CN106803449B - 一种大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片及其制备工艺，产品以氧化锌粉料为主料，适量添加三氧化二锑、三氧化二铋、三氧化二钴、四氧化三钴、二氧化硅、二氧化锰、三氧化二铬等金属氧化物，经称重、球磨混合、干燥、造粒、干压成型、预烧结、高温烧成、磨片、热处理、电极喷涂及涂釉等工艺制备而成。本发明的产品具有容量大、尺寸小、电位梯度高、安全可靠等优点，适用于小型化大容量避雷器的使用，而且制备工艺简便，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及避雷器制造技术领域，具体涉及一种大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片及其制备工艺。
背景技术
氧化锌电阻片是电力行业中避雷器的核心部件，通常以氧化锌粉料为主体，添加适量的其他金属氧化物添加剂，如三氧化二锑、三氧化二铋、三氧化二钴、四氧化三钴、二氧化硅、二氧化锰、三氧化二铬等，经称重、球磨混合、干燥、造粒、干压成型、预烧结、高温烧成、磨片、热处理、电极喷涂及涂釉工艺而成，它具有非线性好、响应速度快、耐浪涌冲击量大、压敏特性稳定和制造方便等优良性能，在各种高压输电线路、供电系统以及大型电网系统中得到了广泛的应用。
近年来，随着经济社会的发展，电力输电线路的输送容量和电压等级不断提高，对输变电设备的安全性、可靠性要求也越来越高，继而对保护电力输电线路和输变电设备的避雷器也提出了更高的要求，而目前市场上的大容量电阻片普遍存在尺寸较大、电位梯度偏小等不足之处。因此，开发出一种具有大容量小尺寸高梯度电阻片，以保证电力输电线路和输变电设备安全稳定可靠运行，便成为现实所需。
发明内容
本发明的目的是提供一种大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片及其制备工艺，通过在主料氧化锌粉料中添加适量比例的三氧化二锑等金属氧化物，并通过特定的工艺制备而成，具有容量大、尺寸小、电位梯度高、安全可靠等优点，适用于小型化大容量避雷器的使用，而且制备工艺简便，适合工业化生产。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片，由如下组分及其摩尔份数加工而成：氧化锌90～98份、三氧化二锑0.1～10份、三氧化二铋0.5～7份、三氧化二钴0.1～3份、四氧化三钴0.1～2份、二氧化硅0.1～5份、二氧化锰0.1～5份、三氧化二铬0.1～5份、氧化亚镍0.1～4份、氧化硼0.1～2份、硝酸铝0.01～0.6份、三氧化二钇0.01～0.5份。
根据以上方案，所述氧化锌的纯度大于或等于99.97％，所述三氧化二锑、三氧化二铋、三氧化二钴、四氧化三钴、二氧化硅、二氧化锰、三氧化二铬、氧化亚镍、氧化硼、硝酸铝、三氧化二钇的纯度均为分析纯。
一种大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片的制备工艺，包括如下步骤：
(1)称重：依据摩尔份数称取各组分；
(2)球磨混合：将称取的各组分放入高能球磨机中进行球磨混合，以聚丙烯酸铵阴离子型表面活性剂为分散剂，球磨混合成浆料；
(3)干燥：在电热鼓风干燥箱中对球磨混合的浆料进行干燥，得到粉料；
(4)造粒：将干燥后的粉料与聚乙烯醇水溶液混合均匀，得到混合浆料，然后进行喷雾造粒，得到粒径均匀流动性好的造粒料；
(5)干压成型：利用压片机将造粒料粉末压制成电阻片生坯，控制生坯密度在3.2g/cm3以上；
(6)预烧结：对电阻片生坯进行预烧结，然后随炉冷却至室温，得到电阻片坯料；
(7)高温烧成：对预烧结后的电阻片坯料进行高温烧成，然后随炉冷却至室温，得到粗电阻片；
