一种氧化锌电阻片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化锌电阻片，所述电阻片含按质量百分比计的：ZnO：85～95％，Bi2O3：0.5～5.0％，Co3O4：0.05～0.5％，NiO：0.5～2.0％，MnO：0.1～2.0％，Sb2O3：2.0～8.0％，SiO2：0.01～1.0％，Er2O3：0.01～1.0％，Ag2O：0.1～2.0％。本发明专利技术提供的电阻片的直径≥115mm，压敏电压梯度达到450V/mm以上，残压比≤1.58，2ms方波耐受电流≥2000A，4/10μs大电流冲击耐受电流100kA，老化系数≤1.1，经峰值为3000A的8/20μs脉冲电流冲击后压敏电压变化率小于6％。本发明专利技术提供的技术方案，制备工艺简单，技术经济性高，现有的避雷器用氧化锌压敏电阻片制造设备完全可以实现工业生产需求。

A zinc oxide resistor and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锌电阻片及其制备方法
本专利技术属于避雷器压敏电阻片
，具体涉及一种氧化锌电阻片及其制备方法。
技术介绍
避雷器是保护电力设备免受内外部过电压侵害的重要防护装置，是超、特高压输变电设备不可缺少的组成部分。因受空间布置的限制，对避雷器运行可靠性和小型化的要求越来越高。作为避雷器的核心部件的氧化锌电阻片，因其非线性伏安特性较好，自问世以来一直是世界各国避雷器研究发展的重点方向。随着超、特高压电网的快速建设，对高端氧化锌避雷器的需求日益迫切，电力行业越来越重视对高性能高梯度氧化锌电阻片及其避雷器产品的研发、制造及工程应用。氧化锌电阻片是一种以氧化锌为主体，并掺杂有多种金属氧化物改性的多晶半导体材料。由于具有保护性能优越、通流容量大、无续流等特点，被广泛应用于电力、电子系统的内外部过电压防护中，避雷器是其在电力系统中应用的主要产品形式。当氧化锌电阻片电压梯度高、通流容量大、残压比低、老化性能优越时，既能减小避雷器本身的体积和质量，降低被保护设备的绝缘水平和造价，又能为电力设备提供更加安全可靠的防护。因此，研究高性能高梯度氧化锌电阻片的配方体系和制备工艺，并应用于避雷器的设计中，对于超、特高压电网而言，具有重要的技术和经济意义。当前，500kV输电网络现已经成为超高压电网的主干，500kV电压等级GIS变电站也随之得到大量建设与投入运行，市场对GIS避雷器需求亦越来越大。应用传统配方及工艺制作的常规高梯度氧化锌电阻片(300～330V/mm)已无法满足500kV电压等级GIS避雷器更高水平小型化、可靠性等要求，必须使用更高梯度且综合性能优异的氧化锌电阻片才能制造出高性能产品。一方面，通过提高氧化锌电阻片的电位梯度可将原多柱式布置方式转变为单柱式，缩短GIS避雷器的径向和轴向结构尺寸，较大减小其体积和质量；另一方面，采用高梯度氧化锌电阻片可改善GIS避雷器电位分布、过电压保护水平、电压电流分布及能量吸收能力，提高电力设备运行的安全可靠性，同时还将大大降低设备绝缘要求，降低制造成本。目前，关于氧化锌电阻片的基础成分体系与添加剂的选择匹配以及相应的烧结成型工艺的协同优化控制技术尚未很好掌握，导致大尺寸氧化锌电阻片的晶粒尺寸及均匀性、晶界数量、相结构等显微组织未能实现很好的综合优化控制，表现在综合性能指标与GIS避雷器的使用要求尚存在一定差距，即通流容量、电位梯度、耐冲击性能、老化性能等关键指标不能很好的匹配，此消彼长，一定程度上影响GIS避雷器的安全运行可靠性。因此，开展氧化锌掺杂改性及制备工艺研究，进一步提高氧化锌电阻片的电位梯度和通流容量，提升高性能氧化锌电阻片及阀片产品的制备水平，对提高氧化锌避雷器的保护水平，适应电力工业的迅速发展有着十分重要的意义。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供了一种氧化锌电阻片及其制备方法，本专利技术的氧化锌电阻片直径≥115mm，压敏电压梯度达到450V/mm以上，残压比≤1.58，2ms方波耐受电流≥2000A，4/10μs大电流冲击耐受电流100kA，老化系数≤1.1，经峰值为3000A的8/20μs脉冲电流冲击后压敏电压变化率小于6％。为实现上述专利技术目的，采取以下技术方案:本专利技术提供的一种氧化锌电阻片，其改进之处在于，所述电阻片含按质量百分比计的如下组分：ZnO：85～95％，Bi2O3：0.5～5.0％，Co3O4：0.05～0.5％，NiO：0.5～2.0％，MnO：0.1～2.0％，Sb2O3：2.0～8.0％，SiO2：0.01～1.0％，Er2O3：0.01～1.0％，Ag2O：0.1～2.0％。优选的，所述电阻片含按质量百分比计的如下组分：ZnO：85～90％，Bi2O3：0.5～5.0％，Co3O4：0.05～0.2％，NiO：0.5～2.0％，MnO：0.1～1.0％，Sb2O3：5.0～8.0％，SiO2：0.1～0.5％，Er2O3：0.02～0.5％，Ag2O：0.5～2.0％。优选的，所述电阻片含按质量百分比计的如下组分：ZnO：90％，Bi2O3：2.0％，Co3O4：0.15％，NiO：0.7％，MnO：0.65％，Sb2O3：5.5％，SiO2：0.2％，Er2O3：0.3％，Ag2O：0.5％。