本發(fā)明涉及一種避雷器氧化鋅壓敏閥片的制備方法，屬于壓敏閥片制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鋅避雷器是電力系統(tǒng)過電壓保護的關(guān)鍵器件，避雷器的過電壓保護水平是電力系統(tǒng)各種設(shè)備絕緣水平的基本決定因素。對特高壓輸電系統(tǒng)來說，由于系統(tǒng)電壓等級很高，相關(guān)設(shè)備制造的體積和造價、及其運行的可靠性，在很大程度上取決于系統(tǒng)的絕緣水平；而系統(tǒng)絕緣配合的基礎(chǔ)是系統(tǒng)在各種條件下的過電壓水平，它是由特高壓輸電系統(tǒng)所用避雷器的保護性能所直接決定的。為了研制性能優(yōu)異的特高壓避雷器，需要解決其中涉及的諸多關(guān)鍵技術(shù)問題，包括高性能的氧化鋅壓敏電阻片(簡稱氧化鋅閥片、閥片)、多柱并聯(lián)閥片電流分布均勻性、整體電位分布均勻性、結(jié)構(gòu)設(shè)計、絕緣性能、試驗技術(shù)等等。在上述諸多關(guān)鍵技術(shù)問題之中，氧化鋅閥片作為避雷器最核心的元件，對于特高壓避雷器的整體性能起著決定性的作用。
氧化鋅壓敏閥片的制造工序多，周期長，工藝要求嚴格，它是保證充分發(fā)揮材料各項性能的重要手段。雖然壓敏閥片的制造工藝和一般電子陶瓷大致相同，但也有它的特殊性。由于壓敏閥片具有高電阻非線性以及微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性，都將顯著影響其性能的不均勻，使其電阻非線性、通流容量和壽命特性降低。因此，在壓敏閥片制造過程中，嚴格地控制工藝是提高氧化鋅壓敏閥片。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對傳統(tǒng)的氧化鋅壓敏閥片微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性，影響其性能不均勻性，導致壓敏閥片電阻非線性、通流容量和壽命特性降低降低的問題，提供了一種通過將有機聚吡咯包覆低表面能氟化鈣材料，經(jīng)煅燒形成包覆碳材料，由于碳裂解過程中將材料顆粒細化，與氟化鈣協(xié)同作用，降低材料團聚特性，改善材料微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性能，提高了材料通流容量和使用壽命的方法。本發(fā)明首先將螢石粉末與水混合后，與烷基酚聚氧乙烯醚等在冰水浴下混合反應，得混合懸濁液，再將其與過氧化氫混合反應，得聚吡咯包覆氟化鈣顆粒，隨后將其與氧化鋅、三氧化二鉍進行混合球磨，并將其與聚乙烯醇溶液混合壓制后，經(jīng)程序煅燒，得到煅燒閥片，最后將磷酸二氫鋁與聚乙烯醇混合得到漿液涂覆于煅燒閥片表面，經(jīng)干燥即可得到避雷器氧化鋅壓敏閥片。本發(fā)明制備的避雷器氧化鋅壓敏閥片避免了微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性，提高了壓敏閥片的電阻非線性和通流容量，延長了其使用壽命，具有廣闊的應用前景。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
(1)按質(zhì)量比1:10，將100～120目螢石粉末與去離子水混合，在200～300w下超聲分散10～15min，收集得螢石粉末分散漿液，隨后按重量份數(shù)計，分別稱量45～50份上述制備的螢石粉末分散漿液、3～5份烷基酚聚氧乙烯醚和3～5份吡咯單體置于三口燒瓶中，在0～5℃下冰水浴反應1～2h；
(2)待冰水浴反應完成后，收集混合懸濁液，將混合懸濁液置于三口燒瓶中，并對三口燒瓶通氮氣排除空氣，在氮氣氣氛下，按質(zhì)量比1:8，將過氧化氫滴加至混合懸濁液中，控制滴加速度為2ml/min，待滴加完成后，在0～5℃下保溫攪拌混合10～12h，待攪拌完成后，過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至洗滌液呈中性后，在55～60℃下干燥6～8h，制備得聚吡咯包覆氟化鈣顆粒；
