避雷器用氧化锌电阻片及其制备方法与流程

本发明属于高压电工敏感陶瓷材料技术领域，具体涉及一种避雷器用氧化锌电阻片及其制备方法。

背景技术：

近年来随着电力技术的发展，变电站电压的等级越来越高，由于受场地等的限制，必须对电气设备进行小型化，避雷器是一种用于电力系统防雷的主要设备，而氧化锌电阻片是避雷器中的核心部件，氧化锌电阻片是一种功能型复合陶瓷材料，由于具有优异的非线性电阻特性、通流能力大等特点，使其在氧化锌避雷器中发挥了限制过电压幅值、吸收过电压能量的重要作用。因此，减小避雷器电阻芯体的体积和重量，提高氧化锌电阻片的电位梯度和通流能力是解决问题的有效技术手段。

氧化锌电阻片的电位梯度和通流能力与电阻片晶粒大小、晶界层的数量和掺杂物种类有关，单位厚度上的晶粒和晶界数量越多，其电位梯度就越高，因此晶粒均匀细化是提高电阻片电位梯度和通流能力的关键，为了制备高性能的氧化锌电阻片，目前很多电阻片的配方需要加入二氧化硅来提升其电压梯度，但是二氧化硅又会影响电阻片组分的均匀性，降低电阻片的通流能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种生产成本低、高电位梯度、大通流能力和耐受大电流冲击能力强的避雷器用氧化锌电阻片及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种避雷器用氧化锌电阻片，其配方由以下质量百分数的原料组成：氧化锌85％～90％、氧化钙0.1％～0.5％、三氧化二铋4％～7％、三氧化二锑4％～7％、碳酸锰0.1％～1％、硝酸铝0.1％～1％。

优选的，所述避雷器用氧化锌电阻片的配方由以下质量百分数的原料组成：氧化锌88％～90％、氧化钙0.1％～0.3％、三氧化二铋4％～6％、三氧化二锑4％～6％、碳酸锰0.5％～1％、硝酸铝0.5％～1％。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了所述避雷器用氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：按质量百分数称取以下原料：氧化锌85％～90％、氧化钙0.1％～0.5％、三氧化二铋4％～7％、三氧化二锑4％～7％、碳酸锰0.1％～1％、硝酸铝0.1％～1％；

(2)研磨：将称取的原料加入蒸馏水中搅拌均匀，然后研磨充分；

(3)造粒：向研磨后的浆料中加入粘结剂聚乙烯醇，然后放入造粒机中喷雾造粒；

(4)含水：向造粒后的粉料中加入蒸馏水，充分搅拌均匀；

(5)压片：将含水后的粉料放入压片机中压制成片状粗坯；

(6)烧结：将粗坯在1100～1200℃煅烧90～100h；

(7)磨片、清洗：将电阻片两端磨平，使用蒸馏水清洗干净；

(8)喷铝、上侧面绝缘：将电阻片两端喷涂铝电极，在侧面涂绝缘釉，得到避雷器用氧化锌电阻片。

优选的，所述步骤(2)中，将称取的原料加入到200％～300％质量分数的蒸馏水中搅拌。

优选的，所述步骤(2)中，研磨在磨砂机中进行，研磨时间为1～2h。

优选的，所述步骤(3)中，向研磨后的浆料中加入5％～6％质量分数的聚乙烯醇。

优选的，所述步骤(4)中，向造粒后的粉料中加入1％～1.5％质量分数的蒸馏水。

优选的，所述步骤(5)中，粗坯规格为Φ70的电阻片，外环直径为71±1mm，内环直径为26±1mm，高度为22±1mm。

优选的，所述步骤(6)中，烧结采用马弗炉，升温速度为1～3℃/min，更优选为2℃/min。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：

(1)本发明的避雷器用氧化锌电阻片添加了氧化钙，在烧结过程中，氧化钙能有效包裹在氧化锌晶粒的外侧，阻止晶粒长大，降低晶粒的粒径，从而提高其电压梯度和通流能力。

(2)本发明是以氧化锌、氧化钙、三氧化二铋、三氧化二锑、碳酸锰、硝酸铝组成的配方体系，原料成本低，制备得到的电阻片内部结构更加均匀稳定，耐受大电流冲击能力强。

附图说明

图1为实施例1所得避雷器用氧化锌电阻片断面SEM图。

图2为实施例2所得避雷器用氧化锌电阻片断面SEM图。

图3为实施例3所得避雷器用氧化锌电阻片断面SEM图。

图4为对比例1所得避雷器用氧化锌电阻片断面SEM图。

图5为对比例2所得避雷器用氧化锌电阻片断面SEM图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，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。

