耐大冲击电流压敏陶瓷阀片及其绝缘层材料制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电工材料领域，特别是一种绝缘层材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]ZnO压敏电阻是以ZnO为主要原料，添加了少量的Bi203、Mn02、Sb203、Co203、Si02和Cr203等，采用陶瓷烧结工艺制备而成。因其具有优异的非线性伏安特性和大通流容量等优点，ZnO压敏电阻一直作为电力系统避雷器的核心元件被广泛地应用于电力系统防雷和电力设备保护。近年来，高电压梯度氧化锌压敏电阻的相关研究成为氧化锌避雷器领域的研究热点之一。但研究发现，氧化锌压敏电阻阀片的电压梯度提高后，8/20s波形雷电冲击电流和4/lOs波形大冲击电流下单位高度电阻片的残压显著增大，对压敏电阻的侧面绝缘提出了更为严苛的要求。
[0003]根据生产经验与相关试验数据表明，高电压梯度电阻片在实际的避雷器比例单元试验中应该能够耐受两次4/lOs大冲击电流(根据GB11032-2010，针对不同等级的避雷器，冲击耐受要求亦不同)。而目前我国氧化锌电阻片侧面绝缘的处理方法一般为在电阻片预烧后浸涂或涂抹一层无机高阻层，待电阻片烧结后，再涂一层有机釉或上玻璃釉；有的则不涂无机高阻层，只上一层有机釉或RTV(室温硫化硅橡胶)涂料。
[0004]国内普遍采用的无机高阻层，通常是以B1-Sb-S1-Li几种元素的氧化物组成。但这种侧面材料表面粗糙，易吸附灰尘和水分。烧结过程中电阻片侧面无机高阻层可以由表及里渗透，渗透到的区域非线性系数降低，使小直径的阀片有效通流面积减少，反过来加重电阻片侧面釉的负担使。此外电阻片在成型时，其边缘侧面与模套壁相摩擦，成型密度要差一些，是一个薄弱环节。无机高阻层渗透进去，使电阻片侧面绝缘电阻大于电阻片中间的本体电阻，电阻片边缘侧面的缺陷不至于引起电阻片的边缘击穿。因此无机高阻层对提高电阻片大冲击电流耐受能力没有贡献，但是可以提高电阻片2ms方波通流容量(因2ms方波通流时，电阻片两端的电压梯度要比大电流冲击耐受时要低得多)。
[0005]而使用有机釉的优点是对电阻片内无渗透，且实施工艺简单。缺点是有机釉与电阻片的热膨胀系数难匹配，有机釉没有弹性，电阻片受热时易形成微裂纹，特别是釉层上得较厚时。绝缘层与电阻片的附着力也有问题。另外釉层也不易上得很厚(因高温固化时流挂)，须反复上釉反复固化。同时有机釉不耐电弧灼烧。有机釉的涂覆对提高电阻片4/10s大电流冲击耐受能力可取得一定的效果，但裕度不大。此外，目前的有机釉短时间只能耐受200 °C的温度。
[0006]玻璃釉表面光滑，不易粘灰和吸附水分，釉层耐温要比有机釉高。有的采用电阻片上高阻层后，外面再复合一层玻璃釉，但是对低电压梯度的电阻片，大电流耐受无法达到额定要求。
[0007]涂覆硅橡胶涂料时，常采用单组份RTV，工艺实施简单，基本不受固化时间限制，绝缘层厚度可非常方便地调节。其固化时间很短，不需要高温固化。RTV作电阻片侧面绝缘，其高弹性能与电阻片热膨胀系数相匹配，同时RTV绝缘层耐水、耐电弧、绝缘电阻高，喷涂工艺可使表面非常光滑。采用RTV可明显地提高电阻片4/lOs大电流冲击耐受能力。但是，RTV绝缘层只能耐温200 °C。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种耐大冲击电流压敏陶瓷阀片及其绝缘层材料制备方法。具体设计方案为:
[0009]一种耐大冲击电流压敏陶瓷阀片及其绝缘层材料制备方法，制备步骤包括:高阻层制备、无机釉层制备，所述高阻层制备包括高阻粉料制备、高阻浆料制备、高阻层烧结，所述无机釉层制备包括无机釉浆料制备、无机釉层烧结。
[0010]所述高阻粉制备步骤为:
[0011]将Bi203、Sb203、Si02、B203、1102均匀混合，混合的各成分的质量份数比为Bi 2031_3份、Sb203l-3 份、Si023-5 份、Β2030.5-2 份、Ti020.5-1 份，
[0012]所述高阻浆料制备步骤为:
[0013]制备质量百分比浓度为15?25%的聚乙烯醇水溶液；
[0014]将聚乙烯醇水溶液与纯乙醇混合，混合的体积份数比为聚乙烯醇水溶液:纯乙醇=3:1；
[0015]将所述高阻酱料与聚乙烯醇水溶液与纯乙醇的混合溶液进行砂磨，砂磨时间为2_4h，砂磨后获得高阻层浆料，所述高阻层浆料的固含量为10?60%。
[0016]所述高阻层烧结步骤为:
[0017]将所述高阻层浆料均匀涂覆在未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片素坯的侧面，平均厚度小于2mm ；
