1.本发明涉及电力材料技术领域，尤其涉及一种含锆多铋的高电位梯度大通流氧化锌电阻片。
背景技术：
2.近年来，全球自然灾害频发，输电线路经常因遭受雷击而引发跳闸停电事故。随着电力建设的迅速发展，电网覆盖的区域越来越广，输电线路经常需要架设到一些地形复杂的山区，而这些区域往往同时存在冬季寒冷易覆冰、春夏季雷电多发的气候现象。在上述地理环境特殊的地区，当遭遇恶劣天气时，输电线路极易发生雷击引起的闪络跳闸停电事故，严重威胁大电网安全稳定运行，因此，亟需提升输电线路的防雷性能。
3.氧化锌避雷器作为输电线路防雷的重要装备之一，而氧化锌电阻片作为避雷器核心元件，其电气特性很大程度上影响线路的防雷性能（《dl
?
t 815
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2016 交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器》）。随着电网的不断发展，对具有高电位梯度与大通流能力的氧化锌电阻片的需求逐步增加，同时要求氧化锌电阻的电气性能可调。
4.现有关于氧化锌的文献主要针对于提升氧化锌电阻片通流能力、或电位梯度、或残压比等某单一方面的电气性能，无法实现通流能力与电位梯度的综合调控，适用面受到严重的限制。
技术实现要素：
5.为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种含锆多铋的高电位梯度大通流氧化锌电阻片，解决相关技术中氧化锌电阻片的电位梯度/通流能力不足以及电气性能无法调控的难题。
6.为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：第一方面，本发明提供一种含锆多铋的高电位梯度大通流氧化锌电阻片，在制备所述氧化锌电阻片时，向制备原料中添加zro2和bi2o3，使zro2在原料中的摩尔百分比为 0.1~2.0%，bi2o3在原料中的摩尔百分比为0.8~1.5%。
7.进一步地，在制备所述氧化锌电阻片时，向制备原料中添加熔融剂，使熔融剂在原料中的摩尔百分比为0.5%，所述熔融剂为tio2和cu(no3)2按质量比为1:1的混合物。
8.在本发明的一个具体实施方式中，作为示例性说明，所述氧化锌电阻片的原料配方为：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%，熔融剂0.5%。所涉及的百分比为摩尔百分比。
9.在此原料配方的基础上制备的氧化锌电阻片，其电位梯度可达180
?
600v/mm，2ms方波通流密度在25
?
65a/cm2之间。
10.第二方面，本发明提供前述氧化锌电阻片的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：（1）研磨：将氧化锌电阻片的原料以1300
?
1700r/min的砂磨速度进行混合研磨，得到原料粉体；（2）造粒：将原料粉体在140
?
170℃，离心泵转速为960r
?
1040/min的条件下离心造粒，获得粒径介于30
?
50μm之间的氧化锌粉体球；（3）压接：采用双面压接形式制备氧化锌电阻生坯，压接前调节含水率为1.0
?
2.0%,压接压强为8
?
10mpa，获得压接后的生坯密度为3.23
?
3.25g/cm3；（4）烧结：将氧化锌电阻生坯，在1100
?
1125℃条件下进行低温烧结，烧结时间5
?
