一種城市軌道交通過(guò)電壓保護(hù)器用電阻片的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種軌道交通過(guò)電壓保護(hù)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(jī)添加物，主要包括混合添加劑細(xì)化、添加劑與ZnO混合、噴霧造粒、壓片、排膠、燒結(jié)、熱處理、噴鋁、凃絕緣層等制備步驟。本發(fā)明通過(guò)調(diào)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(jié)成瓷工藝、熱處理工藝的調(diào)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(hù)特性，制備工藝簡(jiǎn)單，能耗低，安全可靠，完全滿(mǎn)足用于軌道交通保護(hù)牽引電機(jī)及電氣設(shè)備免受過(guò)電壓的侵害。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種城市軌道交通過(guò)電壓保護(hù)器用電阻片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種軌道交通過(guò)電壓保護(hù)器用電阻片的制備方法，屬于功能陶瓷材料 制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市軌道交通供電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)遭受暫態(tài)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電 壓的侵襲，使系統(tǒng)設(shè)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(dòng)力牽引、機(jī)車(chē)電力及相關(guān)的電氣設(shè)備等觸網(wǎng)供電系統(tǒng)處于重要的地位，其雷電 過(guò)電壓保護(hù)是軌道交通安全運(yùn)行的重要保證?，F(xiàn)有對(duì)軌道交通觸網(wǎng)的過(guò)電壓保護(hù)所采用的 過(guò)電壓保護(hù)器為額定電壓2.4kV的直流金屬氧化物保護(hù)器，其有兩種:一種是帶串聯(lián)間隙的 直流金屬氧化物保護(hù)器，另一種是瓷套型帶發(fā)蘭結(jié)構(gòu)的無(wú)間隙直流金屬氧化物保護(hù)器。隨 著軌道交通行業(yè)的迅速發(fā)展，保護(hù)軌道運(yùn)行系統(tǒng)免受到運(yùn)行中所產(chǎn)生的的過(guò)電壓的損害變 得越來(lái)越重要，作為軌道交通過(guò)電壓保護(hù)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(guò)電壓保護(hù)器的重要元器件，由于 軌道交通對(duì)于安全、車(chē)輛動(dòng)力等因數(shù)的特殊要求，其觸網(wǎng)供電系統(tǒng)采用直流供電制式，因此 直流工作電壓要長(zhǎng)期作用在保護(hù)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(huì)隨時(shí)侵入，機(jī)車(chē) 的頻繁啟止動(dòng)等因數(shù)會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)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(shè)計(jì)中降低絕緣晶相的生成與導(dǎo)熱系數(shù)較低的娃酸鋒晶相含量。另 外本發(fā)明與其他專(zhuān)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(wǎng)絡(luò)，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(jīng)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(chǎn)品，工藝簡(jiǎn)單且成本低，有利于產(chǎn)業(yè)化 的批量實(shí)現(xiàn)。
[0003] 專(zhuān)利CN102390992B中直流系統(tǒng)用ZnO壓敏電阻的配方設(shè)計(jì)包括Bi、Sb、Cr、Mn、Co、 Ni、Zr、Al、B、Zn，配方中氧化物種類(lèi)繁多，制備工藝包括添加劑的般燒^備料^造粒^壓制 ^排膠、預(yù)燒^燒成^研磨^熱處理^噴電極^涂覆絕緣層，工藝周期長(zhǎng)，其中添加劑般燒 W及預(yù)燒過(guò)程增加了生產(chǎn)成本并且造成一定的能源消耗。
[0004] 專(zhuān)利CN200910010647.1公開(kāi)的直流氧化鋒電阻片采用在般燒之后進(jìn)行研磨、祕(mì)膏 涂覆工藝及直流擴(kuò)散工藝，該工藝需要增設(shè)氧化祕(mì)漿料制備設(shè)備、涂布設(shè)備，同時(shí)需要較長(zhǎng) 的擴(kuò)散時(shí)間才能使氧化祕(mì)均勻擴(kuò)散，因此工藝復(fù)雜、能源損耗較大、生產(chǎn)成本較高。
[0005] 專(zhuān)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(jìn)行一次燒結(jié)，其工藝雖然省去了直流涂 布和直流擴(kuò)散工藝，但是生產(chǎn)效率低，設(shè)計(jì)高含祕(mì)量的密閉環(huán)境會(huì)產(chǎn)生氧化祕(mì)的浪費(fèi)，成本 增加并且實(shí)際操作難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述生產(chǎn)技術(shù)的不足，提供一種軌道交通過(guò)電壓保護(hù)器用壓 敏電阻片的配方及制造方法，采用該配方生產(chǎn)出的軌道交通過(guò)電壓保護(hù)器用壓敏電阻片， 能夠滿(mǎn)足軌道交通電力系統(tǒng)對(duì)壓敏電阻片伏安特性及老化各方面性能的要求，同時(shí)降低生 產(chǎn)成本，減少能耗。
[0007] -種軌道交通過(guò)電壓保護(hù)器用壓敏電阻為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技 術(shù)方案，其特征在于具有W下配方組成： 曰，復(fù)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(fù)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(guò)電壓保護(hù)器用壓敏電阻片的制備方法，其特征在于具有如下制備 過(guò)程和步驟： a,復(fù)合添加劑制備:所用添加劑粉料總質(zhì)量、去離子水質(zhì)量、磨球質(zhì)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(zhì)量的0.6%~1.0%;裝入 球磨罐中，用球磨機(jī)球磨約40h~50h;將球磨后的添加劑漿料取出，過(guò)篩后放入烘箱中烘干， 然后用研鉢或粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎并過(guò)篩；由此制得化0壓敏電阻用復(fù)合添加劑粉料； b，復(fù)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(fù)合添加劑與化0、A1 (N03)3 ? 9此0，PVA溶液混合球磨，各物質(zhì)質(zhì)量百分比為化0 83.0wt%~90.0wt%;復(fù)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(jìn)行壓片制得巧體，巧體壓制后的密度應(yīng)控制在3. OOg/cm3~3.50g/cm3; e，排膠:將上述巧體進(jìn)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(duì)燒成后的電阻片進(jìn)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(jìn)行熱處理，熱處理溫度:460°C~540 °C，熱處理保溫時(shí)間為4~化； i，噴侶及絕緣層:對(duì)熱處理后的電阻片端面進(jìn)行噴侶電極處理，側(cè)面噴涂絕緣層，最終 制得成品電阻片。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下： (1) ZnO電阻片的老化系數(shù)小于1，同時(shí)1 OkA殘壓比可W達(dá)到1.84 W下，為軌道交通的 正常運(yùn)行提供了安全的保障。
