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压电陶瓷范文1
关键词：无铅压电陶瓷；烧结温度；固相法；ZnO掺杂 1 概述
压电陶瓷已在能源开发、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等方面有广泛应用[1]。由于铅基压电陶瓷PZT具有优良的压电性能，从而得到广泛的应用，但是此类压电材料中含有60%以上的有毒物质铅，在压电陶瓷的生产、使用和废弃处理过程中挥发的铅都会对生态环境和人们的健康造成不可估量的伤害，因此人们迫切期盼无铅压电时代的到来[2]。
无铅压电陶瓷是指不含铅的压电陶瓷，其更深层含义是指既具有较好的使用性又有良好的环境协调性的压电陶瓷。目前，无铅压电陶瓷可以分为：BNT基无铅压电陶瓷、KNN系无铅压电陶瓷、BZT系无铅压电陶瓷，其中KNN压电陶瓷因为具有优良的压电性能和机械性能，被认为是最具有可能替代PZT的无铅压电材料。
然而阻碍KNN压电陶瓷发展的主要问题是传统的方法无法烧结出致密的陶瓷体， 大大影响了压电和机械性能，本文选择能够有效降低烧结温度的ZnO作为掺杂对象。本文采用传统陶瓷工艺制备无铅压电陶瓷，详细探讨了不同比例ZnO掺杂对KNN陶瓷烧结特性，包括对显微结构以及电学性能等的影响。
2 实验过程
采用传统的固相法[3，4]制备了（Na0.48K0.48Li0.04）（Nb0.86Ta0.1Sb0.04）O3-xZnO压电陶瓷（x = 1.00、1.50、2.00、3.00）。首先，按配比称量分析纯原料：K2CO3、Na2CO3、Li2O3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5、ZnO、无水乙醇。将原料放入烘箱中在85℃干燥2～3h，充分去除水分后迅速放入干燥器皿中冷却至室温。将各原料按照化学式（Na0.48K0.48Li0.04）（Nb0.86Ta0.1Sb0.04）O3配比进行配料，然后装入研磨罐中，研磨介质为φ2mm的锆球进行研磨，以无水乙醇为媒介，用行星式球磨机球磨3～4h，取出烘干，在750℃保温2h完成预烧；再将粉料充分研磨，过筛，加入质量分数为10%左右的PVA进行造粒；在5MP压力下压制成直径15mm，厚l.5mm的圆片，并分别在1060℃、1080℃、1095℃、1100℃保温2h进行烧结，得到致密的陶瓷片。将陶瓷片的厚度控制在1.00mm左右，进行磨平。将磨好的陶瓷片均匀的涂上银浆，在750℃烧结陶瓷获得被上电极的陶瓷样品，并在90℃的硅油中极化，极化电压3～4kV/mm[5]，极化时间30min，放置1小时左右，进行测量其相关的性能。用JSM-5900LV型扫描电子显微镜（SEM[6]）对样品表面进行观察研究；采用准静态d33测量仪（ZJ-3AN型[7]）测量压电常数d33，用LCR电桥测试仪（YB2811型）测量损耗。
3 结论分析与讨论
3.1 显微结构分析
由SEM图可以看出压电陶瓷，在掺杂量相同（x=2.00mol%），烧结温度不同的情况下（1060℃、1080℃、1095℃、1100℃）同种陶瓷样品放大10000倍后的表面形貌图如图1所示。由图1（a）可以看出，温度在1060℃时，陶瓷表面有明显的孔洞，颗粒表面比较粗糙，致密度较差。从图1（a）、（b）、（c）、（d）可以看出，随着温度的升高致密度呈现先升高后降低的趋势，陶瓷表面的孔洞也呈现先减少后增加的趋势。一般而言，陶瓷晶粒大小会随着烧结温度的升高而增大，但是从陶瓷样品的表面SEM 图可以看出，陶瓷晶粒的大小并未发生太大的变化，这可能是由于掺杂的ZnO抑制了陶瓷晶粒的长大，在温度T=1100℃时，陶瓷表面出现大量的孔洞，这可能是晶体出现液化的原因。
3.2 压电性能分析
图2为室温下测量的无铅压电陶瓷压电常数随着ZnO掺杂比例的变化曲线图。由图2可以看出，随着掺杂量的增加，压电陶瓷的压电常数呈现先增加后降低的趋势。这可能是由于ZnO在一定程度上抑制了陶瓷晶粒的长大，从而使压电常数也随之增加；但当烧结温度超过一定范围时，ZnO的抑制作用降低，使晶粒继续增大并出现液化的现象，从而造成压电常数的降低。当T=1080℃，x=2.00mol%时，压电常数达到最（d33=77pC/N）。
3.3 介电性能分析
