CN117497267A - 一种氧化锌高梯度非线性电阻片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电阻片技术领域，具体涉及一种氧化锌高梯度非线性电阻片及其制备方法，本发明提供的氧化锌高梯度非线性电阻片，包括主料和添加剂；其中，主料为ZnO；添加剂由以下组分组成：Bi2O3、Sb2O3、Co3O4、NiO、Mn3O4、银玻璃和九水硝酸铝，本申请通过组分含量调整，有效改善了氧化锌晶粒的状态和分布状况，增大了氧化锌非线性电阻片的电位梯度，使得本申请提供的电阻片可以获得390‑420V/mm的高电位梯度，可更好满足应用需求；本申请提供的制备方法，配置添加剂后，先进行纳米超细研磨，再加入主料，可以使反应更加充分，并配合后端的烧成等工序的加工，制备出的电阻片具有更高的电位梯度，可更好地满足应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及电阻片技术领域，特别是涉及一种氧化锌高梯度非线性电阻片及其制备方法。
背景技术
目前，金属氧化物避雷器由具有良好非线性伏安特性的氧化锌电阻片组装而成。在正常工作电压下，它具有很高的电阻，类似于处于绝缘状态。在雷电和操作冲击等过电压浪涌情况下，它会呈现低阻状态，将异常浪涌放电，使与避雷器并联的电气设备的剩余电压被抑制在设备绝缘安全值以下，从而使被保护电气设备的绝缘不受过电压损坏。经过国内几十年实际应用，金属氧化物避雷器已成为电力系统中性能最好且发展最快的过电压保护装置，其应用范围极其广泛。氧化锌非线性电阻片是避雷器的核心元件，金属氧化物避雷器吸收过电压的关键部件是由氧化锌非线性电阻片串联或并联组成的。实际运行情况表明，避雷器发展趋势倾向于电阻片高梯度，避雷器小型化，轻量化方向。
目前国内避雷器产品普遍使用为200V/mm左右梯度非线性电阻片，梯度较小，使得避雷器的体积大，安装高度更高，应用存在不便。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种氧化锌高梯度非线性电阻片及其制备方法，其提供的电阻片具有高梯度，可更好地满足应用需求。
本发明采用的技术方案是：
一种氧化锌高梯度非线性电阻片，包括主料和添加剂；
其中，主料为ZnO；
添加剂由以下组分组成：Bi2O3、Sb2O3、Co3O4、NiO、Mn3O4、银玻璃和九水硝酸铝。
进一步地，以主料氧化锌的摩尔质量为1，添加剂由以下摩尔百分比的组分组成Bi2O3 0.2-0.6％、Sb2O3 1.25-2.05％、Co3O4 0.3-0.8％、NiO 1.2-2.1％、Mn3O40.15-0.55％、银玻璃0.016-0.025％和九水硝酸铝0.01-0.056％。
此处，主要通过调整氧化铋的含量，氧化铋的主要作用为溶剂，以增加氧化锌的晶粒增长，当其减少，可以使主物相氧化锌的晶粒生长缓慢，氧化锌晶粒变小，阻碍电流通过的晶界相应增多，同样通流1mA所需的电压增大，当然这其中也需要其他材料的配比相应变化，氧化锑和氧化镍的主要作用是抑制氧化锌增长，氧化钴和氧化锰的主要作用是减少溶剂氧化铋的挥发。
基于同一发明构思，本申请还提供一种用于制备上述的氧化锌高梯度非线性电阻片的制备方法，包括如下制备步骤：
配置添加剂；
加入主料，进行混合研磨；
之后进行离心造粒；
最后进行含水、成型、排胶、烧成、涂绝缘釉、热处理、端面研磨、超声波清洗、热处理、喷铝。
进一步地，研磨过程使用研磨介质为0.1mm锆球的高效纳米砂磨机。
具体地，此处的高效纳米砂磨机，为无筛网、无油封、研磨介质为0.1mm锆球的新型高效纳米砂磨机，相比传统的研磨设备，添加剂的D50从常规的1.0μm左右降低到了接近0.5μm，采用新型高效纳米砂磨机可以进一步将添加剂颗粒研磨的细度降低到接近主材氧化锌的粒度，增加了反应的比表面积，使反应更加充分，改善了微观结构，增加了晶界势垒的数量，提高了电位梯度。
进一步地，配置添加剂后，需要先对添加剂进行纳米超细研磨，再加入主料。
进一步地，研磨添加剂的时间不小于2h。
进一步地，加入主料进行研磨前，需要加入分散剂、结合剂和消泡剂，再进行研磨。
进一步地，加入主料后的研磨时间不小于8h。
本发明的有益效果如下：
1、本申请提供的电阻片，通过组分含量调整，优化了有益于促进氧化锌晶粒的增长的Bi2O3的添加量，以及优化了抑制Bi2O3挥发的Co3O4和Mn3O4的添加量和配比，同时优化了抑制氧化锌晶粒过快增长的Sb2O3和NiO的添加量与配比，从而有效改善了氧化锌晶粒的状态和分布状况，增大了氧化锌非线性电阻片的电位梯度，使得本申请提供的电阻片可以获得390-420V/mm的高电位梯度，可更好满足应用需求；