(3)按重量份數(shù)計，分別稱量80～90份氧化鋅、0.5～1.0份三氧化二鉍、0.5～1.0份二氧化錳、0.5～1.0份氧化銻和10～15份上述制備的聚吡咯包覆氟化鈣顆粒置于攪拌機中，攪拌混合并收集混合顆粒，將混合顆粒置于球磨罐中，在250～300r/min下球磨3～5h，過200目篩，收集得混合球磨粉末；
(4)按質(zhì)量比1:3，將質(zhì)量分數(shù)10％聚乙烯醇溶液與上述制備的混合球磨粉末攪拌混合，收集得漿料并澆注至模具中，在室溫下以20～30mpa壓制10～15s后，靜置20～24h干燥固化，待干燥固化完成后脫模并收集坯料；
(5)將上述制備的坯料置于120～150℃下預熱25～30min后，按5℃/min升溫至250～300℃，保溫煅燒45～60min后，再按8℃/min升溫至380～400℃，再次保溫煅燒25～30min后，按5℃/min升溫至850～900℃，保溫煅燒15～20min后，按10℃/min升溫至1150～1200℃，保溫煅燒1～2h后，靜置冷卻至室溫，制備得煅燒閥片；
(6)按質(zhì)量比1:10，將磷酸二氫鋁與質(zhì)量分數(shù)10％聚乙烯醇溶液攪拌混合，在200～300w下超聲分散10～15min后，收集得涂層漿液，隨后用噴槍將涂層漿液均勻涂覆至上述制備的煅燒閥片表面，控制涂覆厚度為0.3～0.5mm，待涂覆完成后，在室溫下靜置6～8h，再在250～300℃烘箱中干燥6～8h，靜置冷卻至室溫，即可制備得一種避雷器氧化鋅壓敏閥片。
本發(fā)明制備的避雷器氧化鋅壓敏閥片壓敏電壓梯度達到560v/mm以上，方波通流容量達到420j/cm3以上，電阻非線性系數(shù)達到25.2以上，在4/10μs大沖擊電流，電流耐受能力達到75～85ka。
本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：
(1)本發(fā)明制備的避雷器氧化鋅壓敏閥片避免了微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性，提高了壓敏閥片的電阻非線性和通流容量，方波通流容量達到420j/cm3以上，電阻非線性系數(shù)達到25.2以上；
(2)本發(fā)明制備的避雷器氧化鋅壓敏閥片壓敏電壓梯度達到560v/mm以上，提高避雷器內(nèi)在的安全可靠性，因而具有很好的社會和經(jīng)濟效益。
具體實施方式
首先按質(zhì)量比1:10，將100～120目螢石粉末與去離子水混合，在200～300w下超聲分散10～15min，收集得螢石粉末分散漿液，隨后按重量份數(shù)計，分別稱量45～50份上述制備的螢石粉末分散漿液、3～5份烷基酚聚氧乙烯醚和3～5份吡咯單體置于三口燒瓶中，在0～5℃下冰水浴反應1～2h；待冰水浴反應完成后，收集混合懸濁液，將混合懸濁液置于三口燒瓶中，并對三口燒瓶通氮氣排除空氣，在氮氣氣氛下，按質(zhì)量比1:8，將過氧化氫滴加至混合懸濁液中，控制滴加速度為2ml/min，待滴加完成后，在0～5℃下保溫攪拌混合10～12h，待攪拌完成后，過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至洗滌液呈中性后，在55～60℃下干燥6～8h，制備得聚吡咯包覆氟化鈣顆粒；再按重量份數(shù)計，分別稱量80～90份氧化鋅、0.5～1.0份三氧化二鉍、0.5～1.0份二氧化錳、0.5～1.0份氧化銻和10～15份上述制備的聚吡咯包覆氟化鈣顆粒置于攪拌機中，攪拌混合并收集混合顆粒，將混合顆粒置于球磨罐中，在250～300r/min下球磨3～5h，過200目篩，收集得混合球磨粉末；按質(zhì)量比1:3，將質(zhì)量分數(shù)10％聚乙烯醇溶液與上述制備的混合球磨粉末攪拌混合，收集得漿料并澆注至模具中，在室溫下以20～30mpa壓制10～15s后，靜置20～24h干燥固化，待干燥固化完成后脫模并收集坯料；接著將