專(zhuān)利名稱(chēng)：一種碳化硅滅磁電阻及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型發(fā)電機(jī)組用滅磁電阻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳化硅SiC滅磁電阻及其碳化硅SiC滅磁電阻的制備方法。
背景技術(shù)：
采用非線(xiàn)性電阻滅磁對(duì)發(fā)電機(jī)是有利的，現(xiàn)有技術(shù)中，廣泛采用的非線(xiàn)性電阻分別由氧化鋅ZnO和碳化硅SiC兩種材料為主要材料，國(guó)內(nèi)的發(fā)電機(jī)組大多采用氧化鋅ZnO 滅磁電阻，這種類(lèi)型的滅磁電阻具有滅磁速度快、滅磁電壓容易控制、檢修維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)，但不足在于容易老化、擊穿后短路容易造成勵(lì)磁系統(tǒng)故障、單片能容小；整套裝置體積大、非線(xiàn)性特別強(qiáng)，并聯(lián)和串聯(lián)需要采取均能、均流、均壓措施，需要采用串聯(lián)熔斷器，需要特性選擇，比較硬的非線(xiàn)性特性，要求直流斷路器建壓能力高。而碳化硅SiC有較軟的非線(xiàn)性特性，磁場(chǎng)電流轉(zhuǎn)移相對(duì)容易，不存在均流、均壓、均能的問(wèn)題，也不需要熔斷器，整套裝置體積小，但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)為空白，國(guó)外供貨造成采購(gòu)和維護(hù)不便。碳化硅SiC為人工合成晶體，是碳C與硅S經(jīng)高溫還原氣氛中燒結(jié)而成，現(xiàn)有技術(shù)中的滅磁電阻主要原料為碳化硅SiC加結(jié)合劑，結(jié)合劑為不導(dǎo)電陶瓷材料，在還原氣氛環(huán)境下、并控制溫度在1200度以上進(jìn)行燒結(jié)而成；當(dāng)電流通過(guò)閥體時(shí)，是靠互相接觸的碳化硅SiC顆粒導(dǎo)電的，半導(dǎo)體的碳化硅SiC分散在絕緣的陶瓷材料中，勢(shì)必造成電接觸的不連續(xù)性，而且每通過(guò)一次大電流下，接觸點(diǎn)都會(huì)有燒損，因此閥片的性能就會(huì)變差一次。所以現(xiàn)有技術(shù)中的閥片在多次通過(guò)大電流后，性能急劇下降；另外碳化硅SiC在900度溫度下就開(kāi)始氧化，形成不導(dǎo)電相，現(xiàn)有產(chǎn)品的滅磁電阻燒成溫區(qū)非常窄，需高精度的溫控來(lái)燒成， 這就需爐腔內(nèi)充氫氣的鉬絲爐來(lái)燒成，由于氫氣是易燃易爆的，燒成成本非常高?，F(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題提供了一種成本低、電氣性能良好的碳化硅滅磁電阻及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種碳化硅滅磁電阻，其特征在于滅磁電阻的原料組份重量百分配比為碳化硅粒徑< 180目為32 36%、粒徑彡120目為M 27%、粒徑彡60目為M 27% ；結(jié)合劑為12 19% ；導(dǎo)電碳黑為0. 5 2. 5% ；所述結(jié)合劑由水玻璃和磷酸二氫鋁配比混合而成，兩者的重量配比范圍為 1 0. 2 0. 5。所述的滅磁電阻，其中，滅磁電阻原料最佳組份重量百分配比為碳化硅粒徑彡180目為34%、粒徑彡120目為25%、粒徑彡60目為；結(jié)合劑為14% ；導(dǎo)電碳黑為 1. 0%所述結(jié)合劑組分的重量百分比水玻璃為80% ；磷酸二氫鋁為20%。一種碳化硅滅磁電阻制備方法，其中所述步驟包括
