一种ZnO阀片工业生产制备方法技术

一种ZnO阀片工业生产制备方法，包括研磨混料步骤、造粒步骤、含水处理步骤、液压成型步骤、高阻层涂覆步骤、烧结步骤、热处理步骤、电机喷涂步骤、绝缘漆涂覆步骤。其有益效果是：减少填隙锌的浓度、提高晶界势垒与老化稳定性。提高晶界势垒与老化稳定性。提高晶界势垒与老化稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO阀片工业生产制备方法


[0001]本专利技术涉及氧化锌阀片领域，特别是一种ZnO阀片工业生产制备方法。

技术介绍

[0002]ZnO阀片的实验室制备与工业制备存在诸多区别，在通过实验室研究获得ZnO阀片的配方和工艺体系后，距离工业化应用尚有一些工作需要完善。一方面，ZnO避雷器由于不带串联间隙运行，在持续的工作电压和暂态过电压作用下阀片老化，宏观表现为泄漏电流增大，正常工作下的功耗增大，长期运行下会导致阀片失效，因此需要对ZnO阀片的老化性能进行进一步的提升。另一方面，需要工业化生产制备与测试条件下对高性能ZnO阀片进行生产制备与测试，确保其顺利实现工业化应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种ZnO阀片工业生产制备方法。具体设计方案为：
[0004]一种ZnO阀片工业生产制备方法，依次进行以下步骤：
[0005]研磨混料步骤，采用棒销式球磨机进行研磨混料2小时；
[0006]造粒步骤，采用喷雾造粒塔进行研磨后浆料的造粒；
[0007]含水处理步骤，将喷雾造粒后的颗粒放入含水设备对进行含水处理；
[0008]液压成型步骤，沉浮0.5小时后将阀片放入固定模具采用液压机型进行液压成型；
[0009]高阻层涂覆步骤，将成型后的阀片坯体侧面涂覆高阻层；
[0010]烧结步骤，将阀片坯体放入隧道炉中进行烧结，烧结后逐渐进行升温降温处理，烧结温度设定为1240℃，保温时间设定为1.5小时；
[0011]热处理步骤，烧结成型后的阀片进行600℃的热处理工序；随后将烧结得到的阀片采用喷砂与磨片工序共同进行筛选；
[0012]电机喷涂步骤，随后将阀片放入喷涂设备中进行表面铝电极喷涂；
[0013]绝缘漆涂覆步骤，将喷涂表面铝电极喷涂后的阀片进行侧面绝缘漆涂覆。
[0014]所述含水处理步骤中，含水量为0.5％～1％。
[0015]所述热处理步骤中，热处理温度为600℃。
[0016]所述研磨混料步骤中，向浆料中加入银离子，浓度包括0.01mol％，加入银离子所采用原料包括Ag2O。
[0017]ZnO阀片微观晶界层中双肖特基势垒的降低是由晶界层中亚稳态分量的存在导致耗尽层中离子的迁移所引起。中性的氧空位V
Ox
的与氧原子发生反应，在晶界处产生一个中性氧亚晶格O
Ox
，随后O
Ox
与带负电荷的锌空穴V
Zn
’
发生电荷转移反应，以上过程可以用以下反应式表示：
[0018][0019][0020]由于可移动的填隙锌Zn
i+
，Zn
i2+
，D
Zn+
和本征氧空穴V
O+
，V
O2+
主要存在于晶界势垒的耗尽层中。当向晶界势垒长期施加电压时，晶界耗尽层中的Zn
i+
和晶界中的锌空穴V
Zn
’
将逐渐消失，反向偏置电压的晶界势垒高度将随着V
Zn
’
的减小而减小。反应可通过以下反应式表示：
[0021][0022]引入的一价银离子可以作为受体离子，减少填隙锌离子的浓度，从而抑制锌离子迁移进入晶界势垒区。此外，引入的一定量的镓、铟离子在烧结过程中固溶进入氧化锌晶粒内部对于增强ZnO压敏电阻的稳定性也起到一定促进作用，
[0023]ZnO阀片的老化程度以老化系数(K
t
)进行表征，老化系数的计算如下：
[0024]I
L
＝I
L0
+K
t
·
t
1/2
(4)
[0025]其中，I
L
为加速老化时间为t时ZnO阀片的泄漏电流；I
L0
为加速老化实验前ZnO阀片的泄漏电流；t为老化持续时间。老化系数越小，表明ZnO阀片的稳定性越高
[38]。根据计算公式(5