上述制備的坯料置于120～150℃下預熱25～30min后，按5℃/min升溫至250～300℃，保溫煅燒45～60min后，再按8℃/min升溫至380～400℃，再次保溫煅燒25～30min后，按5℃/min升溫至850～900℃，保溫煅燒15～20min后，按10℃/min升溫至1150～1200℃，保溫煅燒1～2h后，靜置冷卻至室溫，制備得煅燒閥片；按質(zhì)量比1:10，將磷酸二氫鋁與質(zhì)量分數(shù)10％聚乙烯醇溶液攪拌混合，在200～300w下超聲分散10～15min后，收集得涂層漿液，隨后用噴槍將涂層漿液均勻涂覆至上述制備的煅燒閥片表面，控制涂覆厚度為0.3～0.5mm，待涂覆完成后，在室溫下靜置6～8h，再在250～300℃烘箱中干燥6～8h，靜置冷卻至室溫，即可制備得一種避雷器氧化鋅壓敏閥片。
實例1
首先按質(zhì)量比1:10，將120目螢石粉末與去離子水混合，在300w下超聲分散15min，收集得螢石粉末分散漿液，隨后按重量份數(shù)計，分別稱量50份上述制備的螢石粉末分散漿液、5份烷基酚聚氧乙烯醚和5份吡咯單體置于三口燒瓶中，在5℃下冰水浴反應2h；待冰水浴反應完成后，收集混合懸濁液，將混合懸濁液置于三口燒瓶中，并對三口燒瓶通氮氣排除空氣，在氮氣氣氛下，按質(zhì)量比1:8，將過氧化氫滴加至混合懸濁液中，控制滴加速度為2ml/min，待滴加完成后，在5℃下保溫攪拌混合12h，待攪拌完成后，過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至洗滌液呈中性后，在60℃下干燥8h，制備得聚吡咯包覆氟化鈣顆粒；再按重量份數(shù)計，分別稱量90份氧化鋅、1.0份三氧化二鉍、1.0份二氧化錳、1.0份氧化銻和15份上述制備的聚吡咯包覆氟化鈣顆粒置于攪拌機中，攪拌混合并收集混合顆粒，將混合顆粒置于球磨罐中，在300r/min下球磨5h，過200目篩，收集得混合球磨粉末；按質(zhì)量比1:3，將質(zhì)量分數(shù)10％聚乙烯醇溶液與上述制備的混合球磨粉末攪拌混合，收集得漿料并澆注至模具中，在室溫下以30mpa壓制15s后，靜置24h干燥固化，待干燥固化完成后脫模并收集坯料；接著將上述制備的坯料置于150℃下預熱30min后，按5℃/min升溫至300℃，保溫煅燒60min后，再按8℃/min升溫至400℃，再次保溫煅燒30min后，按5℃/min升溫至900℃，保溫煅燒20min后，按10℃/min升溫至1200℃，保溫煅燒2h后，靜置冷卻至室溫，制備得煅燒閥片；按質(zhì)量比1:10，將磷酸二氫鋁與質(zhì)量分數(shù)10％聚乙烯醇溶液攪拌混合，在300w下超聲分散15min后，收集得涂層漿液，隨后用噴槍將涂層漿液均勻涂覆至上述制備的煅燒閥片表面，控制涂覆厚度為0.5mm，待涂覆完成后，在室溫下靜置8h，再在300℃烘箱中干燥8h，靜置冷卻至室溫，即可制備得一種避雷器氧化鋅壓敏閥片。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的避雷器氧化鋅壓敏閥片壓敏電壓梯度達到566v/mm，方波通流容量達到425j/cm3，電阻非線性系數(shù)達到26.2，在4/10μs大沖擊電流，電流耐受能力達到85ka。
實例2
首先按質(zhì)量比1:10，將100目螢石粉末與去離子水混合，在200w下超聲分散10min，收集得螢石粉末分散漿液，隨后按重量份數(shù)計，分別稱量45份上述制備的螢石粉末分散漿液、3份烷基酚聚氧乙烯醚和3份吡咯單體置于三口燒瓶中，在0℃下冰水浴反應1h；待冰水浴反應完成后，收集混合懸濁液，將混合懸濁液置于三口燒瓶中，并對三口燒瓶通氮氣排除空氣，在氮氣氣氛下，按質(zhì)量比1:8，將過氧化氫滴加至混合懸濁液中，控制滴加速度為2ml/min，待滴加完成后，在0℃下保溫攪拌混合10h，待攪拌完成后，過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至洗滌液呈中性后，在55℃下干燥6h，制備得聚吡咯