1.本發(fā)明涉及電力材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含鋯多鉍的高電位梯度大通流氧化鋅電阻片。

背景技術(shù)：

2.近年來，全球自然災(zāi)害頻發(fā)，輸電線路經(jīng)常因遭受雷擊而引發(fā)跳閘停電事故。隨著電力建設(shè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)覆蓋的區(qū)域越來越廣，輸電線路經(jīng)常需要架設(shè)到一些地形復(fù)雜的山區(qū)，而這些區(qū)域往往同時(shí)存在冬季寒冷易覆冰、春夏季雷電多發(fā)的氣候現(xiàn)象。在上述地理環(huán)境特殊的地區(qū)，當(dāng)遭遇惡劣天氣時(shí)，輸電線路極易發(fā)生雷擊引起的閃絡(luò)跳閘停電事故，嚴(yán)重威脅大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，亟需提升輸電線路的防雷性能。

3.氧化鋅避雷器作為輸電線路防雷的重要裝備之一，而氧化鋅電阻片作為避雷器核心元件，其電氣特性很大程度上影響線路的防雷性能（《dl

?

t 815

?

2016 交流輸電線路用復(fù)合外套金屬氧化物避雷器》）。隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，對(duì)具有高電位梯度與大通流能力的氧化鋅電阻片的需求逐步增加，同時(shí)要求氧化鋅電阻的電氣性能可調(diào)。

4.現(xiàn)有關(guān)于氧化鋅的文獻(xiàn)主要針對(duì)于提升氧化鋅電阻片通流能力、或電位梯度、或殘壓比等某單一方面的電氣性能，無法實(shí)現(xiàn)通流能力與電位梯度的綜合調(diào)控，適用面受到嚴(yán)重的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種含鋯多鉍的高電位梯度大通流氧化鋅電阻片，解決相關(guān)技術(shù)中氧化鋅電阻片的電位梯度/通流能力不足以及電氣性能無法調(diào)控的難題。

6.為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：第一方面，本發(fā)明提供一種含鋯多鉍的高電位梯度大通流氧化鋅電阻片，在制備所述氧化鋅電阻片時(shí)，向制備原料中添加zro2和bi2o3，使zro2在原料中的摩爾百分比為 0.1~2.0%，bi2o3在原料中的摩爾百分比為0.8~1.5%。

7.進(jìn)一步地，在制備所述氧化鋅電阻片時(shí)，向制備原料中添加熔融劑，使熔融劑在原料中的摩爾百分比為0.5%，所述熔融劑為tio2和cu(no3)2按質(zhì)量比為1:1的混合物。

8.在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，作為示例性說明，所述氧化鋅電阻片的原料配方為：zno 91.4%~96.3%、bi2o

3 0.8~1.5%、sb2o

3 0.8%~1.5%、co2o

3 0.5%～1%、cr2o

3 0%~0.5%、mno

2 0.5%~0.7%、sio

2 0.5%~1.5%、ni2o

3 0.4%~0.6%、al(no3)

3 0.05%~0.08%、b2o

3 0.2%~0.4%、ga2o

3 0~0.825%，zro

2 0.1~2.0%，熔融劑0.5%。所涉及的百分比為摩爾百分比。

9.在此原料配方的基礎(chǔ)上制備的氧化鋅電阻片，其電位梯度可達(dá)180

?

600v/mm，2ms方波通流密度在25

?

65a/cm2之間。

10.第二方面，本發(fā)明提供前述氧化鋅電阻片的制備方法，所述制備方法具體包括如下步驟：（1）研磨：將氧化鋅電阻片的原料以1300

?

1700r/min的砂磨速度進(jìn)行混合研磨，得到原料粉體；（2）造粒：將原料粉體在140

?

170℃，離心泵轉(zhuǎn)速為960r

?

1040/min的條件下離心造粒，獲得粒徑介于30

?

50μm之間的氧化鋅粉體球；（3）壓接：采用雙面壓接形式制備氧化鋅電阻生坯，壓接前調(diào)節(jié)含水率為1.0

?

2.0%,壓接壓強(qiáng)為8

?