(8)磨片：对高温烧成的粗电阻片进行磨片清洁处理；
(9)热处理：将磨片后的电阻片进行热处理，然后随炉冷却至室温；
(10)电极喷涂及涂釉。
根据以上方案，所述球磨的时间为3～10小时。
根据以上方案，所述干燥的温度为90～150℃，时间为8～12小时。
根据以上方案，所述电阻片生坯的密度控制在3.2g/cm3以上。
根据以上方案，所述预烧结的升温程序为：由室温升温至150℃，升温速率控制在50～80℃/h；由150℃升温至350℃，升温速率控制在40～70℃/h；由350℃升温至600℃，升温速率控制在70～100℃/h；在600℃下保温0.5～3小时。
根据以上方案，所述高温烧成的升温程序为：由室温升温至600℃，升温速率控制在90～130℃/h；由600℃升温至烧结温度，升温速率控制在40～70℃/h，所述烧结温度为950～1250℃；在所述烧结温度下保温2～5小时。
根据以上方案，所述热处理的升温程序为：由室温升温至热处理温度，升温速率控制在90～130℃/h，所述热处理温度为300～450℃；在所述热处理温度下保温1～3小时。
本发明的有益效果是：
1)本发明产品中的稀土氧化物三氧化二钇是一种高效电位增强剂，它能够钉轧在氧化锌晶粒的晶界处，改善电阻片的显微结构，抑制氧化锌晶粒生长，细化晶粒尺寸，提高电阻片的晶粒和晶界密度，从而提高电阻片的电位梯度；
2)本发明产品的尺寸较小、电容量较大，适用于小型化大容量避雷器的使用，而且能确保电力输电线路和输变电设备安全、稳定、可靠运行；
3)本发明的制备工艺简便，适合工业化大规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1：
本发明提供一种大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片及其制备工艺，包括如下步骤：
(1)称重：依据摩尔份数称取各组分：96mol氧化锌，1mol三氧化二锑，0.5mol三氧化二铋，0.3mol三氧化二钴，0.3mol四氧化三钴，0.4mol二氧化硅，0.6mol二氧化锰，0.7mol三氧化二铬，0.2mol氧化亚镍，0.2mol氧化硼，0.06mol硝酸铝，0.4mol三氧化二钇，所述氧化锌的纯度大于或等于99.97％，其余物质的纯度均为分析纯；
(2)球磨混合：将称取的各组分放入高能球磨机中进行球磨混合，以聚丙烯酸铵阴离子型表面活性剂为分散剂，球磨混合6小时得到浆料；
(3)干燥：在电热鼓风干燥箱中对球磨混合的浆料在温度为100℃下干燥8小时，得到粉料；
(4)造粒：将干燥后的粉料与聚乙烯醇水溶液混合均匀，得到混合浆料，然后进行喷雾造粒，得到粒径均匀流动性好的造粒料；
(5)干压成型：利用压片机将造粒料粉末压制成电阻片生坯，控制生坯密度在3.2g/cm3以上；
(6)预烧结：对电阻片生坯进行预烧结：由室温升温至150℃，升温速率控制在70℃/h；由150℃升温至350℃，升温速率控制在60℃/h；由350℃升温至600℃，升温速率控制在70℃/h；在600℃下保温0.5小时；然后随炉冷却至室温，得到电阻片坯料；
(7)高温烧成：对预烧结后的电阻片坯料进行高温烧成：由室温升温至600℃，升温速率控制在100℃/h；由600℃升温至1100℃，升温速率控制在70℃/h；在1100℃下保温2.5小时；然后随炉冷却至室温，得到粗电阻片；
(8)磨片：对高温烧成的粗电阻片进行磨片清洁处理；
(9)热处理：将磨片后的电阻片进行热处理：由室温升温至350℃，升温速率控制在110℃/h；在350℃下保温2小时；然后随炉冷却至室温；
(10)电极喷涂及涂釉。
取少量产品进行性能检测，结果为：方波电流密度为38A/cm2，电位梯度为434V/mm，非线性系数为71，漏电流为3μA。
