一种介质阻挡放电用绝缘介质板及其制备方法与流程

1.本发明涉及绝缘介质的技术领域，尤其涉及一种介质阻挡放电用绝缘介质板及其制备方法。


背景技术：

2.市场上的空气净化产品主要是依靠在金属尖端施加高压直流形成局部电晕，由电晕中释放出的负离子为空气中的颗粒物充电并在下游通过静电场吸附颗粒物，该技术也被称作静电除尘技术，其本质是将细菌病毒所附着的尘埃颗粒吸附至金属电极板上，非直接杀灭、更无法实现一次性消杀。
3.目前，在静电除尘净化装置关闭后再次启动时，由于静电吸引力的短暂消失，附着于吸附滤板的病毒和细菌极有可能被再次吹出出风口而造成病毒扩散感染。在其他工业领域得到广泛应用的等离子放电技术多为介质阻挡放电等离子体技术，该技术主要采用石英管、陶瓷板作为放电介质。
4.在空气净化领域，由于气流需要流过等离子体区域，因此绝缘介质板不再局限为一个平板，而是具有狭缝、凸台等复杂特征的部件。因复杂构型陶瓷绝缘介质板成型难、易碎、成本高、污染大等问题而无法大批量商业化应用，而尼龙等有机材料制成的绝缘介质板又存在寿命低、容易老化等缺点，因此，如何制造出低成本、长寿命、具有复杂结构的高压放电绝缘板是亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种在降低制造成本、保障使用寿命的同时，还可以具有复杂结构的高压放电绝缘板。
6.为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种介质阻挡放电用绝缘介质板，包括如下组分：纳米sio2粉末、纳米al2o3粉末、纳米k2o粉末、纳米mgo粉末、增强相、膨胀剂和助烧剂。
7.优选地，包括以质量份数计的各组分：30～35％纳米sio2粉末、20～25％纳米al2o3粉末、10～15％纳米k2o粉末、5～10％纳米mgo粉末、10～15％增强相、1～5％膨胀剂和1～5％助烧剂。
8.优选地，所述增强相包括氧化铝晶须、氧化锆晶须、碳化硅晶须或氧化锌晶须中的一种或几种。
9.优选地，所述膨胀剂包括sial及znal粉末中的一种或二者任意比例的混合。
10.优选地，所述助烧剂包括氧化钙、氧化钇、氧化铪、氧化钛或氧化锌中的一种或几种。
11.另外，本发明要解决的技术问题是还在于提供一种介质阻挡放电用绝缘介质板的制备方法
12.为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种介质
阻挡放电用绝缘介质板的制备方法，包括如下步骤:
13.s1、混料获得打印粉末；
14.s2、加入粘结剂后进行3d打印；
15.s3、脱脂烧结。
16.优选地，所述步骤s1中，将权利要求1中的纳米sio2粉末、纳米al2o3粉末、纳米k2o粉末、纳米mgo粉末、膨胀剂和助烧剂加入球形罐中研磨，研磨完成后将增强相加入至球形罐中进行混合。
17.优选地，所述球形罐的直径大于20cm。所述研磨的速度为30～40r/min，所述研磨的时间为5～10h，所述混合的速度为30～40r/min，所述混合的时间为10～20min。
18.优选地，所述粘结剂包括有机粘结剂、无机粘结剂或复合粘结剂中的一种，其中，无机粘结剂包括硝酸铝溶液、二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、磷酸盐；有机粘结剂包括聚乙烯、丁缩醛树脂、酚醛树脂。
19.优选地，所述步骤s3中，包括如下步骤：
20.a1、将炉温缓慢升到400～500℃，保温1～2h；
21.a2、将炉温升到700～900℃，保温1～2h；
22.a3、将炉温升到1000～1500℃，保温5～10h；
23.a4、关闭炉温，缓慢降温到200℃一下，即可得到烧结预制体。
24.本发明以sio2、al2o3、k2o、mgo纳米粉末为基体，以氧化铝晶须为增韧相，然后通过添加膨胀剂及助烧剂可控制烧结缺陷产生；且根据粉末特性及粒度选择相近的粘结剂作为颗粒接触部位的润湿介质，能够增强毛细渗透作用，减小润湿角，增大润湿性能，从而保障了绝缘介质板的使用寿命。另外，采用粘结剂喷射3d打印，可实现多个复杂零件的同时打印，而且后续脱脂烧结可以将多个打印的坯体放入同炉中一次进行脱脂烧结，因此生产效率高于传统工艺，且通过粘结剂喷射逐层3d打印技术可以实现各类复杂结构的介质板一体化设计及制造，从而在提高效率降低了生产成本的同时，还可以制备出变形小、大面积、具有复杂流道等复杂结构的绝缘介质板。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的模型图；
27.图2为本发明绝缘介质板的实物图；
28.图3为本发明绝缘介质板在放电状态下的实物图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
31.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
32.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
33.此外，“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致相等”并不仅仅表示绝对的相等，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。