10mpa，獲得壓接后的生坯密度為3.23

?

3.25g/cm3；（4）燒結(jié)：將氧化鋅電阻生坯，在1100

?

1125℃條件下進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)時(shí)間5

?

7h。

11.當(dāng)zro2為0.1mol%，bi2o3為0.8mol%時(shí)，采用上述制備方法，可使氧化鋅電阻片的2ms方波通流能力達(dá)到45a/cm2，電位梯度達(dá)到390v/mm；當(dāng)改變基礎(chǔ)元素?fù)诫s配方時(shí)，通過改變zro2與bi2o3的含量，可以實(shí)現(xiàn)電位梯度

±

200v/mm可調(diào)，2ms方波通流密度

±

20a/cm2之間可調(diào)。

12.第三方面，本發(fā)明提供一種提高氧化鋅電阻片電位梯度及通流能力的方法，通過調(diào)控氧化鋅電阻片原料配方中zro2和bi2o3的摩爾比分別為0.1~2.0%和0.8~1.5%，同時(shí)提高氧化鋅電阻片的電位梯度及通流能力。

13.進(jìn)一步地，以m表示摻雜的氧化鋯zro2摩爾百分?jǐn)?shù)，n表示在原配方以外摻雜的氧化鉍bi2o3摩爾百分?jǐn)?shù)，對(duì)于預(yù)期的能量耐受能力e，以及電位梯度e

1ma

，確定氧化鋅電阻片原料配方中的氧化鋯zro2與氧化鉍bi2o3的摩爾百分?jǐn)?shù)分別為：的摩爾百分?jǐn)?shù)分別為：。

14.更進(jìn)一步地，通過向氧化鋅電阻片原料配方中添加0.5mol%的熔融劑，熔融劑為tio2和cu(no3)2按質(zhì)量1：1的混合物，提高氧化鋅電阻片的通流能力。

15.作為優(yōu)選，所述氧化鋅電阻片的原料配方為：zno 91.4%~96.3%、bi2o

3 0.8~1.5%、sb2o

3 0.8%~1.5%、co2o

3 0.5%～1%、cr2o

3 0%~0.5%、mno

2 0.5%~0.7%、sio

2 0.5%~1.5%、ni2o

3 0.4%~0.6%、al(no3)

3 0.05%~0.08%、b2o

3 0.2%~0.4%、ga2o

3 0~0.825%，zro

2 0~2.0%，熔融劑0.5%。

16.需要說明的是，所述氧化鋅電阻片的原料配方并不局限于此，可在本領(lǐng)域常規(guī)的氧化鋅電阻片配方的基礎(chǔ)上采用本發(fā)明所述方法進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)采用其他配方時(shí)，按照本發(fā)明所述前述方法，仍能在原有配方的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電位梯度

±

200v/mm可調(diào)，2ms方波通流密度

±

20a/cm2可調(diào)。

17.更進(jìn)一步地，本發(fā)明還通過高能砂磨與離心造粒工藝增強(qiáng)粉體均勻性；通過雙面壓接減小電阻片孔隙率，增大通流能力。

18.更進(jìn)一步地，本發(fā)明通過在1100

?

1125℃條件下進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，促進(jìn)晶粒均勻生長

0.4%~0.6%、al(no3)

3 0.05%~0.08%、b2o

3 0.2%~0.4%、ga2o30~0.825%，zro

2 0%。以上百分?jǐn)?shù)指摩爾百分?jǐn)?shù)。

33.本發(fā)明在原有配方基礎(chǔ)之上，增加了tio2/cu(no3)2熔融劑0.5mol%，同時(shí)調(diào)整zro2與bi2o3成分占比。其中電位梯度隨zro2含量的上升呈線性增加，隨bi2o3的增加呈二次下降規(guī)律。其對(duì)應(yīng)的影響規(guī)律如式1所示：e

1ma

= 180 + 420m

??

100n（v/mm）（1）上式中，m表示摻雜的氧化鋯zro2摩爾百分?jǐn)?shù)，n表示在原配方以外摻雜的氧化鋯zro2摩爾百分?jǐn)?shù)。

34.當(dāng)zro2含量占比小于0.5%時(shí)，zro2對(duì)通流能力影響很小，含量超過1.0mol%時(shí)，通流能力隨線性下降。當(dāng)bi2o3在0.7

?

