本发明属于高压电工敏感陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高电位梯度和强通流能力的氧化锌电阻片生产工艺。
背景技术：
氧化锌电阻片是电网运行保护设备金属氧化物避雷器的核心部件，当遇到高出正常电压许多倍的雷电过电压或操作过电压袭击时，氧化锌电阻片的电阻值会瞬时由高电阻转向低电阻，使强大的瞬时过电流经氧化锌电阻片流入大地，从而避免了电气设备遭受过电压袭击而影响电网安全运行，截至目前，在输电线路上安装与绝缘子串并联的金属氧化物避雷器一直认为是防止雷击跳闸的最有效手段之一。近年来，随着特高压输电技术已经并将继续成为我国电网发展的主攻方向，使得电网对特高压输电线路用金属氧化物避雷器的寿命和防雷效果(由电位梯度和通流能力决定)提出了更高的要求，而氧化锌电阻片作为金属氧化锌避雷器的核心元件，其性能和电气参数直接影响避雷器的运行寿命及防雷效果；且我国以往对高电位梯度和强通流能力氧化锌电阻片的需求主要依靠国外进口，没有形成拥有自主知识产权的生产工艺。随着近年来我国特高压输电线路的发展，对高电位梯度和强通流能力氧化锌电阻片的需求量进一步增加，对其电气性能和生产工艺的要求也越来越高，导致使用传统普通氧化锌电阻片或仍然采用进口国外产品的现状不能满足日益发展的特高压输电线路建设需求。综上所述，为了提高我国特高压输电线路的整体防雷水平，摆脱对国外产品及技术的依赖，急需开发一种拥有自主知识产权的高电位梯度和强通流能力氧化锌电阻片生产工艺。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于固相合成法的、高电位梯度和强通流能力的氧化锌电阻片的生产工艺。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种高电位梯度和强通流能力的氧化锌电阻片生产工艺，所述氧化锌电阻片的原料包括主料氧化锌和掺杂物，所述掺杂物包括三氧化二铋、三氧化二钴、三氧化二镍、三氧化二铬、三氧化二锑、二氧化硅、三氧化二钇、氧化锆，其中主料氧化锌的质量百分比不低于90％；所述生产工艺包括以下步骤：(1)球磨混合：先将所述氧化锌电阻片的原料进行球磨混合至出料粒径小于5μm；(2)干燥造粒：接着加入聚乙烯醇水溶液进行干燥造粒；(3)干压成型：将干燥造粒后的氧化锌电阻片的原料压制成预设形状的氧化锌电阻片预成品；(4)烧结：将所述氧化锌电阻片预成品进行烧结，得氧化锌电阻片半成品；(5)涂覆电极：在所述氧化锌电阻片半成品的上下表面涂覆电极浆料，烧制后得氧化锌电阻片。上述的氧化锌电阻片生产工艺，优选的，所述球磨工艺为：转速300r/min～500r/min，按照正转30min、反转30min反复交替球磨，累计球磨7～10小时。上述的氧化锌电阻片生产工艺，优选的，所述氧化锌电阻片的原料包括以下质量分数的组分：氧化锌90％～91％，三氧化二铋1％～1.2％、三氧化二钴0.7％～1.2％、三氧化二镍0.6％～0.8％、三氧化二铬0.9％～1.4％、三氧化二锑1.2％～1.5％、二氧化硅0.7％～1％、三氧化二钇0.5％～1.8％、氧化锆0.5％～2.5％。上述的氧化锌电阻片生产工艺，优选的，所述烧结的工艺条件为：先以800℃/h的速率将温度升至790℃～810℃，保温1.5h～2.5h，然后以400℃/h的速率降至常温。上述的氧化锌电阻片生产工艺，优选的，所述聚乙烯醇水溶液中，聚乙烯醇的质量分数为2％～5％，所述氧化锌电阻片的原料与聚乙烯醇水溶液的配比为10g∶0.8ml。上述的氧化锌电阻片生产工艺，优选的，在涂覆电极浆料前，还包括对所述氧化锌电阻片半成品进行清洗和干燥。上述的氧化锌电阻片生产工艺，优选的，所述电极浆料为中温银电极浆料。上述的氧化锌电阻片生产工艺，优选的，所述氧化锌电阻片的直径为90mm，高度为32mm。上述的氧化锌电阻片生产工艺，优选的，所述压制的工艺条件为：压力为10Mpa～20Mpa，保压时间2min～5min。上述的氧化锌电阻片生产工艺，优选的，所述烧制的具体工艺为：以10℃/min的速度将温度升至600℃并烧制15min～30min，然后降至常温。与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明的高电位梯度和强通流能力的氧化锌电阻片生产工艺，通过在氧化锌电阻片配方组分中加入三氧化二钇和氧化锆，增加了正常工况下电阻片的绝缘强度，可提高了电阻片的电位梯度。2、本发明的高电位梯度和强通流能力的氧化锌电阻片生产工艺，通过控制球磨机转速和工作时间使得球磨后的氧化锌电阻片原料粒径小于5μm，以及在球磨混合后的氧化锌电阻片原料中加入聚乙烯醇(PVA)水溶液，可以增加干燥造粒时原料的流动性及干压成型时电阻片的强度，可大幅提高氧化锌电阻片的通流能力。3、本发明的高电位梯度和强通流能力的氧化锌电阻片生产工艺，经现场试制和试验被证明可靠可行，效果良好，可以制造出电位梯度≥400V/mm，通流能力≥300J/cm3的高电位梯度和强通流能力氧化锌电阻片，用于金属氧化物避雷器，可以显著提高其运行寿命及防雷效果。