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

一种避雷器用氧化锌电阻片，原料按照如下质量百分数组成：氧化锌90％，氧化钙0.5％，三氧化二铋4％，三氧化二锑4％，碳酸锰0.5％，硝酸铝1％。

所述避雷器用氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：称取以下原料：氧化锌9kg、氧化钙0.05kg、三氧化二铋0.4kg、三氧化二锑0.4kg、碳酸锰0.05kg、硝酸铝0.1kg；

(2)研磨：将称取的原料加入20kg蒸馏水中搅拌均匀，然后放入砂磨机中研磨1.5h；

(3)造粒：向研磨后的浆料中加入1kg质量分数的聚乙烯醇，然后放入造粒机中喷雾造粒；

(4)含水：向造粒后的粉料中加入0.25kg蒸馏水，充分搅拌均匀；

(5)压片：将含水后的粉料放入压片机中压制成片状粗坯；

(6)烧结：将粗坯在1100℃煅烧96h；

(7)磨片、清洗：将电阻片两端磨平，使用蒸馏水清洗干净；

(8)喷铝、上侧面绝缘：将电阻片两端喷涂铝电极，在侧面涂绝缘釉。

将所得氧化锌基纳米复合粉体制成规格为Φ70的避雷器用电阻片(外环直径为72mm，内环直径为26mm，高度为22.5mm)，图1为所得避雷器用氧化锌电阻片断面SEM图，晶粒大小为5μm。进行电位梯度、通流能力和耐受大电流冲击能力电学性能测试，结果如表1所示。

实施例2

一种避雷器用氧化锌电阻片，原料按照如下质量百分数组成：氧化锌85％，氧化钙0.1％，三氧化二铋7％，三氧化二锑7％，碳酸锰0.4％，硝酸铝0.5％。

所述避雷器用氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：称取以下原料：氧化锌8.5kg、氧化钙0.01kg、三氧化二铋0.7kg、三氧化二锑0.7kg、碳酸锰0.04kg、硝酸铝0.05kg；

(2)研磨：将称取的原料加入20kg蒸馏水中搅拌均匀，然后放入砂磨机中研磨1.5h；

(3)造粒：向研磨后的浆料中加入1kg质量分数的聚乙烯醇，然后放入造粒机中喷雾造粒；

(4)含水：向造粒后的粉料中加入0.25kg蒸馏水，充分搅拌均匀；

(5)压片：将含水后的粉料放入压片机中压制成片状粗坯；

(6)烧结：将粗坯在1200℃煅烧90h；

(7)磨片、清洗：将电阻片两端磨平，使用蒸馏水清洗干净；

(8)喷铝、上侧面绝缘：将电阻片两端喷涂铝电极，在侧面涂绝缘釉。

所得氧化锌基纳米复合粉体制成规格为Φ70的避雷器用电阻片(外环直径为72mm，内环直径为26mm，高度为22.5mm)，图2为所得避雷器用氧化锌电阻片断面SEM图，晶粒大小为6μm。进行电位梯度、通流能力和耐受大电流冲击能力电学性能测试，结果如表1所示。

实施例3

一种避雷器用氧化锌电阻片，原料按照如下质量百分数组成：氧化锌88％，氧化钙0.3％，三氧化二铋5％，三氧化二锑5％，碳酸锰0.7％，硝酸铝1％。

所述避雷器用氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：称取以下原料：氧化锌8.8kg、氧化钙0.03kg、三氧化二铋0.5kg、三氧化二锑0.5kg、碳酸锰0.07kg、硝酸铝0.1kg；

