本發(fā)明涉及一種具有防冰閃、污閃涂層的絕緣子及其制備方法，屬于電網(wǎng)防災減災技術領域。

背景技術：

供電中，冰閃、污閃嚴重降低供電質量。目前，最有效的降低污閃、冰閃的方法為在絕緣子表面設置涂層，即將憎水性和憎冰性的涂料涂覆在絕緣子表面，通過減少污、水等與絕緣子的附著力來防止污物附著和結冰，與其他方法相比，該方法在工程上簡單易行，成本較低。但現(xiàn)有的防冰涂層并不能從根本上防止冰、污的形成，而只有在足夠的太陽照射和足夠的溫度下才能生效，在氣溫低，輻射較弱的情況下，水霧會不斷的在絕緣子上附著、結冰、加厚，防冰防污效果較差。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有防冰閃、污閃涂層的絕緣子及其制備方法，該絕緣子即使在氣溫較低、太陽照射較弱的情況下，也能夠有效防止冰閃、污閃。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：

具有防冰閃、污閃涂層的絕緣子，包括絕緣子，所述的絕緣子側壁表面由內而外依次設置有底層、中間致密絕緣層和表面疏水減反射層；所述的底層是由內側的基底增強層和外側的光譜轉換層構成的雙層復合結構，光譜轉換層內設置有下轉換填料。

所述的下轉換填料在光譜轉換層中呈非均勻分布，由外到內含量逐漸升高；所述的下轉換填料為含有稀土元素的納米下轉換粉體。

所述的底層是由多個呈上、下間隔狀均布在絕緣子側壁表面上的環(huán)形帶構成，中間致密絕緣層填充兩兩環(huán)形帶形成的間隙內；所述的絕緣子側壁表面和基底增強層之間設置有反光隔熱層。

所述的表面疏水減反射層由氧化硅或氮化硅材料制成，折射率為1.3-1.6；所述的中間致密絕緣層由致密氧化硅、致密氮化硅或致密氮氧化硅材料制成，折射率為1.7-2.0；所述的光譜轉換層的折射率為2.0-2.4；所述的基底增強層由氧化硅材料制成。

所述的絕緣子的一側設置有反光體，該反光體所在側作為背光側，反光體為具有鏡面反射表面的、且和絕緣子中心軸相平行的若干反光柱或條狀反光板，兩兩反光柱或條狀反光板之間具有容許冰雪透過從而防止其堆積的間隙；所述的反光體可通過連接柱與絕緣子連接。

一種具有防冰閃、污閃涂層的絕緣子的制備方法，包括以下步驟：

(1)沉積底層

采用溶液法沉積底層：首先配制基底增強層成膜溶液，涂覆在絕緣子側壁表面上，燒結處理，形成基底增強層；再配制光譜轉換層成膜溶液，涂覆在基底增強層上，燒結處理，形成光譜轉換層，同時得到完整的底層；

(2)沉積中間致密絕緣層

采用干氧氧化法沉積中間致密絕緣層；

(3)沉積表面疏水減反射層

采用溶液法沉積表面疏水減反射層：首先配制表面疏水減反射層成膜溶液，然后將表面疏水減反射層成膜溶液涂覆在中間致密絕緣層上，再燒結，形成表面疏水減反射層。

還包括在沉積基底增強層之前，對絕緣子側壁表面進行預處理，具體方法為：首先，采用噴砂處理絕緣子側壁表面，再用900-1100℃的火焰清洗絕緣子側壁表面，火焰的藍色部分靠近或接觸絕緣子側壁表面，最后用純凈水清洗絕緣子側壁表面。

還包括在對絕緣子側壁表面進行預處理后，沉積基底增強層之前，在絕緣子側壁表面上沉積反光隔熱層。

所述的溶液法沉積底層的具體方法為：首先配制基底增強層成膜溶液，涂覆在絕緣子側壁表面上，然后干燥形成穩(wěn)定的基底增強層；再配制光譜轉換層成膜溶液，加入下轉換填料，攪拌均勻，涂覆在基底增強層上，讓下轉換填料自然沉降20-50min，沉降結束后，立即進行燒結處理，形成含有下轉換填料的光譜轉換層，同時得到完整的底層。

所述的干氧氧化法沉積中間致密絕緣層的具體方法為：首先在沉積底層的絕緣子上濺射一層非晶硅，再加熱氧化，形成中間致密絕緣層。

還包括在形成表面疏水減反射層后，在絕緣子上加裝連接柱，連接柱上連接有反光體，該反光體所在側作為背光側，反光體為具有鏡面反射表面的、且和絕緣子中心軸相平行的若干反光柱或條狀反光板，兩兩反光柱或條狀反光板之間具有容許冰雪透過從而防止其堆積的間隙。

