CN111635257B - 一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层及其制备方法，多孔高阻涂层采用包括本膨润土0～30份，左云土0～30份，莫来石粉或煅烧矾土40～80份和氧化铬3～6份原料制备而成，制备时首先将膨润土、左云土、莫来石粉或煅烧矾土和氧化铬经球磨均匀混合成高阻层浆料，将高阻层浆料涂覆在未烧结的碳陶瓷电阻坯体侧面然后与电阻一同烧结，在电阻侧面得到一层结合稳定的高阻层；本发明制备的多孔高阻涂层具备良好的散热、抗腐蚀以及耐污能力，并能显著地提高线性电阻的耐压能力。
Description
技术领域
本发明属于电子电气元件领域，涉及一种用于高压开关保护的碳陶瓷线性电阻，尤其涉及一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层及其制备方法。
背景技术
碳陶瓷线性电阻是应用于330kV以上高压断路器主闸口两侧的并联电阻，断路器接通过程中，利用并联电阻吸收电能，将电网中的部分电能转化成热能，来削弱线路中产生的电磁震荡、限制主闸口两侧的过电压。断路器断开过程中，并联电阻可以促进电弧的熄灭。常用高压断路器碳陶瓷电阻片通常为2～40Ω，碳电阻电阻率低，电阻侧面表面为非绝缘的半导体状态。在高电压作用下碳陶瓷线性电阻极易发生侧面沿面闪络甚至击穿。因此，为了防止电阻侧面闪络，提高试样的闪络电压及耐冲击电流性能，需要在电阻侧面制备高阻层绝缘层以防止电阻侧面发生闪络。
符合要求的高阻层应具有耐潮、抗污以及改善电场分布从而提高沿面闪络电压的特点，同时还应具备较好的散热性能及与电阻基体合适的结合强度。由于电阻工作时会出现短时高温，技术条件要求高阻层能耐受1000℃，限制了有机材料的使用。
采用无机物作为高阻层可以提高电阻侧面的绝缘性能，目前仍存在着以下问题：1、碳陶瓷线性电阻需要耐受大能量的冲击电流作用，电阻内部产生大量的热量需要通过气孔排除，涂覆的高阻层为致密层会对线性电阻散热性能产生影响。2、涂覆了绝缘涂层的电阻需要放进烧结炉进行高温烧结，烧结过程是一个先升温再降温的过程，在这个升降温的过程中，碳陶瓷线性电阻与绝缘涂层由于温度的改变而产生胀缩现象，不匹配的膨胀系数会使绝缘涂层出现开裂、剥离等现象，影响电阻的电性能。
发明内容
本发明目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层及其制备方法，制备的高阻层具有较高的机械和绝缘强度弥补电阻表面缺陷，改善线性电阻的沿面闪络，提升其对高电压大电流冲击的耐受能力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术申请：
一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层，按质量份数计由包括以下组分的原料制备而成：
膨润土和左云土二者含量不能同时为零，二者含量不少于20份。
进一步，所述莫来石粉或煅烧矾土粒径为325目以细。
一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层的制备方法，包括以下步骤：
a.按照比例取原料混合得混合粉体，将混合粉体与氧化锆球和去离子水以质量比1:2:0.7混合，球磨半小时得到涂层浆料；
b.将步骤a得到的涂层浆料均匀地涂抹在线性电阻的侧边，厚度控制为0.2～0.6mm，将涂抹完涂层浆料的线性电阻在烘箱中烘干；
c.将经步骤b烘干后的线性电阻在高温炉中烧结，从室温以150℃/h升至400℃，然后从400℃以250℃/h升温至1350℃～1550℃，保温120分钟，保温完成后随炉冷却，在线性电阻侧边形成多孔高阻涂层。
进一步，所述步骤b中烘干温度为100℃-120℃，烘干时间4h以上。
进一步，所述步骤c中烧结过程中采用氢气或氮气作为保护气体。
一种包含多孔高阻涂层的碳陶瓷线性电阻。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明中多孔高阻涂层烧结温度范围宽，可以与碳陶瓷线性电阻一次烧成，节约了电阻烧制过程中的时间与材料的成本。
2.本发明中高阻层采用的与碳陶瓷线性电阻本体一致的骨料，使得高阻层的膨胀率会与线性电阻的本体相匹配，从而改善烧结过程中出现的高阻层龟裂、剥落等现象。同时还能起到弥补线性电阻侧面气孔、绝缘结构缺陷的作用。
3.本发明中高阻层采用可塑性黏土制成浆料具有易于涂覆，涂层均匀的特点。
4.本发明中线性电阻涂层的制备工艺简单易操作，制备耗时短，成本低廉，性能可靠，易于生产的优点且所用材料均无毒无污染。
5.本发明制备的高阻层强度高、附着牢固不易脱落，且不改变线性电阻的电阻率，但对其侧面闪络有着良好的改善作用，提高电阻片耐受高电压大电流的能力，使其能够充分满足开关断路器的保护要求。
6.本发明制备的高阻层具有18～26％气孔率，多孔结构保证了电阻通流耐受时产生的热量及时排出，减少了电阻试样承受大电流高功率注入时产生的热破坏。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：
膨润土15份；左云土15份；莫来石粉70份；氧化铬6份。
具体制备的步骤如下：
用碳黑作为导电材料，黏土及煅烧矾土为无机烧结材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.2mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中100℃烘干4小时；将烘干的试样放入高温炉中，首先以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1350℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在SF6气体氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
实施例2
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：膨润土15份；左云土15份；M85煅烧矾土(氧化铝含量85％煅烧矾土)70份；氧化铬6份。
具体制备的步骤如下：
