CN113363034B - 一种非线性金属氧化物棒形电阻及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种非线性金属氧化物棒形电阻及其制备方法，其外形是圆柱、椭圆柱或多棱柱，大的高径比。制备方法主要步骤包括：S100、通过等静压成型法和/或沿坯体径向通过干压成型法压制成棒形电阻坯体；S200、对所述棒形电阻坯体进行烧结，得到棒形电阻半成品；S300、对所述棒形电阻半成品的两端进行喷涂铝电极，得到非线性金属氧化物棒形电阻。该制备方法能制造出大高径比的非线性金属氧化物电阻。相较于现有的圆饼状或圆环状电阻片，减少了成型、磨片、喷铝等的工作量，增加了原料利用率，节约了原料；同时简化了避雷器结构和装配作业，提高了避雷器的生产效率。

Description

一种非线性金属氧化物棒形电阻及其制备方法
技术领域
本发明涉及高压避雷器用非线性金属氧化物电阻(压敏电阻)制造技术领域，涉及一种非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法。本发明还涉及一种采用该制备方法制备的高压避雷器用非线性金属氧化物棒形电阻。
背景技术
非线性金属氧化物电阻(如非线性氧化锌电阻)是金属氧化物避雷器的核心组件，因而是决定避雷器性能优劣的关键组件。在目前避雷器的生产制造中，需要把多片饼状或环状的电阻片组配在一起，其中每一片都需要成型、磨片和喷铝。
当前，生产非线性金属氧化物电阻均采用轴向干压压制和采用“立烧”的方式。干压过程中在轴向施压，由于坯体和模具之间摩擦力的缘故，难以成形密度均匀的大高径比电阻；同时，采用“立烧”方式烧结大高径比电阻时，会使其变形量增大，难以达到技术要求；所以，生产的电阻高径比普遍比较低，高径比大多数在0.2～0.8之间，最大不超过2，都为圆片或圆环状，因此被称为“电阻片”。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法。在采用等静压成型技术、改变干压成型方法和烧结方法的基础上，得到高径比大的非线性金属氧化物棒形电阻。
本发明的另一个目的在于提供一种采用该制备方法得到的高径比较大的非线性金属氧化物棒形电阻。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法，包括如下步骤：
S100：通过等静压成型法和/或沿坯体径向通过干压成型法压制成棒形电阻坯体；
S200：对棒形电阻坯体进行烧结得到棒形电阻半成品；
S300：对棒形电阻半成品的两端进行喷涂铝电极，得到非线性金属氧化物棒形电阻。
优选地，在上述的制备方法中，所述步骤S100中通过等静压成型法和/或沿坯体径向通过干压成型压法制成棒形电阻坯体，具体为：
单独沿坯体径向通过干压成型法压制成棒形电阻坯体；
或单独通过等静压成型法压制成棒形电阻坯体；
或先采用干压成型法进行预成型，再采用等静压成型法压制成棒形电阻坯体。
优选地，在上述的制备方法中，所述等静压成型法包括干袋法成型和湿袋法成型。
优选地，在上述的制备方法中，所述干压成型法的成型压力为30～100MPa，所述等静压成型法的成型压力为50～200MPa。
优选地，在上述的制备方法中，所述S200中对棒形电阻坯体进行烧结得到棒形电阻半成品具体为：将所述棒形电阻坯体平放在耐火承托结构的承托面上进行烧结，所述耐火承托结构对所述棒形电阻坯体进行定位。
优选地，在上述的制备方法中，所述耐火承托结构的承托面为V形槽面或U形槽面或平面。
优选地，在上述的制备方法中，所述步骤S300中在对所述棒形电阻半成品进行喷涂铝电极之前还进行周面涂覆绝缘涂层，两端面进行磨加工，所述绝缘涂层为有机聚合物或无机玻璃。
本发明还提供了一种非线性金属氧化物棒形电阻，采用如以上任何一项项所述的制备方法制备得到，所述非线性金属氧化物棒形电阻的垂直于轴向的截面的形状为圆形、椭圆形或多边形。
优选地，在上述的非线性金属氧化物棒形电阻中，所述非线性金属氧化物棒形电阻的圆截面直径或截面外接圆直径为20mm～80mm。
优选地，在上述的非线性金属氧化物棒形电阻中，所述非线性金属氧化物棒形电阻的高径比不小于2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本申请提供的非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法，步骤包括：S100、通过等静压成型法或沿径向对坯体通过干压成型压法制成棒形电阻坯体；S200、对棒形电阻坯体进行烧结，得到棒形电阻半成品；S300、对棒形电阻半成品的两端面进行喷涂铝电极，得到非线性金属氧化物棒形电阻。
该非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法中，等静压成型和/或沿坯体的径向对坯体进行压制成型，成型出棒形电阻坯体，最终得到高径比较大的非线性金属氧化物棒形电阻，相较于现有的沿轴向压制成型，不仅能够更容易成型出棒形结构的坯体，而且能够使压制的棒形电阻坯体的密度更加均匀。采用冷等静压成型可以使坯体各个方向受力均匀，因此也能压制出高径比较大的且密度均匀的非线性金属氧化物棒形电阻。
