專利名稱：一種非線性電阻片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非線性金屬氧化物避雷器制造領(lǐng)域，特別涉及一種非線性電阻片及其制造方法，尤其適用于提高氧化鋅壓敏電阻片電場(chǎng)強(qiáng)度和降低金屬氧化物避雷器保護(hù)水平。
背景技術(shù)：
金屬氧化物避雷器是電力輸運(yùn)和配送過(guò)程中重要的保護(hù)設(shè)備，所運(yùn)用的場(chǎng)合越來(lái)越廣泛，要求也越來(lái)越高，不僅保護(hù)水平要求越來(lái)越低，而且體積要求也越來(lái)越小，這就要求其核心保護(hù)元件的體積小，電場(chǎng)強(qiáng)度要高，保護(hù)壓比要低。電阻片的電場(chǎng)強(qiáng)度從200V/mm傳統(tǒng)梯度逐漸提高，采取了各種各樣的方法，有采用增加添加物的方法，也有采用減少添加物的方法都能通過(guò)或降低氧化鋅電阻片的電場(chǎng)強(qiáng)度。已經(jīng)有達(dá)到300V/mm，甚至達(dá)到400V/mm以上，這樣生產(chǎn)同樣規(guī)格和數(shù)量的避雷器所需閥片數(shù)量明顯降低，避雷器的體積明顯減小。因此，開(kāi)發(fā)高電場(chǎng)強(qiáng)度的氧化鋅非線性電阻片受到了各方面的高度關(guān)注。Bi2O3是ZnO-Bi2O3系壓敏電阻片形成非線性特性的骨架材料，作為主要富集的晶界材料成分，具有較高的肖特基勢(shì)壘，在規(guī)定的電場(chǎng)下，沒(méi)有獲得足夠能量的電子無(wú)法越過(guò)這一勢(shì)壘參與導(dǎo)電，形成高電阻界面。由于晶界的連通性和隔斷性，使得ZnO-Bi2O3系壓敏電阻片在規(guī)定的電場(chǎng)下處于高電阻的狀態(tài)，這就是說(shuō)晶界的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，晶粒越細(xì)小，能搞達(dá)到的電場(chǎng)強(qiáng)度就越高。為了加長(zhǎng)晶界，抑制晶粒快速長(zhǎng)大非線性變差，所以要添加另一種材料來(lái)抑制晶?？焖匍L(zhǎng)大。Sb2O3是很好的氧化鋅晶粒長(zhǎng)大的抑制劑，在燒結(jié)過(guò)程中與ZnO結(jié)合生成晶粒間相一Zn7Sb2O12尖晶石相，存在于晶粒晶界間的三角區(qū)，在那里形成釘扎中心，從而抑制晶?？焖匍L(zhǎng)大，使其顯微結(jié)構(gòu)均勻，提高電阻片的非線性電氣特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非線性電阻片及其制造方法，以提高金屬氧化物避雷器用氧化鋅電阻片的電場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)將保護(hù)水平降低。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種非線性電阻片，由以下摩爾百分比組分組成燒結(jié)而成Bi203:0.4-l. 1%， Co2O3 0. 6-1. 1%, MnCO3 :0. 3-0. 8%，Sb2O3 0. 8-1. 8%, Cr2O3 :0. 3-0. 8%，SiO2 0. 8-1. 5%, NiO 0. 4-1. I %組成的添加劑；余量為主料ZnO0本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于Bi2O3與Sb2O3的摩爾比為(0. 50 0. 61) I。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于Bi2O3與Sb2O3的摩爾比為(0.51 0.59) I。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于Bi2O3與Sb2O3的摩爾比為(0.54 0.57) I。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于Bi2O3與Sb2O3的摩爾比為0. 54 : I。一種非線性電阻片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟首先，稱取添加劑各組分和主料ZnO，然后將添加劑各組分經(jīng)過(guò)球磨混合，加熱烘干后裝入陶瓷匣缽，在800°C下煅燒2小時(shí)后自然冷卻、粉碎形成添加劑粉末；
