耐大沖擊電流壓敏陶瓷閥片及其絕緣層材料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電工材料領(lǐng)域，特別是一種絕緣層材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO壓敏電阻是以ZnO為主要原料，添加了少量的Bi203、Mn02、Sb203、Co203、Si02和Cr203等，采用陶瓷燒結(jié)工藝制備而成。因其具有優(yōu)異的非線性伏安特性和大通流容量等優(yōu)點(diǎn)，ZnO壓敏電阻一直作為電力系統(tǒng)避雷器的核心元件被廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)防雷和電力設(shè)備保護(hù)。近年來，高電壓梯度氧化鋅壓敏電阻的相關(guān)研究成為氧化鋅避雷器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。但研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋅壓敏電阻閥片的電壓梯度提高后，8/20s波形雷電沖擊電流和4/lOs波形大沖擊電流下單位高度電阻片的殘壓顯著增大，對(duì)壓敏電阻的側(cè)面絕緣提出了更為嚴(yán)苛的要求。
[0003]根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，高電壓梯度電阻片在實(shí)際的避雷器比例單元試驗(yàn)中應(yīng)該能夠耐受兩次4/lOs大沖擊電流(根據(jù)GB11032-2010，針對(duì)不同等級(jí)的避雷器，沖擊耐受要求亦不同)。而目前我國(guó)氧化鋅電阻片側(cè)面絕緣的處理方法一般為在電阻片預(yù)燒后浸涂或涂抹一層無機(jī)高阻層，待電阻片燒結(jié)后，再涂一層有機(jī)釉或上玻璃釉；有的則不涂無機(jī)高阻層，只上一層有機(jī)釉或RTV(室溫硫化硅橡膠)涂料。
[0004]國(guó)內(nèi)普遍采用的無機(jī)高阻層，通常是以B1-Sb-S1-Li幾種元素的氧化物組成。但這種側(cè)面材料表面粗糙，易吸附灰塵和水分。燒結(jié)過程中電阻片側(cè)面無機(jī)高阻層可以由表及里滲透，滲透到的區(qū)域非線性系數(shù)降低，使小直徑的閥片有效通流面積減少，反過來加重電阻片側(cè)面釉的負(fù)擔(dān)使。此外電阻片在成型時(shí)，其邊緣側(cè)面與模套壁相摩擦，成型密度要差一些，是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。無機(jī)高阻層滲透進(jìn)去，使電阻片側(cè)面絕緣電阻大于電阻片中間的本體電阻，電阻片邊緣側(cè)面的缺陷不至于引起電阻片的邊緣擊穿。因此無機(jī)高阻層對(duì)提高電阻片大沖擊電流耐受能力沒有貢獻(xiàn)，但是可以提高電阻片2ms方波通流容量(因2ms方波通流時(shí)，電阻片兩端的電壓梯度要比大電流沖擊耐受時(shí)要低得多)。
[0005]而使用有機(jī)釉的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電阻片內(nèi)無滲透，且實(shí)施工藝簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是有機(jī)釉與電阻片的熱膨脹系數(shù)難匹配，有機(jī)釉沒有彈性，電阻片受熱時(shí)易形成微裂紋，特別是釉層上得較厚時(shí)。絕緣層與電阻片的附著力也有問題。另外釉層也不易上得很厚(因高溫固化時(shí)流掛)，須反復(fù)上釉反復(fù)固化。同時(shí)有機(jī)釉不耐電弧灼燒。有機(jī)釉的涂覆對(duì)提高電阻片4/10s大電流沖擊耐受能力可取得一定的效果，但裕度不大。此外，目前的有機(jī)釉短時(shí)間只能耐受200 °C的溫度。