在本发明一实施例中，相较于现有的用“立烧”方式烧结棒形电阻时，由于重力和高温荷重软化的缘故，棒形电阻下部会产生较大变形，因此，本发明通过设计具有V形槽面或U形槽面或平面的耐火承托结构，将非线性金属氧化物棒形电阻坯体平躺在该耐火承托结构上，减小烧结产生的变形。
本发明提供的方法能够得到高径比较大的非线性金属氧化物棒形电阻，与现有电阻片相比，大大减少了上釉、喷漆、磨片、喷铝装配工作量，同时也减少了磨片过程中产生的磨削量，进而提高原料利用率。
本发明提供的非线性金属氧化物棒形电阻，由于非线性金属氧化物棒形电阻的高径比较大，可以简化避雷器结构，减少配组等工作量，提高了避雷器的生产效率。在某些情况下，一个非线性金属氧化物棒形电阻可以是一个避雷器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种非线性金属氧化物棒形电阻的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第二种非线性金属氧化物棒形电阻的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第三种非线性金属氧化物棒形电阻的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的第四种非线性金属氧化物棒形电阻的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法中烧结工序所用的耐火承载结构的使用示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法中烧结工序所用的耐火承载结构的使用示意图；
图8为本发明实施例提供的又一种非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法中烧结工序所用的耐火承载结构的使用示意图。
图中，1为棒形电阻坯体、2为耐火承载结构、21为V形槽面、22为U形槽面、23为平面。
具体实施方式
本发明提供了一种非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法，能够得到高径比较大的非线性金属氧化物棒形电阻，应用于避雷器时能够提高避雷器的生产效率。
本发明还提供了一种采用该制备方法得到的非线性金属氧化物棒形电阻，提高了避雷器的生产效率。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1-图5，本发明实施例提供了一种非线性金属氧化物棒形电阻(以下简称棒形电阻)的制备方法，包括以下步骤：
步骤S100，对坯体进行等静压成型法或沿坯体的径向通过干压成型法，成型出棒形电阻坯体1，其中，坯体通过喷雾造粒粉料压制而成，造粒料可按照本领域技术人员熟知的方法制备得到；
步骤S200，对棒形电阻坯体1进行烧结，得到棒形电阻半成品；
步骤S300，对棒形电阻半成品两端进行喷涂铝电极，得到棒形电阻。具体地，根据坯体所用金属氧化物的不同材质，选择电极喷涂的材质。例如金属氧化物为氧化锌、氧化铋和氧化锑混合物，则电极喷涂的材质可以为铝。
该棒形电阻的制备方法中，沿坯体的径向对坯体进行压制成型，成型出棒形电阻坯体1，相较于现有的沿轴向压制成型圆环状或圆饼状电阻片，本申请不仅能够更容易成型出高径比较大的棒形结构的坯体，而且能够使压制的棒形电阻坯体1的密度更加均匀。采用等静压成型可以使坯体各个方向受力均匀，因此也能压制出高径比较大的且密度均匀的棒形电阻。相较于现有的圆饼状或圆环状的电阻片，由于棒形电阻的高径比较大，与现有每个电阻片均进行成型、磨片和喷铝工序相比，大大减少了上釉、喷漆、磨片、喷铝等工作量，提高了生产效率，节省制造和材料成本。
进一步地，在本实施例中，步骤S100中通过等静压成型法和/或沿坯体径向通过干压成型法压制出棒形电阻坯体具体为，可以单独采用干压成型法沿径向对坯体进行压制成型；也可以单独采用等静压成型法对坯体进行压制成型；也可以先采用干压成型法进行预成型，再采用等静压成型法进行最终压制成型。其中，等静压成型法可以使坯体各个方向受力均匀，因此压制高径比较大的棒形电阻时密度也会更加均匀。
作为优化，在本实施例中，等静压成型法包括干袋成型法和湿袋成型法。干袋成型法便于实现自动化生产。
作为优化，在本实施例中，干压成型法的成型压力为30MPa～100MPa，等静压成型法的成型压力为50MPa～200MPa，根据实际需要选择合适的成型压力，并不局限于本实施例所列举的压力范围。