2.0mol%之間不斷增加時(shí)，氧化鋅電阻通流能力線性增加。其對(duì)應(yīng)的影響規(guī)律如式2所示，其中e表示zno電阻的通流密度。

35.（2）如圖2所示的砂磨工藝，氧化鋅粉體在砂磨機(jī)中以1300

?

1700r/min高速碰撞研磨，獲得平均粒徑小于1μm，粒徑分散性小于10%的氧化鋅粉末顆粒。

36.如圖3所示的噴霧造粒工藝，噴霧造粒塔中同一水平面上溫度相等，研磨后的氧化鋅漿料在同一水平面上干燥，粉體粒徑與顆粒形貌更加均勻，離心造粒溫度為140

?

170℃，離心泵轉(zhuǎn)速為960r

?

1040/min。獲得氧化鋅粉體球形形貌，粒徑介于30

?

50μm之間。

37.壓接時(shí)采用雙向壓接的方式，促使壓接更加緊密。壓接前調(diào)節(jié)含水率為1.0

?

2.0%；壓接壓強(qiáng)為8

?

10mpa，獲得壓接后的生坯密度為3.23

?

3.25g/cm3。燒結(jié)時(shí)降低燒結(jié)溫度至1100

?

1125℃，同時(shí)燒結(jié)時(shí)間延長至5

?

7h。

38.本發(fā)明通過調(diào)控氧化鋅電阻片原料配方中zro2和bi2o3的摩爾百分比分別為0.1

?

2mol%和0.8

?

1.5mol%，以及通過添加0.5mol%的熔融劑，使得所制備的含鋯多鉍的氧化鋅電阻片相對(duì)于傳統(tǒng)的氧化鋅電阻片而言，可在提升氧化鋅電阻片整體電氣性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)電位梯度180

?

600v/mm，2ms方波通流密度25

?

65a/cm2，4/10μs沖擊電流7.7

?

9.2ka/cm2之間可調(diào)。

39.實(shí)施例2原有配方：zno91.4%~96.3%、bi2o

3 0.7%、sb2o

3 0.8%~1.5%、co2o

3 0.5%～1%、cr2o

3 0%~0.5%、mno

2 0.5%~0.7%、sio

2 0.5%~1.5%、ga2o

3 0~0.825% 、al(no3)

3 0.05%~0.08%、b2o

3 0.2%~0.4%。以上百分?jǐn)?shù)指摩爾百分?jǐn)?shù)，相對(duì)于實(shí)施例1的原有配方，取消了ni2o3成分。

40.采用的生產(chǎn)制備工藝與實(shí)施例1相同。

41.在zro2和bi2o3的摩爾百分比分別為0.1mol%和0.8mol%的情況下，實(shí)施例2燒結(jié)得到的氧化鋅電阻片電位梯度為365v/mm，方波通流密度為35a/cm2。在制備工藝不變的情況下，通過調(diào)節(jié)zro2和bi2o3元素配方，可以實(shí)現(xiàn)氧化鋅電阻片電位梯度

±

200v/mm，通流密度

±

20a/cm2可調(diào)，即電位梯度165

?

565v/mm、通流能力15

?

55a/cm2可調(diào)。

42.以上所述僅是本發(fā)明的具體實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所述的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一

致的最寬的范圍。技術(shù)特征：

1.一種氧化鋅電阻片，其特征在于，在制備所述氧化鋅電阻片時(shí)，向制備原料中添加zro2、bi2o3和熔融劑，使zro2在原料中的摩爾百分比為0.1~2.0%，bi2o3在原料中的摩爾百分比為0.8~1.5%，熔融劑在原料中的摩爾百分比為0.5%，所述熔融劑為tio2和cu(no3)2按質(zhì)量1：1的混合物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅電阻片，其特征在于，所述氧化鋅電阻片的原料配方為：zno 91.4%~96.3%、bi2o

3 0.8~1.5%、sb2o

3 0.8%~1.5%、co2o

3 0.5%～1%、cr2o

3 0%~0.5%、mno

2 0.5%~0.7%、sio

2 0.5%~1.5%、ni2o

3 0.4%~0.6%、al(no3)

3 0.05%~0.08%、b2o

3 0.2%~0.4%、ga2o

3 0~0.825%，zro

2 0.1~2.0%，熔融劑0.5%。3.權(quán)利要求1或2所述氧化鋅電阻片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）研磨：將氧化鋅電阻片的原料以1300

?