2、本申请提供的制备方法，配置添加剂后，先进行纳米超细研磨，再加入主料，可以进一步将添加剂颗粒研磨的细度降低到接近主材氧化锌的粒度，增加了反应的比表面积，使反应更加充分，改善了微观结构，增加了晶界势垒的数量，提高了电位梯度，并配合后端的烧成等工序的加工，使得本申请的制备方法制备出的电阻片具有更高的电位梯度，可更好地满足应用需求。
附图说明
图1为本发明的实施例中的电阻片的制备流程框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将通过实施例对本发明进行更全面的描述，以下给出了本发明的较佳实施例。但本发明可以以多种不同形式来实现，并不只限于本文所描述的实施例。凡是对本发明技术方案进行修改或同等替换，而没有创造性的成果所得到的的其他实施方案，均在本发明的保护范围之中。
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。
本发明实施例中揭露的数值是近似值，并非确定值。在误差或实验条件允许的情况下，可以包括在误差范围内的所有值而不限于本发明实施例中公开的具体数值。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
按照摩尔比ZnO：Bi2O3：Sb2O3：Co3O4：NiO：Mn3O4：银玻璃：九水硝酸铝＝1：0.22：1.26：0.33：1.25：0.16：0.017：0.01组成的比例对除ZnO外的添加物进行纳米超细研磨2h，然后加入分散剂/结合剂/消泡剂，与ZnO共同混合研磨8h，离心造粒，对料粉进行含水→排胶→成型→烧成(φ40mm/H30mm)→涂绝缘釉→热处理→端面研磨→超声波清洗→热处理→喷铝→方波筛选→DCV1mA/残压测量。
本实施例所制作的氧化锌非线性电阻片经西安弘多电子技术有限公司的直流参数测试仪测试，该电阻片的电位梯度为390V/mm。
实施例2
按照摩尔比ZnO：Bi2O3：Sb2O3：Co3O4：NiO：Mn3O4：银玻璃：九水硝酸铝＝1：0.28：1.47：0.42：1.45：0.28：0.018：0.022组成的比例对除ZnO外的添加物进行纳米超细研磨2h，然后加入分散剂/结合剂/消泡剂，与ZnO共同混合研磨8h，离心造粒，对料粉进行含水→排胶→成型→烧成(φ40mm/H30mm)→涂绝缘釉→热处理→端面研磨→超声波清洗→热处理→喷铝→方波筛选→DCV1mA/残压测量。
本实施例所制作的氧化锌非线性电阻片经西安弘多电子技术有限公司的直流参数测试仪测试，该电阻片的电位梯度为405V/mm。
实施例3
按照摩尔比ZnO：Bi2O3：Sb2O3：Co3O4：NiO：Mn3O4：银玻璃：九水硝酸铝＝1：0.42：1.77：0.54：1.65：0.35：0.021：0.028组成的比例对除ZnO外的添加物进行纳米超细研磨2h，然后加入分散剂/结合剂/消泡剂，与ZnO共同混合研磨8h，离心造粒，对料粉进行含水→排胶→成型→烧成(φ40mm/H30mm)→涂绝缘釉→热处理→端面研磨→超声波清洗→热处理→喷铝→方波筛选→DCV1mA/残压测量。本实施例所制作的氧化锌非线性电阻片经西安弘多电子技术有限公司的直流参数测试仪测试，该电阻片的电位梯度为420V/mm。
实施例4
按照摩尔比ZnO：Bi2O3：Sb2O3：Co3O4：NiO：Mn3O4：银玻璃：九水硝酸铝＝1：0.58：2.02：0.78：2.05：0.51：0.024：0.052组成的比例对除ZnO外的添加物进行纳米超细研磨2h，然后加入分散剂/结合剂/消泡剂，与ZnO共同混合研磨8h，离心造粒，对料粉进行含水→排胶→成型→烧成(φ40mm/H30mm)→涂绝缘釉→热处理→端面研磨→超声波清洗→热处理→喷铝→方波筛选→DCV1mA/残压测量。
本实施例所制作的氧化锌非线性电阻片经西安弘多电子技术有限公司的直流参数测试仪测试，该电阻片的电位梯度为412V/mm。
具体地，上述实施例1-4中，分散剂：多元羧酸型共聚物，日本油脂AKM-0531；结合剂：聚乙烯醇；消泡剂：正辛醇。
具体地，上述实施例1-4中，其中的烧成步骤，形成φ40mm/H30mm电阻片尺寸，其中φ40mm为圆形端面直径，H30mm为侧面高度，避雷器内部用电阻片形状常用圆柱体，便于组装，圆面形状可避免局部电流集中，直径为对应10kv等级产品对应电流通量常用尺寸，高度通常为20-40mm，每个厂家不同，根据烧成匣钵的高度尺寸设计，过高烧成不充分，烧成设备也会太大。
具体地，上述实施例1-4中，其中的对粉体进行的一系列处理，均为现有技术中的常规工序，行业内工艺顺序基本一致，每个工序的工艺参数会根据产品配方不同有所差别，在本申请的实施例1-4中，其中：
含水：通过含水设备对料粉进行含水量增加，将料粉含水率提高到1.2-1.4％
成型：通过液压成型机和对应的模具将料粉成型为密度为3.10±0.02g/cm3的圆柱状成型体；
