专利名称：一种碳化硅灭磁电阻及其制备方法
技术领域：
本发明涉及大型发电机组用灭磁电阻技术领域，尤其涉及一种碳化硅SiC灭磁电阻及其碳化硅SiC灭磁电阻的制备方法。
背景技术：
采用非线性电阻灭磁对发电机是有利的，现有技术中，广泛采用的非线性电阻分别由氧化锌ZnO和碳化硅SiC两种材料为主要材料，国内的发电机组大多采用氧化锌ZnO 灭磁电阻，这种类型的灭磁电阻具有灭磁速度快、灭磁电压容易控制、检修维护容易等优点，但不足在于容易老化、击穿后短路容易造成励磁系统故障、单片能容小；整套装置体积大、非线性特别强，并联和串联需要采取均能、均流、均压措施，需要采用串联熔断器，需要特性选择，比较硬的非线性特性，要求直流断路器建压能力高。而碳化硅SiC有较软的非线性特性，磁场电流转移相对容易，不存在均流、均压、均能的问题，也不需要熔断器，整套装置体积小，但国内生产为空白，国外供货造成采购和维护不便。碳化硅SiC为人工合成晶体，是碳C与硅S经高温还原气氛中烧结而成，现有技术中的灭磁电阻主要原料为碳化硅SiC加结合剂，结合剂为不导电陶瓷材料，在还原气氛环境下、并控制温度在1200度以上进行烧结而成；当电流通过阀体时，是靠互相接触的碳化硅SiC颗粒导电的，半导体的碳化硅SiC分散在绝缘的陶瓷材料中，势必造成电接触的不连续性，而且每通过一次大电流下，接触点都会有烧损，因此阀片的性能就会变差一次。所以现有技术中的阀片在多次通过大电流后，性能急剧下降；另外碳化硅SiC在900度温度下就开始氧化，形成不导电相，现有产品的灭磁电阻烧成温区非常窄，需高精度的温控来烧成， 这就需炉腔内充氢气的钼丝炉来烧成，由于氢气是易燃易爆的，烧成成本非常高。现有技术存在缺陷，有待改进。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术存在的问题提供了一种成本低、电气性能良好的碳化硅灭磁电阻及其制备方法。本发明的技术方案如下一种碳化硅灭磁电阻，其特征在于灭磁电阻的原料组份重量百分配比为碳化硅粒径< 180目为32 36%、粒径彡120目为M 27%、粒径彡60目为M 27% ；结合剂为12 19% ；导电碳黑为0. 5 2. 5% ；所述结合剂由水玻璃和磷酸二氢铝配比混合而成，两者的重量配比范围为 1 0. 2 0. 5。所述的灭磁电阻，其中，灭磁电阻原料最佳组份重量百分配比为碳化硅粒径彡180目为34%、粒径彡120目为25%、粒径彡60目为；结合剂为14% ；导电碳黑为 1. 0%所述结合剂组分的重量百分比水玻璃为80% ；磷酸二氢铝为20%。一种碳化硅灭磁电阻制备方法，其中所述步骤包括
步骤A、上述的配方备料；步骤B、将配制好的所述原料进行搅拌，搅拌时间为2 3小时，搅拌同时，进行若干次的喷水；步骤C、将搅拌后的所述原料密封储存20 M小时后进行压制后，然后阴干 48-60小时；步骤D、在氧化气氛环境下进行烧结，并控制烧结温度和烧结时间；步骤E、烧结后的产品出炉冷却后，对其表面进行金属材料喷涂和老化处理。所述的制备方法，其中，喷水周期为每间隔5-10分钟喷水一次，每次喷水量为 200-300 克。所述的制备方法，其中，烧结温度和烧结时间控制范围为从常温 200°C时， 控制烧结时间在2 2. 5小时之内；200°C 500°C时控制烧结时间在3 3. 5小时内， 500°C 900°C控制烧结时间在5小时之内。所述的制备方法，其中，烧结后所述产品保温2 3小时，并控制36小时后出炉。所述的制备方法，其中，喷涂的金属材料铝或铜。本发明有益效果为本发明采用上述技术方案后，通过改变灭磁电阻材料配方，将碳化硅SiC的半导体颗粒分散在有一定电阻率的结合剂内，并控制烧结环境、烧结温度和烧结时间，制备出成本低、性能优良的SIC灭磁电阻，本发明单片阀片残压比国外的SIC灭磁电阻低5%，通流能力大6%，而且相同电流流过后温升小10%，阀片残压变化率小10%。
