本发明属于电器材料制备领域，具体涉及一种高压路断器用灭弧喷口材料的制备方法。
背景技术：
高压断路器作为电力系统中重要的电力设备，正在朝高电压、大容量方向发展，为提供更稳定的高质量的电力能源，对路断器运行可靠性的要求越来越高。路断器灭弧室的喷口，对开断过程中吹弧气体的流动性起着重要的控制作用，直接影响开断过程中喷口内六氟化硫气体的介质强度的恢复特性及息弧能力，且在使用过程中的被电弧烧蚀的程度直接影响高压断路器开断短路电流的使用寿命，因此，喷口作为断路器灭弧装置中控制电弧、创造高速吹气条件的核心部件，在开断过程中起着极为重要的作用。当断路器在开断短路电流时，电弧在喷口内炽然，与喷口发生能量交换，引起喷口表面烧蚀和内部分解，喷口材料的性能直接影响高压断路器的开断能力和使用寿命。
目前，喷口材料多采用聚四氟乙烯材料制得。聚四氟乙烯具有极佳的电气绝缘性和耐高温、耐电弧性能，同时具有优良的热稳定性、较高的光反射性、突出的化学惰性、卓越的物理机械性能及良好的耐气候性，广泛应用于电器和高、中、低压开关中，用作绝缘材料、断路器喷口（喷嘴）、垫带、制动环、衬套等。但是，由于聚四氟乙烯材料在400℃以上即开始发生显著分解，而开断过程中电弧温度可达3500k以上，将纯聚四氟乙烯材料用作灭弧喷口时，在电弧辐射作用下，纯聚四氟乙烯材料会发生显著的表面分解和严重的内部破裂，这是由于纯聚四氟乙烯材料对电弧能量的无规则吸收造成的。因此，在喷口制备的过程中，通常在聚四氟乙烯材料中添加一些无机粉体材料作为填料制成复合型材料，使其成为能量吸收中心，从而规范电弧能量的吸收，减小喷口的无规则分解和破裂，以期增强喷口的耐烧蚀性能，延长喷口的使用寿命。
现有技术中，采用无机填料填充的复合型材料普遍存在热导率低，喷口导热散热能力较差，耐电弧烧蚀性能差的问题，还不能满足使用的要求。因此，亟待开发一种热导率高、耐电弧烧蚀性能和喷口导热散热能力好的喷口材料。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对现有的喷口材料普遍存在热导率低同时耐电弧烧蚀性能差的缺陷，提供了一种高压路断器用灭弧喷口材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取1～2kg高岭土，经粉碎、过筛，得到高岭土粉末，将600～800g高岭土粉末在700～800℃下煅烧2～3h，得到活化高岭土；
（2）称取800～900g花生壳进行粉碎，得到粉碎物，取400～500g粉碎物、20～30ml沼液和800～1000ml水混合后，密封发酵，待发酵结束，将发酵产物离心分离、水洗和干燥，得到干燥物；
（3）取200～300g干燥物、500～600g活化高岭土加入到管式炉中，在氮气保护状态下，于1600～1800℃，保温反应3～4h后，再降温至600～700℃，继续保温反应2～3h，待反应结束后，得到产物；
（4）称取70～80g硼化锆，经球磨、过筛，得到过筛物，取20～30g过筛物、25～30g甲基三氯硅烷、3～5g聚乙二醇和200～300ml水混合后，得到浆料；
（5）按重量份数计，取20～30份产物、30～40份浆料、50～60份聚四氟乙烯树脂和5～8份纳米二氧化硅加入到混料机中混合15～20min，得到混合料，将混合料置于模具中，经压制、脱模，得到坯料，将坯料在400～500℃烧结24～26h，即可得到高压路断器用灭弧喷口材料。
步骤（2）中所述的粉碎物、沼液和水混合时还可以加入10～15g蔗糖。
步骤（2）中所述的发酵的温度为30～40℃，发酵的时间为8～10天。
步骤（5）中所述的压制的温度为120～130℃，压力为20～25mpa，压制时间为30～40min。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先以高岭土为原料进行高温活化，使其氧化铝含量增加，再将花生壳与沼气液进行发酵，可使花生壳中的纤维素进行初步降解，再与活化高岭土在氮气中反应，在反应时，花生壳首先炭化，然后再与活化高岭土中的氧化铝、氮气反应，得到碳化硅晶须和氮化铝，氮化铝具有较高的热导率，可改善喷口材料的热导率低的现状，并且碳化硅晶须可提高喷口材料的耐电弧烧蚀性能；
（2）本发明以甲基三氯硅烷为碳化硅前驱体，甲基三氯硅烷在高温下分解产生碳化硅，碳化硅可与硼化锆高温形成能自愈的陶瓷薄膜，从而使喷口材料的耐电弧烧蚀性能提高。
具体实施方式