图3为室温下测量的无铅压电陶瓷介电常数和介电损耗随着掺杂量的变化曲线图。由图3（a）可以看出，随着掺杂量的增加，压电陶瓷的介电常数整体呈现先上升后下降的趋势。当T=1080℃，x=2.00mol%时，压电陶瓷的介电常数达到最大（εr=273.58）；这说明随着陶瓷体致密度的增加压电陶瓷的介电常数也会增加。反之介电常数也会降低。同时由图3（b）可以看出，压电陶瓷的介电损耗呈现先降低后增加的趋势。同时，当T =1080℃，x=2.00mol%时，介电损耗也达到最小（tanδ=2.98%）。压电陶瓷的介电损耗与陶瓷体的致密度有关，也与微观结构和显微形貌有关，晶粒排列紧密，晶界对电畴的夹持效应小，电畴转向过程中耗能少，介电损耗就会变小，反之介电损耗就会增加。
4 结论
采用传统固相法陶瓷工艺制备了（Na0.48K0.48Li0.04）（Nb0.86Ta0.1Sb0.04）O3无铅压电陶瓷；用SEM观测了样品的表面具体（10μm）形貌，并且测量了相关的压电和介电性能。研究结果表明：
①在ZnO的掺杂比例一定时，随着温度的升高，陶瓷的压电常数呈现先升高后下降的趋势，当T=1080℃，x=2.00mol%时，压电常数到达最大（d33=77pC/N）。这是由于ZnO在一定程度上抑制了晶粒的长大，从而使陶瓷的压电常数也随之增加；但当温度超过一定的范围时，ZnO的抑制作用降低，而使晶粒继续增大，从而造成压电常数的降低。
②通过改变ZnO的掺杂量，也使压电陶瓷的介电常数整体呈现先上升后下降的趋势，当T=1080℃，x=2.00时，压电陶瓷的介电常数达到最大（εr=273.58）。这是由于随着陶瓷体致密度的增加压电陶瓷的介电常数也会增加。反之介电常数也会降低。
③ZnO的添加一定程度上改善了陶瓷的介电损耗，介电损耗整体呈现先降低后升高的趋势，当T=1080℃，x=2.00时，介电损耗达到最小（tanδ=2.98%）。这是由于压电陶瓷的介电损耗与陶瓷体的致密度有关，同时也与微观结构和显微形貌有关，晶粒排列紧密，晶界对电畴的夹持效应小，电畴转向过程中耗能少，介电损耗就会变小，反之介电损耗就会增加。
参考文献：
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压电陶瓷范文2
关键词：PZT压电陶瓷元件、干压成型、喷雾造粒、丝网印银
1、引言
PZT压电陶瓷由于具有居里温度[1]高、压电性强、易掺杂改性[2]、稳定性好等特点，自20世纪60年代以来，一直是人们关注和研究的热点，在压电陶瓷领域中占主导地位。目前，市场上需求的PZT压电陶瓷元件的型号规格越来越多样化，片状、管状、柱状、条状及梯形状等，大型元件长度或直径可至200mm以上，而小型元件厚度只有0.2mm，甚至0.1mm，对于超长超大或超小超薄等特殊规格的元件来说，必须有更加先进的制备工艺技术。
PZT压电陶瓷元件常用的坯件制备方式，如轧膜成型，操作简单且效率高，但也存在许多不足，密度低，均匀性差，压电性能低；如等静压成型，压制的样品均匀致密且压电性能好，但制作成本太高。而干压成型，不仅制作成本相对低廉，而且各方面性能相对较优，一般软性材料，密度可达7.6×10-3Kg/m3以上，平面机电耦合系数Kp可达0.65左右。采用干压成型制备PZT压电陶瓷坯件，后续的烧结和机械加工，以及上电极和极化工艺也是值得注意的环节，本文针对以上几个关键问题作了分析讨论，同时对PZT压电陶瓷元件制备工艺的改进方向提出了建议。
2、坯件制备
采用干压成型的方式制备坯件，干压成型前应先将粉料造粒，即在粉料中加入占料中约5%的黏合剂，搅拌均匀并过粗筛（如40目筛），再以1t/cm2的压强进行预压块，最后将预压块研碎并过细筛（如30目筛）。造粒的目的不仅使黏合剂更加均匀的分布在粉料中，而且由于颗粒本身已经压紧，压料中空气较少，并较易排出，因此利于成型，使成型样品的密度更加均匀。如果采用喷雾干燥塔来造粒，与人工造粒相比，当然会得到更细更均匀的造粒料。值得注意的是，喷雾造粒的过程中，所加黏合剂的比例、粉料的细度都是需要控制的环节。通过实验，6%～8%的黏合剂含量最佳，粉料的细度一般以可通过20目筛为好。通过喷雾干燥塔造粒出的粉料因未经预压块呈现出更加松散的状态，干压成型时需要更高的压强，但因采用高温喷雾的方法，黏合剂的分布比人工造粒料更加均匀，所以成型样品的密度更高更均匀。
