CN103021608A - 一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了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。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。

Description

一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片及其制备方法

技术领域

本发明属于高压电工敏感陶瓷材料技术领域，具体涉及一种高梯度大容量氧化锌电阻片及其制备方法。

背景技术

氧化锌电阻片是电网运行保护设备避雷器的核心部件。目前现有的氧化锌电阻片的电位梯度较低，一般范围在190 ～220V∕mm。随着保护设备电压的升高，避雷器所用氧化锌电阻片的叠加数量将随之增加，体积重量随之增大，高度无法降低，无法满足设备小型化的要求；特别是随着电力系统GIS的广泛使用，要求与之配套的罐式避雷器小型化已迫在眉睫。因此，现有氧化锌电阻片的电位梯度已无法满足其小型化的要求；需要更高电位梯度的电阻片以满足小型化的要求。

氧化锌电阻片的电位梯度与晶粒、晶界层的数量、电压关系十分密切，单位厚度上的晶粒和晶界数量越多，其电位梯度就越高，晶粒越多，晶界越多越长，其电位梯度就会越高，因此晶粒均匀细小化是提高电阻片电位梯度的关键。现有技术中氧化锌电阻片的晶粒平均直径一般为 15μm。解决晶粒均匀细小化的方法很多，如：①改进烧结工艺；②采用晶粒分布包膜技术制备添加剂，使添加剂的颗粒尺寸减小一个数量级，与氧化锌颗粒尺寸相当，降低晶粒尺寸；③增加稀土元素，抑制烧结过程中氧化锌晶粒的生长；④用化学沉淀法将氧化锌及添加剂全部处理，使之降低晶粒尺寸。以上几种方法均可以不同程度达到降低晶粒尺寸的目的，但同时却导致氧化锌电阻片电气性能的降低，特别是2ms方波通流及老化性能力的降低；同时还存在某些方法对工艺要求非常严格且复杂，批量生产时一致性、稳定性较难控制；电气参数时好时坏，如某项参数较好，但其它几项劣化、降低。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有氧化锌电阻片存在的不足，提供一种高梯度大容量氧化锌电阻片，使氧化锌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。

 本发明的另一目的在于，提供一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片的制备方法，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。

本发明所采用的技术方案是：一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片，其特征在于由下述质量百分比的原料组成：氧化锌70-95%、三氧化二铋1-20%、四氧化三钴0.3-18%、三氧化二钴0.2-10%、三氧化二锑1-25%、二氧化锰0.1-10%、氧化亚镍0-5.6%、二氧化硅2-15%、氧化硼0.1-6.8%、硝酸铝0.001-0.05%、玻璃粉0.005-0.06%、稀土0.01-0.5%、镨系氧化物0.01-0.3%。

所述一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片，其特征在于由下述质量百分比的原料组成：氧化锌70%、三氧化二铋8%、四氧化三钴4%、三氧化二钴3%、三氧化二锑4%、二氧化锰3.1%、氧化亚镍2%、二氧化硅3%、氧化硼2%、硝酸铝0.04%、玻璃粉0.06%、稀土0.5%、镨系氧化物0.3%。

一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片的制备方法，其特征在于按下述步骤进行操作：

.称重：按预先确定的配方重量称重；

.球磨：将三氧化二铋、四氧化三钴、三氧化二钴、三氧化二锑、二氧化锰、氧化亚镍、二氧化硅、氧化硼、玻璃粉、稀土和镨系氧化物混合后，加入高速等压搅拌球磨机，并加入同重量比例的高纯水，进行球磨6-12小时，得到辅料添加剂料浆，料浆含固量为：30-60%；

.造粒：将称取配置好的氧化锌、硝酸铝、高纯水、粘合剂聚乙烯醇-1788或羟丙基纤维素、分散剂聚丙烯酸铵或十二烷基醋酸铵、消泡剂磷酸三丁酯、润滑剂甘油以及球磨好的辅料添加剂料浆加入高速搅拌球磨机内，高速球磨2至4小时，得到混合料浆再进行喷雾造粒，得到粒径均匀外型光滑流动性良好的糙粒料，平均粒径60-110μm；

.压制氧化锌电阻片：压制成型的生坯电阻片的密度控制在3.2±0.5ɡ/㎝3且密度分布要均匀；

.排胶：将压制好的氧化锌电阻片成型胚体进行排胶，升温速度为：在0-350℃，升温速度为：30-60℃/小时；在360-460℃保温1.5-2.5小时，冷却速度为：50-70℃/小时；