具体实施例方式本发明提供了一种碳化硅灭磁电阻及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下举实施例对本发明进一步详细说明。碳化硅SiC灭磁电阻在灭磁主回路确定的前提下，灭磁阀片主要考虑的问题包括装置最大允许电流、最大允许通流能力、灭磁灭磁电阻的残压等；碳化硅SiC灭磁电阻灭磁残压一般不低于30%、且不高于50%励磁绕组工频耐压幅值，如发电机机组励磁绕组的工频耐压为5000V，如果灭磁残压的选择过高，对于磁场断路器的建压要求过高，不利于磁场断路器分断磁场电流，严重情况下甚至造成磁场断路器损坏，考虑磁场断路器建压能力应留一定安全裕量，所以灭磁残压不宜选择过高。SiC灭磁电阻通流能为1700V 18900KJ 阀片允许的最大电流为250A，实际使用电流98A，SiC通流能力需要一定裕量系数。碳化硅 SiC具有负温度区域，所以需要格外注意SiC电阻的温升，国外1700V 18900KJ的阀片具备的最大温升为160K，碳化硅SIC阀片在50KJ、7^(J、90KJ下的温升分别为70K，107K, 160K。本发明通过对碳化硅SiC技术参数的分析和研究，为了得到更好性能碳化硅SiC 灭磁电阻，申请人通过改变配方，在碳化硅SiC灭磁电阻的结合剂上解决问题，将碳化硅 SiC的半导体颗粒分散在有一定电阻率的结合剂内，制备出性能优良的灭磁电阻。本发明创新点在于1、首先将碳化硅SiC原料进行处理包括粉碎、磨细、分级，得到不同粒径的碳化硅 SiC ；180目以下的占20 40% ；120目以上的占20 40% ；其余为60目以上的。2、结合剂的配制将液态水玻璃和磷酸二氢铝进行混合和均勻搅拌，两者的重量
4比在1 0. 2 0. 5范围内； 3、将分级后碳化硅SiC、结合剂和导电碳黑(纳米级)按下列重量百分比进行配料碳化硅(碳化硅比例为80 90% )按不同粒径分别为
粒径彡180目32 - 36%
粒径彡120目24 -- 27%
粒径彡60目24 -- 27%
结合剂12 19%
导电碳黑0. 5 2. 5%
4、将上述配好的原料经压制成型并在低于SiC氧化温度下烧成。5、表面喷涂易熔金属作电极，经大电流老化后测试其电性能。根据上面处理后得到的碳化硅SiC的级配与最大允许通流能力、灭磁电阻的残压有密切关系，细的颗粒所占比例越大，灭磁电阻的残压越大；最大允许通流能力越小，非线性越向上抬，接近于SiO阀片；原料配方中的纳米导电碳黑加入量越大，灭磁电阻的残压越小；最大允许通流能力越大，非线性越向下走，大电流老化后电性能越稳定；而烧成温度对 SiC灭磁电阻的电性能有影响，温度越高，灭磁电阻的残压有抬增大的趋势，阀片坯体的机械强度越大，通流能力有增大的趋势，但温度一旦高于SIC的氧化温度，阀片的电性能急剧下降，所以本发明需要严格的控制烧结环境、烧结温度和烧结时间。实施例1步骤1、碳化硅灭磁电阻原料的配制按下面组份重量百分配比碳化硅粒径彡180 目 34%粒径彡120 目 25%粒径彡60目 26%结合剂14%导电碳黑1.0%其中，配制结合剂，其组分的重量百分比为水玻璃80%磷酸二氢铝20%步骤2、将上述配制的原料置入容器中，使用专用搅拌机搅拌，搅拌时间为2 3小时，在搅拌同时，需适量喷水，大概每5 10分钟一次，一次的喷水量为200 300克；步骤3、搅拌结束后把原料密封储存，隔20 M小时后进行产品压制；根据产品尺寸的大小决定油压机的压力等级(灭磁电阻的直径为150mm，压力为 70 75顿)；步骤4、根据产品压制成型后，需阴干48 60小时后才能烧结，其烧结的设备可用厢式电炉(其烧结气氛为氧化气氛)；在烧结升温的过程中必须控制其升温速度，一般其升温控制为从常温 200°C必须控制在2 2. 5小时之内；从200°C 500°C必须控制在3 3. 5小时之内；
