一種避雷器用壓敏電阻閥片及其制備方法
【專利摘要】本發明提供一種避雷器用壓敏電阻閥片及其制備方法，按摩爾百分比計，電阻閥片材料由包括以下組份的材料制得：ZnO：90～98％，Bi2O3：0.05～2.0％，B2O3：0.05～2.0％，Y2O3：0.02～1.0％，NiO：0.02～1.0％，Cr2O3：0.02～1.0％，Sb2O3：0.05～3.0％，SiO2：0.01～1.0％，MgO：0.01～1.0％。本發明的壓敏電阻閥片具有優良的綜合性能，壓敏電壓梯度達到500V/mm以上，方波通流容量為400J/cm3以上，漏電流5.0μA以下，非線性系數25.0以上；本發明的制備工藝簡單，技術經濟性高，現有的避雷器閥片制造設備完全可實現工業生產需求。
【專利說明】
一種避雷器用壓敏電阻閥片及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種壓敏電阻閥片，具體涉及一種避雷器用壓敏電阻閥片及其制備方法。
【背景技術】
[0002]氧化鋅避雷器的核心元件是非線性氧化鋅電阻閥片材料(MOV)。高性能的MOV是制造高性能氧化鋅避雷器的基礎。關于氧化鋅避雷器核心元件壓敏電阻閥片的研究發展經歷了三個階段:第一階段是在1975年前后氧化鋅避雷器的初次應用；第二階段是在1988年前后，老化特性和保護特性得到改善的高性能氧化鋅避雷器閥片在500kV電力系統中應用;第三階段是在1997年前后，開發出了高電位梯度(原電位梯度1.5?2倍)的ZnO壓敏電阻閥片。
[0003]自日本松下電器公司1968年發明非線性氧化鋅電阻片后，人們對氧化鋅壓敏電阻材料都逐次進行了研究分析，不斷改進，性能不斷加強。其中，201010538897.5號中國發明專利公開了一種氧化鋅壓敏電阻材料及其制備方法;201210582082.6的中國發明專利披露了一種氧化鋅壓敏電阻材料及制備方法;201110421092.7號中國發明專利公開了一種高電位梯度氧化鋅壓敏電阻材料及其制備方法;這些現有技術都存在普遍的規律，就是高敏性配方壓敏電阻經大電流沖擊后非線性變化較大，瓷體內部結構破壞嚴重，從而失去高敏性的優勢，然而非線性系數較低的防雷閥片，耐大電流沖擊次數多，自身電壓變化率和非線性系數變化率不大，然而敏感性相對較弱。因此，對上述壓敏電阻器配方和結構還需要進行設計和改進，既實現壓敏電阻器在小電流沖擊下的高度敏感性的同時，又在大電流反復沖擊下，壓敏電阻器的內部結構變化較小，從而實現有效防雷。
[0004]隨著氧化鋅避雷器的推廣應用以及交、直流輸電系統電壓等級的不斷提升，對非線性氧化鋅壓敏電阻閥片的性能要求也越來越高，通過摻雜改性進一步提高氧化鋅壓敏電阻閥片的電位梯度和通流容量，提升國產氧化鋅電阻閥片產品的電氣性能，對提高氧化鋅避雷器的過電壓保護水平，對電力工業的迅速發展有著重要的意義。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的缺陷滿足現有技術的需要，本發明提出一種避雷器用壓敏電阻閥片及其制備方法。
[0006]為了達到上述目的，本發明提供了采用下述技術方案:
[0007]—種避雷器用壓敏電阻閥片，按摩爾百分比計，電阻閥片材料由以下組份制得:Zn0:90?98%，Bi203:0.05?2.0%，Β203:0.05?2.0%，Υ203:0.02?1.0%，Ni0:0.02?1.0%，Cr203:0.02?1.0%，Sb203:0.05?3.0%，S12:0.01?I.0%，Mg0:0.01?1.0%。
[0008]一種避雷器用壓敏電阻閥片的第一優選方案，ZnO:91.1?97.6% ,Bi2O3 = 0.1?1.5%，B203:0.1?1.5%，Y203:0.1?0.8%，Ni0:0.8?1.0%，Cr203:0.1?0.5%，Sb203: 1.0—2.0%，Si02:0.1?0.8%，Mg0:0.1?0.8%。
[0009]—種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)配料:按原料的摩爾百分比進行配制；
[0011](2)球磨:用氧化鋯研磨球進行研磨，球磨轉速為200?250r/min，球磨時間6?10h；
[0012](3)造粒:將球磨后的漿料干燥、粉碎，過20?40目篩，加入占粉料重量5?1 %的去離子水，攪拌，形成混合均勻的含水顆粒料；
[0013](4)成型:將步驟(3)中所述含水顆粒料采用壓片機壓片成型；
[0014](5)排膠:將步驟(4)中壓片成型的壓敏電阻素胚進行排膠處理；
[0015](6)燒成:對步驟(5)排膠后的氧化鋅壓敏電阻素胚采用箱式爐進行常壓燒結；
[0016](7)磨片:將步驟(6)中燒結致密的氧化鋅壓敏電阻閥片兩端面磨平，采用超聲清洗閥片表面；
[0017](8)噴鋁，上側面絕緣。