.预烧涂布：在700℃以下升温速度60-80℃/小时，700-900℃保温时间1.5-3小时 ；冷却速度为：60-90℃/小时，预烧电阻片收缩率为8-13％；将预烧好的电阻片进行高阻层涂布；采用喷涂或滚涂方式，高阻层的厚度要控制在100-200μm之间；

.烧成：分升温、保温和冷却三个阶段，常温-950℃升温速度为65-75℃/小时，950℃-1200℃，保温3-5小时，冷却速度为：75-90℃/小时；

.磨片：将步骤7烧成的阀片，在立式磨片机磨片清洁；

 (9).热处理：将研磨、清洁好的电阻片进行热处理，升温阶段：常温-350℃，升温速度为90-110℃/小时；保温阶段：350℃-480℃，保温1-3小时；冷却阶段：冷却速度为120-150℃/小时；

（10）.电极喷涂及涂釉。 

本发明的有益效果：按照本发明提供的组分含量配方，可以得到粒径均匀、外型光滑、流动性良好的糙粒料，平均晶粒直径仅为60-110μm，加工出的氧化锌电阻片电位梯度大幅度提高，可以达到300 ~ 650V/㎜；同时，其它电气性能参数如：非线性系数值、2ms方波通流4/10μs大冲击通流、8/20μs残压及耐老化性能等保持不变或不同程度的改善；确保了智能电网用GIS小型化用避雷器正常使用。本发明提供的高电位梯度大容量氧化锌压敏电阻片的制备方法，和现有技术相比，省去了辅料添加剂的浆料烘干、窑炉内煅烧、细磨工序；将辅料添加剂浆料直接和氧化锌在高速搅拌中混合成原料，减少了工序，既节约了能源，同时避免了辅料添加剂的二次污染。

具体实施方式

实施例1：一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片，由下述质量百分比的原料组成：氧化锌70%、三氧化二铋8%、四氧化三钴4%、三氧化二钴3%、三氧化二锑4%、二氧化锰3.1%、氧化亚镍2%、二氧化硅3%、氧化硼2%、硝酸铝0.04%、玻璃粉0.06%、稀土0.5%、镨系氧化物0.3%。制成的氧化锌压敏电阻片晶粒粒度平均为71 μm，电位梯度为650V∕mm。

实施例2：一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片，由下述质量百分比的原料组成：氧化锌95%、三氧化二铋1%、四氧化三钴0.3%、三氧化二钴0.2%、三氧化二锑1%、二氧化锰0.1%、氧化亚镍0.12%、二氧化硅2%、氧化硼0.1%、硝酸铝0.01%、玻璃粉0.01%、稀土0.1%、镨系氧化物0.06%。制成的氧化锌压敏电阻片晶粒粒度平均为60μm，电位梯度为628V∕mm。

第三实施例：一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片，由下述质量百分比的原料组成：氧化锌80%、三氧化二铋4%、四氧化三钴1.1%、三氧化二钴3%、三氧化二锑3%、二氧化锰2%、氧化亚镍1.4%、二氧化硅3%、氧化硼1.6%、硝酸铝0.05%、玻璃粉0.05%、稀土0.5%、镨系氧化物0.3%。制成的氧化锌压敏电阻片晶粒粒度平均为82μm，电位梯度为590V∕mm。

一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片制备方法，按下述步骤进行操作：

.称重：按预先确定的配方重量称重；

.球磨：将三氧化二铋、四氧化三钴、三氧化二钴、三氧化二锑、二氧化锰、氧化亚镍、二氧化硅、氧化硼、玻璃粉、稀土和镨系氧化物混合后，加入高速等压搅拌球磨机，并加入同重量比例的高纯水，进行球磨6-12小时，得到辅料添加剂料浆，料浆含固量为：30-60%；

.造粒：将称取配置好的氧化锌、硝酸铝、高纯水、粘合剂聚乙烯醇-1788或羟丙基纤维素、分散剂聚丙烯酸铵或十二烷基醋酸铵、消泡剂磷酸三丁酯、润滑剂甘油以及球磨好的辅料添加剂料浆加入高速搅拌球磨机内，高速球磨2至4小时，得到混合料浆再进行喷雾造粒，得到粒径均匀外型光滑流动性良好的糙粒料，平均粒径60-110μm；