用碳黑作为导电材料，黏土及煅烧矾土为无机烧结材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.4mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中120℃烘干4小时；将烘干的试样放入高温炉中，首先以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1550℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在SF6气体氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
实施例3
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：
膨润土10份；左云土10份；莫来石粉80份；氧化铬3份。
具体制备的步骤如下：用炭黑作为导电材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.6mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中110℃烘干4小时；将烘干的试样放入高温炉中，首先以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1400℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在SF6气体氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
实施例4
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：
膨润土25份；莫来石粉75份；氧化铬6份。
具体制备的步骤如下：用鳞片石墨作为导电材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.3mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中100℃烘干4小时；将烘干的试样放入高温炉中，通入氢气或氮气作为保护气体，首先以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1350℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在SF6气体氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
实施例5
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：
膨润土30份；左云土20份；莫来石粉50份；氧化铬6份。
具体制备的步骤如下：用碳黑作为导电材料，黏土及煅烧矾土为无机烧结材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.2mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中100℃烘干4小时；将烘干的试样放入高温炉中，首先以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1350℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在SF6气体氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
比较例1
本比较例提供的一种碳陶瓷线性电阻。
具体制备的步骤如下：
用碳黑作为导电材料，黏土及煅烧矾土为无机烧结材料制得陶瓷线性电阻，烧制工艺为：以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1350℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在空气氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
比较例2
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：
膨润土20份；左云土20份；莫来石粉60份；氧化铬6份。
具体制备的步骤如下：
用碳黑作为导电材料，黏土及煅烧矾土为无机烧结材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.2mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中烘干4小时。
具体测试结果如下：
1.比较例2烘干后出现龟裂、脱落现象，说明黏土的比例不宜过多，本发明黏土的比例控制在30％以内。
2.耐压测试
对于厚度为11±0.5mm的测试试样：
| 试样 | 击穿电压(kv) |
| 实施例1 | 24 |
| 实施例2 | 20 |
| 实施例3 | 26 |
| 实施例4 | 22 |
| 实施例5 | 19 |
| 比较例1 | 8(闪络) |
| 比较例2 | 高阻层开裂 |
可以看出，施覆本发明的高阻层后，明显改善了线性电阻的侧边闪络问题。对于1.2/50μs冲击电压波，在SF6气体氛围中，其击穿场强可以达到2.36kv/mm。
参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本专利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
原料按质量份数计由包括以下组分：
膨润土 0~30份
左云土 0~30份
莫来石粉或煅烧矾土 50~80份
氧化铬 3~6份
膨润土和左云土二者含量不能同时为零，二者含量不少于20份，所述莫来石粉或煅烧矾土粒径为325目以细；
2.根据权利要求1所述的碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤b中烘干温度为100℃-120℃，烘干时间4h以上。
3.根据权利要求1所述的碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤c中烧结过程中采用氢气或氮气作为保护气体。
4.一种包含根据权利要求1-3所述方法制备的多孔高阻涂层的碳陶瓷线性电阻。
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