3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法技术

本发明专利技术公开了3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法，属于氧化铝陶瓷表面复合涂层制备技术领域。该方法为选取了极低二次电子发射系数，并且能减小A12O3陶瓷二次电子发射系数和表面电阻率的Cr2O3作为涂层的原料，将A12O3陶瓷与涂层两者良好的性能结合起来，突出两种材料的整体优势。同时采用3D打印技术，提高了效率，也能在复杂构件表面均匀涂覆涂层，既保证了绝缘介质基体良好的体绝缘性能，又有效提高了绝缘介质的耐表面闪络性能。能。

【技术实现步骤摘要】
3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法


[0001]本专利技术属于氧化铝陶瓷表面复合涂层制备
，涉及3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法。

技术介绍

[0002]真空作为一种常见的高压绝缘介质，因具有优良的介电特性，被广泛应用于电气设备和真空器件中。为了满足设备支撑，在真空环境下，需在不同的电位导体之间插入间隙长度相同的固体绝缘子，但是，引入绝缘子后会引发沿面闪络。绝缘子真空沿面闪络是指在绝缘子表面解脱附气体层中发生的一种贯穿性放电现象，发生闪络时所加载的电压一般远低于绝缘材料的体击穿电压和真空间隙击穿电压。氧化铝陶瓷由于具有良好的电绝缘性能、热传导性以及耐高温特性，广泛应用于电真空绝缘及高电压领域。但是，由于其过高的二次电子发射系数和表面电阻率，在高电场和复杂环境下，大量电荷容易在其表面积聚，降低沿面闪络电压，引发沿面放电事故。
[0003]因此，为了提高真空电气设备的寿命和稳定性，需要寻找抑制电介质表面电荷积聚的方法以提高其沿面闪络性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中，氧化铝陶瓷表面易积聚电荷，降低沿面闪络电压的缺点，提供一种3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1)将Cr2O3、Al2O3、烧结助剂、光敏树脂配制成Cr2O3和Al2O3含量梯度变化的三种膏料，并将三种膏料作为3D打印原料，按照梯度变化依次打印在氧化铝瓷壳表面，得到从氧化铝瓷壳表面由下向上的三层涂层，静置至溶剂挥发后，得到表面覆有过渡层的氧化铝瓷壳；
[0008]步骤2)对表面覆有过渡层的氧化铝瓷壳进行高温烧结，在绝缘子表面得到梯度涂层。
[0009]优选地，步骤1)中，从绝缘子基体表面由下向上的三层涂层，光敏树脂与粉体的质量比例为3：7；
[0010]对于粉体，以质量百分数计，第一层涂层中，Cr2O3含量为30～50％，Al2O3含量为40～60％，烧结助剂总含量为5～10％；第二层涂层中，Cr2O3含量为50～70％，Al2O3含量为20～40％，烧结助剂总含量为5～10％；第三层涂层中，Cr2O3含量为90～95％，烧结助剂总含量为5～10％；每层涂层厚度为10～15μm。
[0011]优选地，三种膏料中均添加有改性剂；
[0012]改性剂为硅烷偶联剂或酞酸酯。
[0013]优选地，每一种膏料中添加的改性剂的质量为每一种膏料的总质量的0.5～5％。
[0014]优选地，光敏树脂包括预聚物、单体、光引发剂、分散剂、消泡剂和粘度调节剂；
[0015]预聚物由环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯以及阳离子光敏树脂中的一种或几种混合而成；
[0016]单体由丙烯酸丁酯、HDDA、TPG
‑
DA中的一种或几种混合而成；
[0017]光引发剂由TPO、安息香双甲醚、二苯甲酮、二芳基碘鎓盐中的一种或几种混合而成；
[0018]分散剂由KH550、KH570、超分散剂9076、Triton X
‑
100中的一种或几种混合而成；
[0019]粘度调节剂包括PEG和/或甘油；
[0020]消泡剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚及脂肪酸聚氧乙烯酯中的一种或几种混合而成。
[0021]优选地，光敏树脂包括，以质量百分数计，含量为55～65％，的预聚物，含量为25～35％的单体，含量为1～5％的光引发剂，含量为1～5％的分散剂，含量为1～8％的粘度调节剂，含量为1～3％的消泡剂。
[0022]优选地，烧结助剂为TiO2和MnCO3中的一种或两种；
[0023]以质量百分数计，每一种膏料中，烧结助剂总含量为5～10％，TiO2含量为1～7％，MnCO3含量为0～5％。