[0018]—種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法的第一優選方案，步驟(2)進行研磨前，按原料重量的1.5?2倍，加入去離子水作為分散劑，按原料重量的3?6%加入濃度為5?1wt.%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑。
[0019]—種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法的第二優選方案，步驟(3)造粒前進行干燥，干燥溫度120?150 0C，時間24?36h。
[0020]—種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法的第三優選方案，步驟(4)中成型壓力為5?I OMPa/cm2，保壓時間2?5min。
[0021]—種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法的第四優選方案，步驟(5)中排膠處理溫度和時間如下:室溫升溫至180 °C，升溫時間4h; 180 °C至380 °C，升溫時間4h，保溫3?4h ；隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣。
[0022]—種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法的第五優選方案，步驟(6)中燒結溫度和時間如下:室溫升溫至600 0C，升溫時間5h ； 600 °C至850 V，升溫時間2h ； 850 V至1200 °C，升溫時間3h，保溫2.5?4h;隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣。
[0023]—種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法的第六優選方案，步驟(7)磨片后進行干燥，干燥溫度120 °C?150 °C，干燥時間8?12h。
[0024]與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有以下優異效果:
[0025]I)本發明的壓敏電阻閥片具有優良的綜合性能，壓敏電壓梯度達到500V/mm以上，方波通流容量為400J/cm3以上，漏電流5.ΟμΑ以下，非線性系數25.0以上；
[0026]2)本發明的壓敏電阻閥片制備工藝簡單，技術經濟性高，現有的避雷器閥片制造設備完全可實現工業生產需求。
【具體實施方式】
[0027]下面結合具體實施例作進一步詳細說明，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0028]實施例1
[0029]本實例的氧化鋅避雷器用壓敏電阻閥片的制備工藝，包含以下步驟:
[0030]I)配料:按原料的摩爾百分比進行配制，具體配方如下:ZnO: 90 %，Bi2O3: 2.0 %，B2O3:2.0% ,Y2O3:1.0%,N1: 1.0%,Cr2O3:1.0%，Sb2O3:1.0% ,Si02:1.0%，MgO: 1.0% ；[0031 ] 2)球磨:將上述配制好的原料，按原料重量的1.5倍，加入去離子水作為分散劑，按原料重量的3 %加入濃度為1wt.%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑，用氧化鋯研磨球進行研磨，球磨轉速為200r/min，球磨時間1h;
[0032]3)造粒:將球磨后的漿料干燥，干燥溫度1200C，干燥時間36h，將干燥后的塊狀料粉碎后，過20目篩，加入占粉料重量5 %的去離子水，攪拌，形成混合均勻的含水顆粒料；
[0033]4)成型:將3)中含水顆粒料采用壓片機壓片成型，成型壓力為5MPa/cm2，保壓時間5min；
[0034]5)排膠:將4)中壓片成型的壓敏電阻素胚進行排膠處理，具體溫度和控制時間如下:室溫升溫至180 0C，升溫時間4h; 180 °C至380 °C，升溫時間4h，保溫4h ；隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣；
[0035]6)燒成:對排膠后的氧化鋅壓敏電阻素胚采用箱式爐進行常壓燒結，具體溫度和控制時間如下:室溫升溫至600 0C，升溫時間5h ； 600 °C至850 V，升溫時間2h ； 850 V至12000C，升溫時間3h，保溫2.5h;隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣；
[0036]7)磨片:將6)中燒結致密的氧化鋅壓敏電阻閥片兩端面磨平，采用超聲清洗閥片表面的油污、灰塵等雜物，然后進行干燥，干燥溫度120°C，干燥時間12h，充分去除電阻閥片中吸附的水分；