实施例2：
本发明提供一种大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片及其制备工艺，包括如下步骤：
(1)称重：依据摩尔份数称取各组分：96mol氧化锌，1mol三氧化二锑，0.5mol三氧化二铋，0.3mol三氧化二钴，0.3mol四氧化三钴，0.4mol二氧化硅，0.6mol二氧化锰，0.7mol三氧化二铬，0.2mol氧化亚镍，0.2mol氧化硼，0.06mol硝酸铝，0.4mol三氧化二钇，所述氧化锌的纯度大于或等于99.97％，其余物质的纯度均为分析纯；
(2)球磨混合：将称取的各组分放入高能球磨机中进行球磨混合，以聚丙烯酸铵阴离子型表面活性剂为分散剂，球磨混合6小时得到浆料；
(3)干燥：在电热鼓风干燥箱中对球磨混合的浆料在温度为100℃下干燥8小时，得到粉料；
(4)造粒：将干燥后的粉料与聚乙烯醇水溶液混合均匀，得到混合浆料，然后进行喷雾造粒，得到粒径均匀流动性好的造粒料；
(5)干压成型：利用压片机将造粒料粉末压制成电阻片生坯，控制生坯密度在3.2g/cm3以上；
(6)预烧结：对电阻片生坯进行预烧结：由室温升温至150℃，升温速率控制在80℃/h；由150℃升温至350℃，升温速率控制在50℃/h；由350℃升温至600℃，升温速率控制在90℃/h；在600℃下保温1小时；然后随炉冷却至室温，得到电阻片坯料；
(7)高温烧成：对预烧结后的电阻片坯料进行高温烧成：由室温升温至600℃，升温速率控制在130℃/h；由600℃升温至1200℃，升温速率控制在50℃/h；在1200℃下保温3小时；然后随炉冷却至室温，得到粗电阻片；
(8)磨片：对高温烧成的粗电阻片进行磨片清洁处理；
(9)热处理：将磨片后的电阻片进行热处理：由室温升温至400℃，升温速率控制在90℃/h；在400℃下保温2小时；然后随炉冷却至室温；
(10)电极喷涂及涂釉。
取少量产品进行性能检测，结果为：方波电流密度为40A/cm2，电位梯度为413V/mm，非线性系数为68，漏电流为3μA。
实施例3：
本发明提供一种大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片及其制备工艺，包括如下步骤：
(1)称重：依据摩尔份数称取各组分：98mol氧化锌，1mol三氧化二锑，0.7mol三氧化二铋，0.3mol三氧化二钴，0.2mol四氧化三钴，0.5mol二氧化硅，0.5mol二氧化锰，0.5mol三氧化二铬，0.4mol氧化亚镍，0.2mol氧化硼，0.06mol硝酸铝，0.4mol三氧化二钇，所述氧化锌的纯度大于或等于99.97％，其余物质的纯度均为分析纯；
(2)球磨混合：将称取的各组分放入高能球磨机中进行球磨混合，以聚丙烯酸铵阴离子型表面活性剂为分散剂，球磨混合6小时得到浆料；
(3)干燥：在电热鼓风干燥箱中对球磨混合的浆料在温度为100℃下干燥8小时，得到粉料；
(4)造粒：将干燥后的粉料与聚乙烯醇水溶液混合均匀，得到混合浆料，然后进行喷雾造粒，得到粒径均匀流动性好的造粒料；
(5)干压成型：利用压片机将造粒料粉末压制成电阻片生坯，控制生坯密度在3.2g/cm3以上；
(6)预烧结：对电阻片生坯进行预烧结：由室温升温至150℃，升温速率控制在60℃/h；由150℃升温至350℃，升温速率控制在40℃/h；由350℃升温至600℃，升温速率控制在80℃/h；在600℃下保温0.5小时；然后随炉冷却至室温，得到电阻片坯料；
(7)高温烧成：对预烧结后的电阻片坯料进行高温烧成：由室温升温至600℃，升温速率控制在120℃/h；由600℃升温至1150℃，升温速率控制在60℃/h；在1150℃下保温3小时；然后随炉冷却至室温，得到粗电阻片；
