CN106587954B - 一种陶瓷碳电阻及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷碳电阻及其制备方法，由按质量份数为30～70份的刚玉、20～45份的莫来石、5～15份的石英砂、10～30份的玻璃粉、3～15份的有机碳及0.5～2份的粘合剂制备而成，该电阻具有耐大电流、耐冲击、高能吸收优良及电阻率分散性较小的特点，并且制备方法工艺简单，安全性较高，并对人体伤害小。

Description

一种陶瓷碳电阻及其制备方法
技术领域
本发明属于电力电子及输变电技术领域，涉及一种陶瓷碳电阻及其制备方法。
背景技术
在超特高压输电系统中断路器的合闸是最常见的操作之一，断路器的合闸会产生合闸过电压，陶瓷导电复合材料发展迅猛，具有通容流量大、阻值稳定以及热稳定性好等特点，因此陶瓷碳电阻是超高压输变电设备安全的重要保护部件之一，在超特高压断路器中一般采用并联大容量线性电阻即陶瓷碳电阻(又称合闸电阻)来降低操作过电压水平。
中国专利申请号CN 200910234651.6“复合陶瓷电阻及其制作方法”公开了一种复合陶瓷电阻配方，其配方按重量百分比为铝矾土50～70％、高岭土10～40％、滑石粉1～10％、碳1～15％、粘合剂1～3％、水4～8％。称好备用，然后放入球磨机球磨，出磨后加水和粘合剂，然后混合均匀过筛，造粒，按要求压力成型为生坯，然后在1200-1500℃的保护气氛下烧成电阻片，出炉后，按要求在电阻片坯上喷涂电极，侧面涂绝缘涂料，即制得复合陶瓷电阻。中国专利申请号CN 201110283542.0“一种石墨陶瓷线性电阻及其生产方法”本发明公开了一种石墨陶瓷线性电阻及其生产方法，其配方组成Al2O3、高岭土、滑石粉、石墨、硅酸钠、粘合剂和分散剂6中原料，经过粉碎、制浆、造粒、烧结制成。其中“复合陶瓷电阻及其制作方法”原料中涉及的铝矾土其化学成分难以控制；“一种石墨陶瓷线性电阻及其生产方法”中的石墨密度较小，操作过程可直接危及人体健康，工艺过程中难以操作，同时现有陶瓷碳电阻存在电阻率分散性较大的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种陶瓷碳电阻及其制备方法，该电阻具有耐大电流、耐冲击、高能吸收优良及电阻率分散性较小的特点，并且制备方法工艺简单，安全性较高，并且对人体无害。
为达到上述目的，本发明所述的陶瓷碳电阻由按质量份数为30～70份的刚玉、20～45份的莫来石、5～15份的石英砂、10～30份的玻璃粉、3～15份的有机碳及0.5～2份的粘合剂制备而成。
粘合剂为硅藻土、酚醛树脂及玻璃粉中的一种或几种按任意比例混合的混合物。
有机碳为环氧树脂、沥青及有机聚合物中的一种或几种按任意比例混合的混合物。
刚玉的粒度为80-500目。
莫来石的粒度为80-500目。
石英砂的粒度为100-400目。
本发明所述的陶瓷碳电阻的制备方法包括以下步骤：
1)称取刚玉、莫来石、石英砂、玻璃粉、有机碳及粘合剂，再将刚玉、莫来石、玻璃粉及石英砂混合，得混合物A；
2)将步骤1)得到的混合物A进行球磨，再加入有机碳，然后再进行球磨后加入粘合剂，得混合物B；
3)向步骤3)得到的混合物B中加入纯水后再进行制浆，得浆料，其中，纯水的质量为混合物B质量的20％-30％，再将浆料进行过筛、造粒及压制，得生坯；
步骤4)将步骤3)得到的生坯在惰性气氛中进行烧结，得电阻片，然后再将电阻片的端面进行磨平，并喷涂电极涂料及绝缘釉，得陶瓷碳电阻。
步骤2)中将步骤1)得到的混合物A球磨8-16h，再加入有机碳，然后再球磨1-3h后加入粘合剂，得混合物B；
步骤3)中将浆料过80目筛。