.压制氧化锌电阻片：压制成型的生坯电阻片的密度控制在3.2±0.5ɡ/㎝3且密度分布要均匀；

.排胶：将压制好的氧化锌电阻片成型胚体进行排胶，升温速度为：在0-350℃，升温速度为：30-60℃/小时；在360-460℃保温1.5-2.5小时，冷却速度为：50-70℃/小时；

.预烧涂布：在700℃以下升温速度60-80℃/小时，700-900℃保温时间1.5-3小时 ；冷却速度为：60-90℃/小时，预烧电阻片收缩率为8-13％；将预烧好的电阻片进行高阻层涂布；采用喷涂或滚涂方式，高阻层的厚度要控制在100-200μm之间；

.烧成：分升温、保温和冷却三个阶段，常温-950℃升温速度为65-75℃/小时，950℃-1200℃，保温3-5小时，冷却速度为：75-90℃/小时；

.磨片：将步骤7烧成的阀片，在立式磨片机磨片清洁；

(9).热处理：将研磨、清洁好的电阻片进行热处理，升温阶段：常温-350℃，升温速度为90-110℃/小时；保温阶段：350℃-480℃，保温1-3小时；冷却阶段：冷却速度为120-150℃/小时；

（10）.电极喷涂及涂釉。

Claims (4)

1.一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片，其特征在于由下述质量百分比的原料组成：氧化锌70-95%、三氧化二铋1-20%、四氧化三钴0.3-18%、三氧化二钴0.2-10%、三氧化二锑1-25%、二氧化锰0.1-10%、氧化亚镍0-5.6%、二氧化硅2-15%、氧化硼0.1-6.8%、硝酸铝0.001-0.05%、玻璃粉0.005-0.06%、稀土0.01-0.5%、镨系氧化物0.01-0.3%。

2.根据权利要求1的一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片，其特征在于由下述质量百分比的原料组成：氧化锌70%、三氧化二铋8%、四氧化三钴4%、三氧化二钴3%、三氧化二锑4%、二氧化锰3.1%、氧化亚镍2%、二氧化硅3%、氧化硼2%、硝酸铝0.04%、玻璃粉0.06%、稀土0.5%、镨系氧化物0.3%。

3.制成的氧化锌压敏电阻片晶粒粒度平均为71 μm，电位梯度为650V∕mm。

4.一种高梯度大容量氧化锌压敏电阻片的制备方法，其特征在于按下述步骤进行操作：

.称重：按预先确定的配方重量称重；

.球磨：将三氧化二铋、四氧化三钴、三氧化二钴、三氧化二锑、二氧化锰、氧化亚镍、二氧化硅、氧化硼、玻璃粉、稀土和镨系氧化物混合后，加入高速等压搅拌球磨机，并加入同重量比例的高纯水，进行球磨6-12小时，得到辅料添加剂料浆，料浆含固量为：30-60%；

.造粒：将称取配置好的氧化锌、硝酸铝、高纯水、粘合剂聚乙烯醇-1788或羟丙基纤维素、分散剂聚丙烯酸铵或十二烷基醋酸铵、消泡剂磷酸三丁酯、润滑剂甘油以及球磨好的辅料添加剂料浆加入高速搅拌球磨机内，高速球磨2至4小时，得到混合料浆再进行喷雾造粒，得到粒径均匀外型光滑流动性良好的糙粒料，平均粒径60-110μm；

.压制氧化锌电阻片：压制成型的生坯电阻片的密度控制在3.2±0.5ɡ/㎝3且密度分布要均匀；

.排胶：将压制好的氧化锌电阻片成型胚体进行排胶，升温速度为：在0-350℃，升温速度为：30-60℃/小时；在360-460℃保温1.5-2.5小时，冷却速度为：50-70℃/小时；

.预烧涂布：在700℃以下升温速度60-80℃/小时，700-900℃保温时间1.5-3小时 ；冷却速度为：60-90℃/小时，预烧电阻片收缩率为8-13％；将预烧好的电阻片进行高阻层涂布；采用喷涂或滚涂方式，高阻层的厚度要控制在100-200μm之间；

.烧成：分升温、保温和冷却三个阶段，常温-950℃升温速度为65-75℃/小时，950℃-1200℃，保温3-5小时，冷却速度为：75-90℃/小时；

.磨片：将步骤7烧成的阀片，在立式磨片机磨片清洁；

 (9).热处理：将研磨、清洁好的电阻片进行热处理，升温阶段：常温-350℃，升温速度为90-110℃/小时；保温阶段：350℃-480℃，保温1-3小时；冷却阶段：冷却速度为120-150℃/小时；

（10）.电极喷涂及涂釉。