本专利技术提供的一种氧化锌电阻片的制备方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：1)配料；2)球磨混合：以无水乙醇作为分散剂，氧化锆球作球磨介质，用行星式球磨机球磨上述配料；3)烘干：干90～120℃下的电热恒温鼓风干燥机中将球磨混合后的浆料干燥12～24h；4)造粒：将烘干后的粉料与聚乙烯醇混合并磨细，过100目筛网造粒；5)成化：将所得造粒在室温下干燥24～48h；6)压片：在80～100MPa下，用自动压片机将所得的粉末压5～10s制成圆柱电阻片；7)烧结：用箱式电阻炉烧结所得圆柱电阻片；8)超声波清洗：用超声波清洗机清洗所得的电阻片样品3～5次，每次清洗5～8分钟后100℃～120℃干燥2～4h；9)涂覆电极：用电弧喷铝工艺涂覆所得电阻片。优选的，所述步骤2)中无水乙醇的用量为配料重量的0.9～1.0倍。优选的，所述步骤2)中，球磨包括，在350～400r/min转速下，正反球磨共4～8h，每次正或反球磨30min。优选的，所述步骤4)中，聚乙烯醇的量为粉料重量的1～2％。优选的，所述步骤6)中的圆柱电阻片的直径≥115mm。优选的，所述步骤7)中烧结包括：以50℃/h的速率升至700℃下4h后，再在1000～1200℃下烧结1.5～2.5h，冷却得样品。优选的，所述步骤9)中电极涂覆为：喷涂电压34V，喷涂电流100A，喷涂距离150～200mm，并在电阻片侧面涂低温玻璃釉的电极涂覆。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：1)本专利技术提供的技术方案，电阻片直径≥115mm，压敏电压梯度达到450V/mm以上，残压比≤1.58，2ms方波耐受电流≥2000A，4/10μs大电流冲击耐受电流100kA，老化系数≤1.1，经峰值为3000A的8/20μs脉冲电流冲击后压敏电压变化率小于6％。2)本专利技术提供的技术方案，本专利技术的氧化锌压敏电阻片制备工艺简单，技术经济性高，现有的避雷器用氧化锌压敏电阻片制造设备完全可以实现工业生产需求。具体实施方式所有实施方式都是采用现有常规的设备和仪器，按照前面所叙述的步骤进行：实施例1本实例的氧化锌避雷器用压敏电阻片的制备工艺，包含以下步骤：1)配料：按原料的质量百分比进行配制，具体配方如下：ZnO：93％，Bi2O3：2.5％，Co3O4：0.1％，NiO：0.2％，MnO：0.2％，Sb2O3：3.0％，SiO2：0.3％，Er2O3：0.2％，Ag2O：0.5％。2)球磨混合：将上述配制好的原料放入尼龙球磨罐内，按原料重量的0.9倍，加入无水乙醇作为分散剂，氧化锆球作球磨介质，采用行星式球磨机进行球磨，球磨转速为350r/min，且采用正反转结合的方式，正反间隔时间为30min，球磨时间6h；3)烘干：将球磨混合后的浆料置于干净的搪瓷托盘中，再将托盘置于电热恒温鼓风干燥机中干燥，干燥温度90℃，干燥时间24h；4)造粒：在烘干后的粉料中加入粉料重量1％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锌电阻片，其特征在于，所述电阻片含按质量百分比计的如下组分：ZnO：85～95％，Bi2O3：0.5～5.0％，Co3O4：0.05～0.5％，NiO：0.5～2.0％，MnO：0.1～2.0％，Sb2O3：2.0～8.0％，SiO2：0.01～1.0％，Er2O3：0.01～1.0％，Ag2O：0.1～2.0％。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌电阻片，其特征在于，所述电阻片含按质量百分比计的如下组分：ZnO：85～95％，Bi2O3：0.5～5.0％，Co3O4：0.05～0.5％，NiO：0.5～2.0％，MnO：0.1～2.0％，Sb2O3：2.0～8.0％，SiO2：0.01～1.0％，Er2O3：0.01～1.0％，Ag2O：0.1～2.0％。2.如权利要求1所述的一种氧化锌电阻片，其特征在于，所述电阻片含按质量百分比计的如下组分：ZnO：85～90％，Bi2O3：0.5～5.0％，Co3O4：0.05～0.2％，NiO：0.5～2.0％，MnO：0.1～1.0％，Sb2O3：5.0～8.0％，SiO2：0.1～0.5％，Er2O3：0.02～0.5％，Ag2O：0.5～2.0％。3.如权利要求1所述的一种氧化锌电阻片，其特征在于，所述电阻片含按质量百分比计的如下组分：ZnO：90％，Bi2O3：2.0％，Co3O4：0.15％，NiO：0.7％，MnO：0.65％，Sb2O3：5.5％，SiO2：0.2％，Er2O3：0.3％，Ag2O：0.5％。4.一种制备权利要求1～3任一项所述的氧化锌电阻片的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)配料；2)球磨混合：以无水乙醇作为分散剂，氧化锆球作球磨介质，用行星式球磨机球磨上述配料；3)烘干：干90～120℃下的电热恒温鼓风干燥机中将球磨混合后的浆料干燥12～24h；4)造粒：将烘干后的粉料...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝志祥，陈新，张强，陈保安，丁一，朱承治，张浩，许衡，谷山强，王轲，李庚，陈川，陈云，刘昕，孙亮，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国网浙江省电力有限公司，国家电网有限公司，南瑞集团有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11