專利名稱：一種碳化硅滅磁電阻及其制備方法
技術領域：
本發明涉及大型發電機組用滅磁電阻技術領域，尤其涉及一種碳化硅SiC滅磁電阻及其碳化硅SiC滅磁電阻的制備方法。
背景技術：
采用非線性電阻滅磁對發電機是有利的，現有技術中，廣泛采用的非線性電阻分別由氧化鋅ZnO和碳化硅SiC兩種材料為主要材料，國內的發電機組大多采用氧化鋅ZnO 滅磁電阻，這種類型的滅磁電阻具有滅磁速度快、滅磁電壓容易控制、檢修維護容易等優點，但不足在于容易老化、擊穿后短路容易造成勵磁系統故障、單片能容小；整套裝置體積大、非線性特別強，并聯和串聯需要采取均能、均流、均壓措施，需要采用串聯熔斷器，需要特性選擇，比較硬的非線性特性，要求直流斷路器建壓能力高。而碳化硅SiC有較軟的非線性特性，磁場電流轉移相對容易，不存在均流、均壓、均能的問題，也不需要熔斷器，整套裝置體積小，但國內生產為空白，國外供貨造成采購和維護不便。碳化硅SiC為人工合成晶體，是碳C與硅S經高溫還原氣氛中燒結而成，現有技術中的滅磁電阻主要原料為碳化硅SiC加結合劑，結合劑為不導電陶瓷材料，在還原氣氛環境下、并控制溫度在1200度以上進行燒結而成；當電流通過閥體時，是靠互相接觸的碳化硅SiC顆粒導電的，半導體的碳化硅SiC分散在絕緣的陶瓷材料中，勢必造成電接觸的不連續性，而且每通過一次大電流下，接觸點都會有燒損，因此閥片的性能就會變差一次。所以現有技術中的閥片在多次通過大電流后，性能急劇下降；另外碳化硅SiC在900度溫度下就開始氧化，形成不導電相，現有產品的滅磁電阻燒成溫區非常窄，需高精度的溫控來燒成， 這就需爐腔內充氫氣的鉬絲爐來燒成，由于氫氣是易燃易爆的，燒成成本非常高。現有技術存在缺陷，有待改進。

發明內容
本發明的目的是，針對現有技術存在的問題提供了一種成本低、電氣性能良好的碳化硅滅磁電阻及其制備方法。本發明的技術方案如下一種碳化硅滅磁電阻，其特征在于滅磁電阻的原料組份重量百分配比為碳化硅粒徑< 180目為32 36%、粒徑彡120目為M 27%、粒徑彡60目為M 27% ；結合劑為12 19% ；導電碳黑為0. 5 2. 5% ；所述結合劑由水玻璃和磷酸二氫鋁配比混合而成，兩者的重量配比范圍為 1 0. 2 0. 5。所述的滅磁電阻，其中，滅磁電阻原料最佳組份重量百分配比為碳化硅粒徑彡180目為34%、粒徑彡120目為25%、粒徑彡60目為；結合劑為14% ；導電碳黑為 1. 0%所述結合劑組分的重量百分比水玻璃為80% ；磷酸二氫鋁為20%。一種碳化硅滅磁電阻制備方法，其中所述步驟包括
步驟A、上述的配方備料；步驟B、將配制好的所述原料進行攪拌，攪拌時間為2 3小時，攪拌同時，進行若干次的噴水；步驟C、將攪拌后的所述原料密封儲存20 M小時后進行壓制后，然后陰干 48-60小時；步驟D、在氧化氣氛環境下進行燒結，并控制燒結溫度和燒結時間；步驟E、燒結后的產品出爐冷卻后，對其表面進行金屬材料噴涂和老化處理。所述的制備方法，其中，噴水周期為每間隔5-10分鐘噴水一次，每次噴水量為 200-300 克。所述的制備方法，其中，燒結溫度和燒結時間控制范圍為從常溫 200°C時， 控制燒結時間在2 2. 5小時之內；200°C 500°C時控制燒結時間在3 3. 5小時內， 500°C 900°C控制燒結時間在5小時之內。所述的制備方法，其中，燒結后所述產品保溫2 3小時，并控制36小時后出爐。所述的制備方法，其中，噴涂的金屬材料鋁或銅。本發明有益效果為本發明采用上述技術方案后，通過改變滅磁電阻材料配方，將碳化硅SiC的半導體顆粒分散在有一定電阻率的結合劑內，并控制燒結環境、燒結溫度和燒結時間，制備出成本低、性能優良的SIC滅磁電阻，本發明單片閥片殘壓比國外的SIC滅磁電阻低5%，通流能力大6%，而且相同電流流過后溫升小10%，閥片殘壓變化率小10%。