[0037]8)噴鋁、上側面絕緣:將7)中電阻閥片兩端面噴上鋁電極，在閥片側面涂上低溫玻璃釉作為側面絕緣。
[0038]對試驗制備得到的氧化鋅壓敏電阻閥片進行性能測試，所制得的壓敏電阻閥片的壓敏電壓梯度為528V/mm以上，方波通流容量為430J/cm3以上，漏電流4.72μΑ，非線性系數
26 ο
[0039]實施例2
[0040]本實例的氧化鋅避雷器用壓敏電阻閥片的制備工藝，包含以下步驟:
[0041 ] I)配料:按原料的摩爾百分比進行配制，具體配方如下:Zn0:98%，Bi203:0.05%，B2O3:0.05%，Y2O3:0.02%，N1: 0.02% ,Cr2O3:0.02% , Sb2O3: 1.43% , S12: 0.01 % ,MgO:0.01% ；
[0042]2)球磨:將上述配制好的原料，按原料重量的2倍，加入去離子水作為分散劑，按原料重量的6%加入濃度為5wt.%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑，用氧化鋯研磨球進行研磨，球磨轉速為250r/min，球磨時間6h;
[0043]3)造粒:將球磨后的漿料干燥，干燥溫度150 0C，干燥時間24h，將干燥后的塊狀料粉碎后，過40目篩，加入占粉料重量10%的去離子水，攪拌，形成混合均勻的含水顆粒料；
[0044]4)成型:將3)中含水顆粒料采用壓片機壓片成型，成型壓力為lOMPa/cm2，保壓時間2min;
[0045]5)排膠:將4)中壓片成型的壓敏電阻素胚進行排膠處理，具體溫度和控制時間如下:室溫升溫至180 0C，升溫時間4h; 180 °C至380 °C，升溫時間4h，保溫3h ；隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣；
[0046]6)燒成:對排膠后的氧化鋅壓敏電阻素胚采用箱式爐進行常壓燒結，具體溫度和控制時間如下:室溫升溫至600 0C，升溫時間5h ； 600 °C至850 °C，升溫時間2h ； 850 °C至1200°C，升溫時間3h，保溫3h;隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣；
[0047]7)磨片:將6)中燒結致密的氧化鋅壓敏電阻閥片兩端面磨平，采用超聲清洗閥片表面的油污、灰塵等雜物，然后進行干燥，干燥溫度150°C，干燥時間8h，充分去除電阻閥片中吸附的水分；
[0048]8)噴鋁、上側面絕緣:將7)中電阻閥片兩端面噴上鋁電極，在閥片側面涂上低溫玻璃釉作為側面絕緣。
[0049]對試驗制備得到的氧化鋅壓敏電阻閥片進行性能測試，所制得的壓敏電阻閥片的壓敏電壓梯度為542V/mm以上，方波通流容量為452J/cm3以上，漏電流4.82μΑ，非線性系數25。
[0050]實施例3
[0051]本實例的氧化鋅避雷器用壓敏電阻閥片的制備工藝，包含以下步驟:
[0052]I)配料:按原料的摩爾百分比進行配制，具體配方如下:ZnO: 91.1 % ,Bi2O3:1.5%,B2O3: 1.5% ,Y203:0.8%,Ni0:1.0%,Cr203:0.5% ,Sb203:2.0% ,Si02:0.8% ,Mg0:0.8% ；
[0053]2)球磨:將上述配制好的原料，按原料重量的2倍，加入去離子水作為分散劑，按原料重量的4%加入濃度為6wt.%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑，用氧化鋯研磨球進行研磨，球磨轉速為250r/min，球磨時間6h;
[0054]3)造粒:將球磨后的漿料干燥，干燥溫度150 0C，干燥時間36h，將干燥后的塊狀料粉碎后，過30目篩，加入占粉料重量6 %的去離子水，攪拌，形成混合均勻的含水顆粒料；
[0055]4)成型:將3)中含水顆粒料采用壓片機壓片成型，成型壓力為lOMPa/cm2，保壓時間3min;
[0056]5)排膠:將4)中壓片成型的壓敏電阻素胚進行排膠處理，具體溫度和控制時間如下:室溫升溫至180 0C，升溫時間4h; 180 °C至380 °C，升溫時間4h，保溫3h ；隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣；
[0057]6)燒成:對排膠后的氧化鋅壓敏電阻素胚采用箱式爐進行常壓燒結，具體溫度和控制時間如下:室溫升溫至600 0C，升溫時間5h ； 600 °C至850 V，升溫時間2h ； 850 V至1200°C，升溫時間3h，保溫3h;隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣；
[0058]7)磨片:將6)中燒結致密的氧化鋅壓敏電阻閥片兩端面磨平，采用超聲清洗閥片表面的油污、灰塵等雜物，然后進行干燥，干燥溫度150°C，干燥時間10h，充分去除電阻閥片中吸附的水分；
