一种氧化锌基压敏电阻片及其制造方法与流程

本发明涉及一种电力元器件及其制造方法，更具体地，本发明涉及氧化锌基压敏电阻片及其制造方法。

背景技术：

1、目前，在电力系统中，需要对过电压进行有效地限制以保护高压设备的绝缘不被破坏，金属氧化物避雷器(moa)是电力系统中限制过电压的关键设备,其过电压保护水平在较大程度上决定了电力系统各种设备的绝缘水平。zno压敏电阻阀片是避雷器中的核心器件,具有优良的非线性特性和较高的能量吸收能力,可以有效地限制过电压。

2、目前国内厂家生产的zno压敏电阻阀片和国外高性能阀片相比，存在压敏电压梯度偏低、限压比大、通流容量小或机械老化等问题。

3、氧化锌基的电阻片已有不少国内科研和工程工作者展开实验和生产研究。例如，中国专利公开cn103021608 a涉及一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片及其制备方法，电阻片由氧化锌、三氧化二铋、四氧化三钴、三氧化二钴、三氧化二锑等组分构成，其制备方法采用球磨、造粒、排胶、预烧涂布、烧成、磨片、热处理、电极喷涂及涂釉等步骤。该专利技术记载了制备出的氧化锌压敏电阻片的电位梯度大幅度提高2ms方波通流容量同规格下较普通电阻片保持不变；该制备方法既减少了工序，又节约能源，同时避免了辅料添加剂的二次污染。然而，该类技术没有细化zno系列非线性电阻片的配方和原料选择，也没有优化如非线性电阻特性(高电位梯度)以及残压比。

技术实现思路

1、本发明改进以上需求和不足的一种或更多种。在本发明的第一方面中，提供一种氧化锌基压敏电阻片，所述氧化锌基压敏电阻片包含以下按照摩尔百分比计算的原料组分：

2、zno：80-85％，sb2o3：3-7％，bi2o3：3-5％，co2o3：0.5-2％，co3o4：0.5-1.0％，sio2：1.5-3％，mno2：1-3％，cr2o3：.0.5-1.5％，nio：0.2-0.8％，b2o3：0.5-1.0％，al(no3)3：0.1-0.5％，er2o3：0.1-0.5％；以及任选的另外的辅助组分，所述辅助组分包括粘结剂、分散剂以及消泡剂中的一种或更多种；

3、其中，氧化锌基压敏电阻片的zno原料的粒径在约50-100nm之间，以及，

4、所述氧化锌基压敏电阻片包括氧化锌基压敏电阻片的芯部分，以及包围所述氧化锌基压敏电阻片的芯部分的氧化锌基压敏电阻片的壳部分。

5、其中优选地，所述壳部分中的zn组分的摩尔百分比含量低于所述芯部分的zn组分的摩尔百分比含量。

6、进一步，根据可选的技术方案，所述氧化锌基压敏电阻片的芯部分的平均粒径为大约150nm至200nm，所述氧化锌基压敏电阻片的壳部分的平均粒径为大约500nm至5μm。

7、根据可选的技术方案，其中所述氧化锌基压敏电阻片的壳部分由zno、sio2和al2o3组成。

8、根据可选的技术方案，其中在所述氧化锌基压敏电阻片的壳部分中，zno组分的摩尔百分比含量占所述壳部分的总含量的10％到40％。

9、根据可选的技术方案，其中在所述氧化锌基压敏电阻片的壳部分中，所述壳部分由zno，sio2和al2o3按照摩尔比1:1:1组成。

10、本发明的第二方面提供一种制造上述氧化锌基压敏电阻片的方法，所述方法包括以下步骤：

11、步骤1)：准备所述氧化锌基压敏电阻片的原料，其中按照摩尔百分比计算，zno：80-85％，sb2o3：3-7％，bi2o3：3-5％，co2o3：0.5-2％，co3o4：0.5-1.0％，sio2：1.5-3％，mno2：1-3％，cr2o3：.0.5-1.5％，nio：0.2-0.8％，b2o3：0.5-1.0％，al(no3)3：0.1-0.5％，er2o3：0.1-0.5％；以及辅助组分，以及其中zno原料的粒径在约50-100nm之间；