本發(fā)明絕緣子結構新穎獨特，簡單合理，在絕緣子上依次沉積底層、中間致密絕緣層和表面疏水減反射層，所述的表面疏水減反射層能夠抗污，同時增加太陽光的入射量；底層的光譜轉換層通過光譜轉換來發(fā)熱，用于融冰；中間致密絕緣層用于保證涂層的整體絕緣性，能夠有效保證絕緣子的防冰閃、污閃功能，且其制備方法簡單、易生產(chǎn)，成本低，使用方便，效果好，是絕緣子上的創(chuàng)新。

附圖說明

圖1為本發(fā)明絕緣子的剖視圖。圖中，1為絕緣子，2為底層，3為中間致密絕緣層，4為表面疏水減反射層。

圖2為本發(fā)明絕緣子的主視圖。圖中，1為絕緣子，2a為基底增強層，2b為光譜轉換層，3為中間致密絕緣層，4為表面疏水減反射層，5為反光隔熱層，6為反光體，8為連接柱。

圖3為本發(fā)明絕緣子的俯視圖。圖中，1為絕緣子，6為反光體，7為兩兩反光柱或條狀反光板之間的間隙，8為連接柱。

圖4為漏電途徑示意圖。圖中，虛線為漏電途徑。

具體實施方式

以下結合實施例對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細說明。在沒有特別說明的情況下，本發(fā)明所采用的方法均是本領域常規(guī)技術，因此不再詳細描述。

實施例1

由圖1-3給出，本發(fā)明包括絕緣子，所述的絕緣子1側壁表面由內而外依次設置有底層2、中間致密絕緣層3和表面疏水減反射層4；所述的底層2是由內側的基底增強層2a和外側的光譜轉換層2b構成的雙層復合結構，光譜轉換層2b內設置有下轉換填料。

底層2的光譜轉換層2b作用是通過光譜轉換來發(fā)熱，用于融冰，因此為保證使用效果，本發(fā)明在底層2的光譜轉換層中摻入下轉換填料，以使照射到涂層上的太陽光發(fā)生下轉換，將可見光、紫外線等轉化成紅外線，利用紅外熱效應，使冬季附著在絕緣子上的冰層熔融，熔融的水在疏水表面滑落，從而達到消除覆冰、防止冰閃的目的。同時，下轉換材料的加入，能提高光譜轉換層2b的整體折射率，這對于形成光譜轉換層/中間層/表面層三層折射率遞減結構，從而促進光到達光譜轉換層是有利的。本發(fā)明光譜轉換層2b的基礎材料采用氧化硅等具有較低折射率的材料，并通過在其中加入下轉換填料會將該層的整體折射率提高至期望水平。優(yōu)選的，光譜轉換層折射率在2.0以上，例如2.0-2.4之間，以保證該層折射率高于中間致密絕緣層和表面疏水減反射層的折射率。

所述的下轉換填料為含有稀土元素的納米下轉換粉體。例如摻雜銪(eu³⁺)、鈰(ce³⁺)等稀土元素的粉體，例如(nayf4：yb³⁺，er³⁺)、(nayf4：yb³⁺，ce³⁺)等。該填料為一種熒光材料，能夠將到達的紫外、可見等波段的太陽光轉化為紅外光，從而產(chǎn)生顯著的熱效應。下轉換填料的含量優(yōu)選0.5-15％(質量分數(shù))。上述填料的加入，能夠提高光譜轉換層的折射率。

所述的底層2的總厚度在150-2000nm之間。

基底增強層2a不含下轉換填料，這是因為該部分不但是底層2的起始部分，也是整個涂層的起始部分，不含填料有利于底層成膜時形成良好的材料結構，從而提高底層2的整體質量，并提高整個涂層和絕緣子1側壁表面的結合力?；自鰪妼?a具有較薄的厚度，例如5-50nm，以盡量避免對光入射的不利影響。

優(yōu)選的，所述的下轉換填料在光譜轉換層2b中呈非均勻分布，由外到內含量逐漸升高。采用上述填料遞增結構，一方面是為了獲得良好的光譜轉換層/中間致密絕緣層界面特性，防止該界面處過多的填料導致光譜轉換層/中間層的界面特性惡化，造成層間結合力下降，另一方面，也是為了形成從該界面向光譜轉換層方向的折射率梯度遞增，從而使到達光譜轉換層/中間層界面的太陽光順利進入光譜轉換層。