34.为了在降低制造成本、具有较长使用寿命的同时，还可以使高压放电绝缘板具有复杂结构，本发明提供了一种介质阻挡放电用绝缘介质板，包括如下组分：30～35％纳米sio2粉末、20～25％纳米al2o3粉末、10～15％纳米k2o粉末、5～10％纳米mgo粉末、10～15％增强相、1～5％膨胀剂和1～5％助烧剂。
35.其中，增强相包括氧化铝晶须、氧化锆晶须、碳化硅晶须或氧化锌晶须中的一种或几种；
36.膨胀剂包括sial及znal粉末中的一种或二者任意比例的混合；
37.助烧剂包括氧化钙、氧化钇、氧化铪、氧化钛或氧化锌中的一种或几种。
38.相应地，为了制备上述绝缘介质板，本发明还提供了一种介质阻挡放电用绝缘介质板的制备方法，包括如下步骤；
39.s1、混料获得打印粉末；
40.s2、加入粘结剂后进行3d打印；
41.s3、脱脂烧结。
42.其中，在步骤s1中，将纳米sio2粉末、纳米al2o3粉末、纳米k2o粉末、纳米mgo粉末、膨胀剂和助烧剂加入球形罐中研磨，研磨完成后将增强相加入至球形罐中进行混合。
43.粘结剂包括有机粘结剂、无机粘结剂或复合粘结剂中的一种，其中，无机粘结剂包括硝酸铝溶液、二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、磷酸盐；有机粘结剂包括聚乙烯、丁缩醛树脂、酚醛树脂。
44.另外，在步骤s3中，包括如下步骤：
45.a1、将炉温缓慢升到400～500℃，保温1～2h；
46.a2、将炉温升到700～900℃，保温1～2h；
47.a3、将炉温升到1000～1500℃，保温5～10h；
48.a4、关闭炉温，缓慢降温到200℃一下，即可得到烧结预制体。
49.需要说明的是，在3d打印本发明的绝缘介质板的过程中，根据介质阻挡放电原理，结合使用工况，对放电结构进行设计。所述的放电单元的绝缘介质结构可以是“平整板材+上下表面布置的金属正负电极”；也可以是带凹槽或者翻边的板材，将上下电极组装到介质
板内部；也可以通过丝网印刷、液相表面烧结将上下电极一体化烧结在介质板上下表面；也可以通过预埋等方法将上下电极嵌入到介质板上下表面的内部。放电结构决定电极和介质板的结构，可以是长条状狭缝状、圆孔状、多边形、方形等任意形状，只要能够实现“高压电极、绝缘介质、接地电极”这种三明治式的介质阻挡放电结构均可利用本发明所提供的绝缘介质板及其制备方法实现
50.另外，根据设计的放电单元所确定的介质板结构，可采用专用软件对原始模型周边进行外层包边，模型垂直方向进行等厚切片，每层厚度0.03～0.1mm，每层模型包含原始结构及包边结构两个特征，可根据图形增材制造原始生坯模型。而采用粘结剂喷射3d打印设备对模型生坯每层均匀喷射有机/无机粘结剂溶液，并进行快速高温辐照固化，以此类推，可得到粘接的增材制造成型坯体。
51.以下结合实施例对本发明做进一步说明：
52.实施例1
53.(1)粉末配置：
54.将35％的sio2纳米粉末、25％的al2o3纳米粉末、10％k2o纳米粉末、10％的mgo纳米粉末、10％的增强相氧化铝晶须、5％的膨胀剂sial粉末、5％助烧剂氧化钙，按比例混合制成所需粉末。
55.(2)混料
56.将sio2、al2o3、k2o、mgo、sial、氧化钙纳米粉末按照相应的比例倒入直径大于20cm的球磨罐中，然后通过控制滚动速度30r/min、时间10h。运行结束后再将增强相氧化铝晶须倒入混好的粉末中，再进行30r/min、10min的混合，即得到所需的打印粉末。
57.(3)粘结剂配置
58.将质量比为100份的去离子水、5份的聚乙烯、5份丁缩醛树脂、10份的二氧化硅溶胶、10份的氧化铝溶胶混合搅拌5min、静置30min，制得水机粘结剂。
59.(4)模型处理
60.根据介质阻挡放电原理，采用长条状狭缝结构进行放电结构设计。绝缘介质板尺寸长宽厚为150
×
100
×
1mm，平板开有1mm宽、130mm长、间距2.5mm的长条狭缝，可根据打印腔室大小进行多组介质板同时打印设计。当介质板两端加高压时，狭缝中会产生稳定的高密度等离子体，能够将通过狭缝的微观颗粒及有害气体进行分解。
61.根据设计的绝缘介质板结构，采用专用软件对原始模型周边进行外层包边0.2mm，模型垂直方向进行等厚切片，每层厚度0.05mm，每层模型包含原始结构及包边结构两个特征，将处理后的模型导入3d打印机。
62.(5)3d打印
63.将配置的粘结剂装入粘结剂喷射3d打印设备中，将配置的粉末装入粉料罐内，导入模型开始逐层3d打印坯体。每层铺粉后按照切片截面形状喷射粘结剂，然后高温辐照固化，待干燥后再进行下一层打印，以此类推，得到粘接的增材制造成型坯体。
64.(6)脱脂烧结
65.将打印成型的生坯放在高温烧结炉内，升温速率小于10℃/min，首先将炉温缓慢升到500℃，保温2h，排除高挥发性粘结剂；再将炉温升到800℃，保温1h；然后再将炉温升到1200℃，保温8h；最后关闭炉温，缓慢降温到200℃以下，即可得到烧结预制体。
66.(7)后处理
67.采用手工打磨、喷砂的方法对烧结体外形进行表面光洁处理，即得到所需的介质板，如需高精度介质板，可通过机械加工修整平面度。
68.(8)性能检测
69.采用“粘结剂喷射3d打印+高温脱脂烧结技术”制作的绝缘介质平板平面度可控制在
±
0.1mm以内，无变形、气孔、毛边等肉眼可检缺陷；将绝缘介质板组装成介质阻挡放电结构进行电学性能测试，常温下电容大小约为140pf左右、击穿电压10kv左右；通过对介质板两端加7kv高压，可以稳定、均匀的放出蓝光等离子体。
70.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。