一種特高壓輸電系統(tǒng)用大通流容量、低殘壓壓敏陶瓷制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及材料化學(xué)領(lǐng)域，特別是一種陶瓷的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO壓敏電阻是以ZnO為主要原料，添加少量的Bi 203、Sb203、Mn02、Cr203、Co203、和銀玻璃粉等作為輔助成份，采用陶瓷燒結(jié)工藝制備而成。由于其良好的非線性性能和大通流容量的優(yōu)點，19世紀(jì)70年代被發(fā)現(xiàn)以來，ZnO壓敏電阻作為電力系統(tǒng)避雷器的核心元件被廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)防雷和電力設(shè)備的過電壓保護(hù)。
[0003]隨著輸電電壓等級的不斷提高，特別是是特高壓系統(tǒng)，設(shè)備絕緣問題日益突出，全面提高設(shè)備絕緣將付出高昂的代價。采用高梯度、低殘壓的ZnO壓敏電阻組裝而成的避雷器可降低系統(tǒng)的絕緣水平，減小輸變電設(shè)備的重量和體積，提高輸電系統(tǒng)的可靠性。
[0004]ZnO壓敏電阻的非線性特性可分為三個區(qū)域:小電流區(qū)、中電流區(qū)以及大電流區(qū)。小電流區(qū)(<10-4A/cm2)又稱為預(yù)擊穿區(qū)，該區(qū)域內(nèi)晶界呈現(xiàn)出高阻狀態(tài)，1-V曲線表現(xiàn)為歐姆特性，在該區(qū)域的歐姆特性曲線斜率越大，則ZnO壓敏電阻的小電流特性越穩(wěn)定，壓敏電壓UlmA也就越高。中電流區(qū)為非線性電阻區(qū)，此區(qū)域電流急劇增大而電壓增加緩慢，此區(qū)域1-V特性由ZnO晶粒與ZnO晶界共同影響而決定，是壓敏電阻的工作區(qū)。大電流區(qū)(>103A/cm2)又變?yōu)闅W姆特性，該區(qū)域ZnO晶粒的電阻決定了殘壓的高低，同時該區(qū)域在1-V特性平面出現(xiàn)的位置，決定了 ZnO壓敏電阻通流容量的大小。
[0005]不論是在中電流區(qū)還是大電流區(qū)，ZnO晶粒電阻都影響著1-V特性。要降低ZnO壓敏電阻的殘壓，必須降低ZnO壓敏電阻的電阻率。根據(jù)以往的研究表明，添加一定量的施主離子能夠明顯提高ZnO晶粒的電阻率，從而達(dá)到降低殘壓的目的。在實際的工業(yè)生產(chǎn)中大多采用Al離子作為施主離子添加到ZnO壓敏電阻材料中，但是Al離子的添加往往伴隨著泄漏電流的增加，同時導(dǎo)致非線性系數(shù)的降低，ZnO壓敏電阻的老化特性也變得不穩(wěn)定。在工業(yè)應(yīng)用中，也有采用ZnO和部分輔助添加料預(yù)燒結(jié)的方式，使得部分混合原料預(yù)反應(yīng)，以提高壓敏材料的勢皇和穩(wěn)定性，這種方式使得生產(chǎn)工藝復(fù)雜化。目前主要通過提高晶粒的均勻程度，使得電流能夠均勻的流過整個壓敏電阻閥片，從而提高ZnO壓敏電阻的通流容量，但晶粒的均勻程度受燒結(jié)工藝以及原料混合研磨工藝等的影響較大，做到晶粒的均一化有難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，設(shè)計了一種特高壓輸電系統(tǒng)用大通流容量、低殘壓壓敏陶瓷制備方法。具體設(shè)計方案為:
[0007]—種特高壓輸電系統(tǒng)用大通流容量、低殘壓壓敏陶瓷制備方法，制備原料包括氧化鋅ZnO、氧化鉍Bi2O3、三氧化二銻Sb2O3、二氧化猛MnO2、氧化鉻Cr2O3、三氧化二鈷Co2O3、二氧化硅5102、氧化銀八820、6&(^)3)3、硝酸鋁八1(^)3)3，制備步驟包括制備輔助添加漿料、成型、燒結(jié)，所述制備輔助添加醬料步驟包括初次球磨、二次球磨、三次球磨、噴霧造粒、自動含水。
[0008]各制備原料之間的摩爾比為:
[0009]Zn0:Bi203:Sb203:Mn02:Cr203:Co203:Si02:Ag20:Ga(N03)3:Al(N03)3 = 87.5?95.8:
0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0:1.0-1.5
[0010]所述初次球磨步驟中，所述初次球磨的成分包括Bi2O3、Mn02、Sb2O3、Co2O3、S12、Cr2O3、去離子水，所述初次球磨時間大于6h，得到初次球磨輔助混合漿料，
[0011]所加入的Bi2O3JnO2Xr2O3Xo2O3J12成分的摩爾比為:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5~1.0:0.5~1.5:1.0~2.00
[0012]所述成型步驟為壓片成型，使用液壓壓片機(jī)以及直徑50mm的圓柱形模具，將干燥造粒后的顆粒料壓片成型，成型壓力為150MPa，成型時間3min。
