一种ZnO压敏陶瓷微球的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于压敏功能陶瓷材料的生产加工技术领域，特别涉及一种ZnO压敏陶瓷微球的制备方法。
【背景技术】
[0002]交直流输变电系统中的绝缘设备或部件，其自身所承受的电场分布往往极不均匀，例如输电电缆终端的绝缘部分、各种绝缘子的高压端部分、套管等，所承受的电场强度要远远超出整体电场强度的平均值，甚至达到平均值的数倍，由此带来了一系列设计、制造方面的不利影响。另外，由于绝缘设备或部件自身承受电场分布的不均匀性，电场强度较大，尤其是导致出现电晕、局部放电等现象的部位的电介质材料，其老化速度往往更快、程度也更为严重，由此对系统的长期安全稳定运行带来更大的威胁。因此，合理改善绝缘设备或部件整体电场分布的均匀程度、缓和局部的高电场强度，可以降低特高压设备设计、制造的技术难度，降低电力设备造价，大大节省电力建设投资，并提高设备长期运行的安全可靠性。与采用各种外部措施的传统方法相比，通过各种不同材料来调节绝缘电介质材料自身的性能参数，实现改善绝缘设备或部件电场分布均匀程度的效果，是目前广为采用的方法，在实际均压效果，以及降低设备设计、制造难度等方面，都具有明显的优势。
[0003]长期以来一直使用基于SiC、炭黑、不同氧化物的混合物如BaTi03、Ti02、Si02、Fe304和云母等组成的多组份聚合填充物制得的复合绝缘材料，这类绝缘材料因填充到环氧树脂中新生成的聚合物里组份的不同而表现出不同程度的非线性电气特性，因此被制作成使用于不同电气设备端部绝缘防护的材料，又称传统梯度场绝缘材料。传统梯度场绝缘材料的非线性系数低，绝缘电阻受外施电场强度的影响明显，有的聚合绝缘材料随外施电场强度的增加其绝缘电阻下降明显，尤其是受到大的冲击时，绝缘电阻急剧降低。
[0004]根据相关研究，在环氧树脂、硅橡胶等绝缘材料中填充一定量的微型压敏电阻颗粒所生成的新混合物也表现出了和压敏电阻陶瓷相似的非线性，比传统的梯度场材料性能优异。与传统的场缓冲材料的交流特性的进行对比，微型压敏电阻组份填充的高聚合物绝缘材料有几个方面的优势:具有较高的绝缘阻值，并且在较高的电场强度下进行平缓的调节，可以承受连续的操作电压，在交流高电压下依然保持较低的功耗，有良好的热传导特性；在暂态特性响应速度快，可调控的非线性范围比传统梯度场聚合绝缘物高两个数量级，可广泛用于包括电缆、套管等在内的电气设备绝缘内的电场调控中。
[0005]目前填充的微型压敏电阻颗粒的制备为采用传统的ZnO压敏陶瓷的生产工艺烧结而成，将烧结成的圆饼状压敏陶瓷敲碎、研磨而制备出微型压敏电阻颗粒，这种方法制备的压敏电阻形状各异，尺寸很难均匀，填充在绝缘材料中，微型压敏陶瓷颗粒的尖角可能形成高的局部电场而导致材料内部的放电和材料的老化。
【发明内容】
[0006]本发明旨在克服上述方法制备的微型压敏陶瓷微球颗粒形状各异，尺寸很难均匀的缺点，提出了一种ZnO压敏陶瓷微球的制备方法，通过该方法微球直径可以通过调整配方和烧结工艺来调控，使用该方法制备的压敏陶瓷微球颗粒具有球型形状、尺寸比较均一、非线性性能好、泄露电流低等优点。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]本发明提出了一种ZnO压敏陶瓷微球的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤:
[0009](1)进行原料配制:
[0010]该ZnO压敏陶瓷微球按以下配料及比例ZnO (86.5-90.lmol % )、Bi203 (l.4-2mol % )、Μη02 (1.3_2mol % )、Sb203 (1.4_2mol % )、Co203 (1.2_2mol % ),Si02(l.3-2mol% )、Ga203(0.9-1.5mol% )和 Cr203 (l.4-2mol% )作为初始原料；
[0011 ] (2)将初始原料制备成浆料:
[0012]2-1)将步骤(1)中配制的 Bi203 (l.4-2mol % )、Μη02 (1.3_2mol % )、Sb203 (l.4-2mol% )、Co203 (1.2_2mol % )、Si02 (1.3_2mol % )和 Cr203(l.4-2mol% )放入高搅球磨罐中进行球磨，加入粉料重量50%的去离子水，球磨8个小时，使所有加入的混合原料分散均匀为止，出料，注入储料罐待用；
[0013]2-2)将步骤(1)中配制的86.5-90.1% mol的ZnO，加入高搅球磨罐中，添加粉料重量5 %的PVA，0.5 %的分散剂和50 %的去离子水，将ZnO原料混合球磨至分散均匀为止；