4、本发明的高电位梯度和强通流能力的氧化锌电阻片生产工艺，具有流程结构简单，可操作性强的特点，完全达到设计要求；可实现高电位梯度和强通流能力氧化锌电阻片的国产化，打破依靠国外进口的现状。附图说明图1为本发明的氧化锌电阻片生产工艺流程图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。实施例1：一种本发明的高电位梯度和强通流能力的氧化锌电阻片生产工艺，参见图1，包括以下步骤：1、配料称重：采用市售ME型梅特勒精密天平(精度0.1mg，量程200g)称量氧化锌电阻片的原料。本实施例的氧化锌电阻片的原料包括主料氧化锌和掺杂物，掺杂物包括三氧化二铋、三氧化二钴、碳酸锰、三氧化二镍、三氧化二铬、三氧化二锑、二氧化硅、三氧化二钇、氧化锆、硝酸铝和氧化银。按以下配比称取氧化锌电阻片的材料：氧化锌91％，三氧化二铋1.2％、三氧化二钴1.2％、三氧化二镍0.8％、三氧化二铬1.3％、三氧化二锑1.4％、二氧化硅1％、三氧化二钇1.3％、氧化锆0.8％；2、球磨混合：采用市售XQM-2行星式球磨机进行原料的球磨混合，额定功率0.75kW，研磨罐体积为2L(4×500ml)，研磨罐和磨球材质为不锈钢。将按照配方称重好的氧化锌原料放入到球磨机的罐体中，以去离子水为分散剂，采用正反转结合的方式，转速固定为300r/min，按照正转半小时，反转半小时反复交替球磨，共球磨8小时，使各种材料在球磨机内高速碰撞、挤压而变细并均匀混合，以达到降低原料粒度分布、保证各原料在结构和性质上的一致性的目的。最终保证出料粒径≤5.0μm(即中值体积粒径小于5μm)；3、干燥造粒：采用市售LJG-D5试验型离心造粒干燥机对球磨混合后的原料进行干燥造粒，主机功率5.7kW，成品粒度为1μm-5μm，成品产量为3.0kg/h。在经过球磨混合后的氧化锌电阻片原料中加入3％质量分数的聚乙烯醇(PVA)水溶液并混合均匀，其中氧化锌电阻片原料与聚乙烯醇水溶液的配比为10g∶0.8ml。加聚乙烯醇(PVA)水溶液的目的是为了增强电阻片原料的强度和流动性，使在压接时原料颗粒物能自由分布并填满干压模具的各部分，避免直接干压时容易出现的断角、断边、层裂等问题；4、干压成型：采用市售DY-30型电动粉末压片机对干燥造粒后的氧化锌电阻片原料进行干压成型，功率180W，最大压力35MPa，活塞直径100mm，最大活塞行程30mm。利用该液压式压片机将造粒后的氧化锌电阻片原料放入与待压制电阻片匹配的不锈钢材质模具中压制成“饼形”氧化锌电阻片，本实施例制备的氧化锌电阻片预成品的直径为90mm，高度为32mm，成型条件为：压力15Mpa，保压时间2分钟，得氧化锌电阻片预成品；5、烧结：采用市售的JGMT-5/180型升降式电阻炉进行氧化锌电阻片预成品的烧结，功率8.5kW，内部尺寸300×200×200mm，温度范围200-1400℃，控制精度1℃，具体烧结制度与原料成分及其配比有关。本实施例的氧化锌电阻片预成品的烧结制度为：先以800℃/h的速率将温度升至800℃，在800℃温度范围内保温2小时，然后以400℃/h的速率降至常温，得氧化锌电阻片半成品。6、超声波清洗：采用市售KQ-300DE型超声波清洗机对氧化锌电阻片半成品进行清洗，容量为2L，超声功率100W，超声频率40kHz，温度调节范围10-80℃。清洗烧结后的氧化锌电阻片半成品的表面残留物，清洗次数为3次(3-5次均可)，每次清洗时间为5分钟左右；7、烘干：采用市售MGD-9140A型干燥箱对清洗后的氧化锌电阻片半成品进行烘干，该干燥箱采用PID温度控制方式，温控范围5-300℃，温度调节精度±1℃，加热器功率0.9kW。将超声波清洗后的氧化锌电阻片半成品置于干净的搪瓷托盘中，将托盘置于该电热恒温鼓风干燥机中进行干燥，干燥温度为150℃，维持干燥时间2小时(1.5-2小时均可)，使半成品充分干燥；8、涂覆银电极：在充分清洗并烘干后的氧化锌电阻片半成品上下表面涂覆一层中温导电银电极浆料(BY-6070)，烘干后进行烧制，烧制工艺为：以10℃/min的速度升温至600℃并烧制15min，然后降至常温。使银浆烧渗入瓷体表面一定深度，由此制备得到高电位梯度和强通流能力的氧化锌电阻片，采用上述工艺制备了10片氧化锌电阻片，对其电位梯度、通流能力和相对介电常数等电气性能参数进行测试，结果如表1所示。由表1可知，本实施例制备的氧化锌电阻片电位梯度可达410V/mm以上，通流能力可达300J/cm3以上。表1本实施例制备的氧化锌电阻片性能参数统计表上述本实施例的高电位梯度和强通流能力的氧化锌电阻片生产工艺，经现场试制和试验被证明可靠可行，效果良好，可以制造出电位梯度≥400V/mm，通流能力≥300J/cm3的高电位梯度和强通流能力氧化锌电阻片。并具有流程结构简单，可操作性强的特点，完全达到设计要求。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。