[发明专利]高电压梯度ZnO压敏陶瓷微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压敏功能陶瓷材料领域，特别是一种高电压梯度ZnO压敏陶瓷微球的制备方法。

背景技术

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。

长期以来一直使用基于SiC、炭黑、不同氧化物的混合物如BaTiO₃、TiO₂、SiO₂、Fe₃O₄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，又称传统电压梯度场绝缘材料。传统电压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。

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。

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

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种高电压梯度ZnO压敏陶瓷微球的制备方法。具体设计方案为：

一种高电压梯度ZnO压敏陶瓷微球的制备方法，包括浆料制备步骤、造粒步骤、结烧步骤，所述浆料制备步骤、造粒步骤、结烧步骤依次进行，

所述浆料制备步骤包括球磨步骤、ZnO分散步骤、离子添加步骤、添加剂混合步骤。

所述浆料制备步骤的配方包括：ZnO、Bi₂O₃、MnO₂、Sb₂O₃、Co₂O₃、SiO₂、In₂O₃、Y₂O₃、Cr₂O₃；

配方中各成分的摩尔质量百分份数为ZnO:86.5-90.1份、Bi₂O₃:1.4-2份、MnO₂:1.3-2份、Sb₂O₃:1.4-2份、Co₂O₃:1.2-2份、SiO₂:1.3-2份、In₂O₃:0.3-0.5份、Y₂O₃:0.6-1.0份、Cr₂O₃:1.4-2份。

所述球磨步骤中，