CN109192420A - 一种高性能氧化锌电阻片的制备方法 - Google Patents

一种高性能氧化锌电阻片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及氧化锌避雷器制造技术领域，特别指一种高性能氧化锌电阻片的制备方法，依次包括混料、造粒、压制、排胶、烧成、喷铝及涂覆高阻层和绝缘釉的工艺步骤，通过创造性设计排胶和烧成的工艺条件，使两者协同增效弥补排胶阶段因有机物挥发、分解在氧化锌电阻片内部造成的孔隙缺陷和烧成阶段氧化铋的挥发，提高氧化锌电阻片致密度和均匀性，改善氧化锌电阻片电位梯度、能量吸收能力和电流冲击耐受特性，整体提升氧化锌电阻片的电气性能，容易实现超/特高压避雷器器件的需求，并有利于实现电阻片的体积小型化。

Description

一种高性能氧化锌电阻片的制备方法
技术领域
本发明涉及氧化锌避雷器制造技术领域，特别指一种高性能氧化锌电阻片的制备方法。
背景技术
避雷器是电网及电力设备防雷击及闪络事故的关键设备，而氧化锌电阻片由于具有优良的非线性伏安特性和冲击能量吸收能力，从而在避雷器制造中得到广泛的应用。随着电力工业的快速发展，对避雷器及氧化锌电阻片的要求也随之提高。氧化锌电阻片作为避雷器的核心部件，其性能及制造水平的高低直接制约避雷器的发展。因此，如何获得高性能的氧化锌电阻片是提高避雷器质量的重要研究方向。
目前，氧化锌电阻片多以氧化锌、氧化钙、氧化铋、三氧化二锑、碳酸锰、硝酸铝等组成原料配方体系，制备方法依次包括“配料研磨→造粒→含水压片→烧结→喷铝、上侧面绝缘”工艺步骤。但是在高温烧结时仍然存在氧化铋容易挥发导致原始配方波动会使所得电阻片的电气性能恶化的问题；且其制备方法各步骤工艺较为常规，所得氧化锌电阻片的宏观气孔突出、微观结构及成分均匀性较差，导致电位梯度、能量吸收能力和电流冲击耐受特性较低，因此无法满足超/特高压避雷器器件的需求，且不利于氧化锌电阻片的体积小型化。
故，现有技术具有较大的改进空间。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种高性能氧化锌电阻片的制备方法，通过高温、高压同时作用的粉末成形技术，提高氧化锌电阻片致密度和均匀性，改善氧化锌电阻片电位梯度、能量吸收能力和电流冲击耐受特性，从而在整体上提升所得氧化锌电阻片的电气性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高性能氧化锌电阻片的制备方法，包括如下步骤：
(a)按氧化锌电阻片原料配方要求称取氧化锌电阻片的原料，研磨后混料均匀，得粉末混合物备用；
(b)将所述粉末混合物造粒后压制成氧化锌电阻片生坯；
(c)将所述氧化锌电阻片生胚放置于排胶室，控制排胶室内的温度及排胶室内的气氛压力对所述氧化锌电阻片生胚进行排胶，得氧化锌电阻片坯料；
(d)将所述氧化锌电阻片坯料放置于烧成室，控制烧成室内的温度并在烧成室内通入氧化铋气体对所述氧化锌电阻片坯料进行烧成，得氧化锌电阻片烧结坯体；
(e)将所述氧化锌电阻片烧结坯体喷铝及涂覆高阻层、绝缘釉，得氧化锌电阻片成品。
根据以上方案，步骤(a)中所述氧化锌电阻片的原料包括主料氧化锌和掺杂物，主料氧化锌的质量百分比不低于90％，掺杂物包括氧化铋、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化锑、氧化镍、氧化锰、氧化硅。
根据以上方案，步骤(b)中所述粉末混合物造粒前掺入聚丙烯酸氨分散剂和聚乙烯醇结合剂溶液，通过两种溶液的配合进一步提高原料的混合效果，以保证良好的成型性和机械强度。
根据以上方案，步骤(c)中控制所述排胶室内的温度为350-400℃，所述排胶室内的气氛压力通过通入空气使气氛压力为30-50Mpa。
根据以上方案，步骤(d)中控制所述烧成室内的温度为1150-1250℃，所述烧成室内通入氧化铋气体使气氛压力为80-100Mpa。
根据以上方案，步骤(d)中还包括控制氧化铋气氛浓度范围为3-7mol％。
本发明步骤(c)所述排胶阶段采用较低的温度并引入空气环境气氛压力，使造粒阶段掺入的聚乙烯醇等有机物得到充分挥发、分解，获得的氧化锌电阻片坯料宏观气孔突出；将步骤(c)得到的氧化锌电阻片胚料放置到烧成室并采用较高的温度及气氛压力使得坯料的粉末颗粒紧密接触形成晶界，并推动晶界快速移动及排除颗粒之间的气孔，氧化锌电阻片坯料的体积发生剧烈收缩，进一步提高其致密度和机械强度，通过调控氧化铋气氛的浓度和压力可有效抑制坯体中氧化铋的挥发从而有效解决所得氧化锌电阻片微观结构及成分的不均匀的问题。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述制备方法在排胶阶段引入了空气环境气氛压力，使有机物充分挥发、分解从而有效避免在后续烧成阶段氧化锌电阻片的宏观不均匀收缩，有效提高所得氧化锌电阻片的致密度和机械强度；