包覆氟化鈣顆粒；再按重量份數(shù)計，分別稱量80份氧化鋅、0.5份三氧化二鉍、0.5份二氧化錳、0.5份氧化銻和10份上述制備的聚吡咯包覆氟化鈣顆粒置于攪拌機中，攪拌混合并收集混合顆粒，將混合顆粒置于球磨罐中，在250r/min下球磨3h，過200目篩，收集得混合球磨粉末；按質(zhì)量比1:3，將質(zhì)量分數(shù)10％聚乙烯醇溶液與上述制備的混合球磨粉末攪拌混合，收集得漿料并澆注至模具中，在室溫下以20mpa壓制10s后，靜置20h干燥固化，待干燥固化完成后脫模并收集坯料；接著將上述制備的坯料置于120℃下預熱25min后，按5℃/min升溫至250℃，保溫煅燒45min后，再按8℃/min升溫至380℃，再次保溫煅燒25min后，按5℃/min升溫至850℃，保溫煅燒15min后，按10℃/min升溫至1150℃，保溫煅燒1h后，靜置冷卻至室溫，制備得煅燒閥片；按質(zhì)量比1:10，將磷酸二氫鋁與質(zhì)量分數(shù)10％聚乙烯醇溶液攪拌混合，在200w下超聲分散10min后，收集得涂層漿液，隨后用噴槍將涂層漿液均勻涂覆至上述制備的煅燒閥片表面，控制涂覆厚度為0.3mm，待涂覆完成后，在室溫下靜置6h，再在250℃烘箱中干燥6h，靜置冷卻至室溫，即可制備得一種避雷器氧化鋅壓敏閥片。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的避雷器氧化鋅壓敏閥片壓敏電壓梯度達到570v/mm，方波通流容量達到425j/cm3，電阻非線性系數(shù)達到27.3，在4/10μs大沖擊電流，電流耐受能力達到75ka。
實例3
首先按質(zhì)量比1:10，將110目螢石粉末與去離子水混合，在250w下超聲分散12min，收集得螢石粉末分散漿液，隨后按重量份數(shù)計，分別稱量47份上述制備的螢石粉末分散漿液、4份烷基酚聚氧乙烯醚和4份吡咯單體置于三口燒瓶中，在0℃下冰水浴反應1h；待冰水浴反應完成后，收集混合懸濁液，將混合懸濁液置于三口燒瓶中，并對三口燒瓶通氮氣排除空氣，在氮氣氣氛下，按質(zhì)量比1:8，將過氧化氫滴加至混合懸濁液中，控制滴加速度為2ml/min，待滴加完成后，在4℃下保溫攪拌混合11h，待攪拌完成后，過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌至洗滌液呈中性后，在57℃下干燥7h，制備得聚吡咯包覆氟化鈣顆粒；再按重量份數(shù)計，分別稱量85份氧化鋅、0.7份三氧化二鉍、0.7份二氧化錳、0.7份氧化銻和12份上述制備的聚吡咯包覆氟化鈣顆粒置于攪拌機中，攪拌混合并收集混合顆粒，將混合顆粒置于球磨罐中，在270r/min下球磨4h，過200目篩，收集得混合球磨粉末；按質(zhì)量比1:3，將質(zhì)量分數(shù)10％聚乙烯醇溶液與上述制備的混合球磨粉末攪拌混合，收集得漿料并澆注至模具中，在室溫下以25mpa壓制12s后，靜置22h干燥固化，待干燥固化完成后脫模并收集坯料；接著將上述制備的坯料置于130℃下預熱27min后，按5℃/min升溫至270℃，保溫煅燒50min后，再按8℃/min升溫至390℃，再次保溫煅燒27min后，按5℃/min升溫至870℃，保溫煅燒17min后，按10℃/min升溫至1170℃，保溫煅燒1h后，靜置冷卻至室溫，制備得煅燒閥片；按質(zhì)量比1:10，將磷酸二氫鋁與質(zhì)量分數(shù)10％聚乙烯醇溶液攪拌混合，在250w下超聲分散12min后，收集得涂層漿液，隨后用噴槍將涂層漿液均勻涂覆至上述制備的煅燒閥片表面，控制涂覆厚度為0.4mm，待涂覆完成后，在室溫下靜置7h，再在270℃烘箱中干燥7h，靜置冷卻至室溫，即可制備得一種避雷器氧化鋅壓敏閥片。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的避雷器氧化鋅壓敏閥片壓敏電壓梯度達到572v/mm，方波通流容量達到426j/cm3，電阻非線性系數(shù)達到26.8，在4/10μs大沖擊電流，電流耐受能力達到80ka。