一種城市軌道交通過電壓保護器用電阻片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軌道交通過電壓保護器用壓敏電阻的制備方法，其特征在于，采用ZnO為主要原料，添加劑包括Bi2O3、Co2O3、Cr2O3、Mn3O4、NiO、Sb2O3、Si02、Al(NO3)3、玻璃粉等氧化物及有機添加物，主要包括混合添加劑細化、添加劑與ZnO混合、噴霧造粒、壓片、排膠、燒結、熱處理、噴鋁、凃絕緣層等制備步驟。本發(fā)明通過調節(jié)添加劑各氧化物的含量以及與主原料ZnO的比例等配方的優(yōu)化工作以及燒結成瓷工藝、熱處理工藝的調整，獲得具有良好的方波通流容量及老化性能優(yōu)異的電阻片，并且具有優(yōu)良的保護特性，制備工藝簡單，能耗低，安全可靠，完全滿足用于軌道交通保護牽引電機及電氣設備免受過電壓的侵害。
【專利說明】
-種城市軌道交通過電壓保護器用電阻片的制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種軌道交通過電壓保護器用電阻片的制備方法，屬于功能陶瓷材料 制備技術領域。
【背景技術】
[0002] 城市軌道交通供電系統(tǒng)在運行過程中會遭受暫態(tài)過電壓、操作過電壓和雷電過電 壓的侵襲，使系統(tǒng)設備絕緣直接破壞或不斷劣化，從而引發(fā)事故。在軌道交通供電系統(tǒng)中， 用于提供動力牽引、機車電力及相關的電氣設備等觸網供電系統(tǒng)處于重要的地位，其雷電 過電壓保護是軌道交通安全運行的重要保證?，F(xiàn)有對軌道交通觸網的過電壓保護所采用的 過電壓保護器為額定電壓2.4kV的直流金屬氧化物保護器，其有兩種:一種是帶串聯(lián)間隙的 直流金屬氧化物保護器，另一種是瓷套型帶發(fā)蘭結構的無間隙直流金屬氧化物保護器。隨 著軌道交通行業(yè)的迅速發(fā)展，保護軌道運行系統(tǒng)免受到運行中所產生的的過電壓的損害變 得越來越重要，作為軌道交通過電壓保護器的核屯、元件化0電阻片由于具有優(yōu)良的非線性 伏安特性和吸收沖擊能量的能力，成為了目前軌道交通過電壓保護器的重要元器件，由于 軌道交通對于安全、車輛動力等因數的特殊要求，其觸網供電系統(tǒng)采用直流供電制式，因此 直流工作電壓要長期作用在保護器的電阻片上，因而電阻片必須具備優(yōu)異的耐受直流電壓 下的老化特性，再加上軌道交通系統(tǒng)有很大一部分在地面行駛，自然雷電會隨時侵入，機車 的頻繁啟止動等因數會給系統(tǒng)帶來巨大的浪涌電壓，因此需要電阻片具有良好的通流能 力。在電阻片材料配方設計中降低絕緣晶相的生成與導熱系數較低的娃酸鋒晶相含量。另 外本發(fā)明與其他專利的不同處是在配方中使用了少量的Si化用量，使Si與玻璃粉中B成分 形成化合物后能使添加劑在晶界上形成部分玻璃網絡，阻止填隙鋒離子的遷移，從而大幅 改善電阻片耐受直流老化性能。另外本發(fā)明添加劑制備工藝中，添加劑混合物經球磨后烘 干即與主原料ZnO混合成總漿料，從而制備電阻片產品，工藝簡單且成本低，有利于產業(yè)化 的批量實現(xiàn)。
[0003] 專利CN102390992B中直流系統(tǒng)用ZnO壓敏電阻的配方設計包括Bi、Sb、Cr、Mn、Co、 Ni、Zr、Al、B、Zn，配方中氧化物種類繁多，制備工藝包括添加劑的般燒^備料^造粒^壓制 ^排膠、預燒^燒成^研磨^熱處理^噴電極^涂覆絕緣層，工藝周期長，其中添加劑般燒 W及預燒過程增加了生產成本并且造成一定的能源消耗。
[0004] 專利CN200910010647.1公開的直流氧化鋒電阻片采用在般燒之后進行研磨、祕膏 涂覆工藝及直流擴散工藝，該工藝需要增設氧化祕漿料制備設備、涂布設備，同時需要較長 的擴散時間才能使氧化祕均勻擴散，因此工藝復雜、能源損耗較大、生產成本較高。
[0005] 專利CN102249666A中將排膠后的電阻片生巧置于具有雙層墊料的耐高溫陶瓷板 上，使生巧密封在陶瓷板與陶瓷相蝸圍成的空間進行一次燒結，其工藝雖然省去了直流涂 布和直流擴散工藝，但是生產效率低，設計高含祕量的密閉環(huán)境會產生氧化祕的浪費，成本 增加并且實際操作難度大。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對上述生產技術的不足，提供一種軌道交通過電壓保護器用壓 敏電阻片的配方及制造方法，采用該配方生產出的軌道交通過電壓保護器用壓敏電阻片， 能夠滿足軌道交通電力系統(tǒng)對壓敏電阻片伏安特性及老化各方面性能的要求，同時降低生 產成本，減少能耗。
