钡、镁、铝添加剂对氧化锌电阻片稳定性的影响

以 BaO、MgO、Al_2O_3为添加剂的 ZnO 电阻片,由于杂质在晶界处偏析和晶粒中对 Zn 原子作等价或不等价的取代,当含量和比例适当时,可使小电流和大电流性能同时得到改善;填隙 Zn 离子数的减少,晶界结构的稳定都极大地改进了长期工作的稳定性。按本文配方和工艺制备的 ZnO 电阻片,当荷电率提高到0.75及以上时,具有所需求的长期使用寿命。     

高电位梯度ZnO电阻片的研制

ZnO电阻片的电位梯度以单位厚度的压敏电压U1mA/mm来评价,目前传统生产的ZnO电阻片的电位梯度约为200V/mm左右,介绍了采用新配方、新工艺来提高ZnO电阻片的电位梯度,使电阻片的电位梯度提高到290V/mm以上,并使电阻片的其它电气性能有所提高或保持原有的较好水平,通过大量的配方试验和制作工艺的优化选择,已获得比较理想的实验结果。     

高性能氧化锌电阻片的研究进展

综述了氧化锌电阻片的导电机理、老化机理、添加剂以及制备工艺等方面的研究进展,并从三方面指出了高性能氧化锌电阻片的发展趋势。①提高ZnO粉体的质量,如制备纯度高、粒径分布好、易于分散的纳米ZnO粉体,特别是将其他掺杂成分如Bi2O3等在制粉过程引入,制备纳米复合粉末,将可从根本上改善掺杂成分的均匀性,从而大幅度地提高氧化锌电阻片的性能;②采用新的烧结工艺,如微波或微波等离子烧结氧化锌电阻片,已展示良好的应用前景,但还存在工艺控制稳定性和规模化生产等问题。因此,应进一步探讨和完善新的烧结工艺,以降低烧结能耗,提高烧成质量和产品合格率;③开发高电位梯度的氧化锌电阻片是电网系统用避雷器小型化的关键,特别对超高压、特高压输变电工程意义重大;④加强相关基础理论的研究,尤其是晶界现象、导电机理、失效模式及其与显微结构关系的研究。     

提高ZnO电阻片电性能的研究

ZnO电阻片电气性能的提高对金属氧化物避雷器的运行可靠性起着重要的作用。采用振动磨加搅拌球磨及行星高能球磨工艺后,ZnO电阻片的烧成体积密度提高了0.97%,梯度提高了约30V/mm,U5kV/U1mA降低了0.1左右,600A/2ms方波全部通过。采用药膜04作为粘结剂,优化了成型粒料匹配,流动性提高了39s,坯体的微观结构均匀,ZnO电阻片方波通过率有所提高。应用纳米材料于有机绝缘层中,D5ZnO电阻片的筛选合格率从92.3%提高到98.5%,D6ZnO电阻片的筛选合格率从91.2%提高到98.3%,D7ZnO电阻片的筛选合格率从90.1%提高到97.8%。4/10大电流耐受能力也明显提高,!30ZnO电阻片4/10大电流耐受能力达65kA。     

降低ZnO电阻片在能量冲击下侧面失效率的研究

为了减少ZnO电阻片在能量冲击下侧面失效率,将不同配方的高阻釉施涂在电阻片的侧面,研究不同的高阻釉对于电阻片电性能的影响。结果表明:在电阻片的侧面施涂绝缘能力和膨胀系数匹配性均达到要求的高阻层,能够使电阻片的缺陷减少,均匀性提高,从而使电阻片的电性能提高,降低了ZnO电阻片在能量冲击下侧面失效率。     

镨系ZnO电阻片非线性特性研究

针对镨系ZnO电阻片磨片前后非线性性能的变化,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及X射线能谱仪对电阻片表面和本体进行分析。结果表明:镨系ZnO电阻片表面层与本体从组分、物相以及微观结构方面均有较大差异,表面层ZnO晶粒尺寸较小,为(2.0～3.1)μm,大小比较均匀,并且在晶界存在约0.7μm的富Pr相,有利于非线性的形成;而本体内的晶粒尺寸较大,为(3.0～4.8)μm,晶界几乎无杂相。磨片后ZnO电阻片表面成分的磨损是导致其非线性性能变差的主要原因。     