其次，在混合罐中加入添加劑粉末、主料ZnO、有機(jī)粘合劑、分散劑、水以及按照添加劑和主料ZnO的總量為基準(zhǔn)的0. 003%摩爾含量的Al (NO3) 39H20進(jìn)行混合，形成均勻的漿料，經(jīng)過(guò)噴霧干燥法進(jìn)行干燥造粒，獲得造粒粉；
再次，將造粒粉壓制成型電阻片素坯體，并經(jīng)450°C高溫去除有機(jī)物質(zhì)粘合劑、分散劑；在1100°C 1200°C下燒結(jié)4小時(shí)得到電阻片燒結(jié)體；
最后，將電阻片燒結(jié)體兩端面研磨平整后，進(jìn)行550°C熱處理，并噴鍍鋁電極，再在電阻片側(cè)面涂覆有機(jī)絕緣層，即得非線性電阻片。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于添加劑的摩爾百分比組分為=Bi2O3 :0. 4-1. 1%, Co2O3 0. 6-1. I %，MnCO3 0. 3-0. 8 %，Sb2O3 0. 8-1. 8 %，Cr2O3:0. 3-0. 8 %，SiO2 :0. 8-1. 5%, NiO0. 4-1. 1%。
本發(fā)明進(jìn)-一步的改進(jìn)在于添加劑中Bi203 與 Sb2O3的摩爾比為(0.50 0. 61)I。
本發(fā)明進(jìn)-一步的改進(jìn)在于添加劑中Bi203 與 Sb2O3的摩爾比為(0. 51 0. 59)I。
本發(fā)明進(jìn)-一步的改進(jìn)在于添加劑中Bi203 與 Sb2O3的摩爾比為(0.54 0. 57) I。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于添加劑中Bi2O3與Sb2O3的摩爾比為0. 54 I。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于添加劑的摩爾百分比組分為=Bi2O3 :0. 7%, Co2O3 :0. 9%, MnCO3 =0.6%, Sb2O3 :1. 3%, Cr2O3 :0. 5%, SiO2 1%, NiO 0. 4%
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于添加劑的摩爾百分比組分為=Bi2O3 :0. 7%，Co2O3 0. 9%, MnCO3 :0. 6%, Sb2O3 :1. 3%, Cr2O3 :0. 5%, SiO2 1%, NiO I. IV0o
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于添加劑的摩爾百分比組分為=Bi2O3 :0. 7%，Co2O3 0.9%, MnCO3 :0. 6%, Sb2O3 :1. 3%, Cr2O3 :0. 5%, SiO2 :1. 5%, NiO IV0o
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于添加劑的摩爾百分比組分為=Bi2O3 :0. 7%，Co2O3 0.9%, MnCO3 :0. 3%, Sb2O3 :1. 3%, Cr2O3 :0. 5%, SiO2 1%, NiO IV0o
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)在ZnO-Bi2O3-Sb2O3系非線性電阻片，優(yōu)化電阻片的原料配方，特別是控制Bi203/Sb203的摩爾比例在0. 5 0. 6的范圍內(nèi)，這一比例直接影響著電阻片晶粒的大小及多晶粒交叉區(qū)的尖晶石相等顯微結(jié)構(gòu)的生成，影響電阻片電氣性能特別是其電場(chǎng)強(qiáng)度和保護(hù)殘壓比；可以保障非線性電阻片的電場(chǎng)強(qiáng)度有效提高，而且促使保護(hù)殘壓比充分降低，同時(shí)保持電阻片的其它電氣性能良好。
依照上述原則，采用配料一煅燒一與ZnO混合一噴霧干燥一成型一燒成一磨片一熱處理一噴鋁一上釉(有機(jī)絕緣層)是的工藝路線，可以制造出優(yōu)異非線性電阻片，滿足小型化的要求。
