[發明專利]一種高電壓梯度氧化鋅電阻片的配方及制備方法

有效

• 申請號: 201010209085.6
• 申請日: 2010-06-24
• 公開（公告）號: CN101880157A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 段雷;許高杰;陳越;高奇峰;李向軍;嚴斌杰;王海英;蔣燁;湯建江;崔平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所;寧波市鎮海國創高壓電器有限公司
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/622
• 代理公司: 寧波市天晟知識產權代理有限公司 33219
• 代理人: 張文忠;任漢平

技術領域

本發明涉及避雷器用電阻材料領域，尤其涉及一種高電壓梯度氧化鋅電阻片的配方及制備方法。

背景技術

氧化鋅電阻具有非常優越的非線性特性，作為避雷器的核心部件被廣泛應用于電力系統，以保護電器設備免受雷電等過電壓的破壞。

近年來，隨著經濟的發展，電力系統中對輸運電容、電壓的要求不斷提高，不僅對輸變電設備的安全性、可靠性要求越來越高，而且對送變電設備的尺寸也提出了新的要求。目前，送變電設備的小型化已成為迫切需要解決的一大難題。

現有氧化鋅電阻的電壓梯度低，一般為180～220V/mm，當氧化鋅電阻用于電壓等級較高的輸電線路時，需要疊加多個電阻閥片，因而導致避雷器的高度、體積以及重量很大，給運輸、安裝帶來諸多不便。如果使用具有高電壓梯度的電阻片就可以減少電阻片的疊加片數，使避雷器的高度降低。因此，提高電阻片的電壓梯度是實現避雷器小型化的關鍵。另外，提高電阻片的電壓梯度還可以節約原材料、降低成本以及提高資源利用率。

一般情況下，定義流過電阻片的電流為1毫安時電阻片兩端的電壓為該電阻片的電壓梯度。由于電壓梯度和電極之間的晶粒層數有關，因此，抑制晶粒生長，即減小晶粒尺寸的方法是提高電阻片電壓梯度最有效的方法。減小晶粒尺寸的方法有很多，比如降低燒結溫度、添加Sb₂O₃或者SiO₂抑制晶粒生長以及添加稀土元素(如Y₂O₃)等方法。目前，這些方法雖然達到了減小晶粒尺寸從而提高電阻片電壓梯度的目的，但是另一方面卻導致了電阻片的非線性性能以及電性能降低(例如4/10μs大電流通流能力及2ms方波通流能力降低等)。日本專利特開昭49-064897和日本專利特開昭53-044900就采用添加大量SiO₂的方式提高電壓梯度，但是，大量的SiO₂添加會出現過多的Zn₂SiO₄第二相，導致其他電學性能下降，如人工晶體學報2009年第38卷第215至218頁中描述的漏流增加等。中國專利申請號為CN95102922.3的專利公開了一種制造電壓非線性電阻的方法，其中采用了兩次熱處理的方式克服了上述缺點，獲得了高電壓梯度的電阻片，但是，該方法工藝復雜，兩次熱處理對于能源需求較大。另外，采用低溫燒結的方法也可以減小晶粒尺寸，但是該方法會由于燒結不充分而導致電阻片的能量耐受能力下降。

另外，電阻片長期在高電壓負荷狀態下工作，對耐老化特性要求非常高。現有的方法是通過一次熱處理使氧化鉍(Bi₂O₃)轉化成γ相，提高電阻片的熱穩定性。但是，現有的一次熱處理方法中，如果溫度較低則Bi₂O₃很難發生相變，溫度較高又會導致電阻片性能劣化，如漏流增加、非線形系數下降等。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種高電壓梯度氧化鋅電阻片的配方及制備方法，以得到具有高電壓梯度的氧化鋅電阻片，該氧化鋅電阻片的電壓梯度可以達到350～600V/mm，同時保持良好的非線性特性、電性能以及耐老化特性。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種高電壓梯度氧化鋅電阻片的配方，包括主成分氧化鋅、副成分和微量成分，所述的副成分是副元素的氧化物或者可溶性鹽，微量成分是微量元素的氧化物、可溶性鹽或者包含微量元素的玻璃粉；所述的副元素是鉍元素、銻元素、鈷元素、錳元素和副成分添加元素，所述的副成分添加元素是鉻元素、硅元素、鎳元素、錫元素、鎂元素、鋯元素、鈣元素和稀土元素中的一種或者兩種以上的組合，所述的微量元素是硼元素、銀元素和第三微量元素，所述的第三微量元素是鋁元素、鎵元素和銦元素中的一種；按照質量百分比計，所述的鋅元素、副元素和微量元素的含量如下：

鋅????????????????????????????60％～95％

鉍????????????????????????????0.5～15.0％

銻????????????????????????????0.3～15.0％

鈷????????????????????????????0.2～9.5％

錳????????????????????????????0.3～7.8％

副成分添加元素：??????????????0.0～38％