СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНО-ЦИНКОВЫХ ВАРИСТОРОВ
METHOD TO MANUFACTURE OXIDE-ZINC VARISTORS

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологии изготовления оксидно-цинковых варисторов.
Оксидно-цинковый варистор представляет собой нелинейный электрический резистивный элемент, выполненный из керамического материала, содержащего в качестве основного компонента оксид цинка. Для изготовления варистора используют исходную композицию, содержащую помимо оксида цинка функциональные добавки, в том числе в виде водных растворов, например водного раствора связующего. Присутствующую в материале варистора воду необходимо удалять с целью предупреждения растрескивания варистора на стадии его обжига.
Известен способ изготовления оксидно-цинкового варистора [JP 1289218], включающий получение исходной композиции на основе оксида цинка, содержащей водный раствор связующего, распылительную сушку исходной композиции и гранулирование полученного порошкообразного материала. Из указанного материала формуют заготовку варистора в форме диска путем прессования. Далее осуществляют обжиг указанной заготовки.
Благодаря тому что в рассматриваемом способе происходит удаление воды из исходной композиции в процессе ее распылительной сушки снижается риск образования трещин в заготовке варистора в процессе ее последующего обжига.
Однако данный способ является сложным и длительным, поскольку он включает вышеописанные стадии распылительной сушки и гранулирования.
Известен способ изготовления оксидно-цинкового варистора [RU 2120146], выбранный в качестве ближайшего аналога.
Согласно данному способу готовят исходную композицию на основе оксида цинка, содержащую водный раствор связующего. Осуществляют распылительную сушку исходной композиции и гранулирование полученного порошкообразного материала. Далее формуют заготовку варистора путем прессования указанного порошкообразного материала. Затем осуществляют нагрев полученной заготовки в течение пяти часов при температуре 600°С и последующий ее обжиг.
В рассматриваемом способе происходит удаление воды из исходной композиции в процессе ее распылительной сушки, что снижает риск образования трещин в заготовке варистора в процессе ее последующего обжига.
Однако данный способ является сложным и длительным, что обусловлено включением в процесс изготовления варистора вышеописанных стадий распылительной сушки и гранулирования, а также длительностью процесса нагрева заготовки перед ее обжигом.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение и сокращение длительности способа изготовления оксидно-цинкового варистора.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе изготовления оксидно-цинкового варистора, включающем приготовление исходной композиции на основе оксида цинка, формование заготовки варистора прессованием, нагрев заготовки и последующий ее обжиг, согласно изобретению формование заготовки производят путем прессования исходной композиции, а нагрев заготовки осуществляют в электромагнитном поле сверхвысокой частоты при размещении заготовки в форме, изготовленной из материала с высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь.
В частном случае выполнения изобретения в качестве материала формы используют вспученный вермикулит.
В частном случае выполнения изобретения нагрев заготовки осуществляют в электромагнитном поле сверхвысокой частоты, помещая форму с заготовкой в микроволновой печи, при этом устанавливают форму на поворотном столе микроволновой печи, а между формой и поворотным столом размещают прокладку в форме пластины из асбестосодержащего материала.
Важным в заявляемом способе является то, что в нем не осуществляют распылительную сушку исходной композиции и гранулирование высушенного порошкообразного материала, а формуют заготовку варистора путем прессования непосредственно исходной оксидно-цинковой композиции.
Исключение указанных двух стадий способствует упрощению заявляемого способа и сокращению его длительности.
Осуществляемая в заявляемом способе операция нагрева прессованной заготовки перед ее обжигом обеспечивает удаление воды из ее материала, что снижает риск образования трещин в заготовке в процессе ее обжига.
С целью интенсификации процесса удаления воды из материала заготовки ее нагрев осуществляют в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (далее СВЧ-поле), что приводит к сокращению времени, затрачиваемому на нагрев заготовки, и, соответственно, к сокращению длительности заявляемого способа.
При этом авторами заявляемого изобретения экспериментально установлена возможность нагрева в СВЧ-поле заготовки варистора, изготовленной из материала на основе оксида цинка, который практически не поглощает энергии СВЧ-поля, благодаря размещению заготовки в форме, изготовленной из материала с высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь.
В процессе нагрева заготовки в СВЧ-поле также может происходить частичное или практически полное удаление из ее материала присутствующих в нем сухих остатков функциональных добавок, в частности сухого остатка связующего.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого способа, является упрощение и сокращение длительности способа изготовления оксидно-цинкового варистора.