热处理对MOA用ZnO电阻片电气性能的影响

采取提高热处理温度、延长保温时间等措施,改善直径大且厚的电阻片老化性能,取得了较好的效果。试验证明,热处理工艺可使电阻片的压比明显降低;在0.75U1mA下的阻性电流除少数外均有不同程度的增大,总的规律是尺寸大的比小的增大得多;热处理可明显提高电阻片的方波通流能力,并改善其稳定性。欲通过热处理使电阻片的性能获得最佳,必须根据电阻片的尺寸、烧成制度等调试热处理炉的温度制度及装片密度,选定较合理的工艺。采用再次热处理的方法使已抽查试验的电阻片性能得到恢复。通过X衍射试验,从微观上探讨了热处理改善ZnO陶瓷电气性能的原因。     

降低ZnO电阻片压比的研究

现生产的ZnO电阻片存在残压高,压比(1.73左右)偏大等缺点,从调整侧面釉高阻层配方入手,在制造工艺基本不变的基础上,减少电阻片侧面釉高阻层配方中Li2CO3的含量,并与生产配方进行了比较。电气性能试验结果表明:1#釉配方性能稳定,ZnO电阻片加速老化性能良好,压比在1.61～1.65,非线性系数在10～13,并通过了2ms方波800A、耐受20次,4/10大电流冲击100kA、耐受2次试验。     

提高ZnO压敏电阻片电位梯度的研究

为了进一步提高ZnO压敏电阻片的电位梯度和能量耐受能力,研究了添加剂复合粉体的颗粒度、烧结温度和保温时间对电阻片电位梯度和能量耐受能力的影响。采用细度为(0.4～0.6)μm的添加剂,在1 120℃保温5h,φ56mm的电阻片电位梯度可达(3.2～3.5)kV/cm;在传统添加剂细度的基础上,烧结温度为1 200℃,保温5h可获得梯度为(1.7～1.8)kV/cm,方波为800A的大容量电阻片。从传统电位梯度和高梯度电阻片显微结构分析中得出,晶粒细小化是提高电位梯度的重要途径。尖晶石是晶粒生长的钉扎中心,可以抑制晶粒过分长大,控制尖晶石的颗粒大小、均匀分布是控制和促使ZnO晶粒均匀细小化的关键。     

镨系氧化锌非线性电阻微观结构及性能

采用X-射线衍射,扫描电子显微镜和X-射线能谱等方法,分析了镨系和铋系非线性电阻的微观结构;测试了不同烧成温度下镨系氧化锌非线性电阻片的电位梯度、残压比、泄漏电流和体密度。结果表明,镨系氧化锌非线性电阻在组成方面避免了铋系的一些固有缺陷,高温下成分相对稳定;镨系的微观结构只包括ZnO和以氧化镨为主的晶界层,与铋系相比,它增加了晶粒边界层的有效面积。以上两种因素使镨系易于实现较高电位梯度和较大通流容量。烧成温度对镨系及铋系性能的影响比较相似。在配方和工艺设计方面,如何对氧化锌晶粒生长进行有效制约,增加单位厚度晶粒数目,是实现高电位梯度的关键,而综合性能的提高,有赖于在烧成温度范围内对温控点进行有效控制。     

漏电监测器电阻片的研究

介绍了通过调整电阻片配方及制造工艺来获取压比性能及通流容量满足避雷器漏电监测器要求的电阻片研究过程。并为改善电阻片的电气性能提供了一种新的途径。     

直流氧化锌阀片的工艺研究

直流氧化锌阀片与交流阀片虽然有许多共同之处 ,但二者在配方和工艺上却存在很大的差别。笔者在一定的配方设计基础上 ,从改进添加剂的制作工艺以改善添加剂的性能入手 ,研究了烧成工艺对阀片性能的影响 ,并特别对直流阀片的特殊工艺涂布工艺和扩散工艺进行了深入研究。最终通过工艺控制 ,获得了满足要求的直流阀片     

直流氧化锌非线性电阻片的研究

研究了Ｂｉ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｎｉ及Ａｌ作为添加剂对直流氧化锌电阻片性能的影响,由于直流与交流导电机理的不同,所进行的热处理工艺也不同,热处理后对电阻片非线性的比较及预掺铝工艺试验可知,工艺因素即工艺方法与参数对电阻片的影响远大于添加剂量在５％以内变化的影响,并进行了批量试验。     