玻璃粉为高温玻璃粉或低温玻璃粉，当玻璃粉为高温玻璃粉时，步骤4)中烧结的烧结温度为1250-1350℃；当玻璃粉为低温玻璃粉时，步骤4)中烧结的烧结温度为1000-1100℃。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的陶瓷碳电阻以刚玉、莫来石、石英砂、玻璃粉及有机碳为主料制备而成，各部分原料的化学成分较容易控制，并且通过有机碳有效的提高陶瓷碳电阻的稳定性，电阻率分散性较小，并且具有耐大电流、耐冲击及高能吸收优良的特点。在制备过程中，只需将各原料进行混合、球磨、制浆、过筛、造粒及压制，即可形成生坯，然后再将生坯进行烧结、磨平、喷涂电极涂料及绝缘釉即可，操作过程较为简单，并且各步骤容易控制，不存在石墨密度较小的问题，安全性较高，并且对人体无害。经检测，本发明制备的陶瓷碳电阻工频冲击电压大于等于5kV，冲击耐受电压大于等于20kV，密度2.2～2.3g/cm3，温度系数为-0.05～-0.15％/℃，单位体积注入能量大于等于300J/cm3。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细描述，以下是对本发明的解释而不是限定。
实施例一
本发明所述的陶瓷碳电阻由按质量份数为30份的刚玉、20份的莫来石、5份的石英砂、10份的玻璃粉、15份的有机碳及0.5份的粘合剂制备而成。
粘合剂为硅藻土；有机碳为环氧树脂；刚玉的粒度为80-500目；莫来石的粒度为80-500目；石英砂的粒度为100-400目。
本发明所述的陶瓷碳电阻的制备方法包括以下步骤：
1)称取刚玉、莫来石、石英砂、玻璃粉、有机碳及粘合剂，再将刚玉、莫来石、玻璃粉及石英砂混合，得混合物A；
2)将步骤1)得到的混合物A进行球磨，再加入有机碳，然后再进行球磨后加入粘合剂，得混合物B；
3)向步骤3)得到的混合物B中加入纯水后再进行制浆，得浆料，其中，纯水的质量为混合物B质量的20％，再将浆料进行过筛、造粒及压制，得生坯；
步骤4)将步骤3)得到的生坯在惰性气氛中进行烧结，得电阻片，然后再将电阻片的端面进行磨平，并喷涂电极涂料及绝缘釉，得陶瓷碳电阻。
步骤2)中将步骤1)得到的混合物A球磨16h，再加入有机碳，然后再球磨1h后加入粘合剂，得混合物B；
步骤3)中将浆料过80目筛。
玻璃粉为低温玻璃粉，步骤4)中烧结的烧结温度为1050℃。
本实施例可制得能量为55.6kJ、能量吸收密度为308J/cm3、阻值为3.0±5％Ω的陶瓷碳电阻。
实施例二
本发明所述的陶瓷碳电阻由按质量份数为40份的刚玉、32份的莫来石、10份的石英砂、15份的玻璃粉、8份的有机碳及1份的粘合剂制备而成。
粘合剂为酚醛树脂；有机碳为沥青；刚玉的粒度为80-500目；莫来石的粒度为80-500目；石英砂的粒度为100-400目。
本发明所述的陶瓷碳电阻的制备方法包括以下步骤：
1)称取刚玉、莫来石、石英砂、玻璃粉、有机碳及粘合剂，再将刚玉、莫来石、玻璃粉及石英砂混合，得混合物A；
2)将步骤1)得到的混合物A进行球磨，再加入有机碳，然后再进行球磨后加入粘合剂，得混合物B；
3)向步骤3)得到的混合物B中加入纯水后再进行制浆，得浆料，其中，纯水的质量为混合物B质量的30％，再将浆料进行过筛、造粒及压制，得生坯；
步骤4)将步骤3)得到的生坯在惰性气氛中进行烧结，得电阻片，然后再将电阻片的端面进行磨平，并喷涂电极涂料及绝缘釉，得陶瓷碳电阻。
步骤2)中将步骤1)得到的混合物A球磨8h，再加入有机碳，然后再球磨3h后加入粘合剂，得混合物B；
步骤3)中将浆料过80目筛。
玻璃粉为低温玻璃粉，步骤4)中烧结的烧结温度为1000℃。
本实施例可制得能量为83.16kJ、能量吸收密度为304J/cm3、阻值为5±5％Ω的陶瓷碳电阻。
实施例三
本发明所述的陶瓷碳电阻由按质量份数为75份的刚玉、45份的莫来石、15份的石英砂、30份的玻璃粉、3份的有机碳及2份的粘合剂制备而成。
粘合剂为玻璃粉；有机碳为有机聚合物；刚玉的粒度为80-500目；莫来石的粒度为80-500目；石英砂的粒度为100-400目。
本发明所述的陶瓷碳电阻的制备方法包括以下步骤：