具體實施例方式本發明提供了一種碳化硅滅磁電阻及其制備方法，為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下舉實施例對本發明進一步詳細說明。碳化硅SiC滅磁電阻在滅磁主回路確定的前提下，滅磁閥片主要考慮的問題包括裝置最大允許電流、最大允許通流能力、滅磁滅磁電阻的殘壓等；碳化硅SiC滅磁電阻滅磁殘壓一般不低于30%、且不高于50%勵磁繞組工頻耐壓幅值，如發電機機組勵磁繞組的工頻耐壓為5000V，如果滅磁殘壓的選擇過高，對于磁場斷路器的建壓要求過高，不利于磁場斷路器分斷磁場電流，嚴重情況下甚至造成磁場斷路器損壞，考慮磁場斷路器建壓能力應留一定安全裕量，所以滅磁殘壓不宜選擇過高。SiC滅磁電阻通流能為1700V 18900KJ 閥片允許的最大電流為250A，實際使用電流98A，SiC通流能力需要一定裕量系數。碳化硅 SiC具有負溫度區域，所以需要格外注意SiC電阻的溫升，國外1700V 18900KJ的閥片具備的最大溫升為160K，碳化硅SIC閥片在50KJ、7^(J、90KJ下的溫升分別為70K，107K, 160K。本發明通過對碳化硅SiC技術參數的分析和研究，為了得到更好性能碳化硅SiC 滅磁電阻，申請人通過改變配方，在碳化硅SiC滅磁電阻的結合劑上解決問題，將碳化硅 SiC的半導體顆粒分散在有一定電阻率的結合劑內，制備出性能優良的滅磁電阻。本發明創新點在于1、首先將碳化硅SiC原料進行處理包括粉碎、磨細、分級，得到不同粒徑的碳化硅 SiC ；180目以下的占20 40% ；120目以上的占20 40% ；其余為60目以上的。2、結合劑的配制將液態水玻璃和磷酸二氫鋁進行混合和均勻攪拌，兩者的重量
4比在1 0. 2 0. 5范圍內； 3、將分級后碳化硅SiC、結合劑和導電碳黑(納米級)按下列重量百分比進行配料碳化硅(碳化硅比例為80 90% )按不同粒徑分別為
粒徑彡180目32 - 36%
粒徑彡120目24 -- 27%
粒徑彡60目24 -- 27%
結合劑12 19%
導電碳黑0. 5 2. 5%
4、將上述配好的原料經壓制成型并在低于SiC氧化溫度下燒成。5、表面噴涂易熔金屬作電極，經大電流老化后測試其電性能。根據上面處理后得到的碳化硅SiC的級配與最大允許通流能力、滅磁電阻的殘壓有密切關系，細的顆粒所占比例越大，滅磁電阻的殘壓越大；最大允許通流能力越小，非線性越向上抬，接近于SiO閥片；原料配方中的納米導電碳黑加入量越大，滅磁電阻的殘壓越小；最大允許通流能力越大，非線性越向下走，大電流老化后電性能越穩定；而燒成溫度對 SiC滅磁電阻的電性能有影響，溫度越高，滅磁電阻的殘壓有抬增大的趨勢，閥片坯體的機械強度越大，通流能力有增大的趨勢，但溫度一旦高于SIC的氧化溫度，閥片的電性能急劇下降，所以本發明需要嚴格的控制燒結環境、燒結溫度和燒結時間。實施例1步驟1、碳化硅滅磁電阻原料的配制按下面組份重量百分配比碳化硅粒徑彡180 目 34%粒徑彡120 目 25%粒徑彡60目 26%結合劑14%導電碳黑1.0%其中，配制結合劑，其組分的重量百分比為水玻璃80%磷酸二氫鋁20%步驟2、將上述配制的原料置入容器中，使用專用攪拌機攪拌，攪拌時間為2 3小時，在攪拌同時，需適量噴水，大概每5 10分鐘一次，一次的噴水量為200 300克；步驟3、攪拌結束后把原料密封儲存，隔20 M小時后進行產品壓制；根據產品尺寸的大小決定油壓機的壓力等級(滅磁電阻的直徑為150mm，壓力為 70 75頓)；步驟4、根據產品壓制成型后，需陰干48 60小時后才能燒結，其燒結的設備可用廂式電爐(其燒結氣氛為氧化氣氛)；在燒結升溫的過程中必須控制其升溫速度，一般其升溫控制為從常溫 200°C必須控制在2 2. 5小時之內；從200°C 500°C必須控制在3 3. 5小時之內；
