一种提高玻璃陶瓷电容器交流电压击穿强度的半导体玻璃釉及其制备方法
【专利摘要】一种提高玻璃陶瓷电容器交流电压击穿强度的半导体玻璃釉及其制备方法，该半导体玻璃釉包括具有非线性电阻特性陶瓷粉、低熔点玻璃粉及乙基纤维素，具有非线性电阻特性陶瓷粉由以下重量百分含量的原料经烧结、研磨、过筛制得：94％～96％ZnO粉、2％～3.0％MnO2粉、1％～1.5％Cr2O3粉、1％～1.5％Bi2O3粉；具有非线性电阻特性陶瓷粉与低熔点玻璃粉的重量比为100∶(75～125)；乙基纤维素的含量为陶瓷粉与低熔点玻璃粉总重量的30％。其制备方法为：将陶瓷粉与过400目筛的低熔点玻璃粉按比例混合均匀；然后向得到的混合粉末中加入乙基纤维素，然后混合均匀。将该玻璃釉涂覆于留边型玻璃陶瓷高压电容器电极边缘对电极边缘进行保护，可明显提高玻璃陶瓷高压电容器交流电压击穿强度。
【专利说明】一种提高玻璃陶瓷电容器交流电压击穿强度的半导体玻璃釉及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高玻璃陶瓷电容器交流电压击穿强度的半导体玻璃釉及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在电力系统中应用的高压陶瓷电容器，要求交流耐压高，耐高频特性好，局放低，电容稳定性好。玻璃陶瓷作为一种新型储能介电材料用于制备电力行业高压陶瓷电容器逐渐成为研究热点。这种材料具有低缺陷无孔隙的结构特点，可显著提高材料的耐击穿强度，同时具有较高的介电常数。
[0003]目前所研究的玻璃陶瓷材料直流电压击穿强度可达40~50kV/mm，用这种材料制备的电容器，电容具有很好的温度稳定性和频率稳定性，如图1、2所示，但工频交流击穿强度较低，只有6kV/mm，且多在电极边缘击穿。这主要是由于电极留边结构造成的电容器边缘电场增强，及银电极边缘缺陷造成的电场集中，使玻璃陶瓷高压电容器交流耐压强度大大降低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种半导体玻璃釉，将该玻璃釉涂覆于留边型玻璃陶瓷高压电容器电极边缘对电极边缘进行保护，可明显提高玻璃陶瓷高压电容器交流电压击穿强度。
[0005]本发明的另一目的在于提供一种所述半导体玻璃釉的制备方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]一种提高玻璃陶瓷电容器交流电压击穿强度的半导体玻璃釉，包括具有非线性电阻特性陶瓷粉、低熔点玻璃粉及乙基纤维素，其中具有非线性电阻特性陶瓷粉由以下重量百分含量的原料经烧结、研磨、过筛制得:94%~96% ZnO粉、2%~3.0% MnO2粉、I %~
1.5% Cr2O3粉、I %~1.5% Bi2O3粉；所述具有非线性电阻特性陶瓷粉与低熔点玻璃粉的重量比为100: (75~125);所述乙基纤维素的含量为具有非线性电阻特性陶瓷粉与低熔点玻璃粉总重量的30%。
[0008]所述低熔点玻璃粉包含以下重量百分含量的成分:56%~76% Pb0、15%~26%B203、3%~5% Si02、3%~8% Al2O30
[0009]一种所述半导体玻璃釉的制备方法，包括以下步骤:
[0010](I)制备具有非线性电阻特性陶瓷粉:将相应的原料按比例混合均匀，放在陶瓷坩埚中进行高温烧结，烧结温度为1050°C~1200°C，保温时间为2~4h，得到的陶瓷粉末经研磨后过400目筛；
[0011](2)将步骤⑴中得到的过400目筛的陶瓷粉与过400目筛的低熔点玻璃粉按比例混合均匀；[0012](3)向步骤⑵中得到的混合粉末中加入乙基纤维素，然后混合均匀即可。
[0013]本发明的优点在于:
[0014](I)本发明的半导体玻璃釉材料在高电场强度下呈现高电导率，在低电场强度下呈现低电导率，采用这种半导体玻璃釉对电极留边型高压陶瓷电容器电极边缘进行保护，可以减弱电极边缘电场集中，从而提高了玻璃陶瓷高压电容器交流击穿强度。