如图6-图8所示，进一步地，在本实施例中，步骤S200中的对棒形电阻坯体1进行烧结具体为：将棒形电阻坯体1平放在耐火承托结构2的承托面上进行烧结，承托面对棒形电阻坯体1进行定位。具体地，将棒形电阻坯体1的轴线水平放置，且将棒形电阻坯体1放置于承托面上，承托面与棒形电阻坯体1的表面进行接触定位，防止棒形电阻坯体1翻滚或滑移。现有技术中，电阻坯体都是轴线竖直放置地进行烧结，由于重力缘故，电阻坯体下部会承受较大的压力，产生变形，高径比越大，变形量越大。而本实施例中的棒形电阻坯体1的烧结采用平躺在耐火承载结构2上进行烧结，减小了烧结产生的变形。
作为优化，耐火承托结构2的承托面为V形槽面21或U形槽面22或平面23。V形槽面21、U形槽面22和平面23根据棒形电阻坯体1的截面形状进行选择。比如，如果棒形电阻坯体1的截面形状为圆形，则可以选用具有V形槽面或U形槽面的耐火承托结构2，V形槽面21和U形槽面22均能定位截面为圆形的棒形电阻坯体1；如果棒形电阻坯体1的截面形状为多边形，则可以选用V形槽面21或平面的耐火承托结构2，V形槽面21的角度与多边形截面的角度相匹配，起到定位作用，截面为多边形的棒形电阻坯体1的表面可以平放在平面23上，不容易发生翻滚。只要能够根据棒形电阻坯体1的不同截面形状，选用合适的承托面即可，并不局限于本实施例所列举的形状。
进一步地，在本实施例中，步骤S300中在对棒形电阻半成品的两端进行喷涂铝电极之前还进行周面涂覆绝缘涂层，两端面进行磨加工，绝缘涂层为有机聚合物或无机玻璃，具体地，绝缘涂层可以是环氧树脂或无铅或含铅低温玻璃。两端面进行磨加工，使得棒形电阻半成品的尺寸和形状更加精确。相比于现有每个圆环状或圆饼状的电阻片均进行磨片工序，本申请只需要对一个棒形电阻的两端进行磨加工，大大减少了磨加工过程中产生的磨削量，提高了原料利用率，节约了原料，降低了成本，提高了制备效率。
如图2-图5，基于以上任一实施例所描述的棒形电阻的制备方法，本发明实施例还提供了一种采用该制备方法制备得到的棒形电阻，棒形电阻的垂直于轴向的截面的形状为圆形、多边形或椭圆形。
由于棒形电阻采用本申请中的制备方法得到，相较于现有的圆饼状或圆环状的电阻片，由于棒形电阻的高径比较大，与现有每个电阻片均进行成型、磨片和喷铝工序相比，本申请大大减少了上釉、喷漆、磨片、喷铝装配工作量，减少了磨片过程中产生的磨削量，提高了原料利用率，节约了原料提高了避雷器的生产效率。
进一步地，在本实施例中，棒形电阻的垂直于轴向的截面的外接圆直径为20mm～80mm，对于圆形截面的棒形电阻，则外接圆直径就是圆形截面的直径，对于多边形截面的棒形电阻，则多边形截面的直径为外接圆直径，对于椭圆外接圆直径为长轴直径。
进一步地，在本实施例中，棒形电阻的高径比不小于2，其中高径比指的是棒形电阻的高度与截面的外接圆直径之比。
下面以正四棱柱电阻为例，对棒形电阻的制备进行举例说明。
实施例1
用不同的成型方式和成型压力压制不同高径比的棒形电阻。
试验一
用干压成型法压制30根底面边长为30mm高为60mm的正四棱柱电阻，成型压力为50MPa；
试验二
用干压成型法压制30根底面边长为30mm高为90mm的正四棱柱电阻，成型压力为80MPa；
试验三
用干压成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为100MPa；
试验四
用干袋成型法压制30根底面边长为30mm高为60mm的正四棱柱电阻，成型压力为50MPa；
试验五
用干袋成型法压制30根底面边长为30mm高为90mm的正四棱柱电阻，成型压力为80MPa；
试验六
用干袋成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为100MPa；
试验七
先用干压成型法预成型，然后用湿袋成型法压制30根底面边长为30mm高为60mm的正四棱柱电阻，成型压力为50MPa；
试验八
先用干压成型法预成型，然后用湿袋成型法压制30根底面边长为30mm高为90mm的正四棱柱电阻，成型压力为80MPa；
试验九
先用干压成型法预成型，然后用湿袋成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为100MPa。
结果分析:
对上述九个试验的坯体分别进行密度测试，测试结果如表1所示。
表1不同成型方式及成型压力的棒形电阻密度
Figure BDA0003138131580000081
从表1中可以看出，随着成型压力的提高，干压成型法压制的坯体密度在增加至80MPa后趋于稳定，密度最大增加到3.23g/cm3，而干袋成型法随着成型压力的增加密度不断增加，密度最大到3.40g/cm3，干压成型法预成型后湿袋成型法的密度也随着成型压力的升高而增加，密度最大增加到3.41g/cm3。烧结密度的变化趋势与坯体密度基本相同。干压成型法压制出的棒形电阻的密度最大为5.65g/cm3、两种等静压成型法压制的棒形电阻的密度均为5.71g/cm3左右。可以看出，在相同的成型压力下，等静压成型法压制的棒形电阻比干压成型法压制的棒形电阻密度大。
实施例2
用不同烧结方式烧结棒形电阻。
试验一
采用竖立方式烧结30根底面边长为30mm，长120mm的正四棱柱电阻。
试验二