[0059]8)噴鋁、上側面絕緣:將7)中電阻閥片兩端面噴上鋁電極，在閥片側面涂上低溫玻璃釉作為側面絕緣。
[0060]對試驗制備得到的氧化鋅壓敏電阻閥片進行性能測試，所制得的壓敏電阻閥片的壓敏電壓梯度為598V/mm以上，方波通流容量為465J/cm3以上，漏電流4.78μΑ，非線性系數
28 ο
[0061 ] 實施例4
[0062]本實例的氧化鋅避雷器用壓敏電阻閥片的制備工藝，包含以下步驟:
[0063]I)配料:按原料的摩爾百分比進行配制，具體配方如下:ZnO: 97.6 % ,Bi2O3:0.1%,B203:0.1% ,Y203:0.1%,Ni0:0.8%,Cr203:0.1% ,Sb203:1.0% ,Si02:0.1% ,Mg0:0.1% ；
[0064]2)球磨:將上述配制好的原料，按原料重量的2倍，加入去離子水作為分散劑，按原料重量的6%加入濃度為1wt.%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑，用氧化鋯研磨球進行研磨，球磨轉速為250r/min，球磨時間8h;
[0065]3)造粒:將球磨后的漿料干燥，干燥溫度150 0C，干燥時間36h，將干燥后的塊狀料粉碎后，過40目篩，加入占粉料重量10%的去離子水，攪拌，形成混合均勻的含水顆粒料；
[0066]4)成型:將3)中含水顆粒料采用壓片機壓片成型，成型壓力為lOMPa/cm2，保壓時間5min;
[0067]5)排膠:將4)中壓片成型的壓敏電阻素胚進行排膠處理，具體溫度和控制時間如下:室溫升溫至180 0C，升溫時間4h ； 180 °C至380 °C，升溫時間4h，保溫時間3h ；隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣；
[0068]6)燒成:對排膠后的氧化鋅壓敏電阻素胚采用箱式爐進行常壓燒結，具體溫度和控制時間如下:室溫升溫至600 0C，升溫時間5h ； 600 °C至850 V，升溫時間2h ； 850 V至1200°C，升溫時間3h，保溫時間4h;隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣；
[0069]7)磨片:將6)中燒結致密的氧化鋅壓敏電阻閥片兩端面磨平，采用超聲清洗閥片表面的油污、灰塵等雜物，然后進行干燥，干燥溫度150°C，干燥時間12h，充分去除電阻閥片中吸附的水分；
[0070]8)噴鋁、上側面絕緣:將7)中電阻閥片兩端面噴上鋁電極，在閥片側面涂上低溫玻璃釉作為側面絕緣。
[0071]對試驗制備得到的氧化鋅壓敏電阻閥片進行性能測試，所制得的壓敏電阻閥片的壓敏電壓梯度為574V/mm以上，方波通流容量為441J/cm3以上，漏電流4.91μΑ，非線性系數
26 ο
[0072]實施例5
[0073]本實例的氧化鋅避雷器用壓敏電阻閥片的制備工藝，包含以下步驟:
[0074]I)配料:按原料的摩爾百分比進行配制，具體配方如下:Zn0:95% ,Bi203:1.0% ,B2O3:1.0% ,Y203:1.0%,Ni0:0.45%,Cr203:0.3% ,Sb203:0.05% ,Si02:0.7% ,Mg0:0.5% ；
[0075]2)球磨:將上述配制好的原料，按原料重量的2倍，加入去離子水作為分散劑，按原料重量的4%加入濃度為8wt.%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑，用氧化鋯研磨球進行研磨，球磨轉速為250r/min，球磨時間8h;
[0076]3)造粒:將球磨后的漿料干燥，干燥溫度150 0C，干燥時間36h，將干燥后的塊狀料粉碎后，過40目篩，加入占粉料重量10%的去離子水，攪拌，形成混合均勻的含水顆粒料；
[0077]4)成型:將3)中含水顆粒料采用壓片機壓片成型，成型壓力為lOMPa/cm2，保壓時間5min;
[0078]5)排膠:將4)中壓片成型的壓敏電阻素胚進行排膠處理，具體溫度和控制時間如下:室溫升溫至180 0C，升溫時間4h ； 180 °C至380 °C，升溫時間4h，保溫時間3h ；隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣；
[0079]6)燒成:對排膠后的氧化鋅壓敏電阻素胚采用箱式爐進行常壓燒結，具體溫度和控制時間如下:室溫升溫至600 0C，升溫時間5h ； 600 °C至850 V，升溫時間2h ； 850 V至1200°C，升溫時間3h，保溫時間4h;隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣；
[0080]7)磨片:將6)中燒結致密的氧化鋅壓敏電阻閥片兩端面磨平，采用超聲清洗閥片表面的油污、灰塵等雜物，然后進行干燥，干燥溫度150°C，干燥時間12h，充分去除電阻閥片中吸附的水分；