7h。
11.当zro2为0.1mol%，bi2o3为0.8mol%时，采用上述制备方法，可使氧化锌电阻片的2ms方波通流能力达到45a/cm2，电位梯度达到390v/mm；当改变基础元素掺杂配方时，通过改变zro2与bi2o3的含量，可以实现电位梯度
±
200v/mm可调，2ms方波通流密度
±
20a/cm2之间可调。
12.第三方面，本发明提供一种提高氧化锌电阻片电位梯度及通流能力的方法，通过调控氧化锌电阻片原料配方中zro2和bi2o3的摩尔比分别为0.1~2.0%和0.8~1.5%，同时提高氧化锌电阻片的电位梯度及通流能力。
13.进一步地，以m表示掺杂的氧化锆zro2摩尔百分数，n表示在原配方以外掺杂的氧化铋bi2o3摩尔百分数，对于预期的能量耐受能力e，以及电位梯度e
1ma
，确定氧化锌电阻片原料配方中的氧化锆zro2与氧化铋bi2o3的摩尔百分数分别为：的摩尔百分数分别为：。
14.更进一步地，通过向氧化锌电阻片原料配方中添加0.5mol%的熔融剂，熔融剂为tio2和cu(no3)2按质量1：1的混合物，提高氧化锌电阻片的通流能力。
15.作为优选，所述氧化锌电阻片的原料配方为：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%，熔融剂0.5%。
16.需要说明的是，所述氧化锌电阻片的原料配方并不局限于此，可在本领域常规的氧化锌电阻片配方的基础上采用本发明所述方法进行调控。当采用其他配方时，按照本发明所述前述方法，仍能在原有配方的基础上，实现电位梯度
±
200v/mm可调，2ms方波通流密度
±
20a/cm2可调。
17.更进一步地，本发明还通过高能砂磨与离心造粒工艺增强粉体均匀性；通过双面压接减小电阻片孔隙率，增大通流能力。
18.更进一步地，本发明通过在1100
?
1125℃条件下进行低温烧结，促进晶粒均匀生长
0.4%~0.6%、al(no3)
3 0.05%~0.08%、b2o
3 0.2%~0.4%、ga2o30~0.825%，zro
2 0%。以上百分数指摩尔百分数。
33.本发明在原有配方基础之上，增加了tio2/cu(no3)2熔融剂0.5mol%，同时调整zro2与bi2o3成分占比。其中电位梯度随zro2含量的上升呈线性增加，随bi2o3的增加呈二次下降规律。其对应的影响规律如式1所示：e
1ma
= 180 + 420m
??
100n（v/mm）（1）上式中，m表示掺杂的氧化锆zro2摩尔百分数，n表示在原配方以外掺杂的氧化锆zro2摩尔百分数。
34.当zro2含量占比小于0.5%时，zro2对通流能力影响很小，含量超过1.0mol%时，通流能力随线性下降。当bi2o3在0.7
?
2.0mol%之间不断增加时，氧化锌电阻通流能力线性增加。其对应的影响规律如式2所示，其中e表示zno电阻的通流密度。
35.（2）如图2所示的砂磨工艺，氧化锌粉体在砂磨机中以1300
?
1700r/min高速碰撞研磨，获得平均粒径小于1μm，粒径分散性小于10%的氧化锌粉末颗粒。
36.如图3所示的喷雾造粒工艺，喷雾造粒塔中同一水平面上温度相等，研磨后的氧化锌浆料在同一水平面上干燥，粉体粒径与颗粒形貌更加均匀，离心造粒温度为140
?
170℃，离心泵转速为960r
?
1040/min。获得氧化锌粉体球形形貌，粒径介于30
?
50μm之间。
37.压接时采用双向压接的方式，促使压接更加紧密。压接前调节含水率为1.0
?
2.0%；压接压强为8
?
10mpa，获得压接后的生坯密度为3.23
?
3.25g/cm3。烧结时降低烧结温度至1100
?
1125℃，同时烧结时间延长至5
?
7h。
38.本发明通过调控氧化锌电阻片原料配方中zro2和bi2o3的摩尔百分比分别为0.1
?
2mol%和0.8
?
1.5mol%，以及通过添加0.5mol%的熔融剂，使得所制备的含锆多铋的氧化锌电阻片相对于传统的氧化锌电阻片而言，可在提升氧化锌电阻片整体电气性能的同时，实现电位梯度180
?
600v/mm，2ms方波通流密度25
?
65a/cm2，4/10μs冲击电流7.7
?
9.2ka/cm2之间可调。
39.实施例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%。以上百分数指摩尔百分数，相对于实施例1的原有配方，取消了ni2o3成分。
40.采用的生产制备工艺与实施例1相同。
41.在zro2和bi2o3的摩尔百分比分别为0.1mol%和0.8mol%的情况下，实施例2烧结得到的氧化锌电阻片电位梯度为365v/mm，方波通流密度为35a/cm2。在制备工艺不变的情况下，通过调节zro2和bi2o3元素配方，可以实现氧化锌电阻片电位梯度
±
200v/mm，通流密度
±
20a/cm2可调，即电位梯度165
?
