一種氧化鋅/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合壓敏電阻的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氧化鋅/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合壓敏電阻的制備方法，屬于電工材料技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧化鋅壓敏電阻是以ZnO為主要原料，添加了少量的Bi203、Mn0 2、Sb203、Co203、Si0 2 和Cr203等，采用陶瓷燒結(jié)工藝制備而成。由于它造價(jià)低廉、非線性系數(shù)大、響應(yīng)時(shí)間快、漏 電流小、通流容量大、浪涌吸收能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電子電路異常過(guò)電壓和浪涌吸 收沖擊的保護(hù)。因其具有造價(jià)低廉、優(yōu)異的非線性伏安特性和大通流容量等優(yōu)點(diǎn)，ZnO壓敏 電阻被廣泛應(yīng)用于電子電路異常過(guò)電壓保護(hù)和作為電力系統(tǒng)避雷器的核心元件應(yīng)用于電 力系統(tǒng)防雷和電力設(shè)備保護(hù)。然而，由于必須在l〇〇〇°C左右高溫?zé)Y(jié)成型，工藝復(fù)雜，使得 傳統(tǒng)的壓敏電阻通常形狀比較單一，很難做到形狀隨設(shè)備要求變化。因此，通常需要在設(shè)備 中為壓敏電阻預(yù)留空間，且壓敏電阻的安裝位置受到了限制，這給設(shè)備的設(shè)計(jì)帶來(lái)了困擾。
[0003] 采噴霧造粒法制備而成球形壓敏電阻顆粒具有穩(wěn)定的晶界結(jié)構(gòu)，因而具有優(yōu)異的 非線性伏安特性。將氧化鋅壓敏電阻微球摻入絕緣材料中，可以制備得到具有非線性伏安 特性的復(fù)合材料。近年來(lái)，研宄表明其可以應(yīng)用于均壓環(huán)、電纜端子、有機(jī)絕緣子、電機(jī)的定 子繞組以及電力電子模塊等。研宄表明該復(fù)合材料的工作機(jī)理為摻入其中的壓敏電阻微球 相互間接觸形成導(dǎo)電通路。然而，傳統(tǒng)壓敏電阻存在兩個(gè)問(wèn)題：一是微球之間不能有效接 觸；二是微球含量過(guò)高，導(dǎo)致制備成型過(guò)程更困難以及機(jī)械性能更差。
[0004] 非純凈液體電介質(zhì)中雜質(zhì)具有小橋效應(yīng)，即當(dāng)液體介質(zhì)中有雜質(zhì)時(shí)，在電場(chǎng)力作 用下，水滴、纖維等比液體介電常數(shù)大的雜質(zhì)將被吸引到電場(chǎng)強(qiáng)度較大的區(qū)域，并順著電力 線排列起來(lái)，在電極間局部地區(qū)構(gòu)成雜質(zhì)小橋。若果雜質(zhì)足夠多，還能構(gòu)成貫通電極間隙的 小橋。環(huán)氧樹(shù)脂可以在室溫下方便地成型，以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，利用小橋效應(yīng)，將環(huán)氧樹(shù)脂 與壓敏電阻微球結(jié)合起來(lái)可以在低溫情況得到形狀可變的復(fù)合壓敏電阻。并且可以減少壓 敏電阻微球的使用量，減少成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種氧化鋅/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合壓敏電阻的制備方法，使用較少 的氧化鋅和其他金屬氧化物，利用小橋效應(yīng)，在較低的溫度和一定的電場(chǎng)下使壓敏電阻微 球鏈狀排列，形成穩(wěn)定有效的導(dǎo)電通路，通過(guò)使用不同形狀的電極制備出對(duì)應(yīng)形狀的壓敏 電阻，從而優(yōu)化設(shè)備的絕緣設(shè)計(jì)。
[0006] 本發(fā)明提出的氧化鋅/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合壓敏電阻的制備方法，包括以下步驟：
[0007] (1)將原料按以下摩爾百分比進(jìn)行稱(chēng)量：
[0008] ZnO 95% Bi203 0. 8?01. 2% Mn02 0. 4?0. 6% Co2〇3 0. 8?1. 2% Cr203 0. 3 ?0? 5% Si02 0.8 ?1.2% Sb203 0.8 ?1.2% A1203 0.1 ?0.2%