造粒后，利用油压机和模具成型，即制备坯件。成型压强对烧结后产品密度有很大关系，产品的密度也直接影响着PZT压电陶瓷元件的压电性能。成型压强太小，密度小，压强太大时，容易出现裂缝和分层。实验表明，采用手工造粒料成型，一般成型压强为1.0～1.5 t/cm2，采用喷雾造粒料成型，一般成型压强为1.5～2.0 t/cm2。
3、瓷件烧结和机械加工
干压成型后的坯件，需要通过高温烧结[3]才能成瓷。烧结是颗粒重排靠近，使材料致密化以及晶粒生长的过程，过高的烧结温度使陶瓷晶粒生长过大或组织机构不均匀，而烧结温度过低则会导致晶粒发育不完全，这些都会导致PZT压电陶瓷元件的压电性能受到影响。在工艺上，我们通常采用计算收缩率的方式来判断烧结情况。实验表明，采用手工造粒料成型的坯件，烧结后收缩率一般为12%～13%，采用喷雾造粒料成型的坯件，烧结后收缩率一般为13%～14%。一般来说，烧结温度适当的瓷件，收缩率正常，瓷件间不粘结或只有轻微粘结，瓷件折断后，可看到断面各处均匀致密，平坦而有光泽；而烧结温度过低的瓷件，收缩率小，无粘结，密度低，颜色浅，易折断，断面粗糙；烧结温度过高的瓷件，收缩率大，出现变形和粘结现象，颜色深，易折断，断面粗糙或很亮。
在工艺上，机械加工也是必不可少的一个环节，烧结后瓷件外表面粗糙，有些出现略微失铅的现象，所以通过机械加工，磨削掉表面一层，既提高粗糙度，又使瓷件密度更加均匀，通过机械加工还可以使所需瓷件外形尺寸更加精确，满足各种精度要求，通过机械加工还可以得到特殊形状（如梯形）的压电陶瓷瓷件。
4、上电极
PZT压电陶瓷元件两极间需要有金属电极才能导电，发挥压电性。传统的上电极方法有很多种，如烧渗银层、真空蒸镀、化学沉银和化学沉铜等，本文主要介绍烧渗银层。工艺上，最关键的是表面涂覆银浆的方式和烧渗银曲线。根据元件形状和电极花样，可选择不同银浆涂覆方式，一般圆片或圆环状元件可采用手工涂银的方式，条状或矩形状元件可采用喷枪喷银的方式，而这两种方式不仅银层不均匀且效率低，最佳方式为丝网印银。制作合适的夹具，将PZT压电陶瓷元件放置其中，上面放一层丝网，通过刮板将丝网上的银浆刷在PZT压电陶瓷元件表面，丝网印银的优点，银层均匀且效率高，还可印刷任何所需要的银层花样，尤其适用与薄型元件。
烧渗银曲线也是值得注意的一个环节，烧银的目的是使银浆中的氧化银还原成银，并使银在较高温度时渗入瓷件表面，形成紧密的结合。烧银时升温速度应控制好，最高温度要适当，实验表明，在400℃以前，速度一定要慢，一般不要超过100℃/h，最高温度一般为750℃～800℃。为了证明银层与瓷件结合的牢固程度，可以通过银层拉力实验来检测银层的抗拉强度，一般银层的抗拉强度可达30Kg/cm2以上，抗拉强度高的甚至可达100Kg/cm2以上。
5、极化
PZT压电陶瓷元件上电极后，需要经过极化才能显示压电效应。要使压电陶瓷得到完善的极化，充分发挥其压电性能就必须合理的选择极化条件，即极化电场、极化温度和极化时间。只有在极化电场作用下，电畴才能沿电场方向取向排列，极化电场越高，促使电畴取向排列的作用越大，极化就越完善。一般以kp达到最大值的电场为极化电场。在极化电场和极化时间一定的条件下，极化温度越高时，电畴取向排列较易，极化效果较好。同样，极化时间越长，电畴取向排列的程度高。在工艺上，针对不同的材料，我们往往需要选择一个最佳的极化条件。长期实验证明，一般硬性材料，电场在3～4kv/mm，温度90℃～120℃，时间15min以上；而软性材料，电场在2～3kv/mm，温度120℃～150℃，时间15min以上，若保持电压降温至60℃以下，效果更好。
6、结束语
PZT压电陶瓷的研究已半个多世纪，目前是国内外最重要的机敏材料之一，已经被广泛应用于电子、雷达、微位移控制、航天技术及计算机技术等领域，因此PZT压电陶瓷元件的制备也是至关重要。本文采用喷雾塔造粒，干压成型，烧结后作机械加工，丝网印银，烧渗银，最后极化，并对以上系列工艺作了分析和讨论，通过实验得出最佳工艺参数，制备出的压电陶瓷元件致密度高，压电性能优良，得到了客户认可。当然，目前工艺也存在很多缺陷，如制备出的PZT压电陶瓷元件压电性能批次间存在波动性、特殊形状或超大超小型的PZT压电陶瓷元件的成品率不是很高等，这些都需要我们进一步改进和完善工艺。
参考文献
[1]张沛霖，钟维烈，等编著.压电材料与器件物理[M].山东科学技术出版社，1996.
[2]张福学，孙慷主编.压电学.北京：国防工业出版社，1984.