1)称取刚玉、莫来石、石英砂、玻璃粉、有机碳及粘合剂，再将刚玉、莫来石、玻璃粉及石英砂混合，得混合物A；
2)将步骤1)得到的混合物A进行球磨，再加入有机碳，然后再进行球磨后加入粘合剂，得混合物B；
3)向步骤3)得到的混合物B中加入纯水后再进行制浆，得浆料，其中，纯水的质量为混合物B质量的25％，再将浆料进行过筛、造粒及压制，得生坯；
步骤4)将步骤3)得到的生坯在惰性气氛中进行烧结，得电阻片，然后再将电阻片的端面进行磨平，并喷涂电极涂料及绝缘釉，得陶瓷碳电阻。
步骤2)中将步骤1)得到的混合物A球磨10h，再加入有机碳，然后再球磨2h后加入粘合剂，得混合物B；
步骤3)中将浆料过80目筛。
玻璃粉为低温玻璃粉，步骤4)中烧结的烧结温度为1100℃。
本实施例可制得能量为82.06kJ、能量吸收密度为300J/cm3、阻值为10±5％Ω的陶瓷碳电阻。
实施例四
本发明所述的陶瓷碳电阻由按质量份数为36份的刚玉、26份的莫来石、10份的石英砂、15份的玻璃粉、12份的有机碳及0.9份的粘合剂制备而成。
粘合剂为硅藻土及酚醛树脂按任意比例混合的混合物；有机碳为环氧树脂及沥青按任意比例混合的混合物；刚玉的粒度为80-500目；莫来石的粒度为80-500目；石英砂的粒度为100-400目。
本发明所述的陶瓷碳电阻的制备方法包括以下步骤：
1)称取刚玉、莫来石、石英砂、玻璃粉、有机碳及粘合剂，再将刚玉、莫来石、玻璃粉及石英砂混合，得混合物A；
2)将步骤1)得到的混合物A进行球磨，再加入有机碳，然后再进行球磨后加入粘合剂，得混合物B；
3)向步骤3)得到的混合物B中加入纯水后再进行制浆，得浆料，其中，纯水的质量为混合物B质量的28％，再将浆料进行过筛、造粒及压制，得生坯；
步骤4)将步骤3)得到的生坯在惰性气氛中进行烧结，得电阻片，然后再将电阻片的端面进行磨平，并喷涂电极涂料及绝缘釉，得陶瓷碳电阻。
步骤2)中将步骤1)得到的混合物A球磨15h，再加入有机碳，然后再球磨1.8h后加入粘合剂，得混合物B；
步骤3)中将浆料过80目筛。
玻璃粉为高温玻璃粉，步骤4)中烧结的烧结温度为1250℃。
实施例五
本发明所述的陶瓷碳电阻由按质量份数为50份的刚玉、35份的莫来石、12份的石英砂、18份的玻璃粉、12份的有机碳及1.2份的粘合剂制备而成。
粘合剂为硅藻土、酚醛树脂及玻璃粉按任意比例混合的混合物；有机碳为环氧树脂、沥青及有机聚合物按任意比例混合的混合物；刚玉的粒度为80-500目；莫来石的粒度为80-500目；石英砂的粒度为100-400目。
本发明所述的陶瓷碳电阻的制备方法包括以下步骤：
1)称取刚玉、莫来石、石英砂、玻璃粉、有机碳及粘合剂，再将刚玉、莫来石、玻璃粉及石英砂混合，得混合物A；
2)将步骤1)得到的混合物A进行球磨，再加入有机碳，然后再进行球磨后加入粘合剂，得混合物B；
3)向步骤3)得到的混合物B中加入纯水后再进行制浆，得浆料，其中，纯水的质量为混合物B质量的22％，再将浆料进行过筛、造粒及压制，得生坯；
步骤4)将步骤3)得到的生坯在惰性气氛中进行烧结，得电阻片，然后再将电阻片的端面进行磨平，并喷涂电极涂料及绝缘釉，得陶瓷碳电阻。
步骤2)中将步骤1)得到的混合物A球磨9h，再加入有机碳，然后再球磨1-3h后加入粘合剂，得混合物B；
步骤3)中将浆料过80目筛。
玻璃粉为高温玻璃粉，步骤4)中烧结的烧结温度为1250℃。
实施例六
本发明所述的陶瓷碳电阻由按质量份数为65份的刚玉、35份的莫来石、6份的石英砂、12份的玻璃粉、4份的有机碳及0.9份的粘合剂制备而成。
粘合剂为硅藻土；有机碳为环氧树脂；刚玉的粒度为80-500目；莫来石的粒度为80-500目；石英砂的粒度为100-400目。
本发明所述的陶瓷碳电阻的制备方法包括以下步骤：
1)称取刚玉、莫来石、石英砂、玻璃粉、有机碳及粘合剂，再将刚玉、莫来石、玻璃粉及石英砂混合，得混合物A；
2)将步骤1)得到的混合物A进行球磨，再加入有机碳，然后再进行球磨后加入粘合剂，得混合物B；