[0009] 將上述測(cè)量后的原料混合后球磨，得到粒徑為在1?20微米的第一混合物；
[0010] ⑵將上述混合物利用噴霧造粒法造粒，得到直徑為50?150微米的微球；
[0011] (3)將上述微球以0. 55°C /分鐘速率升溫至1200°C燒結(jié)4. 5小時(shí)，再以1. 6°C / 分鐘速率冷卻至室溫，將燒結(jié)后的微球過(guò)篩，得到粒徑為100?125微米的壓敏電阻微球；
[0012] (4)以環(huán)氧樹(shù)脂作為基體，在基體中加入上述壓敏電阻微球，加入的質(zhì)量百分比 為：基體：壓敏電阻微球=3: (0. 6?1. 5)，得到第二混合物，其中所述的基體為A組分和B 組分組成的常溫固化環(huán)氧樹(shù)脂，在室溫下共混5分鐘，在399?665Pa低壓，真空脫氣泡15 分鐘，然后將第二混合物注入帶電極的模具中，給電極施加600V/mm的交流電場(chǎng)8小時(shí)，然 后將帶電極的模具置于60°C烘箱加熱2小時(shí)，使模具中的第二混合物固化，固化后的第二 混合物即為氧化鋅/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合壓敏電阻。
[0013] 本發(fā)明提出的氧化鋅/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合壓敏電阻的制備方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 1、本發(fā)明提出的氧化鋅/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合壓敏電阻的制備方法，采用噴霧造粒法制 備壓敏電阻顆粒，每顆電阻微球均具有優(yōu)異的非線性伏安特性。將ZnO壓敏電阻微球摻入 絕緣材料中，可以制備得到具有非線性伏安特性的復(fù)合材料。而且本方法可以在常溫條件 下制備壓敏電阻，工藝簡(jiǎn)單、易操作。
[0015] 2、本發(fā)明的制備方法，可以通過(guò)靈活地設(shè)計(jì)壓敏電阻成型過(guò)程中的所使用電極和 模具的形狀，以制備多種形狀的復(fù)合壓敏電阻，因此具有較強(qiáng)的形狀可控性和簡(jiǎn)單的工藝 流程，從而可以擴(kuò)大壓敏電阻的應(yīng)用場(chǎng)合，方便設(shè)備的絕緣設(shè)計(jì)。
[0016] 3、本發(fā)明方法制備的復(fù)合壓敏電阻，其中壓敏電阻微球在交流電場(chǎng)作用下呈鏈狀 結(jié)構(gòu)，壓敏電阻微球之間直接有效接觸，形成了導(dǎo)電通路，因此可以用盡可能少的壓敏電阻 微球?qū)崿F(xiàn)抑制過(guò)電壓的功能，有效降低了壓敏電阻的制備成本，具有較為廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明方法中對(duì)矩形模具施加電壓示意圖。
[0018] 圖2為對(duì)圓環(huán)形模具施加電壓的示意圖。
[0019] 圖1和圖2中，1是電極，2是壓敏電阻微球，3是環(huán)氧樹(shù)脂基體。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明提出的氧化鋅/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合壓敏電阻的制備方法，包括以下步驟：
[0021] (1)將原料按以下摩爾百分比進(jìn)行稱(chēng)量：
[0022] ZnO 95% Bi203 0.8?01. 2% Mn02 0. 4?0. 6% Co2〇3 0.8 ?1.2% Cr203 0. 3?0. 5% Si02 0.8 ?1.2% Sb203 0.8?1.2% Al2〇3 0.1 ?0.2%
[0023] 將上述測(cè)量后的原料混合后球磨，得到粒徑為在1?20微米的第一混合物；
[0024] (2)將上述混合物利用噴霧造粒法造粒，得到直徑為50?150微米的微球；
[0025] (3)將上述微球以0. 55°C /分鐘速率升溫至1200°C燒結(jié)4. 5小時(shí)，再以1. 6°C / 分鐘速率冷卻至室溫，將燒結(jié)后的微球過(guò)篩，得到粒徑為100?125微米的壓敏電阻微球；
[0026] (4)以環(huán)氧樹(shù)脂作為基體，在基體中加入上述壓敏電阻微球，加入的質(zhì)量百分比 為：基體：壓敏電阻微球=3: (0. 6?1. 5)，得到第二混合物，其中所述的基體為A組分和B 組分組成的常溫固化環(huán)氧樹(shù)脂，在室溫下共混5分鐘