压电陶瓷范文3
关键词 锆钛酸铅镧；压电陶瓷；钨铜酸铅；低温烧结
中图分类号TM282 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）99-0078-03
0引言
压电陶瓷在功能陶瓷材料中占有极为重要的地位，在各行各业及社会生活的各个方面得到了广泛应用。随着现代科技的迅猛发展，电子元件的对压电陶瓷的材料及工艺提出了新要求，研究热点之一的多层复合技术需要耗费大量Pt、Pd等贵金属作内电极，迫切需求压电陶瓷低温烧结技术以减少贵金属的耗费，而且在实用化的压电材料中仍占主导地位的锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷烧结温度高，PbO高温挥发导致陶瓷组分偏离配方及性能下降的同时，对环境造成严重污染。实现低温烧结不仅降低成本、节约能源，同时有效抑制PbO挥发，减少环境污染，因此人们对压电陶瓷低温烧结展开一系列的研究，改善工艺和添加助熔剂等方法在降低陶瓷烧结温度方面取得效果显著。
目前改善烧结工艺和改善制粉工艺等方法一定程度上降低了烧结温度，但工艺比较复杂，可重复性低，成本较高，难以实现工业化生产。添加低熔点助溶剂能通过液相烧结促进烧结并且在烧结后期回吸入主晶格起到掺杂改性的作用，而且生产工艺简单，成本低，是实现压电陶瓷低温烧结较为理想的一种方法。本文系统的介绍了钨铜酸铅（PWC）掺杂对锆钛酸铅镧（PLZT）陶瓷相结构、致密度及压电和介电性能的影响，发现随着PWC掺入量的增加，材料的d33、Kp和r都先增加后减小；而陶瓷相的结构由伪立方相逐渐过渡到四方相。适量的PWC掺杂既能降低烧结温度，又明显提高材料的压电和介电性能。
1实验
1.1 样品制备
以氧化铅、氧化镧、氧化铌、氧化锆和氧化钛为原料预合成法制备PLZT陶瓷粉体。为精确称量，所有原料均置于120℃的烘箱中干燥12h，按照化学式Pb0.9025La0.065（Zr0.58Ti0.42）0.975Nb0.02O3（简称PLZT）精确称取原料Pb3O4（99%）、ZrO2（99%）、TiO2（99%）、La2O3（99%）、Nb2O5（99%）。将原料混合湿法球磨2h，120℃的烘箱干燥8h过筛，在Al2O3坩埚中密封预烧3h，温度为850℃。将钨铜酸铅（PWC）加入到预烧粉料中，质量分数分别为2%、4%、6%、8%、10%。细磨3h，加入质量分数为10%的聚乙烯醇（polyvinyl alcohol， PVA）溶液，经40MPa预压造粒，500℃下排胶1h。样品分别在950℃，1000℃，1050℃，1100℃，1150℃下进行密封埋料烧结成瓷。烧成样品在600℃烧渗银电极，置于120℃油浴中，以3kV/mm电场极化10min，静置24小时待测。
1.2 样品测试
用D/max 2500PC型X射线衍射仪（XRD）、JSM-6360LA型扫描电镜（SEM）对样品进行结构和形貌分析；用HP-4294A低频阻抗分析仪测试压电、介电性能；用中科院声学所ZJ-3AN型准静态d33测量仪测压电应变常数d33；用Archimedes原理测试密度；用电容电桥法测量居里温度Tc。
2 结果与讨论
2.1 结构分析
图1为1100℃下烧结1h，不同含量的PWC掺杂到PLZT试样的X射线衍射（XRD）谱。从图中可以看出，所有组分均为钙钛矿相结构，且都以PLZT固溶体形式存在，没有第二相的存在。从图中还可以看到，PWC含量为2%的时候，衍射峰为宽化的单一峰，它对应的是（200）衍射峰，是伪立方相的特征峰；随着PWC含量的不断增加，在 2θ角为45°左右的衍射双峰对应的是（002）和（200）衍射峰，它为四方相的特征峰，说明PWC含量为4%的时候，存在明显的四方相的结构晶体，即随着PWC含量的增加，赝立方相逐渐向四方相转化。这是由于PWC中的离子组分置换了A位的Pb2+，引起晶格畸变，相结构逐渐由三方相向四方相转变的缘故。
2.2 形貌分析
图2为未掺杂的PLZT在1150°C下烧结1小时和不同PWC含量在1100°C烧结、保温1小时的陶瓷断面的SEM照片。从图中可以看到，无PWC掺杂的PLZT气孔较多，样品不致密，晶粒尺寸较小。随着PWC掺杂量的增加，气孔逐渐减少，晶粒长大，尺寸逐渐均匀。当掺杂量为4%时，晶粒尺寸达到最大；当掺杂量大于8%时，晶粒尺寸逐渐变得不均匀，气孔增多。
适量的加入PWC有利于样品晶粒的生长和陶瓷结构的致密，而过量的掺杂则不利于晶粒均匀生长和样品的致密化。主要是由于掺入PWC后，离子组分取代A位的Pb2+，使晶格发生晶格畸变，增加了晶体内结构缺陷，降低电畴间的势垒，从而有利于离子扩散，促进晶粒生长；过量的PWC中的离子组分难以全部进入主晶格，剩余液相堆积于晶界，抑制晶粒长大。
2.3 陶瓷介电、压电性能分析
图3给出了PWC不同掺杂量在950°C～1150°C烧结与相对介电常数εr和介电损耗tanδ的关系。结果表明，烧结温度较低时，PLZT活性过低，还保持着原有的钙钛矿晶体结构， PWC掺杂量对介电损耗tanδ几乎没有影响；晶体晶粒小，低介电常数的晶界和气孔所占的体积分数增大，εr值低于900。当烧结温度大于1000℃时，PbO挥发损失较大，晶体结构由三方逐渐向四方转化，此时有共存相，这种结构的活性大，导致内摩擦力增加，介电损耗增大，同时气孔率逐渐减小，致密度增加，εr先增大，当含量为4%时，εr达到最大2600，而后逐渐减小最后趋于不变，样品结构趋于稳定。此结果与上述XRD分析结果一致。