[0006]玻璃釉表面光滑，不易粘灰和吸附水分，釉層耐溫要比有機(jī)釉高。有的采用電阻片上高阻層后，外面再?gòu)?fù)合一層玻璃釉，但是對(duì)低電壓梯度的電阻片，大電流耐受無法達(dá)到額定要求。
[0007]涂覆硅橡膠涂料時(shí)，常采用單組份RTV，工藝實(shí)施簡(jiǎn)單，基本不受固化時(shí)間限制，絕緣層厚度可非常方便地調(diào)節(jié)。其固化時(shí)間很短，不需要高溫固化。RTV作電阻片側(cè)面絕緣，其高彈性能與電阻片熱膨脹系數(shù)相匹配，同時(shí)RTV絕緣層耐水、耐電弧、絕緣電阻高，噴涂工藝可使表面非常光滑。采用RTV可明顯地提高電阻片4/lOs大電流沖擊耐受能力。但是，RTV絕緣層只能耐溫200 °C。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，設(shè)計(jì)了一種耐大沖擊電流壓敏陶瓷閥片及其絕緣層材料制備方法。具體設(shè)計(jì)方案為:
[0009]一種耐大沖擊電流壓敏陶瓷閥片及其絕緣層材料制備方法，制備步驟包括:高阻層制備、無機(jī)釉層制備，所述高阻層制備包括高阻粉料制備、高阻漿料制備、高阻層燒結(jié)，所述無機(jī)釉層制備包括無機(jī)釉漿料制備、無機(jī)釉層燒結(jié)。
[0010]所述高阻粉制備步驟為:
[0011]將Bi203、Sb203、Si02、B203、1102均勻混合，混合的各成分的質(zhì)量份數(shù)比為Bi 2031_3份、Sb203l-3 份、Si023-5 份、Β2030.5-2 份、Ti020.5-1 份，
[0012]所述高阻漿料制備步驟為:
[0013]制備質(zhì)量百分比濃度為15?25%的聚乙烯醇水溶液；
[0014]將聚乙烯醇水溶液與純乙醇混合，混合的體積份數(shù)比為聚乙烯醇水溶液:純乙醇=3:1；
[0015]將所述高阻醬料與聚乙烯醇水溶液與純乙醇的混合溶液進(jìn)行砂磨，砂磨時(shí)間為2_4h，砂磨后獲得高阻層漿料，所述高阻層漿料的固含量為10?60%。
[0016]所述高阻層燒結(jié)步驟為:
[0017]將所述高阻層漿料均勻涂覆在未排膠的成型氧化鋅壓敏電阻閥片素坯的側(cè)面，平均厚度小于2mm ；
[0018]待高阻層漿料中的乙醇揮發(fā)，高阻層漿料變干且不會(huì)發(fā)生流動(dòng)；
[0019]對(duì)氧化鋅壓敏電阻閥片素坯進(jìn)行燒制；
[0020]得到氧化鋅壓敏電阻閥片。
[0021]所述高阻層燒結(jié)的溫度控制為:
[0022]從室溫至550°C，升溫時(shí)間4小時(shí)，
[0023]在550°C保溫4小時(shí)，進(jìn)行排膠，
[0024]從550 °C至950 °C，升溫時(shí)間4小時(shí)，
[0025]從950 °C至1150 °C，升溫時(shí)間2小時(shí)，
[0026]保持1150 °C，保溫時(shí)間1小時(shí)，
[0027]隨爐冷卻。
[0028]所述無機(jī)釉漿料制備步驟為:
[0029]將磷酸二氫鋁Α1 (Η2Ρ04)3溶于水，得到質(zhì)量百分比濃度為10?30%的磷酸二氫鋁水溶液；
[0030]將Si02均勻混合于所述磷酸二氫鋁水溶液中，使所述磷酸二氫鋁水溶液中，所述Si02ig A1 (H2P04)3的質(zhì)量份數(shù)比為 S1 20.5-1.5 份、A1 (Η2Ρ04)31_3 份;
[0031]將1102均勻混合于所述磷酸二氫鋁水溶液中，使所述磷酸二氫鋁水溶液中，所述Ti02ig A1 (H2P04)3的質(zhì)量份數(shù)比為 T1 20.3-0.5 份、A1 (Η2Ρ04)31_3 份;
[0032]得到無機(jī)釉漿料。
[0033]所述無機(jī)釉層燒結(jié)的步驟為:
[0034]將無機(jī)釉漿料均勻噴涂在氧化鋅壓敏電阻閥片的高阻層側(cè)面上，涂層厚度為0.2-0.3mm ;