步驟A、上述的配方備料；步驟B、將配制好的所述原料進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為2 3小時(shí)，攪拌同時(shí)，進(jìn)行若干次的噴水；步驟C、將攪拌后的所述原料密封儲(chǔ)存20 M小時(shí)后進(jìn)行壓制后，然后陰干 48-60小時(shí)；步驟D、在氧化氣氛環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)，并控制燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間；步驟E、燒結(jié)后的產(chǎn)品出爐冷卻后，對(duì)其表面進(jìn)行金屬材料噴涂和老化處理。所述的制備方法，其中，噴水周期為每間隔5-10分鐘噴水一次，每次噴水量為 200-300 克。所述的制備方法，其中，燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間控制范圍為從常溫 200°C時(shí)， 控制燒結(jié)時(shí)間在2 2. 5小時(shí)之內(nèi)；200°C 500°C時(shí)控制燒結(jié)時(shí)間在3 3. 5小時(shí)內(nèi)， 500°C 900°C控制燒結(jié)時(shí)間在5小時(shí)之內(nèi)。所述的制備方法，其中，燒結(jié)后所述產(chǎn)品保溫2 3小時(shí)，并控制36小時(shí)后出爐。所述的制備方法，其中，噴涂的金屬材料鋁或銅。本發(fā)明有益效果為本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，通過(guò)改變滅磁電阻材料配方，將碳化硅SiC的半導(dǎo)體顆粒分散在有一定電阻率的結(jié)合劑內(nèi)，并控制燒結(jié)環(huán)境、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間，制備出成本低、性能優(yōu)良的SIC滅磁電阻，本發(fā)明單片閥片殘壓比國(guó)外的SIC滅磁電阻低5%，通流能力大6%，而且相同電流流過(guò)后溫升小10%，閥片殘壓變化率小10%。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種碳化硅滅磁電阻及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。碳化硅SiC滅磁電阻在滅磁主回路確定的前提下，滅磁閥片主要考慮的問(wèn)題包括裝置最大允許電流、最大允許通流能力、滅磁滅磁電阻的殘壓等；碳化硅SiC滅磁電阻滅磁殘壓一般不低于30%、且不高于50%勵(lì)磁繞組工頻耐壓幅值，如發(fā)電機(jī)機(jī)組勵(lì)磁繞組的工頻耐壓為5000V，如果滅磁殘壓的選擇過(guò)高，對(duì)于磁場(chǎng)斷路器的建壓要求過(guò)高，不利于磁場(chǎng)斷路器分?jǐn)啻艌?chǎng)電流，嚴(yán)重情況下甚至造成磁場(chǎng)斷路器損壞，考慮磁場(chǎng)斷路器建壓能力應(yīng)留一定安全裕量，所以滅磁殘壓不宜選擇過(guò)高。SiC滅磁電阻通流能為1700V 18900KJ 閥片允許的最大電流為250A，實(shí)際使用電流98A，SiC通流能力需要一定裕量系數(shù)。碳化硅 SiC具有負(fù)溫度區(qū)域，所以需要格外注意SiC電阻的溫升，國(guó)外1700V 18900KJ的閥片具備的最大溫升為160K，碳化硅SIC閥片在50KJ、7^(J、90KJ下的溫升分別為70K，107K, 160K。本發(fā)明通過(guò)對(duì)碳化硅SiC技術(shù)參數(shù)的分析和研究，為了得到更好性能碳化硅SiC 滅磁電阻，申請(qǐng)人通過(guò)改變配方，在碳化硅SiC滅磁電阻的結(jié)合劑上解決問(wèn)題，將碳化硅 SiC的半導(dǎo)體顆粒分散在有一定電阻率的結(jié)合劑內(nèi)，制備出性能優(yōu)良的滅磁電阻。本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)在于1、首先將碳化硅SiC原料進(jìn)行處理包括粉碎、磨細(xì)、分級(jí)，得到不同粒徑的碳化硅 SiC ；180目以下的占20 40% ；120目以上的占20 40% ；其余為60目以上的。2、結(jié)合劑的配制將液態(tài)水玻璃和磷酸二氫鋁進(jìn)行混合和均勻攪拌，兩者的重量
4比在1 0. 2 0. 5范圍內(nèi)； 3、將分級(jí)后碳化硅SiC、結(jié)合劑和導(dǎo)電碳黑(納米級(jí))按下列重量百分比進(jìn)行配料碳化硅(碳化硅比例為80 90% )按不同粒徑分別為