图4为压电系数d33、机电耦合系数Kp、机械品质因数Qm与不同含量PWC的关系。从图中可以得出：当烧结温度较低时， PWC的掺杂含量的增加，对d33、Kp的影响不大；当烧结温度大于1050℃时， PWC对压电性能有了显著影响；在同一烧结温度下，d33、Kp随着掺杂量的增加而逐渐增大，当掺杂量为4%时，性能达到最佳，Kp达到最大值，而后随着PWC含量的增加d33、Kp开始降低，最后逐渐趋于不变。d33极值出现在PWC含量为4%时，此时d33=350pC/N，烧结温度为1150°C。其原因可能是PWC的掺杂引入使得B位置离子含量的减少，适当的造成了A位置离子上的铅过量，同时弥补了烧结温度较高时PbO的挥发损失，从而使材料的性能基本保持不变，甚至可使材料的压电应能略有提高。机械品质因数Qm均低于90。
图5是不同含量PWC在不同频率下介电常数、介电损耗随温度的变化关系曲线图。可以看到，居里温度随着PWC含量的增加而逐渐升高，当PWC含量为6%时，居里温度达到最大，后随着PWC含量的增加居里温度开始减小。主要原因是PWC的加入在烧结温度较低时能形成过渡液相促进烧结使居里温度较高，但是在烧结后期PWC的加入形成剩余液相破坏了PLZT陶瓷样品晶体结构的有序性，导致材料的居里温度降低。还可以看到，介电常数随着温度的升高先逐渐增大而后减小；在频率为1kHz，温度高达300°C时介电损耗均小于0.04，当温度大于350℃时，介电损耗随着温度的提高而逐渐增大。出现上述结果的主要原因是样品在高温下的电导较高。
图6给出了室温下测量的PWC含量为4%时不同烧结温度下PLZT样品的电滞回线。从图可以发现，样品具有典型的电滞回线，样品的剩余极化强度Pr在相同PWC掺杂时随着烧结温度的提高逐渐升高，样品的矫顽场Ec变化不大，Ec均小于1.2kV/mm。主要原因是PWC可以使PLZT陶瓷样品具有软化效果，另一原因可能是烧结温度高，晶粒尺寸均匀且致密度良好气孔较少导致。
3 结论
采用固相合成法，制备出掺杂PWC的Pb0.9025La0.065（Zr0.58Ti0.42）0.975Nb0.02O3压电陶瓷，可得到以下结论：
1）掺杂少量PWC能使PLZT压电陶瓷的烧结温度降低到950℃～1100°C，有效提高压电陶瓷的压电、介电性能；2）掺杂PWC的PLZT压电陶瓷均显示出单相钙钛矿结构，推测PWC降低烧结温度机理为形成过渡液相促进烧结，在烧结后期被主晶格吸收；3）研究了PWC掺杂量对PLZT陶瓷烧结 性能的影响。当PWC掺杂量为4%，在1100°C下烧结1小时，其居里温度Tc=230℃，压电应变常数d33=311 pC/N，机电耦合系数Kp=0.44，介电常数εr=2389，介电损耗tanδ=0.04，机械品质因数Qm=67.7。
参考文献
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压电陶瓷范文4
【关键词】水电厂；一次设备；过电压；保护
一、电力系统过电压分类和特点
电力系统过电压主要分以下几种类型：大气过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压。
图1
（一）大气过电压
由直击雷引起，特点是持续时间短暂，冲击性强，与雷击活动强度有直接关系，与设备电压等级无关。因此，220KV以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决定。
（二）工频过电压
由长线路的电容效应及电网运行方式的突然改变引起，特点是持续时间长，过电压倍数不高，一般对设备绝缘危险性不大，但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用。
（三）操作过电压
由电网内开关操作引起，特点是具有随机性，但最不利情况下过电压倍数较高。因此30KV及以上超高压系统的绝缘水平往往由防止操作过电压决定。
（四）谐振过电压
谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害性较大；过电压一旦发生，往往造成电气设备损坏和大面积的停电事故。许多运行经验表明，中低压电网中过电压事故大多数都是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，在选择保护措施方面造成困难。为了尽可能地防止发生谐振过电压，在设计和操作电网时，应事先进行必要的估算和安排，避免形成严重的串联谐振回路；或采取适当的防止谐振的措施。谐振过电压轻者令到TV的熔断器熔断、匝间短路或爆炸；重者则发生避雷器爆炸、母线短路、厂用电失电等严重威胁电力系统和电气设备运行安全的事故。
二、水电厂电气一次设备过电压保护措施探讨
电气一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。
（一）励磁变压器的过电压保护
目前国际公认的最先进的过电压保护器件是氧化锌压敏电阻（或称非线性电阻ZnO）组成的无间隙避雷器。但在励磁变的过电压保护上存在以下实际问题：
（1）ZnO在额定工况下是不导通动作的，不能长期、连续、频繁地动作，否则会引起ZnO快速老化击穿短路。对100Hz的频繁连续的换相过电压不能用ZnO来吸收。