優(yōu)選的，所述的底層2由多個呈上、下間隔狀均布在絕緣子1側壁表面上的環(huán)形帶構成，中間致密絕緣層3填充兩兩環(huán)形帶形成的間隙內，從而降低泄放電流從導線經(jīng)由底層到達絕緣子中間鋼腳的幾率，即進一步提高了防冰閃、污閃涂層的絕緣性，如圖4所示，一旦絕緣子側壁的導線發(fā)生經(jīng)中間鋼腳的放電問題，常規(guī)路徑是經(jīng)過相對較薄的中間致密絕緣層3，到達絕緣性相對最差的底層2，然后一直向下走完底層后到達絕緣子的下表面，并經(jīng)由該未經(jīng)涂覆涂層的下表面(由于附著冰雪等原因，該面絕緣性同樣較差)到達中間鋼腳，從而引發(fā)放電、漏電(如圖中虛線示出的漏電路徑)。如果將底層2設置為不連續(xù)的帶狀，則底層2的絕緣性大大提高，漏電流通過該層(圖4中垂直向下的方向上)放電的可能性降低，從而提高絕緣子的整體絕緣性能。

整體上，在防冰閃、污閃絕緣子的涂層結構中，光譜轉換層2b由于稀土材料的加入，絕緣性的下降是最為嚴重的。本發(fā)明在表面疏水減反射層和光譜轉換層之間設置中間致密絕緣層3，以確保涂層絕緣性。中間致密絕緣層3為致密的高絕緣材料層，用于保證防冰閃、污閃的絕緣子涂層的整體絕緣性。為了保證光入射，中間致密絕緣層的折射率在1.7-2.0之間。為了優(yōu)化光入射效果并保證足夠的絕緣性，中間致密絕緣層的厚度在400-2500nm之間。中間致密絕緣層厚度超過2500nm之后，會影響光的通過，并且容易造成膜層脫落。

高絕緣材料層優(yōu)選致密氧化硅、致密氮化硅、致密氮氧化硅等高絕緣且成熟的材料，特別優(yōu)選的，采用氮化硅。氮化硅的介電常數(shù)高于氧化硅，具有更加優(yōu)良的絕緣性，并且，氮化硅具有相對高的折射率，一般在1.8-2.0之間，可以形成光譜轉換層/中間致密絕緣層/表面疏水減反射層三層的折射率依次遞減的結構，有利于太陽光到達底層。

為了使光譜轉換層、中間致密絕緣層產(chǎn)生的熱量盡可能有效的傳遞至表面，用于融冰，對涂層的熱性能進行以下優(yōu)化：

可在中間致密絕緣層中增加導熱填料，提高該層的導熱性，有利于光譜轉換層產(chǎn)生的熱量到達涂層表面進行融冰。

可在絕緣子1側壁表面和基底增強層2a之間設置反光隔熱層5，防止熱量向絕緣子本體而不是向表面?zhèn)鲗?；同時反射光可以被進一步利用。反光隔熱層的材料可以為含有氧化鎢的二氧化硅等，含有氧化鎢的二氧化硅具有較好的隔熱性能，且具有優(yōu)良的紅外線反射性能。

表面疏水減反射層4的功能有疏水和減反射。采用疏水結構，起到降低塵埃附著，或者使附著的塵埃更加容易的被雨水沖刷，從而降低絕緣子的污閃問題。為了達到疏水效果，所述表面具有表面粗糙結構，例如，具有表面凹坑、表面凸起等。

為了減少太陽光在涂層表面的反射，保證太陽光盡可能多的進入涂層內并最終到達光譜轉換層，本發(fā)明采用特定折射率的材料制成表面層，該表面層的折射率盡可能的小，以接近空氣的折射率，優(yōu)選的，該層折射率介于1.3-1.6之間，厚度介于100-2000nm之間，采用上述折射率和厚度，可以保證具有較好的減反射效果，同時疏水性能優(yōu)異。本發(fā)明采用折射率小于1.5的低折射率的氧化硅；或者采用體部多孔、表面具有凹坑的氮化硅，使其折射率適用于表面層使用。

所述的絕緣子的一側設置有反光體6，該反光體所在側作為背光側，反光體為具有鏡面反射表面的、且和絕緣子中心軸相平行的若干反光柱或條狀反光板，兩兩反光柱或條狀反光板之間具有容許冰雪透過從而防止其堆積的間隙7。所述的反光體可通過連接柱8與絕緣子連接。反光體的設置能夠保證絕緣子的背光面涂層依然能夠得到光照，有效融冰。反光柱或條狀反光板相比于其他連續(xù)平面或槽面結構的反光結構，不會由于增加了背面反光結構而引起背光面積雪，避免電性能惡化，適于戶外使用。

