃之間的溫度下燒結(jié)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中之一的方法，其中冷卻過(guò)程是在燒結(jié)后使用冷卻空氣加速的。
13.瓷，通過(guò)權(quán)利要求1～12中之一的方法制得的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的瓷，包括12-21(重量)％的富鋁紅柱石(Al)、30-46(重量)％的金剛砂(B)、40-50(重量)％的玻璃相(A2)和0-2(重量)％的石英(D)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的瓷，包括12-15(重量)％的富鋁紅柱石(Al)、38-46(重量)％的金剛砂(B)、44-47(重量)％的玻璃相(A2)和0-1(重量)％的石英(D)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的瓷，其中所存有的石英顆粒(D)的粒度為20-40μm，而且其中橫切面上的石英顆粒(D)少于每mm210個(gè)。
17.陶瓷絕緣體(40)，特別是用于高電壓絕緣，具有由按照權(quán)利要求13至16中之一的瓷(41)制成的絕緣材料。
全文摘要
關(guān)于制造瓷的方法、瓷特別是高強(qiáng)的瓷以及和陶瓷絕緣體。按照本發(fā)明使用煅燒的鋁土礦(B)代替礬土制造瓷。同時(shí)加入各具有雜金屬氧化物的含量為5(重量)%以上的白泥(T)和高嶺土(K)。本發(fā)明制得的瓷與礬土瓷比較,具有相同機(jī)械強(qiáng)度并更為有利。該瓷特別適用于對(duì)機(jī)械性要求高的電絕緣技術(shù)的元件。
文檔編號(hào)C04B35/111GK1371342SQ00812227
公開日2002年9月25日 申請(qǐng)日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月3日
發(fā)明者約翰尼斯·利伯曼 申請(qǐng)人:西門子公司