[0010] (2)與現(xiàn)有的直流系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)器用壓敏電阻相比，本發(fā)明采用的添加元素少， 不進(jìn)行涂祕(mì)及高溫祕(mì)處理工藝，熱處理溫度相對(duì)高溫祕(mì)處理溫度較低，具有工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能 環(huán)保及成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0011] (3)能夠?qū)崿F(xiàn)各種不同直流過(guò)電壓保護(hù)器的通用，具有老化系數(shù)小，殘壓比低、容 量大等性能優(yōu)點(diǎn)，能夠完全滿(mǎn)足各種直流過(guò)電壓保護(hù)器的要求，并且具有足夠的安全裕度。
【具體實(shí)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(shí)施例敘述如下。
[OOU]實(shí)施例1 按質(zhì)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(jìn)行配制 ZnO 壓敏電阻片復(fù)合 添加劑粉料。按照添加劑粉料總質(zhì)量、去離子水質(zhì)量、瑪瑤磨球質(zhì)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(zhì)量的0.8%，裝入IOL規(guī)格聚氨醋球磨罐中，用罐式 球磨機(jī)球磨40h，轉(zhuǎn)速設(shè)置為415;r/min。
[0014]添加劑粉料烘干，然后用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎并過(guò)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(fù)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(jìn)行混合球磨，另加入PVAW%水溶液），按照占干料 量的22%加入。再經(jīng)過(guò)噴霧造粒、壓制成型、排膠、燒結(jié)、熱處理、噴侶及涂絕緣層等常規(guī)壓敏 電阻片制備過(guò)程，制成化0壓敏電阻。
[0017] 實(shí)施例2 按質(zhì)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(jìn)行配制ZnO壓敏電阻片復(fù)合 添加劑粉料，按照添加劑粉料總質(zhì)量、去離子水質(zhì)量、瑪瑤磨球質(zhì)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(zhì)量的0.8%，裝入IOL規(guī)格聚氨醋球磨罐中，用罐式 球磨機(jī)球磨40h，轉(zhuǎn)速設(shè)置為415;r/min。
[0018] 添加劑烘干，然后用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎并過(guò)篩。
[0019]由此便制得了 ZnO壓敏電阻片用復(fù)合添加劑粉料。
[0020] 將制得的復(fù)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(jìn)行混合球磨，另加入PVAW%水溶液）按照占干料量的 22%加入。再經(jīng)過(guò)噴霧造粒、壓制成型、排膠、燒結(jié)、熱處理、噴侶及涂絕緣層等常規(guī)壓敏電阻 制備過(guò)程，制成化0壓敏電阻片。
[0021] 現(xiàn)有對(duì)軌道交通觸網(wǎng)的過(guò)電壓保護(hù)所采用的過(guò)電壓保護(hù)器為額定電壓2.4kV的直 流金屬氧化物保護(hù)器，根據(jù)現(xiàn)有軌道交通使用過(guò)電壓保護(hù)器產(chǎn)品Y出0WL2-2.4/4.化產(chǎn)品技 術(shù)規(guī)范與我們開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的測(cè)試結(jié)果如下： 測(cè)試指標(biāo)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種軌道交通過(guò)電壓保護(hù)器用電阻片，其特征在于具有以下配方組成： a，復(fù)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(fù)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(guò)電壓保護(hù)器電阻片的制備方法，其特征在于具有如下制備過(guò)程和步 驟： a，復(fù)合添加劑制備：所用添加劑粉料總質(zhì)量、去離子水質(zhì)量、磨球質(zhì)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(zhì)量的0.6%~1.0%;用球磨機(jī)球磨約 40h~50h;過(guò)篩后放入烘箱中烘干，然后用研缽或粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎并過(guò)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(zhì)質(zhì)量百分比為ZnO 83 . Owt%~90.0wt%;復(fù)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(jìn)行壓片壓制坯體，坯體壓制后的密度應(yīng)控制在3.20g/cm3 ~3·35g/cm3; e，排膠：將制得坯體進(jìn)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(duì)燒成后的電阻片進(jìn)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(jìn)行熱處理，熱處理溫度:460°C~540 °C，熱處理保溫時(shí)間為4~5h; i，噴鋁及絕緣層:對(duì)熱處理后的電阻片端面進(jìn)行噴鋁電極處理，側(cè)面涂覆絕緣層，最終 制得試品電阻片。
【文檔編號(hào)】C04B35/626GK105924149SQ201610254737
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月23日
【發(fā)明人】姚政, 施利毅, 程遷可, 張倩, 時(shí)雯, 任鑫
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)