[0018]待高阻层浆料中的乙醇挥发，高阻层浆料变干且不会发生流动；
[0019]对氧化锌压敏电阻阀片素坯进行烧制；
[0020]得到氧化锌压敏电阻阀片。
[0021]所述高阻层烧结的温度控制为:
[0022]从室温至550°C，升温时间4小时，
[0023]在550°C保温4小时，进行排胶，
[0024]从550 °C至950 °C，升温时间4小时，
[0025]从950 °C至1150 °C，升温时间2小时，
[0026]保持1150 °C，保温时间1小时，
[0027]随炉冷却。
[0028]所述无机釉浆料制备步骤为:
[0029]将磷酸二氢铝Α1 (Η2Ρ04)3溶于水，得到质量百分比浓度为10?30%的磷酸二氢铝水溶液；
[0030]将Si02均匀混合于所述磷酸二氢铝水溶液中，使所述磷酸二氢铝水溶液中，所述Si02ig A1 (H2P04)3的质量份数比为 S1 20.5-1.5 份、A1 (Η2Ρ04)31_3 份;
[0031]将1102均匀混合于所述磷酸二氢铝水溶液中，使所述磷酸二氢铝水溶液中，所述Ti02ig A1 (H2P04)3的质量份数比为 T1 20.3-0.5 份、A1 (Η2Ρ04)31_3 份;
[0032]得到无机釉浆料。
[0033]所述无机釉层烧结的步骤为:
[0034]将无机釉浆料均匀喷涂在氧化锌压敏电阻阀片的高阻层侧面上，涂层厚度为0.2-0.3mm ;
[0035]在90_110°C保温4h，形成高粘接强度的无机釉层；
[0036]加温至350_500°C，烘干3_5h，在氧化锌压敏电阻阀片的侧面形成白色、光滑的侧面绝缘层。
[0037]通过本发明的上述技术方案得到的耐大冲击电流压敏陶瓷阀片及其绝缘层材料制备方法，其有益效果是:
[0038]提高氧化锌压敏阀片在大电流情况下的工作可靠性，保证了氧化锌压敏阀片在大电流情况下的工作可控性。
【附图说明】
[0039]图1是本发明所述耐大冲击电流的高电压梯度氧化锌压敏阀片及其侧面高阻层、无机釉层的结构示意图；
[0040]图2是本发明所述耐大冲击电流的高电压梯度氧化锌压敏阀片及其侧面高阻层、无机釉层的侧剖结构示意图；
[0041]图中，1、高电压梯度氧化锌压敏阀片；2、高阻层；3、无机釉层。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图对本发明进行具体描述。
[0043]图1是本发明所述耐大冲击电流的高电压梯度氧化锌压敏阀片及其侧面高阻层、无机釉层的结构示意图；图2是本发明所述耐大冲击电流的高电压梯度氧化锌压敏阀片及其侧面高阻层、无机釉层的侧剖结构示意图，如图1、图2所示，一种耐大冲击电流压敏陶瓷阀片及其绝缘层材料制备方法，制备步骤包括:高阻层制备、无机釉层制备，所述高阻层制备包括高阻粉料制备、高阻浆料制备、高阻层烧结，所述无机釉层制备包括无机釉浆料制备、无机釉层烧结。
[0044]所述高阻粉制备步骤为:
[0045]将Bi203、Sb203、Si02、B203、Ti02均匀混合，混合的各成分的质量份数比为Bi 2031_3份、Sb203l-3 份、Si023-5 份、Β2030.5-2 份、Ti020.5-1 份，
[0046]所述高阻浆料制备步骤为:
[0047]制备质量百分比浓度为15?25%的聚乙烯醇水溶液；
[0048]将聚乙烯醇水溶液与纯乙醇混合，混合的体积份数比为聚乙烯醇水溶液:纯乙醇= 3:1;
[0049]将所述高阻酱料与聚乙烯醇水溶液与纯乙醇的混合溶液进行砂磨，砂磨时间为2_4h，砂磨后获得高阻层浆料，所述高阻层浆料的固含量为10?60%。
[0050]所述高阻层烧结步骤为:
[0051]将所述高阻层浆料均匀涂覆在未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片素坯的侧面，平均厚度小于2mm ；
[0052]待高阻层浆料中的乙醇挥发，高阻层浆料变干且不会发生流动；
[0053]对氧化锌压敏电阻阀片素坯进行烧制；
[0054]得到氧化锌压敏电阻阀片。
[0055]所述高阻层烧结的温度控制为:
[0056]从室温至550 °C，升温时间4小时，
[0057]在550 °C保温4小时，进行排胶，
[0058]从550 °C至950 °C，升温时间4小时，
[0059]从950 °C至1150 °C，升温时间2小时，
[0060]保持1150 °C，保温时间1小时，
[0061]随炉冷却。
[0062]所述无机釉浆料制备步骤为:
[0063]将磷酸二氢铝Α1 (Η2Ρ04)3溶于水，得到质量百分比浓度为10?30%的磷酸二氢铝水溶液；
[0064]将Si