一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于电子电气元件领域，涉及一种用于高压开关保护的碳陶瓷线性电阻，尤其涉及一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层及其制备方法。
背景技术
碳陶瓷线性电阻是应用于330kV以上高压断路器主闸口两侧的并联电阻，断路器接通过程中，利用并联电阻吸收电能，将电网中的部分电能转化成热能，来削弱线路中产生的电磁震荡、限制主闸口两侧的过电压。断路器断开过程中，并联电阻可以促进电弧的熄灭。常用高压断路器碳陶瓷电阻片通常为2～40Ω，碳电阻电阻率低，电阻侧面表面为非绝缘的半导体状态。在高电压作用下碳陶瓷线性电阻极易发生侧面沿面闪络甚至击穿。因此，为了防止电阻侧面闪络，提高试样的闪络电压及耐冲击电流性能，需要在电阻侧面制备高阻层绝缘层以防止电阻侧面发生闪络。
符合要求的高阻层应具有耐潮、抗污以及改善电场分布从而提高沿面闪络电压的特点，同时还应具备较好的散热性能及与电阻基体合适的结合强度。由于电阻工作时会出现短时高温，技术条件要求高阻层能耐受1000℃，限制了有机材料的使用。
采用无机物作为高阻层可以提高电阻侧面的绝缘性能，目前仍存在着以下问题：1、碳陶瓷线性电阻需要耐受大能量的冲击电流作用，电阻内部产生大量的热量需要通过气孔排除，涂覆的高阻层为致密层会对线性电阻散热性能产生影响。2、涂覆了绝缘涂层的电阻需要放进烧结炉进行高温烧结，烧结过程是一个先升温再降温的过程，在这个升降温的过程中，碳陶瓷线性电阻与绝缘涂层由于温度的改变而产生胀缩现象，不匹配的膨胀系数会使绝缘涂层出现开裂、剥离等现象，影响电阻的电性能。
发明内容
本发明目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层及其制备方法，制备的高阻层具有较高的机械和绝缘强度弥补电阻表面缺陷，改善线性电阻的沿面闪络，提升其对高电压大电流冲击的耐受能力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术申请：
一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层，按质量份数计由包括以下组分的原料制备而成：
膨润土和左云土二者含量不能同时为零，二者含量不少于20份。
进一步，所述莫来石粉或煅烧矾土粒径为325目以细。
一种碳陶瓷线性电阻多孔高阻涂层的制备方法，包括以下步骤：
a.按照比例取原料混合得混合粉体，将混合粉体与氧化锆球和去离子水以质量比1:2:0.7混合，球磨半小时得到涂层浆料；
b.将步骤a得到的涂层浆料均匀地涂抹在线性电阻的侧边，厚度控制为0.2～0.6mm，将涂抹完涂层浆料的线性电阻在烘箱中烘干；
c.将经步骤b烘干后的线性电阻在高温炉中烧结，从室温以150℃/h升至400℃，然后从400℃以250℃/h升温至1350℃～1550℃，保温120分钟，保温完成后随炉冷却，在线性电阻侧边形成多孔高阻涂层。
进一步，所述步骤b中烘干温度为100℃-120℃，烘干时间4h以上。
进一步，所述步骤c中烧结过程中采用氢气或氮气作为保护气体。
一种包含多孔高阻涂层的碳陶瓷线性电阻。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明中多孔高阻涂层烧结温度范围宽，可以与碳陶瓷线性电阻一次烧成，节约了电阻烧制过程中的时间与材料的成本。
2.本发明中高阻层采用的与碳陶瓷线性电阻本体一致的骨料，使得高阻层的膨胀率会与线性电阻的本体相匹配，从而改善烧结过程中出现的高阻层龟裂、剥落等现象。同时还能起到弥补线性电阻侧面气孔、绝缘结构缺陷的作用。
3.本发明中高阻层采用可塑性黏土制成浆料具有易于涂覆，涂层均匀的特点。
4.本发明中线性电阻涂层的制备工艺简单易操作，制备耗时短，成本低廉，性能可靠，易于生产的优点且所用材料均无毒无污染。
5.本发明制备的高阻层强度高、附着牢固不易脱落，且不改变线性电阻的电阻率，但对其侧面闪络有着良好的改善作用，提高电阻片耐受高电压大电流的能力，使其能够充分满足开关断路器的保护要求。
6.本发明制备的高阻层具有18～26％气孔率，多孔结构保证了电阻通流耐受时产生的热量及时排出，减少了电阻试样承受大电流高功率注入时产生的热破坏。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：
膨润土15份；左云土15份；莫来石粉70份；氧化铬6份。
具体制备的步骤如下：
用碳黑作为导电材料，黏土及煅烧矾土为无机烧结材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.2mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中100℃烘干4小时；将烘干的试样放入高温炉中，首先以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1350℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在SF6气体氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
实施例2