2、本发明所述制备方法在烧成阶段引入氧化铋环境气氛浓度及压力，有效抑制原料组分中氧化铋的挥发从而解决现有制备方法由于氧化铋浓度波动导致电气性能恶化的问题，并弥补排胶阶段因有机物挥发、分解在氧化锌电阻片内部造成的孔隙缺陷；
3、本发明通过步骤(c)的排胶和步骤(d)的烧成工艺协同，使排胶阶段产生的气孔能得到闭合，减少氧化锌电阻片的局部薄弱点从而进一步提高致密度，改善微观结构、成分、电流分布的不均匀性和老化性能，提高电位梯度、能量吸收能力和电流冲击耐受特性，大幅提升了氧化锌电阻片综合电气性能，从而获得高性能的氧化锌电阻片，容易实现特高压避雷器器件的需求，并有利于实现电阻片的体积小型化。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高性能氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：
(a)按氧化锌电阻片原料配方要求称取氧化锌电阻片的原料，研磨后混料均匀，得粉末混合物备用；其中所述氧化锌电阻片原料配方由以下质量百分数的原料组成：氧化锌92％、氧化铋1.5％、氧化铬1.2％、氧化钴0.8％、氧化银1.1％、氧化锑1.2％、氧化镍0.8％、氧化锰0.6％、氧化硅0.8％；
(b)在所述粉末混合物中加入聚丙烯酸氨分散剂和聚乙烯醇结合剂溶液后进行造粒，压制成氧化锌电阻片生坯；
(c)将所述氧化锌电阻片生胚放置于排胶室，控制排胶室内温度为350℃、通过通入空气使排胶室内的气氛压力为30Mpa对所述氧化锌电阻片生胚进行排胶，得氧化锌电阻片坯料；
(d)将所述氧化锌电阻片坯料放置于烧成室，控制烧成室内的温度为1150℃并在烧成室内通入氧化铋气体，使烧成室内氧化铋气氛浓度范围为3mol％、氧化铋气氛压力为80Mpa对所述氧化锌电阻片坯料进行烧成，得氧化锌电阻片烧结坯体；
(e)将所述氧化锌电阻片烧结坯体喷铝及涂覆高阻层、绝缘釉制成规格为直径115mm、高度21.4mm的氧化锌电阻片成品。
实施例2
一种高性能氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：
(a)按氧化锌电阻片原料配方要求称取氧化锌电阻片的原料，研磨后混料均匀，得粉末混合物备用；其中所述氧化锌电阻片原料配方同实施例1；
(b)在所述粉末混合物中加入聚丙烯酸氨分散剂和聚乙烯醇结合剂溶液后进行造粒，压制成氧化锌电阻片生坯；
(c)将所述氧化锌电阻片生胚放置于排胶室，控制排胶室内温度为380℃、通过通入空气使排胶室内的气氛压力为40Mpa对所述氧化锌电阻片生胚进行排胶，得氧化锌电阻片坯料；
(d)将所述氧化锌电阻片坯料放置于烧成室，控制烧成室内的温度为1200℃并在烧成室内通入氧化铋气体，使烧成室内氧化铋气氛浓度范围为5mol％、氧化铋气氛压力为90Mpa对所述氧化锌电阻片坯料进行烧成，得氧化锌电阻片烧结坯体；
(e)将所述氧化锌电阻片烧结坯体喷铝及涂覆高阻层、绝缘釉制成规格为直径115mm、高度21.4mm的氧化锌电阻片成品。
实施例3
一种高性能氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：
(a)按氧化锌电阻片原料配方要求称取氧化锌电阻片的原料，研磨后混料均匀，得粉末混合物备用；其中所述氧化锌电阻片原料配方同实施例1；
(b)在所述粉末混合物中加入聚丙烯酸氨分散剂和聚乙烯醇结合剂溶液后进行造粒，压制成氧化锌电阻片生坯；
(c)将所述氧化锌电阻片生胚放置于排胶室，控制排胶室内温度为400℃、通过通入空气使排胶室内的气氛压力为50Mpa对所述氧化锌电阻片生胚进行排胶，得氧化锌电阻片坯料；
(d)将所述氧化锌电阻片坯料放置于烧成室，控制烧成室内的温度为1250℃并在烧成室内通入氧化铋气体，使烧成室内氧化铋气氛浓度范围为7mol％、氧化铋气氛压力为100Mpa对所述氧化锌电阻片坯料进行烧成，得氧化锌电阻片烧结坯体；
(e)将所述氧化锌电阻片烧结坯体喷铝及涂覆高阻层、绝缘釉制成规格为直径115mm、高度21.4mm的氧化锌电阻片成品。
对比例1
一种高性能氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：
(a)按氧化锌电阻片原料配方要求称取氧化锌电阻片的原料，研磨后混料均匀，得粉末混合物备用；其中所述氧化锌电阻片原料配方同实施例1；