Целесообразно использовать в качестве материала формы вспученный вермикулит, поскольку он обладает высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь, а также высокой термостойкостью и малым объемным весом.
Целесообразным является осуществлять нагрев заготовки в микроволновой печи, устанавливая форму с заготовкой на ее поворотном столе, при этом между формой и поворотным столом следует размещать прокладку в форме пластины из асбестсодержащего материала, в частности из асбоцемента, поскольку в таком случае, как показали эксперименты, в большей степени интенсифицируется процесс нагрева заготовки.
Способ осуществляют следующим образом.
Готовят исходную композицию на основе оксида цинка путем смешивания оксида цинка с функциональными добавками, в частности с водным раствором связующего, например с водным раствором поливинилового спирта.
Из исходной композиции формуют заготовку варистора путем ее прессования, в частности получают заготовку в форме диска.
Затем помещают заготовку (заготовки) в гнездо (гнезда) формы, изготовленной из материала с высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь, в частности из вспученного вермикулита, например вермикулита марки Минпласт-А.
В форме могут быть выполнены сквозные отверстия для улучшения условий отвода паров воды из материала заготовки.
Помещают форму с заготовкой (заготовками) в установку, обеспечивающую создание СВЧ-поля, и осуществляют нагрев заготовки (заготовок). Процесс ведут до достижения относительной влажности материала заготовки менее 0,5%.
В частности, помещают форму с заготовкой (заготовками) в микроволновую печь и осуществляют нагрев СВЧ-полем мощностью от 100 Вт до 1000 Вт, выбирая ее значение в зависимости от размеров заготовки (заготовок) и количества заготовок.
Как следует из практики, длительность процесса нагрева, достаточная для достижения указанной выше относительной влажности, составляет 40-80 минут.
С целью интенсификации процесса нагрева между формой с заготовкой (заготовками) и поворотным столом микроволновой печи размещают прокладку в форме пластины из асбестсодержащего материала, например из асбестоцемента.
После нагрева заготовки (заготовок) осуществляют ее высокотемпературный обжиг, в частности, в камерной или туннельной печи при температуре от 900°С до 1500°С.
Возможность реализации заявляемого способа показана в примерах конкретного выполнения.
Пример 1.
Готовили исходную композицию путем смешивания оксида цинка с добавками оксидов других металлов и водным раствором поливинилового спирта.
Из исходной композиции путем прессования формовали заготовки варисторов в форме диска диаметром 54,6 мм и высотой 30,2 мм. Масса заготовок составляла (238±1) г при относительной влажности (5,7±0,2) %.
Помещали каждую из заготовок в гнездо формы, изготовленной из вермикулита марки Минпласт-А.
Размещали формы с заготовками радиально на поворотном столе микроволновой печи и осуществляли нагрев заготовок СВЧ-полем мощностью 370 Вт в течение 60 мин.
По окончании нагрева относительная влажность материала заготовок составила от 0,3% до 0,1%.
По завершении нагрева заготовок осуществляли их высокотемпературный обжиг в камерной печи при температуре 1150°С.
Пример 2.
Готовили исходную композицию, как описано в примере 1.
Из исходной композиции путем прессования формовали заготовки варисторов такие же, как в примере 1.
Помещали каждую из заготовок в гнездо формы, изготовленной из вермикулита марки Минпласт-А.
Размещали формы с заготовками радиально на поворотном столе микроволновой печи, при этом между формами и поворотным столом размещали прокладку в форме пластины толщиной 4 мм, изготовленную из асбестоцемента.
Осуществляли нагрев заготовок СВЧ-полем мощностью 370 Вт в течение 40 мин.
По окончании нагрева относительная влажность материала заготовок составила от 0,2% до 0,1%.
По завершении нагрева заготовок осуществляли их высокотемпературный обжиг в камерной печи при температуре 1150°С.
Пример 3.
Готовили исходную композицию, как описано в примере 1.
Из исходной композиции путем прессования формовали заготовки варисторов в форме диска диаметром 55,2 мм и высотой 27,2 мм. Масса заготовок составляла (222±1) г при относительной влажности (5,7±0,2) %.
Помещали каждую из заготовок в гнездо формы, изготовленной из вермикулита марки Минпласт-А.
Размещали формы с заготовками радиально на поворотном столе микроволновой печи.
Осуществляли нагрев заготовок СВЧ-полем мощностью 370 Вт в течение 60 мин.
По окончании нагрева относительная влажность материала заготовок составила от 0,25% до 0,15%.
По завершении нагрева заготовок осуществляли их высокотемпературный обжиг в туннельной печи при температуре 1100°С.