从500°C 900°C必须控制在5小时之内。烧结完成之后必须保温2 3小时，最后必须在36小时之后才能出炉。步骤5、产品出炉以后，将烧结后得产品冷却至常温后，可对其表面进行简单处理打磨，保持其表面的光洁；然后对其表面进行金属喷涂，其喷涂材料一般为铝或者是铜；经大电流老化处理后测试其电气性能。按此配方所生产出的灭磁电阻电气性能一般可控制在以下范围阻值为4-6欧姆，其单片的能量可达到65 80KJ(国外产品的最大能量值为。实施例2步骤1、碳化硅灭磁电阻原料的配制按下面组份重量百分配比碳化硅粒径彡180 目 30.8%粒径彡120 目 30.8%粒径彡60 目 26.4%结合剂10%导电碳黑2.0%其中，配制结合剂，其组分的重量百分比为水玻璃80%磷酸二氢铝20%步骤2-步骤5、其制备过程同实施例1。按此配方所生产出的灭磁电阻电气性能一般可控制在以下范围阻值一般为1-4 欧姆，其单片的能量可达到70 100KJ，其性能远远超过国外同行产品的水平。经上述方案反复试验，SIC灭磁电阻片达到及超过了进口的产品，如相同直径与厚度的阀片，本方案的阀片残压比国外的低5%，通流能力大6%，相同电流流过后温升小 10%、阀片残压变化率小10%。应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种碳化硅灭磁电阻，其特征在于所述碳化硅灭磁电阻的原料组份重量百分配比为碳化硅粒径彡180目32 36% 粒径彡120目24 27% 粒径彡60目24 27% 结合剂 12 19% 导电碳黑 0.5 2. 5%其中，所述结合剂由水玻璃和磷酸二氢铝配比混合而成，两者的重量配比范围为 1 0. 2 0. 5。
2.根据权利要求1所述的灭磁电阻，其特征在于所述灭磁电阻原料组份重量百分配比为碳化硅粒径彡180目34%粒径彡120目25%粒径彡60目结合剂 14%导电碳黑 1.0%其中，所述结合剂组分的重量百分比水玻璃 80%磷酸二氢铝 20%
3.一种碳化硅灭磁电阻制备方法，其特征在于所述步骤包括 步骤A、按权利要求1或2的配方备料；步骤B、将配制好的所述原料进行搅拌，搅拌时间为2 3小时，搅拌同时，进行若干次的喷水；步骤C、将搅拌后的所述原料密封储存20 M小时后进行压制，然后阴干48-60小时； 步骤D、在氧化气氛环境下进行烧结，并控制烧结温度和烧结时间； 步骤E、烧结后的产品出炉冷却后，对其表面进行金属材料喷涂和老化处理。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述步骤C的喷水周期为每间隔5 10分钟喷水一次，每次喷水量为200 300克。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述步骤D的烧结温度和烧结时间控制范围为从常温 200°C时，控制烧结时间在2 2. 5小时之内；200°C 500°C时控制烧结时间在3 3. 5小时内，500°C 900°C控制烧结时间在5小时之内。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于烧结后所述产品保温2 3小时，并控制36小时后出炉。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述步骤E中喷涂的金属材料为铝或铜。
全文摘要
本发明涉及一种灭磁电阻及其制备方法，灭磁电阻按重量百分比配比碳化硅为80～90％、结合剂为12～19％、导电碳黑为0.5～2.5％，本发明通过改变灭磁电阻材料配方，将碳化硅SiC的半导体颗粒分散在有一定电阻率的结合剂内，经过充分混合、磨细、压制成型、并控制烧结环境、烧结温度和烧结时间，制备出成本低、性能优良的碳化硅SiC灭磁电阻，本发明单片阀片残压比国外的SIC灭磁电阻低5％，通流能力大6％，而且相同电流流过后温升小10％，阀片残压变化率小10％。
文档编号C04B35/565GK102244376SQ20101017042
公开日2011年11月16日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者潘银大 申请人:宜兴市丁山电瓷避雷器材厂