使用時，將絕緣子進行安裝，設置有反光體的一面放置于背光側(例如向下或者向西北方向)。太陽照射時，太陽光依次通過表面疏水減反射層、中間致密絕緣層，到達光譜轉換層，光譜轉換層通過光譜轉換來發(fā)熱，使冬季附著在絕緣子上的冰層熔融，熔融的水從表面疏水減反射層上滑落，從而達到消除覆冰、防止冰閃的目的。中間致密絕緣層的設置能夠確保涂層的絕緣性。

實施例2

一種具有防冰閃、污閃涂層的絕緣子的制備方法，包括以下步驟：

(1)絕緣子預處理

首先，采用噴砂處理絕緣子1的表面，再用900-1100℃的火焰清洗絕緣子，火焰的藍色部分靠近或接觸絕緣子側壁表面，最后用純凈水清洗絕緣子側壁表面。

噴砂處理絕緣子側壁表面，能夠去除表面附著的難以清洗去除的附著物，另一個目的是在絕緣子側壁表面形成微小的凹凸結構，增加后續(xù)涂層和絕緣子的結合力。然后對絕緣子側壁表面噴射天然氣火焰清洗，使有機物燃燒揮發(fā)，火焰清洗時，火焰的藍色部分靠近或接觸絕緣子側壁表面，從而盡可能的減少碳黑在絕緣子側壁表面的附著?；鹧媲逑磿r，調整天然氣和空氣(或氧氣)的比例，使火焰的藍焰溫度在900-1100℃左右，該溫度足以燃燒絕大部分的有機物附著，并且該溫度可以對絕緣子進行退火，降低由于機械噴砂處理造成的表面應力。優(yōu)選的，火焰的藍色部分靠近而不接觸絕緣子側壁表面，例如，相隔約1-4mm距離，能夠進一步減少碳黑在絕緣子側壁表面的附著。最后，用純凈水清洗，去除絕緣子側壁表面的有機物燃燒后形成的微量副產(chǎn)物。

(2)沉積底層

采用溶液法沉積底層：首先配制低粘度(粘滯在100mpa·s以下)的基底增強層成膜溶液，涂覆在絕緣子側壁表面，然后快速干燥形成穩(wěn)定的基底增強層2a；其中，采用低的粘度成膜溶液，是為了更加均勻的覆蓋絕緣子側壁表面，這對于粗糙的絕緣子側壁表面結構尤其有利；

再配制高粘度(粘滯系數(shù)在400mpa·s以上)的光譜轉換層成膜溶液，加入下轉換填料，攪拌均勻，涂覆在基底增強層上，讓下轉換填料自然沉降20-50min，沉降結束后，立即進行燒結處理，形成有下轉換填料的光譜轉換層2b；，同時得到完整的底層。將光譜轉換層成膜溶液設置為具有較高粘度，是為了防止光譜轉換顆粒發(fā)生不可控的過量沉降。由于絕緣子為圓柱體結構，因此為了實現(xiàn)下轉換填料的自然沉降，將絕緣子側壁表面沿環(huán)向分為4-6部分，先選擇其中1部分進行涂覆，涂覆部分面朝上放置(將絕緣子水平放置，絕緣子的軸心與水平面相平行)，涂覆后進行自然沉降20-50min，燒結，再將第2部分面朝上放置，涂覆后進行自然沉降20-50min，燒結，以此類推，直至完全涂覆絕緣子側壁表面。具體由多個呈上、下間隔狀均布在絕緣子側壁表面上的環(huán)形帶構成的底層的形成可在涂覆時結合掩模板法或后期利用刮刀刮除法。掩模板法是首先在絕緣子側壁表面圍設金屬掩模薄板，需要形成底層的地方留有間隙，然后進行涂覆。刮刀刮除法是在整體涂覆完成后，燒結前，用刮刀將不需要形成底層的部分刮掉。

(3)沉積中間致密絕緣層

采用干氧氧化法沉積中間致密絕緣層：首先在步驟(2)的絕緣子上濺射一層非晶硅，再加熱氧化，形成中間致密絕緣層3；該非晶硅并非最終材料層，在形成非晶硅層后，采用加熱爐加熱該非晶硅層，利用空氣中氧氣使其氧化，空氣中少量的氮氣參與反應(形成氮氧化硅)也不會使膜層的致密度、介電常數(shù)、折射率發(fā)生顯著降低。