按照本發(fā)明開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的非線性電阻片，可以獲得較高電場(chǎng)強(qiáng)度和較低殘壓比的非線性電阻片，穩(wěn)定電氣特性，節(jié)約原料，降低能耗，減少污染。
具體實(shí)施方式
Bi2O3是ZnO-Bi2O3系壓敏電阻片形成非線性特性的骨架材料，作為主要富集的晶4界材料成分，具有較高的肖特基勢(shì)壘，在規(guī)定的電場(chǎng)下，沒(méi)有獲得足夠能量的電子無(wú)法越過(guò)這一勢(shì)壘參與導(dǎo)電，形成高電阻界面。由于晶界的連通性和隔斷性，使得ZnO-Bi2O3系壓敏電阻片在規(guī)定的電場(chǎng)下處于高電阻的狀態(tài)，這就是說(shuō)晶界的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，晶粒越細(xì)小，能搞達(dá)到的電場(chǎng)強(qiáng)度就越高。為了加長(zhǎng)晶界，抑制晶?？焖匍L(zhǎng)大非線性變差，所以要添加另一種材料來(lái)抑制晶?？焖匍L(zhǎng)大。Sb2O3是很好的氧化鋅晶粒長(zhǎng)大的抑制劑，在燒結(jié)過(guò)程中與ZnO結(jié)合生成晶粒間相一Zn7Sb2O12尖晶石相，存在于晶粒晶界間的三角區(qū)，在那里形成釘扎中心，從而抑制晶?？焖匍L(zhǎng)大，使其顯微結(jié)構(gòu)均勻，提高電阻片的非線性電氣特性。
本發(fā)明例采用高梯度非線性電阻片的原料配方，其摩爾百分比組分為其中 Bi2O3 :0. 4-1. I %, Co2O3 0. 6-1. I %, MnCO3 0. 3-0. 8 %, Sb2O3 0. 8-1. 8 %, Cr2O3 0.3-0. 8%, SiO2 :0. 8-1. 5%, NiO 0. 4-1. I %組成的添加劑；余量為主料 ZnO。
本發(fā)明按照上述高梯度非線性電阻片的原料配方進(jìn)行制造方法，具體包括以下步驟
首先，稱取添加劑各組分和主料ZnO，然后將添加劑各組分經(jīng)過(guò)球磨混合，加熱烘干后裝入陶瓷匣缽，在800°C下煅燒2小時(shí)后自然冷卻、粉碎形成細(xì)的添加劑粉末；
其次，在混合罐中加入添加劑粉末、主料ZnO、有機(jī)粘合劑-聚乙烯醇(PVA)、 聚丙烯酸銨分散劑、水以及按照添加劑和主料ZnO的總量為基準(zhǔn)的0. 003%摩爾含量的 Al (NO3) 39H20進(jìn)行混合，形成均勻的漿料，經(jīng)過(guò)噴霧干燥法進(jìn)行干燥造粒，獲得的造粒粉；
再次，將造粒粉壓制成型電阻片素坯體(直徑68mm高度為20mm)，并經(jīng)450°C高溫去除有機(jī)物質(zhì)粘合劑、分散劑；在1100°c 1200°C下燒結(jié)4小時(shí)得到電阻片燒結(jié)體。
最后，將電阻片燒結(jié)體兩端面研磨平整后，進(jìn)行550°C熱處理，并噴鍍鋁電極，再在電阻片側(cè)面涂覆市場(chǎng)可以購(gòu)買到的一種牌號(hào)為“145”浸潰漆作為有機(jī)絕緣層，即可。
制成的電阻片進(jìn)行非線性特性的測(cè)量，測(cè)量電阻片在通過(guò)直流ImA電流時(shí)電阻片兩端的電壓(UlnJ,以及通過(guò)8/20S雷電波時(shí)電阻片兩端的電壓(U5kA)，其比值就是殘壓比 (K)也就是非線性特性。將ImA電壓與電阻片厚度的比值稱作電阻片的電場(chǎng)強(qiáng)度(E1dia)，其測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表I。
表I :
權(quán)利要求
1.一種非線性電阻片，其特征在于，由以下摩爾百分比組分組成燒結(jié)而成Bi2O3 0. 4-1. 1%, Co2O3 0. 6-1. 1%, MnCO3 :0. 3-0. 8%，Sb2O3 0. 8-1. 8%,0. 8-1. 5%, NiO 0.4-1. I %組成的添加劑；余量為主料ZnO。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非線性電阻片，其特征在于，Bi (0.50 0.61) I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非線性電阻片，其特征在于，Bi2O3與 (0. 51 0. 59) I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非線性電阻片，其特征在于，Bi2O3與 (0.54 0.57) I。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非線性電阻片，其特征在于，Bi2O3與 0. 54 I。