從500°C 900°C必須控制在5小時之內。燒結完成之后必須保溫2 3小時，最后必須在36小時之后才能出爐。步驟5、產品出爐以后，將燒結后得產品冷卻至常溫后，可對其表面進行簡單處理打磨，保持其表面的光潔；然后對其表面進行金屬噴涂，其噴涂材料一般為鋁或者是銅；經大電流老化處理后測試其電氣性能。按此配方所生產出的滅磁電阻電氣性能一般可控制在以下范圍阻值為4-6歐姆，其單片的能量可達到65 80KJ(國外產品的最大能量值為。實施例2步驟1、碳化硅滅磁電阻原料的配制按下面組份重量百分配比碳化硅粒徑彡180 目 30.8%粒徑彡120 目 30.8%粒徑彡60 目 26.4%結合劑10%導電碳黑2.0%其中，配制結合劑，其組分的重量百分比為水玻璃80%磷酸二氫鋁20%步驟2-步驟5、其制備過程同實施例1。按此配方所生產出的滅磁電阻電氣性能一般可控制在以下范圍阻值一般為1-4 歐姆，其單片的能量可達到70 100KJ，其性能遠遠超過國外同行產品的水平。經上述方案反復試驗，SIC滅磁電阻片達到及超過了進口的產品，如相同直徑與厚度的閥片，本方案的閥片殘壓比國外的低5%，通流能力大6%，相同電流流過后溫升小 10%、閥片殘壓變化率小10%。應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種碳化硅滅磁電阻，其特征在于所述碳化硅滅磁電阻的原料組份重量百分配比為碳化硅粒徑彡180目32 36% 粒徑彡120目24 27% 粒徑彡60目24 27% 結合劑 12 19% 導電碳黑 0.5 2. 5%其中，所述結合劑由水玻璃和磷酸二氫鋁配比混合而成，兩者的重量配比范圍為 1 0. 2 0. 5。
2.根據權利要求1所述的滅磁電阻，其特征在于所述滅磁電阻原料組份重量百分配比為碳化硅粒徑彡180目34%粒徑彡120目25%粒徑彡60目結合劑 14%導電碳黑 1.0%其中，所述結合劑組分的重量百分比水玻璃 80%磷酸二氫鋁 20%
3.一種碳化硅滅磁電阻制備方法，其特征在于所述步驟包括 步驟A、按權利要求1或2的配方備料；步驟B、將配制好的所述原料進行攪拌，攪拌時間為2 3小時，攪拌同時，進行若干次的噴水；步驟C、將攪拌后的所述原料密封儲存20 M小時后進行壓制，然后陰干48-60小時； 步驟D、在氧化氣氛環境下進行燒結，并控制燒結溫度和燒結時間； 步驟E、燒結后的產品出爐冷卻后，對其表面進行金屬材料噴涂和老化處理。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述步驟C的噴水周期為每間隔5 10分鐘噴水一次，每次噴水量為200 300克。
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述步驟D的燒結溫度和燒結時間控制范圍為從常溫 200°C時，控制燒結時間在2 2. 5小時之內；200°C 500°C時控制燒結時間在3 3. 5小時內，500°C 900°C控制燒結時間在5小時之內。
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于燒結后所述產品保溫2 3小時，并控制36小時后出爐。
7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述步驟E中噴涂的金屬材料為鋁或銅。
全文摘要
本發明涉及一種滅磁電阻及其制備方法，滅磁電阻按重量百分比配比碳化硅為80～90％、結合劑為12～19％、導電碳黑為0.5～2.5％，本發明通過改變滅磁電阻材料配方，將碳化硅SiC的半導體顆粒分散在有一定電阻率的結合劑內，經過充分混合、磨細、壓制成型、并控制燒結環境、燒結溫度和燒結時間，制備出成本低、性能優良的碳化硅SiC滅磁電阻，本發明單片閥片殘壓比國外的SIC滅磁電阻低5％，通流能力大6％，而且相同電流流過后溫升小10％，閥片殘壓變化率小10％。
文檔編號C04B35/565GK102244376SQ20101017042
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月13日 優先權日2010年5月13日
發明者潘銀大 申請人:宜興市丁山電瓷避雷器材廠