[0081]8)噴鋁、上側面絕緣:將7)中電阻閥片兩端面噴上鋁電極，在閥片側面涂上低溫玻璃釉作為側面絕緣。
[0082]對試驗制備得到的氧化鋅壓敏電阻閥片進行性能測試，所制得的壓敏電阻閥片的壓敏電壓梯度為580V/mm以上，方波通流容量為445J/cm3以上，漏電流4.83μΑ，非線性系數30 ο
[0083]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進行限制，所屬領域的普通技術人員應當理解，參照上述實施例可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請待批的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1.一種避雷器用壓敏電阻閥片，其特征在于，按摩爾百分比計，所述電阻閥片材料由包括以下組份的材料制得:Zn0:90 ?98%，Bi203:0.05 ?2.0%，Β203:0.05 ?2.0%，γ203:0.02?1.0%，Ni0:0.02?1.0%，Cr203:0.02?1.0%，Sb203:0.05?3.0%，Si02:0.01?1.0%，Mg0:0.01 ?1.0%。2.根據權利要求1所述的一種避雷器用壓敏電阻閥片，其特征在于，所述ΖηΟ:91.1?97.6% ,Bi2O3:0.1?1.5% ,B2O3:0.I?I.5% ,Y2O3:0.I?0.8%，N1:0.8?I.0% ,Cr2O3-0.1?0.5% ,Sb2O3-1-O?2.0%，Si02:0.1?0.8%，Mg0:0.1?0.8%。3.—種權利要求1所述的避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: (1)配料:按原料的摩爾百分比進行配制； (2)球磨:用氧化錯研磨球研磨，球磨轉速為200?250r/min，球磨時間6?1h; (3)造粒:將球磨后的漿料干燥、粉碎，過20?40目篩，加入占粉料重量5?10%的去離子水，攪拌，混合得含水顆粒料； (4)成型:將步驟(3)中所述含水顆粒料采用壓片機壓片成型； (5)排膠:將步驟(4)中壓片成型的壓敏電阻素胚進行排膠處理； (6)燒成:對步驟(5)排膠后的氧化鋅壓敏電阻素胚采用箱式爐進行常壓燒結； (7)磨片:將步驟(6)中燒結致密的氧化鋅壓敏電阻閥片兩端面磨平，采用超聲清洗閥片表面； (8)噴鋁，上側面絕緣。4.根據權利要求3所述的一種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)進行研磨前，按原料重量的1.5?2倍，加入去離子水作為分散劑，按原料重量的3?6%加入濃度為5?1wt.%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑。5.根據權利要求3所述的一種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法，其特征在于，所述步驟⑶造粒前進行干燥，干燥溫度120?150°C，時間24?36h。6.根據權利要求3所述的一種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中成型壓力為5?10MPa/cm2，保壓時間2?5min。7.根據權利要求3所述的一種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中排膠處理溫度和時間如下:室溫升溫至180°C，升溫時間4h;180°C至380°C，升溫時間4h，保溫3?4h;隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣。8.根據權利要求3所述的一種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)中燒結溫度和時間如下:于5h內將室溫升溫至600°C ;于2h內將600°C升至850°C ;于3h內將850°C升至1200°C，保溫2.5?4h;隨爐冷卻，冷卻至室溫后取樣。9.根據權利要求3所述的一種避雷器用壓敏電阻閥片的制備方法，其特征在于，所述步驟(7)磨片后于120°C?150°C下干燥時間8?12h。
【文檔編號】H01C17/00GK105957666SQ201610509218
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】祝志祥, 韓鈺, 陳新, 楊長龍, 趙大平, 丁士君, 劉文娟, 王勇, 夏玉鈺, 陳保安, 張強, 馬光, 聶京凱, 楊富堯, 陳云, 劉昕
【申請人】全球能源互聯網研究院, 國家電網公司, 國網遼寧省電力有限公司, 國網遼寧省電力有限公司沈陽供電公司