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质量控制法优化配方和工艺提高电阻片电位梯度的研究 Study of Improvement of Voltage Gradient of ZnO Varistor by Optimization of Composition and Technology with Quality Control Method （南阳金冠电气有限公司 河南 ） 摘要：利用质量控制（QC）方法，分析了影响氧化锌电阻片电位梯度的配方和工艺因素。氧化锌电阻片的性能是以配方为基础的, 靠工艺来保证和实现的。对电阻片的配方和工艺进行优化。配方中添加了抑制晶粒长大的氧化钇，提高了电阻片的电位梯度，满足了GIS避雷器对高电位梯度电阻片的需求。同时电阻片电位梯度的提高降低了产品制造成本，对电阻片生产厂家具有推广使用的价值。 关键词：氧化锌电阻片; 质量控制（QC）方法; 配方和工艺优化; 氧化钇; 电位梯度 1引言 金属氧化物电阻片（又称氧化锌非线性电阻片）是将质量百分比占90%左右的ZnO粉体与诸如Bi、Sb、Co、Mn、Ni、Cr、Si等的氧化物粉体相混合，经传统的电子陶瓷工艺烧结而成的[1]。氧化锌非线性电阻片作为氧化锌避雷器的核心部件, 其性能水平的高低直接制约着氧化锌避雷器的发展[2-4]。随着我国1000kV特高压交流输变电工程的发展，作为特高压及GIS用氧化锌电阻片，最关键的要求是要具有高梯度，低压比和大通流特性，这些是目前传统电阻片所不能满足的，我公司目前Φ71电阻片电位梯度为2-213V/mm，能量吸收为180-200 J/cm3，距离特高压及GIS指标要求（电位梯度280-320V/mm，能量吸收能力300J/cm3）有一定的距离，该项目的难点在于电阻片电位梯度提高的同时，会给电阻片带来能量耐受、侧面绝缘、老化性能劣化等一系列考验和问题，这就要求电阻片微观结构更加均匀一致，能量吸收能力更高。传统的配方和工艺已不能胜任，必须对配方和工艺进行调整，提高电阻片性能。2原因分析及要因确定 图1 氧化锌电阻片产品质量波动问题（电位梯度低）因果图 对于产品质量改进，我们主要通过对人、机、料、法、环、测环节分析造成产品质量的波动、老化性能劣化等的原因并加以控制和提高。主要有五个方面： a)人（Man），包括操作者对质量的认识、技术熟练程度、身体状况等； b)机器（Machine），包括机器设备、工夹具的精度和维护保养状况等； c)材料（Material）包括材料的成分、物理性能和化学性能等的控制； d)方法（Method），这里包括加工工艺、工装选择、操作规程等； e)测量（Measurement），测量时采取的方法是否标准、正确； f)环境（Enviroment），制造场所的温度、湿度、照明和清洁条件等；由于这五个因素的英文名称的第一个字母是M和E，所以常简称为5M1E。分析如下： 图2 电阻片电位梯度低问题因果图 通过小组头脑风暴法讨论，最终认为电阻片的电位梯度主要与工艺和配方有关联，实现电位梯度的升高主要应从配方调整和工艺改进两方面进行，具体见下图： 根据关联图，分析影响电阻片电位梯度的原因，小组成员进行分工，逐一分析确认。确认原因 Bi和Sb的数量调整；并添加Y2O3，对比确定其含量 确认时间 2010年11月15日 确认方法 调研分析、试验验证 确认内容：调整Bi和Sb的mol含量，添加Y2O3并调整其含量，其他含量不变，分析高温烧结生成的晶粒、晶界、尖晶石的数量形态，测试成平的电位梯度，分析1单位含量调整后达到电阻片电位梯度的变化，可知电阻片电位梯度变化可达到15%的变化。 确认结论 要因 添加料调整确认原因 Bi和Sb之外的其他混合后的添加料调整 确认时间 2010年11月18日 确认方法 调研分析、试验验证 确认内容：Bi和Sb不变的情况下，通过调整其它混合物的百分含量，进而按照同样的方法制作电阻片，分析测试电阻片的电位梯度，电阻片的变化在5%之下，属于正常的分散范畴，可知其他混合物对梯度影响相对较小。 确认结论 非要因 添加料干混处理确认原因 添加料干混处理 确认时间 2010年11月20-23日 确认方法 现场试验 确认内容：电位梯度的提高，还需保证2ms方波的电性能，添加料的干混保证了添加料的粒度均一，利于梯度提高后方波性能不降低。 确认结论 要因 浆料处理（使用胶体磨）确认原因 浆料处理（使用胶体磨） 确认时间 2010年11月12日 确认方法 现场操作、分析确认 确认内容：成型前浆料的粒度对成型后阀体内部的颗粒均一性起着至关重要的作用。使用以氧化锆为介质的高速砂磨机，使粉料均已一致，通过3次对比实验，电阻片梯度达到2.4%，3.8%和2.6%的微小提升，不能实验梯度的大幅提升。 确认结论