[0007] -種軌道交通過電壓保護器用壓敏電阻為了達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技 術方案，其特征在于具有W下配方組成： 曰，復合添加劑配方（重量百分比）組成：Bi2〇3 23.0wt%~30.0wt%;Ni0 16.0wt〇/〇~ 20.0 wt%; Cr2〇3 0.05wt%~2wt%; Sb2〇3 30.0 wt%~40.0 wt%; Mri3〇4 5wt%~7. Owt%; C〇3〇4 8. Owt〇/〇~ 12.0wt%;Si〇2 Iwt%~5wt%;玻璃粉（含Ag、B) 0.5%~3.0〇/〇; b，主體化0與復合添加劑的重量百分配比為：（83%-90%) : (10.0%~17.0%)。
[0008] -種軌道交通過電壓保護器用壓敏電阻片的制備方法，其特征在于具有如下制備 過程和步驟： a,復合添加劑制備:所用添加劑粉料總質量、去離子水質量、磨球質量的比例為1:1: 2.5;再加入聚丙締酸錠型分散劑，分散劑用量為所述添加劑粉料總質量的0.6%~1.0%;裝入 球磨罐中，用球磨機球磨約40h~50h;將球磨后的添加劑漿料取出，過篩后放入烘箱中烘干， 然后用研鉢或粉碎機進行粉碎并過篩；由此制得化0壓敏電阻用復合添加劑粉料； b，復合添加劑同ZnO混合:添加劑與化0混合球磨:將上述制得的復合添加劑與化0、A1 (N03)3 ? 9此0，PVA溶液混合球磨，各物質質量百分比為化0 83.0wt%~90.0wt%;復合添加劑 10.0 wt%~17. Owt%;另外加入Al (N03)3 ? 9出0其重量按照干料量的：0.0 lwt%~0.04wt%加入； PVAW%水溶液)重量按照占干料量的比例18 % -25 %加入;的造粒粉料； C，噴霧干燥：用于造粒的上述漿料固含量為50%~60%;并加入適量的消泡劑;噴霧干燥 后的造粒料含水率控制在1.00%~2.00%; d，壓片:將上述制得的粉料進行壓片制得巧體，巧體壓制后的密度應控制在3. OOg/cm3~3.50g/cm3; e，排膠:將上述巧體進行，其排膠溫度在480°C~530°C，在該溫度保溫4-化； f，燒成:將排膠后的電阻片巧體在l〇74°C~1200°C溫度條件下燒成并保溫3-4h; g，磨片:對燒成后的電阻片進行磨片處理，W保證電阻片兩端的平行度和端面的平整 度； h，熱處理:將研磨平整的電阻片放在高溫電爐中進行熱處理，熱處理溫度:460°C~540 °C，熱處理保溫時間為4~化； i，噴侶及絕緣層:對熱處理后的電阻片端面進行噴侶電極處理，側面噴涂絕緣層，最終 制得成品電阻片。
[0009] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點和有益效果如下： (1) ZnO電阻片的老化系數小于1，同時1 OkA殘壓比可W達到1.84 W下，為軌道交通的 正常運行提供了安全的保障。
[0010] (2)與現(xiàn)有的直流系統(tǒng)過電壓保護器用壓敏電阻相比，本發(fā)明采用的添加元素少， 不進行涂祕及高溫祕處理工藝，熱處理溫度相對高溫祕處理溫度較低，具有工藝簡單、節(jié)能 環(huán)保及成本低等優(yōu)點。
[0011] (3)能夠實現(xiàn)各種不同直流過電壓保護器的通用，具有老化系數小，殘壓比低、容 量大等性能優(yōu)點，能夠完全滿足各種直流過電壓保護器的要求，并且具有足夠的安全裕度。
【具體實施方式】
[0012] 為了便于理解本發(fā)明，現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述如下。
[OOU]實施例1 按質量百分比Bi2〇3: 28 . Owt%、NiO: 18 . Owt%、Cr2〇3:1. Owt%、Sb2〇3: 33 . Owt%、Mn3〇4: 6. Owt%、C〇3〇4:11. Owt%、Si〇2:2. Owt%、含 Ag2〇 玻璃粉：1. Owt% 進行配制 ZnO 壓敏電阻片復合 添加劑粉料。按照添加劑粉料總質量、去離子水質量、瑪瑤磨球質量的比例為1:1: 2.5;加入 聚丙締酸錠型分散劑，其用量為粉料總質量的0.8%，裝入IOL規(guī)格聚氨醋球磨罐中，用罐式 球磨機球磨40h，轉速設置為415;r/min。
[0014]添加劑粉料烘干，然后用粉碎機進行粉碎并過篩。
[001引由此便制得了 ZnO壓敏電阻用添加劑粉料。