（2）对其它过电压，是偶发的、短暂的，很适合用ZnO来保护。但按国标GB11032《交流无间隙金属氧化物避雷器》生产的普通避雷器（MOA）仍不能直接用来保护励磁变。因为：MOA均跨接在相与地之间，对相间过电压要经过两只MOA串联限压，残压为相-地的两倍，超出了绝缘的耐受程度，不能有效地保护相间绝缘；国标所列的参数均是针对电力系统额定电压的，而励磁变二次电压随发电机参数而变，套不上标准，买不到合适的定型产品。
对于上述100Hz的频繁、连续的换相过电压，可用阻容吸收器来限制。因为阻容没有“负荷率”和老化的问题，只要电阻的散热功率足够，就可以连续吸收过电压。其原理电路见图。励磁变LB二次绕组任意两相电流突变产生过电压时，都可以经过二极管D1～D6对电容C充电，从而得到缓冲，降低di/dt，减小了过电压。过电压消失后，C上的电荷向电阻R释放，等待下一个周期再次吸收。
二极管D1～D6的作用一是可使三相共用一组R、C，节省体积大、价格高的高压电容；二是防止C上的电荷向励磁回路释放，避免在可控硅换相重叠瞬间两相短路时，C突然放电产生极大的di/dt，损坏可控硅管；三是可以避免电容C和回路电感产生振荡。
本方案的原理电路并不新鲜，一般教科书中早有介绍，但其阻容参数的选择却有一番研究。教科书中选择C容量的出发点是吸收整流变空载拉闸时漏感的磁能，但实际上机端自并励系统的励磁整流变不可能有这种工况，所以这种容量计算在这里就无实际意义。这里要吸收的是可控硅换相时反向恢复电流在励磁变漏感及引线电感中产生的磁能。详细的分析计算比较繁杂，限于篇幅不拟在这里探讨。
（二）放电间隙保护
所谓保护间隙，是由两个金属电极构成的一种简单的防雷保护装置。其中一个电极固定在绝缘子上，与带电导线相接，另一个电极通过辅助间隙与接地装置相接，两个电极之间保持规定的间隙距离。保护间隙构造简单，维护方便，但其自行灭弧能力较差。其间隙的结构有棒型、球型和角型三种。棒型间隙的伏秒特性较陡，不易与设备的绝缘特性配合；球型间隙虽然伏秒特性最平坦，保护性能也很好，但它与棒型间隙一样，都存在着间隙端头易烧伤的缺点，烧伤后间隙距离增大，不能保证动作的准确性；角型间隙放电时，电弧会沿羊角迅速向上移动而被拉长，因而容易自行灭弧，间隙不会严重烧伤，所以，近年来角型间隙被广泛用于配电线路和配电设备的防雷保护。
由于保护间隙的间隙距离较小（8～25mm），易为昆虫、鸟类或其他外物偶然碰触而引起短路，因此常在接地引下线上串接一个小角型辅助间隙。在正常情况下，保护间隙对地是绝缘的，并且绝缘强度低于所保护线路的绝缘水平，因此，当线路遭到雷击时，保护间隙首先因过电压而被击穿，将大量雷电流泄入大地，使过电压大幅度下降，从而起到保护线路和电气设备的作用。
防雷保护间隙的结构应满足以下要求：（1）间隙距离应符合要求，并稳定不变。（2）间隙放电时，应能够防止电弧跳到其他设备上。（3）能防止间隙的支持绝缘子损坏。（4）间隙正常动作时，能防止电极烧坏。（5）电极应镀锌或采取其他防锈蚀的措施。（6）主、辅间隙之间的距离应尽量小，最好三相共用一个辅助间隙。
（三）出线过电压保护
1.GIS配电装置出线过电压保护配置
对于连接GIS管道的架空线路，其进线段保护长度应不小于2km。
图2
如图2所示，220kV及以下GIS配电装置架空线路的出线连接处，应装设出线侧避雷器F1，母线上不应安装母线避雷器。220kV及以下GIS配电装置的电缆或混合出线的过电压保护。220kV、110kV进线有电缆段的GIS变电所，在电缆段与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器（FMO1），其接地端应与电缆的金属外皮连接。对三芯电缆，末端的金属外皮应与GIS管道金属外壳连接接地；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器（FC）接地。电缆末端至变压器或GIS 一次回路的任何电气部分间的最大电气距离不超过130米或虽超过。对连接电缆段的2km架空线路应架设避雷线作为进线段保护。35kV及以下进线有电缆段的GIS变电所，在电缆段与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器（FMO1），其接地端应与电缆的金属外皮连接。若电缆末端至变压器或GIS一次回路的任何电气部分间的最大电气距离不超过50米。进线全长为电缆的GIS变电站连接处是否需装设金属氧化物避雷器，应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能，经校验确定。220kV及以下GIS配电装置的出线侧避雷器宜安装在GIS外部。
2.AIS配电装置出线过电压保护配置
对于35kV～220kV架空线路，应有进线段保护，新建35kV～220kV变电站出线应装设出线侧避雷器，出线侧避雷器的安装位置应选择在变电站内。现有35kV～220kV变电站出线应加装出线侧避雷器，出线侧避雷器的安装位置宜选择在变电站内（支架上、门型构架上），若无条件，可选择安装在出线终端塔上。
图3
若变电站全部出线都配置了避雷器，母线上可不安装避雷器，但应校核极端运行方式（如一线一变）下的保护距离，不满足要求时，应安装母线避雷器。 220kV及以下架空线路与电缆混合线路，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器F1，其接地端应与电缆金属外皮连接。对单芯电缆（如图3a所示），金属外皮应经电缆护层保护器Fc接地，对三芯电缆（如图3b所示），两端的金属外皮应直接接地。若电缆长度超过50m时，应在变电站侧的电缆终端装设避雷器F2（长电缆经校核雷冲击波衰减满足绝缘配置要求的，可不装设F2）。