排胶：通过组合式隧道排胶烧成炉进行，最高温度400±10℃，保温4h，升降温总时间24h；
烧成：通过组合式隧道排胶烧成炉进行，最高温度1080±10℃，保温2h，升降温总时间46h；
涂绝缘釉：通过自制的绝缘釉喷涂设备进行绝缘玻璃釉的侧面喷涂，厚度0.3±0.1mm；
热处理：隧道式焙烧炉，最高温度430℃，升降温时间为10h，保温时间8h；
端面研磨：立式端面磨床，研磨后要求两个端面的平行度小于10丝(0.1mm)；
超声波清洗：单体式超声波清洗机，清洗干净，无污痕；
热处理：烘箱，60℃保温不小于1h；
喷铝：定制的电阻片端面喷涂装置，喷涂前注意将端面带好保护胶套(避免铝粉喷涂到侧面绝缘釉上)，单个端面的铝层厚度为0.15±0.05mm。
具体地，上述实施例1-4中，其中的电阻片电位梯度为计算值，计算公式为DCV1mA(V)/H(mm)，其中DCV1mA为电阻片通过直流1mA电流的情况下电阻片两端的直流电压值，H为电阻片的厚度，参考标准为GB/T 11032-2010交流无间隙金属氧化物避雷器3.2.2。
参见上述实施例1-4，本申请提供的的氧化锌非线性电阻片可以获得390-420V/mm的高电位梯度。而目前国内避雷器产品普遍使用为200V/mm左右梯度非线性电阻片，如使用梯度400V/mm电阻片的避雷器，会比使用梯度200V/mm电阻片的避雷器高度降低一半，从而更好地满足电阻片高梯度，避雷器小型化，轻量化的发展方向。
本申请提供的氧化锌非线性电阻片尤其适用于超特高压电力设备的小型化避雷器的安装和应用。
具体地，本申请提供的氧化锌非线性电阻片，主要通过调整氧化铋的含量，氧化铋的主要作用为溶剂增加氧化锌的晶粒增长，其含量减少，可以使主物相氧化锌的晶粒生长缓慢，氧化锌晶粒变小，阻碍电流通过的晶界相应增多，同样通流1mA所需的电压增大，当然同时通过其它组分的配比的相应变化，其中氧化锑和氧化镍的主要作用是抑制氧化锌增长，氧化钴和氧化锰的主要作用是减少溶剂氧化铋的挥发，并在制备过程中将添加剂颗粒研磨的细度降低到接近主材氧化锌的粒度，增加了反应的比表面积，使反应更加充分，改善了微观结构，增加了晶界势垒的数量，提高了电位梯度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种氧化锌高梯度非线性电阻片，其特征在于，包括主料和添加剂；
其中，主料为ZnO；
添加剂由以下组分组成：Bi2O3、Sb2O3、Co3O4、NiO、Mn3O4、银玻璃和九水硝酸铝。
2.根据权利要求1所述的氧化锌高梯度非线性电阻片，其特征在于，以主料氧化锌的摩尔质量为1，添加剂由以下摩尔百分比的组分组成Bi2O3 0.2-0.6％、Sb2O3 1.25-2.05％、Co3O4 0.3-0.8％、NiO 1.2-2.1％、Mn3O4 0.15-0.55％、银玻璃0.016-0.025％和九水硝酸铝0.01-0.056％。
3.一种制备如权利要求1或2所述的氧化锌高梯度非线性电阻片的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
配置添加剂；
加入主料，进行混合研磨；
之后进行离心造粒；
最后进行含水、成型、排胶、烧成、涂绝缘釉、热处理、端面研磨、超声波清洗、热处理、喷铝。
4.根据权利要求3所述的制备氧化锌高梯度非线性电阻片的制备方法，其特征在于，研磨过程使用研磨介质为0.1mm锆球的高效纳米砂磨机。
5.根据权利要求3所述的制备氧化锌高梯度非线性电阻片的制备方法，其特征在于，配置添加剂后，需要先对添加剂进行纳米超细研磨，再加入主料。
6.根据权利要求5所述的制备氧化锌高梯度非线性电阻片的制备方法，其特征在于，研磨添加剂的时间不小于2h。
7.根据权利要求3所述的制备氧化锌高梯度非线性电阻片的制备方法，其特征在于，加入主料进行研磨前，需要加入分散剂、结合剂和消泡剂，再进行研磨。
8.根据权利要求3所述的制备氧化锌高梯度非线性电阻片的制备方法，其特征在于，加入主料后的研磨时间不小于8h。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311573535.3A CN117497267A (zh) | 2023-11-23 | 2023-11-23 | 一种氧化锌高梯度非线性电阻片及其制备方法 |
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- 2023-11-23 CN CN202311573535.3A patent/CN117497267A/zh active Pending
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