[0016] 將制得的復合添加劑按照添加劑：14.00wt%、Zn0:86.OOwt%、另外加入Al(N03)3 ? 9此0按照干料量的0.05%的重量比，加入進行混合球磨，另加入PVAW%水溶液），按照占干料 量的22%加入。再經過噴霧造粒、壓制成型、排膠、燒結、熱處理、噴侶及涂絕緣層等常規(guī)壓敏 電阻片制備過程，制成化0壓敏電阻。
[0017] 實施例2 按質量百分比 Bi2〇3:25. Owt%、NiO :17. Owt%、Cr2〇3:l. Owt%、Sb2〇3:37.0wt%、Mn304: 6. Owt%、C〇3〇4:10.0 wt%、Si〇2:3. Owt%、含Ag2〇玻璃粉：1.0 wt%進行配制ZnO壓敏電阻片復合 添加劑粉料，按照添加劑粉料總質量、去離子水質量、瑪瑤磨球質量的比例為1:1: 2.5;加入 聚丙締酸錠型分散劑，其用量為粉料總質量的0.8%，裝入IOL規(guī)格聚氨醋球磨罐中，用罐式 球磨機球磨40h，轉速設置為415;r/min。
[0018] 添加劑烘干，然后用粉碎機進行粉碎并過篩。
[0019]由此便制得了 ZnO壓敏電阻片用復合添加劑粉料。
[0020] 將制得的復合添加劑按照添加劑：1物1%、211〇:86.0(^^%、另外加入41(^3)3.9此0 按照干料量的0.05%的重量比加入進行混合球磨，另加入PVAW%水溶液）按照占干料量的 22%加入。再經過噴霧造粒、壓制成型、排膠、燒結、熱處理、噴侶及涂絕緣層等常規(guī)壓敏電阻 制備過程，制成化0壓敏電阻片。
[0021] 現(xiàn)有對軌道交通觸網的過電壓保護所采用的過電壓保護器為額定電壓2.4kV的直 流金屬氧化物保護器，根據現(xiàn)有軌道交通使用過電壓保護器產品Y出0WL2-2.4/4.化產品技 術規(guī)范與我們開發(fā)產品的測試結果如下： 測試指標
【主權項】
1. 一種軌道交通過電壓保護器用電阻片，其特征在于具有以下配方組成： a，復合添加劑配方組成：Bi2O3 23.0wt%~30.0wt%;Ni0 16.0wt%~20.0wt%;Cr2〇3 0.05wt%~2wt°/〇；Sb2〇3 30.0wt%~40.Owt%；Mn3〇4 5wt%~7.Owt%；C03O4 8.0wt%~12.Owt%；S1O2 Iwt%~5wt%;玻璃粉(含Ag、B) 0 · 5%~3 · 0%; b，主體ZnO與復合添加劑的重量百分配比為：（83%-90%): (10.0%~17.0%)。2. -種軌道交通過電壓保護器電阻片的制備方法，其特征在于具有如下制備過程和步 驟： a，復合添加劑制備：所用添加劑粉料總質量、去離子水質量、磨球質量的比例為1:1: 2.5;再加入聚丙烯酸銨型分散劑，分散劑用量為粉料總質量的0.6%~1.0%;用球磨機球磨約 40h~50h;過篩后放入烘箱中烘干，然后用研缽或粉碎機進行粉碎并過篩；由此制得ZnO壓敏 電阻用添加劑粉料； b，添加劑與ZnO混合，添加劑與ZnO混合球磨:將上述制得的添加劑與Zn0、Al(N03)3、PVA 溶液混合球磨，各物質質量百分比為ZnO 83 . Owt%~90.0wt%;復合添加劑：10 . Owt%~ 17.0wt%;另外加入Al(NO3)3 · 9H20其重量按照干料量的0.01%~0.04%加入；PVA(5%水溶 液），其重量按照占干料量的比例：18 % -25 %加入，得造粒漿料； c，噴霧干燥：用于造粒的上述總漿料含固率為50%~60%，并加入適量的消泡劑，噴霧干 燥后的造粒料的含水率控制在1.00%~2.00%; d，壓片:將上述所得的粒料進行壓片壓制坯體，坯體壓制后的密度應控制在3.20g/cm3 ~3·35g/cm3; e，排膠：將制得坯體進行排膠，其排膠溫度在480°C~530°C，在該溫度下保溫4-5h; f，燒成:將排膠后的電阻片坯體在l〇74°C~1200°C下燒成并保溫3-4h; g，磨片：對燒成后的電阻片進行磨片處理，以保證電阻片兩端的平行度和端面的平整 度； h，熱處理:將研磨平整的電阻片放在高溫電爐中進行熱處理，熱處理溫度:460°C~540 °C，熱處理保溫時間為4~5h; i，噴鋁及絕緣層:對熱處理后的電阻片端面進行噴鋁電極處理，側面涂覆絕緣層，最終 制得試品電阻片。
【文檔編號】C04B35/626GK105924149SQ201610254737
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月23日
【發(fā)明人】姚政, 施利毅, 程遷可, 張倩, 時雯, 任鑫
【申請人】上海大學