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：膨润土15份；左云土15份；M85煅烧矾土(氧化铝含量85％煅烧矾土)70份；氧化铬6份。
具体制备的步骤如下：
用碳黑作为导电材料，黏土及煅烧矾土为无机烧结材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.4mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中120℃烘干4小时；将烘干的试样放入高温炉中，首先以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1550℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在SF6气体氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
实施例3
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：
膨润土10份；左云土10份；莫来石粉80份；氧化铬3份。
具体制备的步骤如下：用炭黑作为导电材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.6mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中110℃烘干4小时；将烘干的试样放入高温炉中，首先以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1400℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在SF6气体氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
实施例4
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：
膨润土25份；莫来石粉75份；氧化铬6份。
具体制备的步骤如下：用鳞片石墨作为导电材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.3mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中100℃烘干4小时；将烘干的试样放入高温炉中，通入氢气或氮气作为保护气体，首先以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1350℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在SF6气体氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
实施例5
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：
膨润土30份；左云土20份；莫来石粉50份；氧化铬6份。
具体制备的步骤如下：用碳黑作为导电材料，黏土及煅烧矾土为无机烧结材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.2mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中100℃烘干4小时；将烘干的试样放入高温炉中，首先以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1350℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在SF6气体氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
比较例1
本比较例提供的一种碳陶瓷线性电阻。
具体制备的步骤如下：
用碳黑作为导电材料，黏土及煅烧矾土为无机烧结材料制得陶瓷线性电阻，烧制工艺为：以150℃/h的速率从室温升至400℃，然后再从400℃以250℃/h的升温速率升温至1350℃，最后保温两个小时固结成型，喷涂铝电极后在空气氛围中采取1.2/50μs冲击电压波进行耐压测试。
比较例2
本实施例提供的一种用于碳陶瓷线性电阻侧面保护的高阻层，以质量份计，包括：
膨润土20份；左云土20份；莫来石粉60份；氧化铬6份。
具体制备的步骤如下：
用碳黑作为导电材料，黏土及煅烧矾土为无机烧结材料制得陶瓷线性电阻；按照质量配比称取上述各原料，加入原料质量70％的去离子水和原料质量两倍的氧化锆球球磨30分钟；将得到的浆料倒入烧杯中，在线性电阻的侧面用刷子涂覆三层厚度控制为0.2mm；将涂覆好高阻层的线性电阻置于烘箱中烘干4小时。
具体测试结果如下：
1.比较例2烘干后出现龟裂、脱落现象，说明黏土的比例不宜过多，本发明黏土的比例控制在30％以内。
2.耐压测试
对于厚度为11±0.5mm的测试试样：
可以看出，施覆本发明的高阻层后，明显改善了线性电阻的侧边闪络问题。对于1.2/50μs冲击电压波，在SF6气体氛围中，其击穿场强可以达到2.36kv/mm。
参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本专利要求范围当中。