[0013]使用高溫電路完成所述燒結(jié)步驟，所述燒結(jié)步驟中，溫度控制與時間控制為:
[0014]從室溫至400°C，升溫時間2h;
[0015]在400 Γ保溫排膠4h;
[0016]從400°C至1000°C，升溫時間3h;
[0017]從1000°C至1200°C，升溫時間I.5h;
[0018]在1200°C 保溫 3h;
[0019]自然降溫。
[0020]二次球磨步驟中，向所述初次球磨輔助混合漿料中加入ZnO、聚乙烯醇PVA、粉散劑、去離子水，并球磨混合至分散均勻，獲得二次球磨輔助混合漿料，所述加入ZnO與初次球磨輔助混合漿料中Bi2O3的摩爾比為87.5?95.8:0.5-2.0。
[0021]三次球磨步驟中，向所述二次球磨輔助混合漿料中加入Ag20:Ga(N03)3:Al(N03)3、去離子水后進(jìn)行三次球磨，所述三次球磨的時間為2h，得到漿料，所述加入Ag2O = Ga(NO3)3:Al(NO3)3與二次球磨輔助混合漿料中加入的ZnO的摩爾比為0.1-1.0:0.1-1.0:0.5?1.5:87.5?95.8o
[0022]通過本發(fā)明的上述技術(shù)方案得到的特高壓輸電系統(tǒng)用大通流容量、低殘壓壓敏陶瓷制備方法，其有益效果是:
[0023]在ZnO及混合漿料中同時添加了Ag和Al元素，Ag和Al離子的共同作用使得大電流區(qū)的晶粒電阻下降，降低了 ZnO壓敏電阻的殘壓水平;在V-1特性曲線上，大電流區(qū)的拐點右移，提高了本配方制作的ZnO壓敏電阻泄放電荷的能力;Al和Ga離子的共同作用下，使得本配方制作的ZnO壓敏電阻在小電流區(qū)的V-1特性更加穩(wěn)定，電壓梯度得以提高，非線性系數(shù)增加，與單純添加Ag離子相比，泄漏電流得到抑制;Al和Ga元素的共同添加使得本配方制作的ZnO壓敏電阻的老化性能更加穩(wěn)定，消除了單純添加Ag離子帶來的壓敏電阻老化性能不穩(wěn)定的不足之處。
【具體實施方式】
[0024]—種特高壓輸電系統(tǒng)用大通流容量、低殘壓壓敏陶瓷制備方法，制備原料包括氧化鋅ZnO、氧化鉍Bi2O3、三氧化二銻Sb2O3、二氧化猛MnO2、氧化鉻Cr2O3、三氧化二鈷Co2O3、二氧化硅5102、氧化銀八820、6&(^)3)3、硝酸鋁八1(^)3)3，制備步驟包括制備輔助添加漿料、成型、燒結(jié)，所述制備輔助添加醬料步驟包括初次球磨、二次球磨、三次球磨、噴霧造粒、自動含水。
[0025]各制備原料之間的摩爾比為:
[0026]Zn0:Bi203:Sb203:Mn02:Cr203:Co203:Si02:Ag20:Ga(N03)3:Al(N03)3 = 87.5?95.8:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5-1.0:0.5-1.5:1.0-2.0:0.1-1.0:0.1-1.0:1.0-1.5
[0027]所述初次球磨步驟中，所述初次球磨的成分包括Bi2O3、Mn02、Sb203、Co203、S12、Cr2O3、去離子水，所述初次球磨時間大于6h，得到初次球磨輔助混合漿料，
[0028]所加入的Bi203、Mn02、Cr203、Co203、Si02成分的摩爾比為:0.5-2.0:0.5-1.5:0.5-1.0:0.5~1.0:0.5~1.5:1.0~2.00
[0029]所述成型步驟為壓片成型，使用液壓壓片機(jī)以及直徑50mm的圓柱形模具，將干燥造粒后的顆粒料壓片成型，成型壓力為150MPa，成型時間3min。
[0030]使用高溫電路完成所述燒結(jié)步驟，所述燒結(jié)步驟中，溫度控制與時間控制為:
[0031 ] 從室溫至400 °C，升溫時間2h;
[0032]在400 Γ保溫排膠4h;
[0033]從400°C至1000°C，升溫時間3h;
[0034]從10000C 至1200 V，升溫時間 I.5h;
[0035]在120(TC 保溫 3h;
[0036]自然降溫。
[0037]二次球磨步驟中，向所述初次球磨輔助混合漿料中加入ZnO、聚乙烯醇PVA、粉散劑、去離子水，并球磨混合至分散均勻，獲得二次球磨輔助混合漿料，所述加入ZnO與初次球磨輔助混合漿料中Bi2O3的摩爾比為87.5?95.8:0.5-2.0。
[0038]三次球磨步驟中，向所述二次球磨輔助混合漿料中加入Ag20:Ga(N03)3:Al(N03)3、去離子水后進(jìn)行三次球磨，所述三次球磨的時間為2h，得到漿料，所述加入Ag2O = Ga(NO3)3:Al(NO3)3與二次球磨輔助混合漿料中加入的ZnO的摩爾比為0.1-1.0:0.1-1.0:0.5?1.5:87.5?95.8o
[0039]實施例一
[0040]按照本發(fā)明專利說明書部分介紹的一種特高壓輸電系統(tǒng)用大通流容量、低殘壓壓敏陶瓷制備方法，進(jìn)行高性能ZnO壓敏電阻陶瓷的實際制備。
[0041 ] (I)原料配制:
[0042]按以下比例Zn0(87.5%)