CN101154487A - 一种避雷器用氧化锌非线性电阻片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镨系氧化锌非线性电阻的制备方法，包括下述步骤：按摩尔百分比，将下述组分：添加剂；Co2O30.9－1.1％；Cr2O30.4－0.6％；Pr6O110.5～1.0mol％；K2CO30.5～1.0mol％；Al(NO3)3·9H2O0.025～0.032％；余量为主料ZnO进行配料计算后称重，将添加剂组分先混合煅烧，然后与ZnO混合进行湿法粉碎；经喷雾造粒、成型、排胶、在1200～1250℃保温3～4小时烧成陶瓷片，陶瓷片研磨后进行清洗烘干；最后在陶瓷片两端面喷铝电极，并在陶瓷片圆周面涂敷绝缘层，即制得电阻片。本发明方法添加物种类相对较少，并可增加晶粒边界层的有效面积，提高通流能力，有利于提高产品电位梯度和降低泄漏电流；另外，通过添加Al(NO3)3·9H2O，引入铝离子与锌离子形成替位型缺陷，增加导电离子浓度，降低氧化锌晶粒，使得镨系氧化锌非线性电阻残压比明显改善。
Description
技术领域
本发明涉及一种非线性电阻的制备方法，特别涉及一种避雷器用氧化锌非线性电阻片的制备方法。
背景技术
避雷器用氧化锌非线性电阻片，从配方主要组分来看，大多采用以氧化锌(ZnO)添加氧化铋(Bi2O3)、氧化锑(Sb2O3)、氧化锰(MnO2)、氧化铬(Cr2O3)、氧化钴(Co2O3)等金属氧化物组成的配方(简称铋系，下同)，铋系氧化锌非线性电阻的性能在一定程度上可以满足产品设计的要求，但由于铋系氧化锌非线性电阻片在烧成过程中添加物氧化铋(Bi2O3)的高挥发性和在1000℃以上自身反应程度的剧烈性以致在微观结构和电性能方面还有所不足，前者导致添加物配比在电阻片内部出现并不均，尽管通过添加相关的添加物(例如氧化钴等)时挥发得到一定程度的抑制，但从根本上还无法将其影响消除，后者破坏了组成整体电阻片的微电阻结构，铋系电阻片的显微结构一般由氧化锌晶粒、晶界层和一些锌锑氧化物的尖晶石等相组成，尖晶石相在烧成过程中可有效抑氧化锌晶粒的生长，从电性能方面讲属于绝缘物，对改善性能没有帮助，铋系氧化锌非线性电阻介质要获得优良的性能需通过添加种类较多的添加物才可得以实现，由此势必要增加掺杂控制的复杂性和不稳定性。镨系ZnO非线性电阻早期主要用于低电压系统的保护，近年来，随着对镨系认知和研究的深入，应用于中高电压系统的研究和发展越来越受到重视，而早期的镨系氧化锌非线性电阻片主要以满足低电压系统的保护要求，通常以引入Cr和K离子来改善大电流区的非线性性能，小电流区非线性性能较好，大电流区相对较差，用于中高压系统金属氧化物避雷器中，其残压比性能不能满足要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种镨系氧化锌非线性电阻的制备方法，可从组成方面克服铋系氧化锌非线性电阻所存在的上述缺陷，添加物种类相对较少，并可增加晶粒边界层的有效面积，提高通流能力，有利于提高产品电位梯度和降低泄漏电流。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种避雷器用氧化锌非线性电阻的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
a.原料配比：按摩尔百分比，包括下述组分：添加剂；Co2O3 0.9-1.1％；Cr2O3 0.4-0.6％；Pr6O110.5～1.0mol％；k2CO30.5～1.0mol％；余量为主料ZnO；按主料ZnO的重量，再外加Al(NO3)3·9H2O0.025～0.032wt％；
b.将所述的各添加剂组分和主料ZnO进行配料计算后称重，先将添加剂组分和Al(NO3)3·9H2O混合煅烧，然后与称好的主料ZnO一起湿法粉碎制成料浆；
c.对料浆进行喷雾造粒成造粒料，将造粒料装入钢模压力成型，制成圆片形素坯；
d.将素坯装入窑炉中排胶，然后于1200～1250℃保温3～4小时烧成，制得陶瓷片；
e.将烧成后的陶瓷片两端面研磨后进行清洗烘干；
f.将清洗烘干好的陶瓷片两端面喷铝电极，最后在陶瓷片圆周面涂敷绝缘层，即制得电阻片。
上述方案中，所述的排胶过程和烧成过程均采用隧道式电炉连续进行。
本发明与常规避雷器用镨系ZnO非线性电阻片制备方法相比，具有以下优点：
1.去掉了添加剂组成中的有毒、且高挥发性的添加剂氧化铋(Bi2O3)，使制备工艺环保；同时去掉了氧化锑(Sb2O3)、氧化锰(MnO2)等组分，使得配方组成添加剂种类减少，降低了掺杂控制的复杂性和不稳定性。
2.本发明方法制备的氧化锌非线性电阻介质，显微结构只包括氧化锌晶粒和以氧化镨为主成分得晶界相两相，通过在镨系氧化锌非线性电阻配方中添加三价铝离子，与ZnO中的Zn2+形成替位型缺陷，增加ZnO晶粒导电离子浓度，降低标称电流下的残压，从而改善残压比，满足中高压使用要求。适用于中高压系统金属氧化物避雷器中。