3)向步骤3)得到的混合物B中加入纯水后再进行制浆，得浆料，其中，纯水的质量为混合物B质量的29％，再将浆料进行过筛、造粒及压制，得生坯；
步骤4)将步骤3)得到的生坯在惰性气氛中进行烧结，得电阻片，然后再将电阻片的端面进行磨平，并喷涂电极涂料及绝缘釉，得陶瓷碳电阻。
步骤2)中将步骤1)得到的混合物A球磨10h，再加入有机碳，然后再球磨1.5h后加入粘合剂，得混合物B；
步骤3)中将浆料过80目筛。
玻璃粉为高温玻璃粉，步骤4)中烧结的烧结温度为1350℃。
实施例七
本发明所述的陶瓷碳电阻由按质量份数为45份的刚玉、26份的莫来石、6份的石英砂、16份的玻璃粉、13份的有机碳及1.4份的粘合剂制备而成。
粘合剂为硅藻土及玻璃粉按任意比例混合的混合物；有机碳为环氧树脂及有机聚合物按任意比例混合的混合物；刚玉的粒度为80-500目；莫来石的粒度为80-500目；石英砂的粒度为100-400目。
本发明所述的陶瓷碳电阻的制备方法包括以下步骤：
1)称取刚玉、莫来石、石英砂、玻璃粉、有机碳及粘合剂，再将刚玉、莫来石、玻璃粉及石英砂混合，得混合物A；
2)将步骤1)得到的混合物A进行球磨，再加入有机碳，然后再进行球磨后加入粘合剂，得混合物B；
3)向步骤3)得到的混合物B中加入纯水后再进行制浆，得浆料，其中，纯水的质量为混合物B质量的23％，再将浆料进行过筛、造粒及压制，得生坯；
步骤4)将步骤3)得到的生坯在惰性气氛中进行烧结，得电阻片，然后再将电阻片的端面进行磨平，并喷涂电极涂料及绝缘釉，得陶瓷碳电阻。
步骤2)中将步骤1)得到的混合物A球磨11h，再加入有机碳，然后再球磨3h后加入粘合剂，得混合物B；
步骤3)中将浆料过80目筛。
玻璃粉为高温玻璃粉，步骤4)中烧结的烧结温度为1300℃。
经检测，本发明制备的陶瓷碳电阻具有以下检测结果：电阻3～5Ω；工频电压≥5kV(有效值)；冲击耐受电压≥20kV(峰值)；密度为2.2～2.3g/cm3；温度系数为-0.05～-0.15％/℃，单位体积注入能量≥300J/cm3。
目前750kV断路器合闸电阻的性能要求如下：
本发明所述的陶瓷碳电阻电性能可以满足750kV断路器合闸电阻的性能要求。

Claims (3)

1.一种陶瓷碳电阻，其特征在于，由按质量份数为30～70份的刚玉、20～45份的莫来石、5～15份的石英砂、10～30份的玻璃粉、3～15份的有机碳及0.5～2份的粘合剂制备而成；
粘合剂为硅藻土及酚醛树脂中的一种或几种按任意比例混合的混合物；
刚玉的粒度为80-500目；
莫来石的粒度为80-500目；
石英砂的粒度为100-400目；
所述陶瓷碳电阻的制备方法包括以下步骤：
1)称取刚玉、莫来石、石英砂、玻璃粉、有机碳及粘合剂，再将刚玉、莫来石、玻璃粉及石英砂混合，得混合物A；
2)将步骤1)得到的混合物A进行球磨，再加入有机碳，然后再进行球磨后加入粘合剂，得混合物B；
3)向步骤2 )得到的混合物B中加入纯水后再进行制浆，得浆料，其中，纯水的质量为混合物B质量的20％-30％，再将浆料进行过筛、造粒及压制，得生坯；
步骤4)将步骤3)得到的生坯在惰性气氛中进行烧结，得电阻片，然后再将电阻片的端面进行磨平，并喷涂电极涂料及绝缘釉，得陶瓷碳电阻；
玻璃粉为高温玻璃粉或低温玻璃粉，当玻璃粉为高温玻璃粉时，步骤4)中烧结的烧结温度为1250-1350℃；当玻璃粉为低温玻璃粉时，步骤4)中烧结的烧结温度为1000-1100℃。
2.根据权利要求1 所述的陶瓷碳电阻，其特征在于，
步骤2)中将步骤1)得到的混合物A球磨8-16h，再加入有机碳，然后再球磨1-3h后加入粘合剂，得混合物B；
步骤3)中将浆料过80目筛。
3.根据权利要求1所述的陶瓷碳电阻，其特征在于，有机碳为环氧树脂、沥青中的一种或几种按任意比例混合的混合物。
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