称取1～2kg高岭土加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，得到高岭土粉末，取600～800g高岭土粉末加入到马弗炉中，于温度为700～800℃条件下煅烧2～3h，待煅烧产物随炉冷却至室温，得到活化高岭土，同时称取800～900g花生壳加入到粉碎机中粉碎50～60min，得到粉碎物，取400～500g粉碎物、10～15g蔗糖、20～30ml沼液和800～1000ml水加入到发酵罐中，搅拌混合3～5min后，于温度为30～40℃条件下密封发酵8～10天，待发酵结束，将发酵罐中的物料置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心分离10～15min，得到沉淀物，将沉淀物用水洗涤3～5次，将洗净的沉淀物置于烘箱中，于温度为95～105℃条件下干燥4～5h，得到干燥物，然后取200～300g干燥物、500～600g活化高岭土加入到管式炉中，并以15～25ml/min的速率向管式炉中通入氮气，在氮气保护状态下，将管式炉温度以8～12℃/min的速率程序升温至1600～1800℃，待达到设定温度后，保温反应3～4h，再以5～10℃/min的速率降温至600～700℃，继续保温反应2～3h，待反应结束后，将物料随炉冷却至室温，得到产物，同时称取70～80g硼化锆加入到球磨机中球磨30～40min后，过80～100目筛，得到过筛物，取20～30g过筛物、25～30g甲基三氯硅烷和3～5g聚乙二醇加入到盛有200～300ml水的烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60～70℃，转速为200～300r/min条件下搅拌混合25～30min，得到浆料，最后按重量份数计，取20～30份产物、30～40份浆料、50～60份聚四氟乙烯树脂和5～8份纳米二氧化硅加入到混料机中，以200～300r/min的转速混合15～20min，得到混合料；将混合料置于模具中，于温度为120～130℃，压力为20～25mpa条件下压制30～40min后，脱模，得到坯料，将坯料置于烧结炉中，于温度为400～500℃条件下烧结24～26h，待烧结产物随炉冷却至室温，即可得到高压路断器用灭弧喷口材料。
实例1
称取1kg高岭土加入到粉碎机中粉碎，过80目筛，得到高岭土粉末，取600g高岭土粉末加入到马弗炉中，于温度为700℃条件下煅烧2h，待煅烧产物随炉冷却至室温，得到活化高岭土，同时称取800g花生壳加入到粉碎机中粉碎50min，得到粉碎物，取400g粉碎物、10g蔗糖、20ml沼液和800ml水加入到发酵罐中，搅拌混合3min后，于温度为30℃条件下密封发酵8天，待发酵结束，将发酵罐中的物料置于离心机中，以4000r/min的转速离心分离10min，得到沉淀物，将沉淀物用水洗涤3次，将洗净的沉淀物置于烘箱中，于温度为95℃条件下干燥4h，得到干燥物，然后取200g干燥物、500g活化高岭土加入到管式炉中，并以15ml/min的速率向管式炉中通入氮气，在氮气保护状态下，将管式炉温度以8℃/min的速率程序升温至1600℃，待达到设定温度后，保温反应3h，再以5℃/min的速率降温至600℃，继续保温反应2h，待反应结束后，将物料随炉冷却至室温，得到产物，同时称取70g硼化锆加入到球磨机中球磨30min后，过80目筛，得到过筛物，取20g过筛物、25g甲基三氯硅烷和3g聚乙二醇加入到盛有200ml水的烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为200r/min条件下搅拌混合25min，得到浆料，最后按重量份数计，取20份产物、30份浆料、50份聚四氟乙烯树脂和5份纳米二氧化硅加入到混料机中，以200r/min的转速混合15min，得到混合料；将混合料置于模具中，于温度为120℃，压力为20mpa条件下压制30min后，脱模，得到坯料，将坯料置于烧结炉中，于温度为400℃条件下烧结24h，待烧结产物随炉冷却至室温，即可得到高压路断器用灭弧喷口材料。
经检测，本发明制备的高压路断器用灭弧喷口材料的热导率为9.13w/（m·k），比氧化铝-聚四氟乙烯喷口材料的热导率提高了15%，于高压大电流为18kv/550ka条件下本发明的喷口材料的电弧烧蚀率为0.05%，比氧化铝-聚四氟乙烯喷口材料的电弧烧蚀率降低了25%，且本发明制备的高压路断器用灭弧喷口材料提升了断路器的开断性能，进而提高了高压开关设备的运行稳定性。
实例2