直流ZnO电阻片的研究

为了满足特高压直流避雷器保护特性的要求,对ZnO压敏电阻片的电位梯度、非线性性、老化等电气特性进行深入研究。试验表明:当X(Bi2O3)/X(Sb2O3)的掺杂比例为一定值时,获得较低的残压比和较高的电位梯度;改变侧面无机绝缘层的成分使侧面绝缘层与电阻体在烧结时能紧密结合,同时增加有机绝缘保护层,提高电阻片侧面的表面电阻和侧面的防污能力及抗闪络能力,并可改善电阻片的老化特性;在较低的烧成温度下1 070～1 150℃和较长的保温时间4～7 h可获得高性能的特高压直流避雷器用直流电阻片。     

氧化锌电阻片生产中新设备和新工艺的应用

介绍了河南金冠王码信息产业股份有限公司近几年氧化锌电阻片生产技术改造的成果 ,分析了新设备和新工艺在非线性氧化锌电阻片生产中的应用及对电阻片质量的影响。非线性氧化锌电阻片的性能是以配方为基础的 ,靠工艺来保证和实现的 ,而工艺的保证很大程度上取决于设备的先进性和可靠性     

ZnO非线性电阻内部的微裂纹在老化中的作用

Zn O非线性电阻内部的气隙和微裂纹构成了其表面与环境联系的复杂通道 ,将内部能延缓 Zn O电阻老化的氧原子不断扩散到大气中 ,导致 Zn O非线性电阻内部的稳定因素氧原子减少而引起性能发生老化。另外微裂纹有可能是潮气进入 Zn O非线性电阻内部的通道 ,潮气将形成电阻通道而导致电阻片性能变差。     

纳米复合技术改善ZnO压敏电阻微观结构及电性能一致性的研究

采用氨浸法制备ZnO纳米复合压敏瓷料的工艺手段,研制出压敏场强大于330V/m m,漏电流小于1μA,非线性系数大于58的压敏电阻器,电性能的一致性要优于普通压敏电阻器的5～10倍。用扫描电镜和能谱对瓷体显微结构及面扫成分进行了分析,讨论了ZnO压敏电阻材料结构和电性能的关系。研究表明,加入纳米复合粉制备压敏电阻是降低大规模生产中的成本,提高ZnO压敏电阻电性能及其一致性的有效途径。     

改善ZnO压敏电阻老化特性的研究

研究添加不同的减缓老化作用的元素及化合物,以改善ZnO压敏电阻片长期带电的老化特性。经过添加GF-06银玻璃、氧化硼、PM-10硼玻璃等不同形态的材料,在同样的ZnO压敏电阻的制作工艺下进行混合、造粒、成形、烧成形成直径为53 mm的电阻片,测试了小电流特性、大电流特性及115℃下1 000 h的加速老化试验。试验结果表明,微量的Ag2O玻璃和B2O3玻璃有利于提高ZnO-Bi2O3系压敏电阻片的老化寿命;同时B2O3还有助于改善ZnO电阻片的大电流下的非线性。     

ZnO非线性电阻片掺杂改性的研究

结合测试结果,讨论了稀土氧化物掺杂及烧成工艺对电阻片微观组织结构以及电气性能的影响。结果表明,在传统生产配方中掺入Y2O3等稀土氧化物,通过掺杂改性,可以使电阻片中的晶粒尺寸减小,提高电阻片的电位梯度(达到276.8V/mm);在不同的烧成温度点(1190℃、1220℃、1250℃)下,认为1220℃为最佳烧成温度,此时电阻片的能量吸收能力得到提高,同时其它电气性能如泄漏电流和压比等保持良好。     

利用煤气隧道窑炉烧成ZnO电阻片的初步试验

利用煤气隧道窑炉进行了烧成ZnO电阻片的试验,对比分析了煤气隧道窑炉和推板式电加热窑炉烧结对ZnO电阻片性能的影响。通过调整煤气隧道窑炉烧结曲线对ZnO电阻片各项性能的参数,得出:煤气隧道窑炉的烧结气氛基本适合ZnO电阻片的烧结,不仅保证ZnO电阻片2ms方波、4/10大电流冲击、8/20冲击残压和老化性能等参数,而且成本仅是电热元件窑炉电耗成本的1/5。