[0015](2)本发明在不改变原有电容器生产工艺条件下，将低熔点玻璃粉、具有非线性电阻特性陶瓷粉混合均匀后，加入乙基纤维素制成浆料，采用丝网印刷技术在银电极边缘印刷均匀的釉浆，然后在较低的温度下烧结而成，具有工艺简便的特点。
[0016](3)通过调整玻璃粉与具有非线性电阻特性陶瓷粉的比例制成釉浆，可对玻璃陶瓷电容器交流电击穿强度产生不同的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为玻璃陶瓷电容器的电容随温度变化曲线。
[0018]图2为玻璃陶瓷电容器的电容随频率变化曲线。
[0019]图3为印刷有银电极的玻璃陶瓷圆片的结构示意图。
[0020]图4为银电极边缘印刷玻璃釉保护层的结构示意`图。
[0021]图5为采用本发明制成的玻璃陶瓷电容器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]采用本发明的半导体玻璃釉制作玻璃陶瓷电容器时，如图3所示，首先在经过研磨抛光的玻璃陶瓷圆片I上，采用丝网印刷技术在上、下两面印刷圆形银电极2，浆料选用中温银浆，并使电极保持在陶瓷圆片的中心位置，留边距离2~3_。将刷好银浆的玻璃陶瓷圆片在600°C进行热处理，保温时间30min，形成导电性良好的银电极。
[0023]然后在上述烧结好的银电极2边缘，利用丝网印刷工艺，刷制环形的玻璃釉浆料，如图4所示，使玻璃釉浆料完全覆盖银电极边缘，并在玻璃陶瓷圆片边缘保留0.5~Imm的留边。将刷好玻璃釉浆料的玻璃陶瓷圆片在460°C进行热处理，保温时间10~40min，形成与玻璃陶瓷基体结合较好的玻璃釉保护层3。
[0024]接着，在上述烧结好玻璃釉的玻璃陶瓷圆片的银电极上，烧结圆柱状铜电极4，如图5所示。在铜电极和玻璃陶瓷圆片间均匀涂敷一层中温银浆，浆料材料同上述银电极浆料，在500°C进行烧结，形成与玻璃陶瓷圆片结合牢固的铜电极。
[0025]最后，将上述烧结好铜电极的玻璃陶瓷圆片置于不锈钢模具中，浇铸环氧树脂，于135°C固化8h，脱模后形成玻璃陶瓷高压电容器。
[0026]实施例1
[0027]将94% ZnO 粉(重量百分比)、3% MnO2 粉、1.5% Cr2O3 粉、1.5% Bi2O3 粉放入混料罐中混合均匀，将混合料放入氧化铝陶瓷坩埚中进行高温烧结，烧结温度为1050°C，保温3h，将烧结好的陶瓷粉放入玛瑙罐中，加入适量玛瑙球，置于行星球磨机上将粉磨细，然后过400目筛，将玻璃成分含量为:68% Pb0,21% B203>5% SiO2,6% Al2O3的玻璃粉与陶瓷粉按质量比100: 75进行配料，混合均匀得到混合粉料，向其中加入占混合粉料重量30%的乙基纤维素，搅拌均匀，制成玻璃釉浆料，在经过抛光的直径为34_，厚度为0.8mm的玻璃陶瓷圆片上，利用丝网印刷，在上、下两面印制直径为31mm的银电极，于600°C保温30min烧结成导电性良好的银电极，采用丝网印刷方法将玻璃釉浆料印刷在银电极边缘，使玻璃釉完全覆盖银电极，玻璃陶瓷圆片边缘留边距离为1mm，将刷好玻璃釉的玻璃陶瓷圆片于460°C，保温30min，形成玻璃釉保护层，然后选择银电极正中位置烧结圆柱状铜电极，将烧好铜电极的玻璃陶瓷圆片进行固态封装，形成玻璃陶瓷电容器，进行击穿强度测试。所加电压为频率50Hz的正弦波，其击穿强度平均为10.3kV/mm。
[0028]实施例2