1700r/min的砂磨速度進(jìn)行混合研磨，得到原料粉體；（2）造粒：將原料粉體在140

?

170℃，離心泵轉(zhuǎn)速為960r

?

1040/min的條件下離心造粒，獲得粒徑介于30

?

50μm之間的氧化鋅粉體球；（3）壓接：采用雙面壓接形式制備氧化鋅電阻生坯，壓接前調(diào)節(jié)含水率為1.0

?

2.0%；壓接壓強(qiáng)為8

?

10mpa，獲得壓接后的生坯密度為3.23

?

3.25g/cm3；（4）燒結(jié)：將氧化鋅電阻生坯，在1100

?

1125℃條件下進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)時(shí)間5

?

7h。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，當(dāng)zro2為0.1mol%，bi2o3為0.8mol%時(shí)，采用上述制備方法，可使氧化鋅電阻片的2ms方波通流能力達(dá)到45a/cm2，電位梯度達(dá)到390v/mm；當(dāng)改變基礎(chǔ)元素?fù)诫s配方時(shí)，通過改變zro2與bi2o3的含量，可以實(shí)現(xiàn)電位梯度

±

200v/mm可調(diào)，2ms方波通流密度

±

20a/cm2之間可調(diào)。5.一種調(diào)控氧化鋅電阻片電位梯度及通流能力的方法，其特征在于，通過調(diào)控氧化鋅電阻片原料配方中zro2和bi2o3的摩爾比分別為0.1~2.0%和0.8~1.5%，提高氧化鋅電阻片的電位梯度及通流能力；以m表示摻雜的氧化鋯zro2摩爾百分?jǐn)?shù)，n表示在原配方以外摻雜的氧化鉍bi2o3摩爾百分?jǐn)?shù)，對(duì)于預(yù)期的能量耐受能力e，以及電位梯度e

1ma

，確定氧化鋅電阻片原料配方中的氧化鋯zro2與氧化鉍bi2o3的摩爾百分?jǐn)?shù)分別為：的摩爾百分?jǐn)?shù)分別為：。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，向氧化鋅電阻片原料配方中添加0.5mol%的熔融劑，熔融劑為tio2和cu(no3)2按質(zhì)量1：1的混合物，提高氧化鋅電阻片的通流能力。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，通過高能砂磨與離心造粒工藝增強(qiáng)粉體均勻性，通過雙面壓接減小電阻片孔隙率，增大電阻片的通流能力。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過在1100

?

1125℃的條件下進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，促進(jìn)晶粒均勻生長的同時(shí)降低孔隙率，增大電阻片的通流能力。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及電力材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種含鋯多鉍的高電位梯度大通流氧化鋅電阻片。本發(fā)明通過對(duì)氧化鋅電阻片的原料配方進(jìn)行改良，改變了ZrO2、Bi2O3以及熔融劑的占比，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氧化鋅壓敏電阻電位梯度與通流密度的調(diào)控。進(jìn)一步采用砂磨與離心造粒工藝促進(jìn)氧化鋅電阻原料粉體形貌均勻，采用雙面壓接工藝實(shí)現(xiàn)生坯致密化，提出低溫?zé)Y(jié)工藝，促進(jìn)晶粒均勻生長的同時(shí)降低孔隙率。本發(fā)明可使氧化鋅電阻片的電位梯度在原配方基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)

技術(shù)研發(fā)人員：陸佳政 謝鵬康 李波 胥望 胡建平 王博聞 吳偉

受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南防災(zāi)科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.04.14

技術(shù)公布日：2021/5/14