[0035]在90_110°C保溫4h，形成高粘接強(qiáng)度的無機(jī)釉層；
[0036]加溫至350_500°C，烘干3_5h，在氧化鋅壓敏電阻閥片的側(cè)面形成白色、光滑的側(cè)面絕緣層。
[0037]通過本發(fā)明的上述技術(shù)方案得到的耐大沖擊電流壓敏陶瓷閥片及其絕緣層材料制備方法，其有益效果是:
[0038]提高氧化鋅壓敏閥片在大電流情況下的工作可靠性，保證了氧化鋅壓敏閥片在大電流情況下的工作可控性。
【附圖說明】
[0039]圖1是本發(fā)明所述耐大沖擊電流的高電壓梯度氧化鋅壓敏閥片及其側(cè)面高阻層、無機(jī)釉層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2是本發(fā)明所述耐大沖擊電流的高電壓梯度氧化鋅壓敏閥片及其側(cè)面高阻層、無機(jī)釉層的側(cè)剖結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖中，1、高電壓梯度氧化鋅壓敏閥片；2、高阻層；3、無機(jī)釉層。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
[0043]圖1是本發(fā)明所述耐大沖擊電流的高電壓梯度氧化鋅壓敏閥片及其側(cè)面高阻層、無機(jī)釉層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述耐大沖擊電流的高電壓梯度氧化鋅壓敏閥片及其側(cè)面高阻層、無機(jī)釉層的側(cè)剖結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1、圖2所示，一種耐大沖擊電流壓敏陶瓷閥片及其絕緣層材料制備方法，制備步驟包括:高阻層制備、無機(jī)釉層制備，所述高阻層制備包括高阻粉料制備、高阻漿料制備、高阻層燒結(jié)，所述無機(jī)釉層制備包括無機(jī)釉漿料制備、無機(jī)釉層燒結(jié)。
[0044]所述高阻粉制備步驟為:
[0045]將Bi203、Sb203、Si02、B203、Ti02均勻混合，混合的各成分的質(zhì)量份數(shù)比為Bi 2031_3份、Sb203l-3 份、Si023-5 份、Β2030.5-2 份、Ti020.5-1 份，
[0046]所述高阻漿料制備步驟為:
[0047]制備質(zhì)量百分比濃度為15?25%的聚乙烯醇水溶液；
[0048]將聚乙烯醇水溶液與純乙醇混合，混合的體積份數(shù)比為聚乙烯醇水溶液:純乙醇= 3:1;
[0049]將所述高阻醬料與聚乙烯醇水溶液與純乙醇的混合溶液進(jìn)行砂磨，砂磨時(shí)間為2_4h，砂磨后獲得高阻層漿料，所述高阻層漿料的固含量為10?60%。
[0050]所述高阻層燒結(jié)步驟為:
[0051]將所述高阻層漿料均勻涂覆在未排膠的成型氧化鋅壓敏電阻閥片素坯的側(cè)面，平均厚度小于2mm ；
[0052]待高阻層漿料中的乙醇揮發(fā)，高阻層漿料變干且不會(huì)發(fā)生流動(dòng)；
[0053]對(duì)氧化鋅壓敏電阻閥片素坯進(jìn)行燒制；
[0054]得到氧化鋅壓敏電阻閥片。
[0055]所述高阻層燒結(jié)的溫度控制為:
[0056]從室溫至550 °C，升溫時(shí)間4小時(shí)，
[0057]在550 °C保溫4小時(shí)，進(jìn)行排膠，
[0058]從550 °C至950 °C，升溫時(shí)間4小時(shí)，
[0059]從950 °C至1150 °C，升溫時(shí)間2小時(shí)，
[0060]保持1150 °C，保溫時(shí)間1小時(shí)，
[0061]隨爐冷卻。
[0062]所述無機(jī)釉漿料制備步驟為:
[0063]將磷酸二氫鋁Α1 (Η2Ρ04)3溶于水，得到質(zhì)量百分比濃度為10?30%的磷酸二氫鋁水溶液；
[0064]將Si