粒徑彡180目32 - 36%
粒徑彡120目24 -- 27%
粒徑彡60目24 -- 27%
結(jié)合劑12 19%
導(dǎo)電碳黑0. 5 2. 5%
4、將上述配好的原料經(jīng)壓制成型并在低于SiC氧化溫度下燒成。5、表面噴涂易熔金屬作電極，經(jīng)大電流老化后測(cè)試其電性能。根據(jù)上面處理后得到的碳化硅SiC的級(jí)配與最大允許通流能力、滅磁電阻的殘壓有密切關(guān)系，細(xì)的顆粒所占比例越大，滅磁電阻的殘壓越大；最大允許通流能力越小，非線(xiàn)性越向上抬，接近于SiO閥片；原料配方中的納米導(dǎo)電碳黑加入量越大，滅磁電阻的殘壓越??；最大允許通流能力越大，非線(xiàn)性越向下走，大電流老化后電性能越穩(wěn)定；而燒成溫度對(duì) SiC滅磁電阻的電性能有影響，溫度越高，滅磁電阻的殘壓有抬增大的趨勢(shì)，閥片坯體的機(jī)械強(qiáng)度越大，通流能力有增大的趨勢(shì)，但溫度一旦高于SIC的氧化溫度，閥片的電性能急劇下降，所以本發(fā)明需要嚴(yán)格的控制燒結(jié)環(huán)境、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間。實(shí)施例1步驟1、碳化硅滅磁電阻原料的配制按下面組份重量百分配比碳化硅粒徑彡180 目 34%粒徑彡120 目 25%粒徑彡60目 26%結(jié)合劑14%導(dǎo)電碳黑1.0%其中，配制結(jié)合劑，其組分的重量百分比為水玻璃80%磷酸二氫鋁20%步驟2、將上述配制的原料置入容器中，使用專(zhuān)用攪拌機(jī)攪拌，攪拌時(shí)間為2 3小時(shí)，在攪拌同時(shí)，需適量噴水，大概每5 10分鐘一次，一次的噴水量為200 300克；步驟3、攪拌結(jié)束后把原料密封儲(chǔ)存，隔20 M小時(shí)后進(jìn)行產(chǎn)品壓制；根據(jù)產(chǎn)品尺寸的大小決定油壓機(jī)的壓力等級(jí)(滅磁電阻的直徑為150mm，壓力為 70 75頓)；步驟4、根據(jù)產(chǎn)品壓制成型后，需陰干48 60小時(shí)后才能燒結(jié)，其燒結(jié)的設(shè)備可用廂式電爐(其燒結(jié)氣氛為氧化氣氛)；在燒結(jié)升溫的過(guò)程中必須控制其升溫速度，一般其升溫控制為從常溫 200°C必須控制在2 2. 5小時(shí)之內(nèi)；從200°C 500°C必須控制在3 3. 5小時(shí)之內(nèi)；
從500°C 900°C必須控制在5小時(shí)之內(nèi)。燒結(jié)完成之后必須保溫2 3小時(shí)，最后必須在36小時(shí)之后才能出爐。步驟5、產(chǎn)品出爐以后，將燒結(jié)后得產(chǎn)品冷卻至常溫后，可對(duì)其表面進(jìn)行簡(jiǎn)單處理打磨，保持其表面的光潔；然后對(duì)其表面進(jìn)行金屬?lài)娡?，其噴涂材料一般為鋁或者是銅；經(jīng)大電流老化處理后測(cè)試其電氣性能。按此配方所生產(chǎn)出的滅磁電阻電氣性能一般可控制在以下范圍阻值為4-6歐姆，其單片的能量可達(dá)到65 80KJ(國(guó)外產(chǎn)品的最大能量值為。實(shí)施例2步驟1、碳化硅滅磁電阻原料的配制按下面組份重量百分配比碳化硅粒徑彡180 目 30.8%粒徑彡120 目 30.8%粒徑彡60 目 26.4%結(jié)合劑10%導(dǎo)電碳黑2.0%其中，配制結(jié)合劑，其組分的重量百分比為水玻璃80%磷酸二氫鋁20%步驟2-步驟5、其制備過(guò)程同實(shí)施例1。按此配方所生產(chǎn)出的滅磁電阻電氣性能一般可控制在以下范圍阻值一般為1-4 歐姆，其單片的能量可達(dá)到70 100KJ，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)外同行產(chǎn)品的水平。經(jīng)上述方案反復(fù)試驗(yàn)，SIC滅磁電阻片達(dá)到及超過(guò)了進(jìn)口的產(chǎn)品，如相同直徑與厚度的閥片，本方案的閥片殘壓比國(guó)外的低5%，通流能力大6%，相同電流流過(guò)后溫升小 10%、閥片殘壓變化率小10%。