‑
1)计算可得ZnO阀片在80％U
1mA
、85％U
1mA
和90％U
1mA
的加速老化电压下的老化系数分别为0.04、0.06和0.07，
[0026]根据国家标准G/B
‑
11032的要求，ZnO阀片的预期寿命评估采用阿伦尼乌斯定律进行计算。ZnO阀片的老化加速系数AF
T
通过以下计算公式进行估算：
[0027]AF
T
＝2.5
(ΔT/10)
(5)
[0028]其中，
△
T为ZnO阀片进行加速老化试验的温度与阀片运行时环境温度的上限，单位为摄氏度，通常情况下ZnO避雷器的运行环境温度为40℃。当ZnO阀片的加速老化试验温度为115℃、时间为1000小时时，通过计算可以得到阀片的预期寿命为110年。
[0029]所述研磨混料步骤中，向浆料中加入镓离子，浓度包括0.4
‑
0.42mol％，加入镓离子所采用原料包括Ga(NO3)3·
9H2O。
[0030]所述研磨混料步骤中，向浆料中加入铟离子，浓度包括0.02
‑
0.025mol％，加入铟离子所采用原料包括In(NO3)3·
9H2O。
[0031]在烧结过程中，存在一定量的In
3+
固溶进入在ZnO晶粒的晶格中，取代填隙Zn
2+
，由于填隙Zn
2+
的还原可以使阀片稳定性得到提高，因此，引入铟添加剂对提高抗老化过程的稳定性具有一定的积极影响。
[0032]通过本专利技术的上述技术方案得到的ZnO阀片工业生产制备方法，其有益效果是：
[0033]在ZnO阀片的配方体系中引入的银离子作为受体离子降低填隙锌的浓度并抑制其迁移，引入的镓、铟离子取代氧化锌晶格中的填隙锌，达到减少填隙锌的浓度、提高晶界势垒与老化稳定性的效果；
[0034]在ZnO阀片烧结后增加550℃的老化热处理工艺，可以有效减小填隙锌的浓度，进而实现提高ZnO阀片的老化性能。
附图说明
[0035]图1为本专利技术所述ZnO阀片配方改性前后(a)伏安特性曲线(b)电压
‑
电容特性曲线图；
[0036]图2为本专利技术所述ZnO阀片的能量色散X射线图谱；
[0037]其中，
[0038]图2(a)为ZnO阀片的断面经离子抛光后的微观形貌结构图，
[0039]图2(b)为沿扫描路径上的元素探测强度图；
[0040]图3为本专利技术所述ZnO阀片在不同加速老化电压下的功率损耗变化曲线图；
[0041]其中，
[0042]图3(a)为样品老化时间在0～200小时的功率损耗变化曲线图；
[0043]图3(b)为样品老化时间在0～2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZnO阀片工业生产制备方法，其特征在于，依次进行以下步骤：研磨混料步骤，采用棒销式球磨机进行研磨混料；造粒步骤，采用喷雾造粒塔进行研磨后浆料的造粒；含水处理步骤，将喷雾造粒后的颗粒放入含水设备对进行含水处理；液压成型步骤，将阀片放入固定模具采用液压机型进行液压成型；高阻层涂覆步骤，将成型后的阀片坯体侧面涂覆高阻层；烧结步骤，将阀片坯体放入隧道炉中进行烧结；热处理步骤，烧结成型后的阀片进行热处理工序；随后将烧结得到的阀片采用喷砂与磨片工序共同进行筛选；电机喷涂步骤，随后将阀片放入喷涂设备中进行表面铝电极喷涂；绝缘漆涂覆步骤，将喷涂表面铝电极喷涂后的阀片进行侧面绝缘漆涂覆。2.根据权利要求1中所述的ZnO阀片工业生产制备方法，其特征在于，所述含水处理步骤中，含水量为0.5％～1％。3.根据权利要求1中所述的ZnO...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟鹏飞，何金良，王磊，张恒志，雷潇，胡军，谢施君，郭敬科，殷越，
申请(专利权)人：清华大学国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院国网西藏电力有限公司电力科学研究院国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：