(2)研磨：将称取的原料加入20kg蒸馏水中搅拌均匀，然后放入砂磨机中研磨1.5h；

(3)造粒：向研磨后的浆料中加入1kg质量分数的聚乙烯醇，然后放入造粒机中喷雾造粒；

(4)含水：向造粒后的粉料中加入0.25kg蒸馏水，充分搅拌均匀；

(5)压片：将含水后的粉料放入压片机中压制成片状粗坯；

(6)烧结：将粗坯在1150℃煅烧100h；

(7)磨片、清洗：将电阻片两端磨平，使用蒸馏水清洗干净；

(8)喷铝、上侧面绝缘：将电阻片两端喷涂铝电极，在侧面涂绝缘釉。

将所得氧化锌基纳米复合粉体制成规格为Φ70的避雷器用电阻片(外环直径为72mm，内环直径为26mm，高度为22.5mm)，图3为所得避雷器用氧化锌电阻片断面SEM图，晶粒大小为8μm。进行电位梯度、通流能力和耐受大电流冲击能力电学性能测试，结果如表1所示。

对比例1

一种避雷器用氧化锌电阻片，原料按照如下质量百分数组成：氧化锌90％，二氧化硅0.5％，三氧化二铋4％，三氧化二锑4％，碳酸锰0.5％，硝酸铝1％。

所述避雷器用氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：称取以下原料：氧化锌9kg、二氧化硅0.05kg、三氧化二铋0.4kg、三氧化二锑0.4kg、碳酸锰0.05kg、硝酸铝0.1kg；

(2)研磨：将称取的原料加入20kg蒸馏水中搅拌均匀，然后放入砂磨机中研磨1.5h；

(3)造粒：向研磨后的浆料中加入1kg质量分数的聚乙烯醇，然后放入造粒机中喷雾造粒；

(4)含水：向造粒后的粉料中加入0.25kg蒸馏水，充分搅拌均匀；

(5)压片：将含水后的粉料放入压片机中压制成片状粗坯；

(6)烧结：将粗坯在1100℃煅烧96h；

(7)磨片、清洗：将电阻片两端磨平，使用蒸馏水清洗干净；

(8)喷铝、上侧面绝缘：将电阻片两端喷涂铝电极，在侧面涂绝缘釉。

将所得氧化锌基纳米复合粉体制成规格为Φ70的电阻片(外环直径为72mm，内环直径为26mm，高度为22.5mm)，图4为所得避雷器用氧化锌电阻片断面SEM图，晶粒大小为11μm，进行电位梯度、通流能力和耐受大电流冲击能力电学性能测试，结果如表1所示。

对比例2

一种避雷器用氧化锌电阻片，原料按照如下质量百分数组成：氧化锌90％，三氧化二铋4％，三氧化二锑4％，碳酸锰1％，硝酸铝1％。

所述避雷器用氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：称取以下原料：氧化锌9kg、三氧化二铋0.4kg、三氧化二锑0.4kg、碳酸锰0.1kg、硝酸铝0.1kg；

(2)研磨：将称取的原料加入20kg蒸馏水中搅拌均匀，然后放入砂磨机中研磨1.5h；

(3)造粒：向研磨后的浆料中加入1kg质量分数的聚乙烯醇，然后放入造粒机中喷雾造粒；

(4)含水：向造粒后的粉料中加入0.25kg蒸馏水，充分搅拌均匀；

(5)压片：将含水后的粉料放入压片机中压制成片状粗坯；

(6)烧结：将粗坯在1100℃煅烧96h；

(7)磨片、清洗：将电阻片两端磨平，使用蒸馏水清洗干净；

(8)喷铝、上侧面绝缘：将电阻片两端喷涂铝电极，在侧面涂绝缘釉。

将所得氧化锌基纳米复合粉体制成规格为Φ70的电阻片(外环直径为72mm，内环直径为26mm，高度为22.5mm)，图5为所得避雷器用氧化锌电阻片断面SEM图，晶粒大小为15μm，进行电位梯度、通流能力和耐受大电流冲击能力电学性能测试，结果如表1所示。

表1避雷器用氧化锌电阻片电学性能

由上可知，添加氧化钙能降低晶粒大小，提高了避雷器用氧化锌电阻片的电压梯度、通流能力，同时增强耐受大电流冲击能力。由此可见，新配方使用的氧化钙能取代二氧化硅，让电阻片具有更好的性能。

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。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。