6.制備如權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的一種非線性電阻片的方法，其特征在于，包括以下步驟首先，稱取添加劑各組分和主料ZnO，然后將添加劑各組分經(jīng)過(guò)球磨混合，加熱烘干后裝入陶瓷匣缽，在800°C下煅燒2小時(shí)后自然冷卻、粉碎形成添加劑粉末；其次，在混合罐中加入添加劑粉末、主料ZnO、有機(jī)粘合劑、分散劑、水以及按照添加劑和主料ZnO的總量為基準(zhǔn)的0. 003%摩爾含量的Al (NO3) 39H20進(jìn)行混合，形成均勻的漿料， 經(jīng)過(guò)噴霧干燥法進(jìn)行干燥造粒，獲得造粒粉；再次，將造粒粉壓制成型電阻片素坯體，并經(jīng)450°C高溫去除有機(jī)物質(zhì)粘合劑、分散劑； 在1100°C 1200°C下燒結(jié)4小時(shí)得到電阻片燒結(jié)體；最后，將電阻片燒結(jié)體兩端面研磨平整后，進(jìn)行550°C熱處理，并噴鍍鋁電極，再在電阻片側(cè)面涂覆有機(jī)絕緣層，即得非線性電阻片。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，添加劑的摩爾百分比組分為 Co2O3 :0. 9%, MnCO3 :0. 6%, Sb2O3 :1. 3%, Cr2O3 :0. 5%, SiO2 1%, NiO 0. 4%,
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，添加劑的摩爾百分比組分為 Co2O3 :0. 9%, MnCO3 :0. 6%, Sb2O3 :1. 3%, Cr2O3 :0. 5%, SiO2 1%, NiO I. 1%,
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，添加劑的摩爾百分比組分為 Co2O3 :0. 9%, MnCO3 :0. 6%, Sb2O3 :1. 3%, Cr2O3 :0. 5%, SiO2 :1. 5%, NiO 1%,
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，添加劑的摩爾百分比組分為 Co2O3 :0. 9%, MnCO3 :0. 3%, Sb2O3 :1. 3%, Cr2O3 :0. 5%, SiO2 1%, NiO IV0o=Bi2O3 :0. 7%,=Bi2O3 :0. 7%,o=Bi2O3 :0. 7%,oBiA 0. 7%，全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種非線性電阻片及其制備方法，該非線性電阻片由以下摩爾百分比組分組成燒結(jié)而成Bi2O30.4-1.1％，Co2O30.6-1.1％，MnCO30.3-0.8％，Sb2O30.8-1.8％，Cr2O30.3-0.8％，SiO20.8-1.5％，NiO 0.4-1.1％組成的添加劑；余量為主料ZnO。本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化電阻片的原料配方，特別是控制Bi2O3/Sb2O3的摩爾比例，直接影響著電阻片晶粒的大小及多晶粒交叉區(qū)的尖晶石相等顯微結(jié)構(gòu)的生成，影響電阻片電氣性能特別是其電場(chǎng)強(qiáng)度和保護(hù)殘壓比；可以保障非線性電阻片的電場(chǎng)強(qiáng)度有效提高，而且促使保護(hù)殘壓比充分降低。
文檔編號(hào)H01C17/00GK102543333SQ201110449829
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者王玉平 申請(qǐng)人:中國(guó)西電電氣股份有限公司