[发明专利]三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层及其涂覆方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层及其制备方法，该绝缘涂层可耐万伏瞬时电压冲击，属于耐高压电工材料技术领域。

背景技术

氧化铝是一种具有优异的绝缘性能和较低的介质损耗的陶瓷材料。日常生活中，氧化铝陶瓷块体材料被广泛地用作高压输电塔的绝缘电瓷瓶、各种微电子产品的绝缘电子基板等。氧化铝绝缘材料的制备，块体材料通常通过烧结法制备，通过制浆、浇注成型、干燥，最后烧结得到；一些精度要求高的制品还需要进行后续的研磨，抛光。对于薄膜制品，由于氧化铝是一种高熔点的矿物，通常是用等离子喷涂技术制备。等离子喷涂技术是利用等离子火焰来加热融化高熔点的陶瓷喷涂粉体，这些粉体被载气带入温度高达10000K的等离子焰流中，加热至融化或半融化状态，并被高速喷打在经过表面喷砂、洁净的零件表面，粘附在零件表面。各熔滴之间依靠塑性变形相互搭接，从而形成层状涂层过程。涂层较致密并且粘结强度较高、表面可加工抛光，喷涂效率较高等优点被广泛应用，能够获得多种难熔陶瓷粉体的涂层。

等离子喷涂的氧化铝涂层厚度常在几百微米至1毫米左右。其相组成主要是亚稳态的γ-相氧化铝和少量稳态α-相氧化铝，而γ-相氧化铝的介电常数和绝缘电阻比α-相氧化铝的大，有利于涂层的绝缘性能。目前，对于氧化铝薄膜，在用作绝缘材料时，常用在低压的工况条件，比如电子基板上，绝缘电压最高几十伏，甚至百伏，这大大限制了氧化铝绝缘薄膜在某些工业领域的应用。因此，探求和开发耐千伏以上，甚至万伏左右的氧化铝薄膜的制备技术是十分必要的。

等离子喷涂氧化铝薄膜的另一个重要问题是氧化铝薄膜的厚度问题和基材的结合性问题。单一的氧化铝绝缘薄膜最高厚度虽然可以达到1毫米左右，但用作高压绝缘时，其和基材的结合性能由于厚度增加后的应力问题而变坏，常用的厚度在500微米以下。因而，提高等离子喷涂氧化铝层的耐冲击厚度与结合性能就变得十分重要。

发明内容

为了克服现有技术等离子喷涂氧化铝绝缘涂层耐高电压冲击性能较差等不足，本发明提供一种三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层及其涂覆方法，该发明克服了以往单一氧化铝涂层厚度增加后，应力变大等性能下降的问题，具有制备技术成熟、喷涂粉体易得、中间混合层中氧化铝与镁铝尖晶石成分易于调节、绝缘涂层厚度大和与基材结合性能好等特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层为三层型结构，第一层为高纯氧化铝喷涂涂层，第二层为氧化铝-镁铝尖晶石混合粉体喷涂涂层，第三层为金属镍粘结层，所述金属镍粘结层3通过等离子喷涂设备喷涂在金属基材。

所述复合绝缘涂层所使用的粉体纯度为：氧化铝的纯度≥99.0%；镁铝尖晶石的纯度99%；所用高纯氧化铝粉体平均粒径为45微米，镁铝尖晶石粉体平均粒径为40微米。

所述金属基材4即试样样件为钛合金、304L不锈钢和A3钢。

一种三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层的涂覆方法，包括下述步骤：

步骤1：高纯氧化铝喷涂粉体的制备。用于制备本发明所述的三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层的氧化铝粉体，由电熔法制备。其氧化铝纯度应≥99.0%；金属铁和镍等杂质含量总和应≤0.2%，其他杂质含量应≤0. 5%，特别是不能含有金属银、金等高导电颗粒杂质。其次，所选用的高纯氧化铝粉体应为超细粉碎的粉体，喷涂前必须用200目不锈钢筛进行筛分处理，以清除较大颗粒和其他杂质，筛下料作为喷涂粉体。筛选后高纯氧化铝喷涂粉体的平均粒径应在45微米左右。为了获得良好的喷涂性能，所得的筛下料先用去离子水制成浆料，加入1%（体积比）聚乙烯醇粘结剂，0.5%（体积比）油酸分散剂，然后采用无锡富超喷雾干燥机械有限公司产的、产量为10~50kg/每小时的离心干燥机，进行喷雾造粒。喷涂造粒后颗粒为球形，颗粒平均粒径在75微米左右。