[0014]2-3)在步骤2-2)得到的混合均匀的ZnO浆料中添加0.9-1.5mol %的Ga203，继续球磨1小时，使所有混合原料分散均匀为止；
[0015]2-4)在步骤2-3)得到的混合浆料中加入步骤2-1)已磨制好的浆料，继续球磨30分钟，并搅拌直到混合分散均匀，将搅拌好的混合浆料经200目过筛后，注入储料罐中，等待造粒；
[0016]⑶造粒
[0017]将步骤(2)得到的浆料采用离心式顺流型喷雾干燥机进行造粒，喷雾造粒的粒径控制在120μ?? ;
[0018]⑷烧结
[0019]将经步骤(3)造粒后的颗粒平铺于匣钵中，厚度控制在2-3cm，采用高温电炉在封闭的气氛条件下，对平铺于匣钵中的颗粒从室温升温至400°C，在400°C保温拍胶2小时，再升温至烧结温度1180°C，在烧结温度下保温2小时，使颗粒烧结致密成为ZnO压敏陶瓷微球。
[0020]本发明的特点及有益效果:
[0021 ] 本发明在ZnO及混合浆料中添加了 Ga元素，在配方组份混合磨料过程中，注重Ga3+离子与水基浆料中的负电性ZnO的结合，尽量避免Ga3+离子与添加剂中负电性离子的结合，为烧结过程中Ga3+固溶于ZnO晶粒创造条件，可以有效地降低ZnO压敏电阻在大电流区的残压，Ga的使用能有效改善ZnO压敏电阻的老化稳定性，经老化实验测定，老化系数为1。
【附图说明】
[0022]图1为本发明方法制成的喷雾造粒料图片。
[0023]图2为本发明方法制成的ZnO压敏电阻微球颗粒图片。
[0024]图3为本发明方法制成的ZnO压敏电阻微球颗粒的烧结曲线。
【具体实施方式】
[0025]以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0026]本发明提出了一种ZnO压敏陶瓷微球(与发明名称统一，下同)的制备方法，具体包括以下步骤:
[0027](1)进行原料配制:
[0028]该ZnO 压敏陶瓷微球按以下比例 Zn0(86.5-90.lmol % )、Bi203(1.4_2mol % )、Μη02(1.3-2mol % )、Sb203 (1.4_2mol % )、Co203 (1.2_2mol % )、Si02 (1.3_2mol % ),Ga203 (0.9-1.5mol% )和 Cr203(l.4-2mol% )作为初始原料；
[0029](2)将初始原料制备成浆料:
[0030]2-1)将步骤(1)中配 $丨」的 Bi203 (l.4-2mol % )、Μη02 (1.3_2mol % )、Sb203 (l.4-2mol% )、Co203 (1.2_2mol % )、Si02 (1.3_2mol % )和 Cr203(l.4-2mol% )放入高搅球磨罐中进行球磨，加入粉料重量50%的去离子水，球磨8个小时，使所有加入的混合原料分散均匀为止，出料，注入储料罐待用；
[0031]2-2)将步骤(1)中配制的86.5-90.1% mol的ZnO，加入高搅球磨罐中，添加粉料重量5 %的PVA，0.5 %的分散剂和50 %的去离子水，将ZnO原料混合球磨至分散均匀为止；
[0032]2-3)在步骤2-2)得到的混合均匀的ZnO浆料中添加0.9-1.5mol %的Ga203，继续球磨1小时，使所有混合原料分散均匀为止；
[0033]2-4)在步骤2-3)得到的混合浆料中加入步骤2_1)已磨制好的浆料，继续球磨30分钟，并搅拌直到混合分散均匀，将搅拌好的混合浆料经200目过筛后，注入储料罐中，等待造粒；
[0034](3)造粒
[0035]将步骤(2)得到的浆料采用离心式顺流型喷雾干燥机进行造粒，喷雾造粒的粒径控制在120μ?? ;
[0036](4)烧结
[0037]将经步骤(3)造粒后的颗粒平铺于匣钵中，厚度控制在2-3cm(防止在液相烧结过程中，由于颗粒料的自身重力作用使烧结而成的微球型ZnO压敏电阻颗粒板结变形)，采用高温电炉在封闭的气氛条件下，对平铺于匣钵中的颗粒从室温升温至400°C，在400°C保温拍胶2小时，再升温至烧结温度1180°C，在烧结温度下保温2小时，使颗粒烧结致密成为ZnO压敏陶瓷微球；
[0038]上述步骤(4)用高温电炉的封闭气氛中烧结颗粒具体温度和控制时间如下:
[0039]从室温至400 °C，升温时间2小时；
[0040]在400 °C保温排胶2小时；
[0041]从400°C至1000°C，升温时间2.5小时；
[0042]从1000°C至1180°C，升温时间2小时；
[0043]在1180 °C保温2小时；
[0044]自然降温。
[0045]实施例一
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