将30根底面边长为30mm，长120mm的正四棱柱电阻分别平放在具有90°夹角的V形槽面21的耐火承托结构2上进行烧结。
试验三
将30根底面边长为30mm，长120mm的正四棱柱电阻平放在承托面为平面23的耐火承托结构2上进行烧结。
结果分析:
对以上三组棒形电阻分别测试两底面的边长以及变形量，具体数据如表2所示。
表2不同烧结方式棒形电阻变形量
试验 一 二 三
端面1(mm) 23.6 23.7 23.6
端面2(mm) 24.8 23.6 23.6
变形量(mm) 1.2 0.1 0
可以看出，用平放方式烧结的四棱柱电阻变形量明显比竖立方式烧结的变形量小很多。
实施例3
不同成型方式及成型压力下的棒形电阻的直流参考电压。
试验一
用干压成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为50MPa；
试验二
用干压成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为80MPa；
试验三
用干压成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为100MPa；
试验四
用干袋成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为50MPa；
试验五
用干袋成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为80MPa；
试验六
用干袋成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为100MPa；
试验七
先用干压成型法预成型，然后用等静压成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为50MPa；
试验八
先用干压成型法预成型，然后用等静压成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为80MPa；
试验九
先用干压成型法预成型，然后用等静压成型法压制30根底面边长为30mm高为120mm的正四棱柱电阻，成型压力为100MPa。
结果分析：
对以上九组棒形电阻进行烧结并测试直流参考电压，结果如表3所示。
表3不同成型方式棒形电阻的直流参考电压
Figure BDA0003138131580000101
从表3可以看出，干压成型法和等静压成型后的棒形电阻直流参考电压为26kV左右，所以用干压成型法和等静压成型法生产棒形电阻具有一定的可行性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种非线性金属氧化物棒形电阻的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100：通过等静压成型法和/或沿坯体径向通过干压成型法压制成棒形电阻坯体；
S200：对棒形电阻坯体进行烧结得到棒形电阻半成品；
S300：对棒形电阻半成品的两端进行喷涂铝电极，得到高/径比不小于2，且圆截面直径或截面外接圆直径为20mm~80mm的非线性金属氧化物棒形电阻；
其中，所述S200中对棒形电阻坯体进行烧结得到棒形电阻半成品具体为：将所述棒形电阻坯体平放在耐火承托结构的承托面上进行烧结，所述耐火承托结构对所述棒形电阻坯体进行定位；
所述步骤S100中通过等静压成型法和/或沿坯体径向通过干压成型法压制成棒形电阻坯体，具体为：
单独沿坯体径向通过干压成型法压制成棒形电阻坯体；
或单独通过等静压成型法压制成棒形电阻坯体；
或先采用干压成型法进行预成型，再采用等静压成型法压制成棒形电阻坯体；
所述干压成型法的成型压力为30~100MPa，所述等静压成型法的成型压力为50~200MPa；
所述耐火承托结构的承托面为V形槽面或U形槽面或平面。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述等静压成型法包括干袋法成型和湿袋法成型。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S300中在对所述棒形电阻半成品进行喷涂铝电极之前还进行周面涂覆绝缘涂层，两端面进行磨加工，所述绝缘涂层为有机聚合物或无机玻璃。
4.一种非线性金属氧化物棒形电阻，其特征在于，采用如权利要求1-3任意一项所述的制备方法制备得到，所述非线性金属氧化物棒形电阻的垂直于轴向的截面的形状为圆形、椭圆形或多边形。
5.根据权利要求4所述的非线性金属氧化物棒形电阻，其特征在于，所述非线性金属氧化物棒形电阻的圆截面直径或截面外接圆直径为20mm~80mm。
6.根据权利要求4和5任意一项所述的非线性金属氧化物棒形电阻，其特征在于，所述非线性金属氧化物棒形电阻的高径比不小于2。
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