[0029]将95 % ZnO粉(重量百分比)、2 % MnO2粉、I % Cr2O3粉、2 % Bi2O3粉放入混料罐中混合均匀，将混合料放入氧化铝陶瓷坩埚中进行高温烧结，烧结温度为1200°C，保温4h，将烧结好的陶瓷粉放入玛瑙罐中，加入适量玛瑙球，置于行星球磨机上将粉磨细，然后过400目筛，将玻璃成分含量为:68% Pb0,21%B203>5% SiO2,6% Al2O3的玻璃粉与陶瓷粉按质量比100: 125进行配料，混合均匀得到混合粉料，向其中加入占混合粉料重量30 %的乙基纤维素，搅拌均匀，制成玻璃釉浆料，在经过抛光的直径为34mm，厚度为0.8mm的玻璃陶瓷圆片上，利用丝网印刷，在上、下两面印制直径为31mm的银电极,于600°C保温30min烧结成导电性良好的银电极，采用丝网印刷方法将玻璃釉浆料印刷在银电极边缘，使玻璃釉完全覆盖银电极，玻璃陶瓷圆片边缘留边距离为1mm，将刷好玻璃釉的玻璃陶瓷圆片于460°C，保温30min，形成玻璃釉保护层，然后选择银电极正中位置烧结圆柱状铜电极，将烧好铜电极的玻璃陶瓷圆片进行固态封装，形成玻璃陶瓷电容器，进行击穿强度测试。所加电压为频率50Hz的正弦波，其击穿强度平均为7.8kV/mm。
[0030]实施例3
[0031 ] 将96 % ZnO粉(重量百分比)、2 % MnO2粉、I % Cr2O3粉、I % Bi2O3粉放入混料罐中混合均匀，将混合料放入 氧化铝陶瓷坩埚中进行高温烧结，烧结温度为1080°C，保温2h，将烧结好的陶瓷粉放入玛瑙罐中，加入适量玛瑙球，置于行星球磨机上将粉磨细，然后过400目筛，将玻璃成分含量为:68% Pb0,21%B203>5% SiO2,6% Al2O3的玻璃粉与陶瓷粉按质量比100: 110进行配料，混合均匀得到混合粉料，向其中加入占混合粉料重量30 %的乙基纤维素，搅拌均匀，制成玻璃釉浆料，在经过抛光的直径为34mm，厚度为0.8mm的玻璃陶瓷圆片上，利用丝网印刷，在上下两面印制直径为31mm的银电极,于600°C保温30min烧结成导电性良好的银电极，采用丝网印刷方法将玻璃釉浆料印刷在银电极边缘，使玻璃釉完全覆盖银电极，玻璃陶瓷圆片边缘留边距离为1mm，将刷好玻璃釉的玻璃陶瓷圆片于460°C，保温30min，形成玻璃釉保护层，然后选择银电极正中位置烧结圆柱状铜电极，将烧好铜电极的玻璃陶瓷圆片进行固态封装，形成玻璃陶瓷电容器，进行击穿强度测试。所加电压为频率50Hz的正弦波，其击穿强度平均为9kV/mm。
【权利要求】
1.一种提高玻璃陶瓷电容器交流电压击穿强度的半导体玻璃釉，其特征在于，包括具有非线性电阻特性陶瓷粉、低熔点玻璃粉及乙基纤维素，其中具有非线性电阻特性陶瓷粉由以下重量百分含量的原料经烧结、研磨、过筛制得:94%~96% ZnO粉、2%~3.0% MnO2粉、I %~1.5% Cr2O3粉、I %~1.5% Bi2O3粉；所述具有非线性电阻特性陶瓷粉与低熔点玻璃粉的重量比为100: (75~125);所述乙基纤维素的含量为具有非线性电阻特性陶瓷粉与低熔点玻璃粉总重量的30%。
2.根据权利要求1所述的半导体玻璃釉，其特征在于，所述低熔点玻璃粉包含以下重量百分含量的成分:56%~76% Pb0、15%~26% B203、3%~5% Si02、3%~8% Al2O30
3.—种权利要求1所述的半导体玻璃釉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)制备具有非线性电阻特性陶瓷粉:将相应的原料按比例混合均匀，放在陶瓷坩埚中进行高温烧结，烧结温度为1050°C~1200°C，保温时间为2~4h，得到的陶瓷粉末经研磨后过400目筛； (2)将步骤(1)中得到的过400目筛的陶瓷粉与过400目筛的低熔点玻璃粉按比例混合均匀； (3)向步骤(2)中得到的混合粉末中 加入乙基纤维素，然后混合均匀即可。
【文档编号】C03C8/14GK103848571SQ201210519441
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月6日 优先权日:2012年12月6日
【发明者】张庆猛, 唐群, 罗君, 韩东方, 周毅, 周昊, 杜军 申请人:北京有色金属研究总院