参考文献：
压电陶瓷范文5
铝电解电容的设计缺陷
AC-DC电源转换器，要实现交流到直流的变换，首先需要将交流电压经过整流滤波后形成一个稳定、平滑的直流电压给自身及外部器件供电。而电解电容由于具有单位体积内电容量大、额定容量大（可实现法拉级）、价格低廉等优点，常成为常规开关电源中整流滤波的关键器件。电解电容是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成，电解液在高温和低温等极端条件下，非常容易漏液和干涸，从而使其电气属性发生变化，最终导致电容失效。一旦铝电解电容失效，因其剧烈反应形成压力，就会释放出易燃、腐蚀性气体，导致AC DC模块电源失效。
根据铝电解电容的物理结构，可以用图1中所示的电路等效，其中CAK代表两电极问的理想电容量；Rp是并联电阻，代表了电容的漏电流成分；Rl代表了电容引出端及电极部分的串联电阻成分；L代表了引出线和连接处的等效串联电感成分。
铝电解电容的性能主要依赖其中介质部分，即阳极金属氧化膜部分。除受初始工艺的影响外，在工作过程中，电解液也会不断修补并增厚该氧化膜，随着阳极金属氧化膜的不断增厚，铝电解电容等效电路模型中的电容值C会不断下降，等效串联电NESR会不断增大，同时阴极反应产生的氢气又加速了电解液的挥发，这些便是引起铝电解电容退化的主要因素。
因而，虽然电解电容有着其他类型的电容无法替代的优势，但还是具有内部损耗大、静电容量误差大、漏电流大、高低温特性差等缺陷。故采用电解电容设计的常规AC DC电源模块在高低温特性、可靠性、使用寿命等方面具有明显的劣势。
那么，如果AC-DC电源设计中不使用电解电容，电源产品将会怎样呢？无电解电容的AC-DC电源模块是否可避免上述致命缺陷？
无电解电容产品的优势
与电解电容相比，陶瓷电容具有极低的ESR和ESL，能降低因寄生参数而引起的损坏风险；同时，因陶瓷电容的电解质在高低温等极限条件下不易挥发、凝固，容量相对稳定，能长时间保持电容的电气特性，从而极大地提高了电源产品的高低温性能和长期使用的可靠性。
1 高效、环保
LN系列采用填谷电路进行设计，利用高压陶瓷电容完美替代铝电解电容，增加了整流管的导通角，使输入电流波形从尖峰脉冲变得更接近正弦波，从而大幅度提高电源的功率因素（如表1所示），提高电源的转换效率，更加利于环保节能，显著降低总谐波失真（见图1）。
以下所有表中旧方案为采用电解电容的产品，新方案为采用填谷电路无电解电容的新产品。
2 产品寿命的提升
电源本身是一个功率器件，在正常工作时功率损耗通过热的形式散发到外部，其内部的变压器、开关器件、整流二极管等都是发热器件。除内部因素外，大部分电源需应用在较高的环境温度中，这些都会导致电解液的挥发，降低电解电容的使用寿命。
陶瓷电容采用特性最稳定的陶瓷材料作为介质，特别是一类陶瓷电容（NOP）能实现55～+125℃的工作环境温度，容量变化不超过±30×10-6/℃。电容温度变化时，容值很稳定，即具有温度补偿功能，适用于要求容值在温度变化范围内稳定和高Q值的线路以及各种谐振线路中；二/三类陶瓷（X7R）实现55～+125℃的工作温度范围内，容量最大的变化为±15%。
从高压陶瓷电容的介质与铝电解电容的电解液介质本身的特性可以看出，陶瓷电容能够承受更严格的环境要求，对电源产品的寿命、可靠性的设计都有着重要的意义，能够很大程度地提高电源产品的使用寿命以及可靠性。
无电解电容AC-DC电源模块LN系列通过采用填谷电路，利用高压陶瓷电容成功替代铝电解电容，能够有效避免电解电容因内部电解液导致的高低温性能差问题；避免因电解液的挥发导致电容容值下降、电源产品寿命降低问题；甚至可以避免因电解液的剧烈喷发或者漏液引起的安全问题。
3 稳定的高低温特性
目前，大多数常规电解电容的额定工作温度为105℃，但因电解电容在高温条件下电解液易挥发，电源本身发热较大等原因，常规采用电解电容的AC-DC电源只能工作在70℃的环境条件下。要提高电源的工作环境温度，必须采用价格更昂贵、体积更大的电解电容，或者以降额的方式实现高低温条件下的应用，图3为金升阳常规AC-DC电源产品在高低温环境下的降额要求。
LN系列能在成本、体积变化不大的情况下实现高温工作，能满足-40～+70℃条件下无任何降额要求，可应用在环境温度较高/较低，且对电源产品的可靠性、使用寿命较高的场合，如路灯控制、LED等行业。
4 高EMC特性
金升阳无电解电容LN系列产品，充分考虑到不同应用场合、不同的设计要求，对产品的EMC性能进行了全面的升级优化。在模块内部通过PCB设计、采用多级EMC滤波等方式实现在无任何防护器件的情况下EMI满足CLSS B，防浪涌能力达4级。
压电陶瓷范文6
关键词 在用；压力容器；磁粉检测；工艺
中图分类号 TH49 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2013）104-0101-02