[0024]优选地，步骤2)中，烧结的条件为：真空压力3.6
×
10
‑3Pa，在1200～1500℃下烧结2～4h。
[0025]优选地，步骤2)中，烧结时填充有氮气或氩气。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术提供了一种3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的制备方法，该方法为选取了极低二次电子发射系数，并且能减小A12O3陶瓷二次电子发射系数和表面电阻率的Cr2O3作为涂层的原料，将A12O3陶瓷与涂层两者良好的性能结合起来，突出两种材料的整体优势。同时采用3D打印技术，提高了效率，也能在复杂构件表面均匀涂覆涂层，既保证了绝缘介质基体良好的体绝缘性能，又有效提高了绝缘介质的耐表面闪络性能。
附图说明
[0028]图1为实施例6所得的氧化铝陶瓷表面耐闪络复合涂层的断面SEM图；
[0029]图2为实施例6所得的氧化铝陶瓷表面耐闪络复合涂层的断面EDS图；
具体实施方式
[0030]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0031]需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固
有的其它步骤或单元。
[0032]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0033]3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0034]步骤1)将Cr2O3、Al2O3、烧结助剂、光敏树脂和溶剂配制成Cr2O3和Al2O3含量梯度变化的三种膏料，并将三种膏料作为3D打印原料，按照梯度变化依次打印在绝缘子基体表面，得到从绝缘子基体表面由下向上的三层涂层，静置至溶剂挥发后，得到表面覆有过渡层的绝缘子；
[0035]步骤2)对表面覆有过渡层的绝缘子进行高温烧结，在绝缘子表面得到真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层。
[0036]各实施例中每一层的组成含量见表1，各实施例的制备条件见表2。
[0037]表1.本专利技术选用的三氧化二铬涂层体系的原料组成
[0038][0039]表2.本专利技术选用的三氧化二铬涂层体系的浆料配比与烧结工艺
[0040]实施例分散剂用量膏料固含量烧结温度保温时间11.2wt.％70vol.％1400℃2h22wt.％60vol.％1300℃4h31.5wt.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)将Cr2O3、Al2O3、烧结助剂、光敏树脂配制成Cr2O3和Al2O3含量梯度变化的三种膏料，并将三种膏料作为3D打印原料，按照梯度变化依次打印在氧化铝瓷壳表面，得到从氧化铝瓷壳表面由下向上的三层涂层，静置至溶剂挥发后，得到表面覆有过渡层的氧化铝瓷壳；步骤2)对表面覆有过渡层的氧化铝瓷壳进行高温烧结，在绝缘子表面得到梯度涂层。2.根据权利要求1所述的3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法，其特征在于，步骤1)中，从绝缘子基体表面由下向上的三层涂层，光敏树脂与粉体的质量比例为3：7；对于粉体，以质量百分数计，第一层涂层中，Cr2O3含量为30～50％，Al2O3含量为40～60％，烧结助剂总含量为5～10％；第二层涂层中，Cr2O3含量为50～70％，Al2O3含量为20～40％，烧结助剂总含量为5～10％；第三层涂层中，Cr2O3含量为90～95％，烧结助剂总含量为5～10％；每层涂层厚度为10～15μm。3.根据权利要求1所述的3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法，其特征在于，三种膏料中均添加有改性剂；改性剂为硅烷偶联剂或酞酸酯。4.根据权利要求3所述的3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法，其特征在于，每一种膏料中添加的改性剂的质量为每一种膏料的总质量的0.5～5％。5.根据权利要求1所述的3D打印制备真空灭弧室用氧化铝陶瓷表面复合涂层的方法，其特征在于，光敏树脂包括预聚物、单体、光引发剂、分散剂、消泡剂和粘度调节剂；预聚物由环氧丙烯酸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，王中雨，周小楠，徐松松，高俊杰，牛垚，史忠旗，杨建锋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：