(8)磨片：对高温烧成的粗电阻片进行磨片清洁处理；
(9)热处理：将磨片后的电阻片进行热处理：由室温升温至350℃，升温速率控制在100℃/h；在350℃下保温2小时；然后随炉冷却至室温；
(10)电极喷涂及涂釉。
取少量产品进行性能检测，结果为：方波电流密度为36A/cm2，电位梯度为482V/mm，非线性系数为715，漏电流为4μA。
样品的检测结果表明，采用本发明配方与工艺制备的产品在满足使用要求的同时提高了其电位梯度，适用于小型化大容量避雷器的使用。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (4)
1.一种大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片，其特征在于，由如下组分及其摩尔份数加工而成：氧化锌90~98份、三氧化二锑0.1~10份、三氧化二铋0.5~7份、三氧化二钴0.1~3份、四氧化三钴0.1~2份、二氧化硅0.1~5份、二氧化锰0.1~5份、三氧化二铬0.1~5份、氧化亚镍0.1~4份、氧化硼0.1~2份、硝酸铝0.01~0.6份、三氧化二钇0.01~0.5份；
所述的大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片的制备工艺，包括如下步骤：
（1）称重：依据摩尔份数称取各组分；
（2）球磨混合：将称取的各组分放入高能球磨机中进行球磨混合，以聚丙烯酸铵阴离子型表面活性剂为分散剂，球磨混合成浆料；
（3）干燥：在电热鼓风干燥箱中对球磨混合的浆料进行干燥，得到粉料；
（4）造粒：将干燥后的粉料与聚乙烯醇水溶液混合均匀，得到混合浆料，然后进行喷雾造粒，得到粒径均匀流动性好的造粒料；
（5）干压成型：利用压片机将造粒料粉末压制成电阻片生坯；
（6）预烧结：对电阻片生坯进行预烧结，然后随炉冷却至室温，得到电阻片坯料；
（7）高温烧成：对预烧结后的电阻片坯料进行高温烧成，然后随炉冷却至室温，得到粗电阻片；
（8）磨片：对高温烧成的粗电阻片进行磨片清洁处理；
（9）热处理：将磨片后的电阻片进行热处理，然后随炉冷却至室温；
（10）电极喷涂及涂釉；
所述干燥的温度为90~150℃，时间为8~12小时；
所述预烧结的升温程序为：由室温升温至150℃，升温速率控制在50~80℃/h；由150℃升温至350℃，升温速率控制在40~70℃/h；由350℃升温至600℃，升温速率控制在70~100℃/h；在600℃下保温0.5~3小时；
所述高温烧成的升温程序为：由室温升温至600℃，升温速率控制在90~130℃/h；由600℃升温至烧结温度，升温速率控制在40~70℃/h，所述烧结温度为950~1250℃；在所述烧结温度下保温2~5小时；
所述热处理的升温程序为：由室温升温至热处理温度，升温速率控制在90~130℃/h，所述热处理温度为300~450℃；在所述热处理温度下保温1~3小时。
2.根据权利要求1所述的大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片，其特征在于，所述氧化锌的纯度大于或等于99.97%，所述三氧化二锑、三氧化二铋、三氧化二钴、四氧化三钴、二氧化硅、二氧化锰、三氧化二铬、氧化亚镍、氧化硼、硝酸铝、三氧化二钇的纯度均为分析纯。
3.根据权利要求1所述的大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片，其特征在于，所述制备工艺的球磨的时间为3~10小时。
4.根据权利要求1所述的大容量小尺寸高梯度交流氧化锌电阻片，其特征在于，所述电阻片生坯的密度控制在3.2g/cm3以上。
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