12、步骤2)：将除了上述zno之外的上述原料混合在球磨设备中进行球磨，在600℃以下的温度下煅烧0.5-2小时，此后再次在球磨机中粉碎；

13、步骤3):将zno原料进行表面处理工艺；

14、步骤4):在混合设备中加入表面处理工艺后的zno，加入在球磨机中粉碎后的其他原料组分，再加入占所述原料的总和质量不超过5％的辅助组分，在所述混合设备中进行混合；

15、步骤5)：将混合料压制成电阻片坯片，对坯片进行初步低温烧结，在所述初步低温烧结中，由室温经过50-60℃/h的升温速率下升温至200℃；在65-75℃/h的升温速率下升温至400℃，在75-85℃/h的升温速率下升温至600℃，在600℃下保温20分钟；

16、步骤6)：配置由原料纳米zno，和原料sio2、al2o3组成的壳原料，在球磨机中球磨，再加入占上述壳原料总质量0.5-1.5％的粘结剂、0.5-2％的分散剂和去离子水混合制成隔热涂层浆料；

17、步骤7)：将所述隔热涂层浆料喷涂或刷涂于经所述步骤5)的初步低温烧结的电阻片坯片的侧表面、顶表面和底表面，形成隔热涂层浆料包覆的电阻片坯片的壳结构和芯结构；

18、步骤8)：对上述具备壳结构和芯结构的电阻片坯片进行二次烧结，其中在升温速率70-90℃/h的条件下升温至400℃，在40-50℃/h的升温速率下升至烧结温度850℃，在850℃温度下保持3小时，再以40-50℃/h的缓慢升温速率升至950℃，保持1小时；随后，烧结片随炉冷却，得到包括壳部分和芯部分的氧化锌基压敏电阻片。

19、根据可选的技术方案，其中所述步骤3)中的将zno原料进行表面处理工艺按照以下方法实施：

20、取柠檬酸铵与纯净水，按照柠檬酸铵与纯净水的摩尔比1:20将其加入聚四氟乙烯的密闭反应罐中进行水热反应，控制反应温度100-150℃，反应时间2-5小时；水热反应结束后，使用微孔过滤器进行过滤，过滤后的物质进行干燥和研磨，得到的产物与步骤1)中的纳米zno原料混合，得到经过表面处理工艺的zno原料。

21、优选地，根据可选的技术方案，其中在所述步骤6)中，所述纳米zno，sio2、al2o3组成的浆料的摩尔比例为1:1:1；以及

22、所述步骤7)的形成隔热涂层的厚度为约300μm至500μm。

23、优选地，其中在所述步骤4)中再加入占所述原料组分总和质量不超过5％的辅助组分是指：

24、加入占所述原料组分总和质量3％的粘结剂聚乙烯酮(pvp)，占上述原料组分总和质量0.5％的分散剂六偏磷酸钠，以及0.2％的消泡剂磷酸三丁酯，进行各个组分的充分混合；以及

25、所述步骤8)中还包括对所述氧化锌基压敏电阻片的浅层表面进行打磨，以及在所述氧化锌基压敏电阻片的上表面和下表面附接电极的工艺。

26、根据本发明原料配比、处理工艺及制造步骤得到的氧化物基压敏电阻器件，采用特定原料之间配比和组分，并且使用包括氧化锌基压敏电阻片的芯部分，以及包围所述氧化锌基压敏电阻片的芯部分的氧化锌基压敏电阻片的壳部分的双层结构，利用良好的隔热外层(壳部分)限制电阻片内部晶粒长大，提升zno主要材料的烧结紧密程度。同时结合表面处理的zno纳米材料，利用zno颗粒和原子表面的位点的碳、氮共价键结合，进一步改善zno系压敏电阻片的电学特性。由此，本发明的zno电阻片配方、原料处理和选择结合烧结工艺改善了电阻片的非线性特性、实现了低的残压比和较高的能量密度。