采用先沉積非晶硅層，然后對其進行干氧氧化的方法來獲得氧化硅，是因為干氧氧化獲得的氧化硅質地堅硬、致密，具有溶液法制備的氧化硅無法比擬的優(yōu)良絕緣性能。

可選的，可以在沉積非晶硅層之前，先在底層上沉積適量的導熱顆粒，例如氧化硼、氧化鈦、氧化鋁等，這樣，最終形成的中間致密絕緣層中含有導熱顆粒，可以提高該層的熱導率。

(4)沉積表面疏水減反射層

采用溶液法沉積表面疏水減反射層：首先配制表面疏水減反射層成膜溶液，然后將表面疏水減反射層成膜溶液涂覆在中間致密絕緣層上，再燒結，形成表面疏水減反射層4。

疏水減反射層中的凹凸疏水結構通過控制氧化硅溶液中氧化硅的顆粒大小、及燒結條件等來實現(xiàn)，凹坑或凸起的尺寸為微米級。

優(yōu)選的，在對絕緣子側壁表面進行預處理后，沉積基底增強層之前，在絕緣子側壁表面沉積反光隔熱層，反光隔熱層優(yōu)選為含有氧化鎢的二氧化硅，其具有較好的隔熱性能。含有氧化鎢的二氧化硅的形成方法例如溶液法，或者真空沉積法等。

在形成表面疏水減反射層4后，在絕緣子上加裝連接柱8，連接柱上連接有反光體6，該反光體所在側作為背光側，反光體為具有鏡面反射表面的、且和絕緣子中心軸相平行的若干反光柱或條狀反光板，兩兩反光柱或條狀反光板之間具有容許冰雪透過從而防止其堆積的間隙7。

實施例3

一種具有防冰閃、污閃涂層的絕緣子的制備方法，包括以下步驟：

(1)絕緣子預處理

首先，采用噴砂處理絕緣子的表面，再調整天然氣和空氣的比例，使火焰的藍焰溫度在1000℃左右，用該溫度的火焰清洗絕緣子，火焰的藍色部分靠近絕緣子側壁表面，與絕緣子側壁表面相隔1-4mm，最后用純凈水清洗絕緣子側壁表面。

(2)沉積反光隔熱層

采用溶液法沉積反光隔熱層：首先配制含有氧化鎢的二氧化硅溶液，然后將含有氧化鎢的二氧化硅溶液(氧化鎢的量為氧化鎢和二氧化硅總質量的5％)涂覆在絕緣子側壁表面上，再燒結，形成厚度100nm的反光隔熱層。

(3)沉積底層

采用溶液法沉積基底增強層：首先在絕緣子側壁表面圍設金屬掩模薄版，需要形成基底增強層的地方留有間隙，然后進行涂覆，具體為：先配制低粘度(粘滯系數(shù)90mpa·s)的氧化硅溶液，涂覆在絕緣子側壁表面，然后快速干燥160s，形成穩(wěn)定的厚度為30nm的基底增強層；

采用溶液法沉積光譜轉換層：再配制高粘度(粘滯系數(shù)450mpa·s)的氧化硅溶液，加入下轉換填料nayf4：yb³⁺，er³⁺(質量分數(shù)10.0％)，攪拌均勻，備用；將絕緣子側壁表面沿環(huán)向分為5部分，先涂覆其中1部分，涂覆部分面朝上放置，涂覆后進行自然沉降30min，燒結，再將第2部分面朝上放置，涂覆后進行自然沉降30min，燒結，以此類推，直至完全涂覆絕緣子側壁表面，得到厚度為1000nm的光譜轉換層。

去除金屬掩模薄版，得到完整的底層2。

(4)沉積中間致密絕緣層

采用干氧氧化法沉積中間致密絕緣層：首先在步驟(3)的絕緣子上濺射一層非晶硅，再加熱氧化，形成厚度1000nm(兩兩環(huán)形底層之間部分的中間致密絕緣層厚度為2030nm)、折射率1.8的中間致密絕緣層；

(5)沉積表面疏水減反射層

采用溶液法沉積表面疏水減反射層：首先配制氧化硅溶液，然后將氧化硅溶液涂覆在中間致密絕緣層上，再燒結，形成厚度900nm、折射率1.4的表面疏水減反射層。

(6)在絕緣子側壁表面形成所有涂層后，在絕緣子上加裝連接柱8，連接柱上連接有反光體6，該反光體所在側作為背光側，反光體為具有鏡面反射表面的、且和絕緣子中心軸相平行的若干條狀反光板，兩兩條狀反光板之間具有容許冰雪透過從而防止其堆積的間隙7。

以上所述僅為本發(fā)明最佳的實施例，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。