称取1kg高岭土加入到粉碎机中粉碎，过90目筛，得到高岭土粉末，取700g高岭土粉末加入到马弗炉中，于温度为750℃条件下煅烧3h，待煅烧产物随炉冷却至室温，得到活化高岭土，同时称取850g花生壳加入到粉碎机中粉碎55min，得到粉碎物，取450g粉碎物、13g蔗糖、25ml沼液和900ml水加入到发酵罐中，搅拌混合4min后，于温度为35℃条件下密封发酵9天，待发酵结束，将发酵罐中的物料置于离心机中，以4500r/min的转速离心分离13min，得到沉淀物，将沉淀物用水洗涤4次，将洗净的沉淀物置于烘箱中，于温度为100℃条件下干燥5h，得到干燥物，然后取250g干燥物、550g活化高岭土加入到管式炉中，并以20ml/min的速率向管式炉中通入氮气，在氮气保护状态下，将管式炉温度以10℃/min的速率程序升温至1700℃，待达到设定温度后，保温反应4h，再以8℃/min的速率降温至650℃，继续保温反应3h，待反应结束后，将物料随炉冷却至室温，得到产物，同时称取75g硼化锆加入到球磨机中球磨35min后，过90目筛，得到过筛物，取25g过筛物、28g甲基三氯硅烷和4g聚乙二醇加入到盛有250ml水的烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为65℃，转速为250r/min条件下搅拌混合28min，得到浆料，最后按重量份数计，取25份产物、35份浆料、55份聚四氟乙烯树脂和7份纳米二氧化硅加入到混料机中，以250r/min的转速混合18min，得到混合料；将混合料置于模具中，于温度为125℃，压力为23mpa条件下压制35min后，脱模，得到坯料，将坯料置于烧结炉中，于温度为450℃条件下烧结25h，待烧结产物随炉冷却至室温，即可得到高压路断器用灭弧喷口材料。
经检测，本发明制备的高压路断器用灭弧喷口材料的热导率为9.55w/（m·k），比氧化铝-聚四氟乙烯喷口材料的热导率提高了18%，于高压大电流为18kv/550ka条件下本发明的喷口材料的电弧烧蚀率为0.04%，比氧化铝-聚四氟乙烯喷口材料的电弧烧蚀率降低了28%，且本发明制备的高压路断器用灭弧喷口材料提升了断路器的开断性能，进而提高了高压开关设备的运行稳定性。
实例3
称取2kg高岭土加入到粉碎机中粉碎，过100目筛，得到高岭土粉末，取800g高岭土粉末加入到马弗炉中，于温度为800℃条件下煅烧3h，待煅烧产物随炉冷却至室温，得到活化高岭土，同时称取900g花生壳加入到粉碎机中粉碎60min，得到粉碎物，取500g粉碎物、15g蔗糖、30ml沼液和1000ml水加入到发酵罐中，搅拌混合5min后，于温度为40℃条件下密封发酵10天，待发酵结束，将发酵罐中的物料置于离心机中，以5000r/min的转速离心分离15min，得到沉淀物，将沉淀物用水洗涤5次，将洗净的沉淀物置于烘箱中，于温度为105℃条件下干燥5h，得到干燥物，然后取300g干燥物、600g活化高岭土加入到管式炉中，并以25ml/min的速率向管式炉中通入氮气，在氮气保护状态下，将管式炉温度以12℃/min的速率程序升温至1800℃，待达到设定温度后，保温反应4h，再以10℃/min的速率降温至700℃，继续保温反应3h，待反应结束后，将物料随炉冷却至室温，得到产物，同时称取80g硼化锆加入到球磨机中球磨40min后，过100目筛，得到过筛物，取30g过筛物、30g甲基三氯硅烷和5g聚乙二醇加入到盛有300ml水的烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为70℃，转速为300r/min条件下搅拌混合30min，得到浆料，最后按重量份数计，取30份产物、40份浆料、60份聚四氟乙烯树脂和8份纳米二氧化硅加入到混料机中，以300r/min的转速混合20min，得到混合料；将混合料置于模具中，于温度为130℃，压力为25mpa条件下压制40min后，脱模，得到坯料，将坯料置于烧结炉中，于温度为500℃条件下烧结26h，待烧结产物随炉冷却至室温，即可得到高压路断器用灭弧喷口材料。
经检测，本发明制备的高压路断器用灭弧喷口材料的热导率为10.28w/（m·k），比氧化铝-聚四氟乙烯喷口材料的热导率提高了20%，于高压大电流为18kv/550ka条件下本发明的喷口材料的电弧烧蚀率为0.03%，比氧化铝-聚四氟乙烯喷口材料的电弧烧蚀率降低了30%，且本发明制备的高压路断器用灭弧喷口材料提升了断路器的开断性能，进而提高了高压开关设备的运行稳定性。