(b)在所述粉末混合物中加入聚丙烯酸氨分散剂和聚乙烯醇结合剂溶液后进行造粒，压制成氧化锌电阻片生坯；
(c)将所述氧化锌电阻片生胚放置于排胶室，控制排胶室内的温度为380℃对所述氧化锌电阻片生胚进行排胶，得氧化锌电阻片坯料；
(d)将所述氧化锌电阻片生坯放置于烧成室，控制烧成室内的温度为1200℃对所述氧化锌电阻片坯料进行烧成，得氧化锌电阻片烧结坯体；
(e)将所述氧化锌电阻片烧结坯体喷铝及涂覆高阻层、绝缘釉制成规格为直径115mm、高度21.4mm的氧化锌电阻片成品。
对比例2
一种高性能氧化锌电阻片的制备方法，包括以下步骤：
(a)按氧化锌电阻片原料配方要求称取氧化锌电阻片的原料，研磨后混料均匀，得粉末混合物备用；其中所述氧化锌电阻片原料配方同实施例1；
(b)在所述粉末混合物中加入聚丙烯酸氨分散剂和聚乙烯醇结合剂溶液后进行造粒，压制成氧化锌电阻片生坯；
(c)将所述氧化锌电阻片生胚放置于排胶室，控制排胶室内的温度为400℃对所述氧化锌电阻片生胚进行排胶，得氧化锌电阻片坯料；
(d)将所述氧化锌电阻片坯料放置于烧成室，控制烧成室内的在温度为1250℃对所述氧化锌电阻片坯料进行烧成，得氧化锌电阻片烧结坯体；
(e)将所述氧化锌电阻片烧结坯体喷铝及涂覆高阻层、绝缘釉制成规格为直径115mm、高度21.4mm的氧化锌电阻片成品。
上述实施例1-3及对比例1-2制得的氧化锌电阻片成品的主要性能测试结果见下表1：
表1
其中，所述老化系数是在荷电率90％、温度115℃、时间1000h的试验条件下得到的。
表1的结果表明，本发明所述氧化锌电阻片的制备方法与常规制备方法相比，其电位梯度、能量吸收能力、电流冲击耐受特性等综合电气特性得到明显的提升，从而获得高性能的氧化锌电阻片，容易实现超/特高压避雷器器件的需求，并有利于实现电阻片的体积小型化。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种高性能氧化锌电阻片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)按氧化锌电阻片原料配方要求称取氧化锌电阻片的原料，研磨后混料均匀，得粉末混合物备用；
(b)将所述粉末混合物造粒后压制成氧化锌电阻片生坯；
(c)将所述氧化锌电阻片生胚放置于排胶室，控制排胶室内的温度及排胶室内的气氛压力对所述氧化锌电阻片生胚进行排胶，得氧化锌电阻片坯料；
(d)将所述氧化锌电阻片坯料放置于烧成室，控制烧成室内的温度并在烧成室内通入氧化铋气体对所述氧化锌电阻片坯料进行烧成，得氧化锌电阻片烧结坯体；
(e)将所述氧化锌电阻片烧结坯体喷铝及涂覆高阻层、绝缘釉，得氧化锌电阻片成品。
2.根据权利要求1所述高性能氧化锌电阻片的制备方法，其特征在于，步骤(a)中所述氧化锌电阻片的原料包括主料氧化锌和掺杂物，主料氧化锌的质量百分比不低于90％，掺杂物包括氧化铋、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化锑、氧化镍、氧化锰、氧化硅。
3.根据权利要求1所述高性能氧化锌电阻片的制备方法，其特征在于，步骤(b)中所述粉末混合物造粒前掺入聚丙烯酸氨分散剂和聚乙烯醇结合剂溶液。
4.根据权利要求1所述高性能氧化锌电阻片的制备方法，其特征在于，步骤(c)中控制所述排胶室内的温度为350-400℃，所述排胶室内的气氛压力通过通入空气使气氛压力为30-50Mpa。
5.根据权利要求1所述高性能氧化锌电阻片的制备方法，其特征在于，步骤(d)中控制所述烧成室内的温度为1150-1250℃，所述烧成室内通入氧化铋气体使气氛压力为80-100Mpa。
6.根据权利要求1所述高性能氧化锌电阻片的制备方法，其特征在于，步骤(d)中还包括控制氧化铋气氛浓度范围为3-7mol％。
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Applicant after: NARI GROUP Corp.

Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing

Applicant before: State Grid Corporation of China

Applicant before: Wuhan Nari Limited Liability Company of State Grid Electric Power Research Institute

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