應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅滅磁電阻，其特征在于所述碳化硅滅磁電阻的原料組份重量百分配比為碳化硅粒徑彡180目32 36% 粒徑彡120目24 27% 粒徑彡60目24 27% 結(jié)合劑 12 19% 導(dǎo)電碳黑 0.5 2. 5%其中，所述結(jié)合劑由水玻璃和磷酸二氫鋁配比混合而成，兩者的重量配比范圍為 1 0. 2 0. 5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滅磁電阻，其特征在于所述滅磁電阻原料組份重量百分配比為碳化硅粒徑彡180目34%粒徑彡120目25%粒徑彡60目結(jié)合劑 14%導(dǎo)電碳黑 1.0%其中，所述結(jié)合劑組分的重量百分比水玻璃 80%磷酸二氫鋁 20%
3.一種碳化硅滅磁電阻制備方法，其特征在于所述步驟包括 步驟A、按權(quán)利要求1或2的配方備料；步驟B、將配制好的所述原料進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為2 3小時(shí)，攪拌同時(shí)，進(jìn)行若干次的噴水；步驟C、將攪拌后的所述原料密封儲(chǔ)存20 M小時(shí)后進(jìn)行壓制，然后陰干48-60小時(shí)； 步驟D、在氧化氣氛環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)，并控制燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間； 步驟E、燒結(jié)后的產(chǎn)品出爐冷卻后，對(duì)其表面進(jìn)行金屬材料噴涂和老化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述步驟C的噴水周期為每間隔5 10分鐘噴水一次，每次噴水量為200 300克。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述步驟D的燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間控制范圍為從常溫 200°C時(shí)，控制燒結(jié)時(shí)間在2 2. 5小時(shí)之內(nèi)；200°C 500°C時(shí)控制燒結(jié)時(shí)間在3 3. 5小時(shí)內(nèi)，500°C 900°C控制燒結(jié)時(shí)間在5小時(shí)之內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于燒結(jié)后所述產(chǎn)品保溫2 3小時(shí)，并控制36小時(shí)后出爐。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述步驟E中噴涂的金屬材料為鋁或銅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滅磁電阻及其制備方法，滅磁電阻按重量百分比配比碳化硅為80～90％、結(jié)合劑為12～19％、導(dǎo)電碳黑為0.5～2.5％，本發(fā)明通過(guò)改變滅磁電阻材料配方，將碳化硅SiC的半導(dǎo)體顆粒分散在有一定電阻率的結(jié)合劑內(nèi)，經(jīng)過(guò)充分混合、磨細(xì)、壓制成型、并控制燒結(jié)環(huán)境、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間，制備出成本低、性能優(yōu)良的碳化硅SiC滅磁電阻，本發(fā)明單片閥片殘壓比國(guó)外的SIC滅磁電阻低5％，通流能力大6％，而且相同電流流過(guò)后溫升小10％，閥片殘壓變化率小10％。
文檔編號(hào)C04B35/565GK102244376SQ20101017042
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者潘銀大 申請(qǐng)人:宜興市丁山電瓷避雷器材廠(chǎng)