通常情况下，在用压力容器所产生的问题多为表面上的缺陷，而磁粉检测就是对这种表面缺陷进行检测的一种重要方式之一。主要因为磁粉检测具有低成本、高灵敏度、高速度等优点，也正是因此这种检测方式才被广泛的应用在了压力容器的常规检测中，但与此同时，这种检测方法对检测环境、工件的结构特征等都有较高的要求，如果检测工艺掌握不良，其检测效果也会受到很大影响，为此，为了提高磁粉检测工艺的实际效果，我们要对其工艺要点进行分析。
1 做好检测前的准备工作
检测前期的准备工作主要包括两个个大的环节，即磁粉材料的准备工作、检测设备的准备工作，以上两个环节是保证磁粉检测效果充分发挥的重要内容。
1.1 磁粉材料准备工作
通常情况下磁粉分为两种类型，一种是干粉；另一种是湿粉。无论是哪种类型的磁粉，其都能够进行磁粉检测，但选用不同类型的磁粉所检测的效果是不同的，通过以往实践证明，湿粉检测效果要远远精确于干粉检测效果，更重要的是湿粉在容器内进行检验时不会随着空气流动而产生漂浮，也就不会对检测工作人员的身体健康造成影响，这就是干粉检测最大的弊端。
在用压力容器检测时最宜选用湿磁粉，对于一二类容器而言，如果压力容器存在对接的焊缝，则需要选用非荧光磁粉，并与一定的水融合，形成磁悬液；而如果压力容器中存在的是搭接或者是接管角的焊缝，则需要选用非荧光磁粉，同样于一定的水融合成磁悬液。对于三类压力容器或者是具有特殊性质（易燃易爆、有毒），则需要提高磁粉选用标准，最好使用由磁悬或者磁悬液。
1.2检测设备准备工作
由于在用压力容器的磁粉检测工作对现场环境的要求较高，所以其检测设备也要符合对环境的要求，尽量选用轻便、灵活、灵敏的检测设备。探伤仪可以选择照明效果比较好，具有照明灯的DCE-E型号的探伤仪，其能够保证检测人员具有宽阔的视野确认压力容器上的伤痕。电源的选择，电源可以选择常用的交流电，因为其能够持续不断的输电，保证电量的充足；交流电的脉冲会辅助磁粉流动；具有旋转磁场，能够实现全面检测，适当提高工作效率。
2 检测过程中的注意事项
在检测过程中也要做好以下几项工作，第一要准备好检测工件；第二要准备好磁化工件；第三要注意施工加粉的步骤和细节。
2.1准备好被检测工件
被检测工件的准备情况直接关系到了磁粉检测效果，如果想要获得最真实的容器伤痕情况就要保证被检测工件的清洁，例如要在检测开始之前除去被检测工件上的油渍、氧化物、铁锈等等，因为他们会影响到检测效果。但是要注意在清洁被检测工件过程中的安全问题，尽量不要采取用砂轮打磨的方式来处理，因为对于那些易燃易爆的压力容器来说，这种处理方式会导致容器壁的厚度变薄，进而会产生一定的安全隐患，而如果容器内存在焊缝过于突出、咬边或者过于凹陷的位置，要对其进行处理以减少磁场的不良影响。
2.2准备磁化工件
在使用磁粉检测过程中，为了提高检测效果的精确性，我们要尽量减小被检测工件面同磁极端面之间的空隙。通过以往经验及相关计算显示，磁场强度与被检测工件面同磁极端面之间空隙是成反比的，如果空隙越小，磁场的强度就会越大，这样检测的效果相对应的也会越好，相反，如果空隙过大，导致磁场强度不达标，这样就会导致漏检现象的出现，所以，要保证磁粉检测效果我们就要把空隙控制在1.5毫米以内。尤其是在对圆筒在用压力容器进行检测时，如果遇到“碟型封头拼接与环缝的丁字接头处”，为了控制被检测工件与磁极之间的缝隙过大，我们要采用分段检测的方式进行。
磁轭运行速度也会对磁粉检测的灵敏性产生很大的影响，而磁轭的运行速度也受到了检测方法、被检测工件表面情况、磁悬液性等的影响，所以最好的方式为贴标准测试片，这样就避免了磁轭运行速度过快所导致的漏检现象的出现。
2.3 正确施加磁粉
磁粉检测是一个持续的操作过程，所以磁粉的施加也需要在整个操作过程中持续进行，具体要求如下：
1）与磁化同步施加磁粉。如果在磁化开始之前进行磁悬液的施加，会导致磁悬液较早的沥干，这样就不易形成缺陷磁痕；而如果在磁化结束之后施加磁悬液，在磁化过程中已经形成的缺陷磁痕就会受到磁悬液的破坏，以上两种结果都会导致漏检现象的出现，所以说磁粉的施加一定要确保与磁化同步进行；
2）确保磁悬液的湿润度。之前论述，对压力容器进行磁粉检测最好要选择湿磁粉，也就是磁悬液，主要是因为磁悬液能够对压力容器内部的缺陷形进行湿润从而形成磁痕，而如果在检测过程中，磁悬液的湿润度不足，就不能形成完整的磁痕，这时就需要马上停止检测工作，要重新对被检测工件进行处理，以保证检测质量；
3）控制磁悬液喷洒方向及浓度。不同接缝容器的检测方向是不同的，例如具有环缝的卧式容器就需要自上而下进行检测，所以磁悬液的喷洒方向也需要根据这一特点进行控制，为了确保磁悬液能够流淌到整个检测区域，要控制磁悬液喷洒在整个磁化域的正前方，方向也要顺着磁轭的运行方向进行。喷洒浓度的控制就是要保证不要太稀或者太干，以保证磁粉检测的灵敏性。
3 记录与评定
在进行磁粉检测过程中要对检测过程以及结果进行详细的记录，尤其是那些无法准确确定的磁痕要马上重新检测，对于已经确认的要采用三种方式进行记录，即标记、影像记录、草图记录。
磁粉检测主要是对在用压力容器的裂痕进行检测，而非裂痕的磁痕就要重新评定，主要有以下几个步骤，观察、判定无关磁痕、判定裂痕磁痕。
4 结论
由于磁粉检测灵敏度、准确度的影响因素比较多，在检测过程中要对细节要点工作进行重点控制，本文主要从三个大的方向对在用压力容器的磁粉检测工艺要点进行了探讨，在探讨过程中重点讨论了检测过程中的注意事项这一部分，本文主要从三个方向对这一部分进行了论述，还望对实际的磁粉检测工作有所帮助。
参考文献
[1]徐国良.浅谈在用压力容器磁粉检测技术[J].机电信息，2010（12）.