3.通过添加k2CO3使得Gr分布更加均匀，提高非线性电阻的整体性能。
4.排胶过程和烧成过程均采用隧道式电炉连续进行，从而使得批量生产的产品性能均一性良好。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
一种镨系氧化锌非线性电阻介质的制备方法：包括下述步骤：
a.原料配比：按摩尔百分比，包括下述组分：添加剂；Co2O30.85-1.2％；Cr2O30.05-0.1％；Pr6O110.3～1.0mol％；k2CO30.025～0.1mol％；余量为主料ZnO；按主料ZnO的重量，再外加Al(NO3)3·9H2O0.025～0.032wt％；具体配方列于表1：
表1本发明氧化锌非线性电阻片的组成及烧成参数 mol％
| 组成 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 | 实例5 | |
| Co2O3Cr2O3Pr6O11k2CO3ZnOAl(NO3)3·9H2O(按ZnO重量外加wt％) | 1.00.10.30.1余量0.025 | 0.850.050.30.025余量0.032 | 1.00.11.00.05余量0.030 | 1.20.10.50.1余量0.028 | 1.00.10.50.1余量0.026 | |
| 烧成温度℃ | 1210 | 1230 | 1220 | 1200 | 1210 | |
| 保温时间h | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
b.将所述的各添加组分与主料ZnO进行配料计算后称重，将添加剂组分和Al(NO3)3·9H2O先混合煅烧，煅烧温度为650℃，保温1小时，粉碎后与称量好的主料ZnO再混合球磨16小时以上，制成料浆。
c.将湿法粉碎后的料浆通过二流体造粒机进行喷雾造粒，制成造粒料，将造粒料装入钢模压力成型，制成规格为φ68×12.5mm圆片形素坯，素坯密度控制在3.25g/cm3左右。
d.将素坯装入隧道式电炉中在450℃下进行连续排胶，然后在1200～1250℃，保温3～4小时连续烧成，制得陶瓷片；每个实施例的烧成参数参见表1。
e.将烧成后的陶瓷片两端面研磨后进行清洗烘干。
f.将清洗烘干的陶瓷片两端面喷铝电极，最后在陶瓷片圆周面涂敷绝缘层，绝缘层可用145漆，绝缘层干燥后即制得电阻片。
将制得的每一组成的电阻片抽样进行电位梯度、残压比、泄露电流等电性能测试。测试结果如表2所示：
表2本发明氧化锌非线性电阻片(φ55.6×10.5mm)的性能测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 电位梯度(V/mm) | 311 | 284 | 348 | 319 | 321 |
| 残压比(U5kA/U1mA) | 1.66 | 1.78 | 1.98 | 1.92 | 1.75 |
| 泄漏电流(μA) | 5 | 16 | 8 | 7 | 20 |
| 体密度(g/cm3) | 5.46 | 5.38 | 5.23 | 5.58 | 5.42 |
从表2所示数据可以看出，本发明实施例1～5组成的电阻片都是本发明较佳的实施例，其残压比性能满足中高压使用要求，大电流区得非线性性能相对提高，是一种理想的中高压避雷器用非线性电阻产品。
Claims (2)
1.一种避雷器用氧化锌非线性电阻的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
a.原料配比：按摩尔百分比，包括下述组分：添加剂；Co2O30.85-1.2％；Cr2O30.05-0.1％；Pr6O110.3～1.0mol％；k2CO30.025～0.1mol％；余量为主料ZnO；按主料ZnO的重量，再外加Al(NO3)3·9H2O0.025～0.032wt％；
b.将所述的各添加剂组分和主料ZnO进行配料计算后称重，先将添加剂组分和Al(NO3)3·9H2O混合煅烧，然后与称好的主料ZnO一起湿法粉碎制成料浆；
c.对料浆进行喷雾造粒成造粒料，将造粒料装入钢模压力成型，制成圆片形素坯；
d.将素坯装入窑炉中排胶，然后于1200～1250℃保温3～4小时烧成，制得陶瓷片；
e.将烧成后的陶瓷片两端面研磨后清洗烘干；
f.将清洗烘干的陶瓷片两端面喷铝电极，最后在陶瓷片圆周面涂敷绝缘层，即制得电阻片。
2.根据权利要求1所述的避雷器用氧化锌非线性电阻的制备方法，其特征在于，所述的排胶过程和烧成过程均采用隧道式电炉连续进行。
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