565v/mm、通流能力15
?
55a/cm2可调。
42.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。技术特征：
1.一种氧化锌电阻片，其特征在于，在制备所述氧化锌电阻片时，向制备原料中添加zro2、bi2o3和熔融剂，使zro2在原料中的摩尔百分比为0.1~2.0%，bi2o3在原料中的摩尔百分比为0.8~1.5%，熔融剂在原料中的摩尔百分比为0.5%，所述熔融剂为tio2和cu(no3)2按质量1：1的混合物。2.根据权利要求1所述的氧化锌电阻片，其特征在于，所述氧化锌电阻片的原料配方为：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%，熔融剂0.5%。3.权利要求1或2所述氧化锌电阻片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）研磨：将氧化锌电阻片的原料以1300
?
1700r/min的砂磨速度进行混合研磨，得到原料粉体；（2）造粒：将原料粉体在140
?
170℃，离心泵转速为960r
?
1040/min的条件下离心造粒，获得粒径介于30
?
50μm之间的氧化锌粉体球；（3）压接：采用双面压接形式制备氧化锌电阻生坯，压接前调节含水率为1.0
?
2.0%；压接压强为8
?
10mpa，获得压接后的生坯密度为3.23
?
3.25g/cm3；（4）烧结：将氧化锌电阻生坯，在1100
?
1125℃条件下进行低温烧结，烧结时间5
?
7h。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当zro2为0.1mol%，bi2o3为0.8mol%时，采用上述制备方法，可使氧化锌电阻片的2ms方波通流能力达到45a/cm2，电位梯度达到390v/mm；当改变基础元素掺杂配方时，通过改变zro2与bi2o3的含量，可以实现电位梯度
±
200v/mm可调，2ms方波通流密度
±
20a/cm2之间可调。5.一种调控氧化锌电阻片电位梯度及通流能力的方法，其特征在于，通过调控氧化锌电阻片原料配方中zro2和bi2o3的摩尔比分别为0.1~2.0%和0.8~1.5%，提高氧化锌电阻片的电位梯度及通流能力；以m表示掺杂的氧化锆zro2摩尔百分数，n表示在原配方以外掺杂的氧化铋bi2o3摩尔百分数，对于预期的能量耐受能力e，以及电位梯度e
1ma
，确定氧化锌电阻片原料配方中的氧化锆zro2与氧化铋bi2o3的摩尔百分数分别为：的摩尔百分数分别为：。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，向氧化锌电阻片原料配方中添加0.5mol%的熔融剂，熔融剂为tio2和cu(no3)2按质量1：1的混合物，提高氧化锌电阻片的通流能力。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过高能砂磨与离心造粒工艺增强粉体均匀性，通过双面压接减小电阻片孔隙率，增大电阻片的通流能力。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过在1100
?
1125℃的条件下进行低温烧结，促进晶粒均匀生长的同时降低孔隙率，增大电阻片的通流能力。
技术总结
本发明涉及电力材料技术领域，具体公开了一种含锆多铋的高电位梯度大通流氧化锌电阻片。本发明通过对氧化锌电阻片的原料配方进行改良，改变了ZrO2、Bi2O3以及熔融剂的占比，实现了对氧化锌压敏电阻电位梯度与通流密度的调控。进一步采用砂磨与离心造粒工艺促进氧化锌电阻原料粉体形貌均匀，采用双面压接工艺实现生坯致密化，提出低温烧结工艺，促进晶粒均匀生长的同时降低孔隙率。本发明可使氧化锌电阻片的电位梯度在原配方基础上实现
技术研发人员：陆佳政 谢鹏康 李波 胥望 胡建平 王博闻 吴伟
受保护的技术使用者：湖南防灾科技有限公司
技术研发日：2021.04.14
技术公布日：2021/5/14
声明：
“氧化锌电阻片及其制备方法与调控其电位梯度及通流能力的方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：湖南防灾科技有限公司
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2024年08月01日 ~ 03日 
