[发明专利]一种气体放电管的石墨烯钨铜合金改性电极及制备方法

说明书

本发明公开了一种气体放电管的石墨烯钨铜合金改性电极及制备方法，属于防雷产品电极技术领域。所述改性电极由石墨烯、钨粉、铜粉制备而成，其质量份数按照前述顺序分别为0.01‑0.10：7：3。所述电极制备方法简单，具有更高的耐烧蚀性能和电学性能。利用本发明石墨烯钨铜合金改性电极制备的气体放电管保护性能好，具有优异的击穿电压稳定性和使用寿命，增强对于设备的防雷保护。

技术领域

本发明属于防雷产品电极技术领域，具体涉及一种气体放电管的石墨烯钨铜合金改性电极及制备方法。

背景技术

随着高速铁路发展迅速，高铁因多采用高架桥敷设于中东部和沿海地区，雷电活动频繁，其中信号设备易遭受雷电过电压冲击，提高信号设备的共模防护器件气体放电管防雷性能是十分有必要的。气体放电管主要由电极和陶瓷管封装组成，管内充满电气性能稳定的惰性气体。是一个毫米级瞬态过电压保护器件，具有结构简单，泄流能力强，绝缘电阻高，共模过电压防护强等独特性能，应用于交通运输、移动通讯和电力系统众多领域过电压防护。工程经验表明，系统中出现的雷电过电压和操作过电压，易导致气体放电管多次放电击穿。电极作为气体放电管中的核心部件，承载着抑制过电压、疏通过电流的重任，累积放电导致电极熔融溅射，气体放电管存在击穿电压数值波动，使用寿命较短，无法提供稳定不变的标称击穿电压值，存在短路失效问题，使得被保护的设备安全性降低，无法满足重要工程对于过电压防护器件的高可靠性要求。

硬度、相对密度等物理性能更好的钨铜合金，以钨铜合金制备的电极具有高硬度、高抗烧蚀性、高韧性，有益于气体放电管的耐烧蚀性能。石墨烯作为当前硬度强度更好的材料，具有良好的导电导热性能，抗烧蚀性能良好，是复合材料中较好的增强材料。有研究表明钨铜合金中添加适量石墨烯材料优于其单独使用性能，因此合理地改用调控电极材料的石墨烯、钨铜对于提高气体放电管防雷保护性能十分重要。

目前，气体放电管防雷性能提升已经成为防雷高电压领域的热点研究问题，既有学术论文的理论分析，也有产业应用的工程方法，如发明专利申请说明书《一种新型陶瓷气体放电管电极结构》(CN214175964U)和《一种超细晶钨基气体火花开关电极的制备方法》(CN107737951A)。其中：

《一种新型陶瓷气体放电管电极结构》，设计在电极表面使用金属物化膜扣盖结构。其存在的不足主要为，该设计未考虑到气体放电管电极出现多次放电，放电对于电极烧蚀和材料溅射问题，该结构改变无法完成气体放电管对于高可靠性应用场合的要求。

《一种超细晶钨基气体火花开关电极的制备方法》，采用湿化学方法制备钨粉掺杂稀土氧化物，稀土氧化物颗粒分散在钨粉基体中，在较低的烧结温度下达到很高的烧结密度，提高导电性能。但是该方法存在以下的不足：该电极的方法需要通过溶液燃烧合成法制备氧化钨/稀土氧化物复合物，通过氢气还原得到稀土氧化物掺杂的纳米钨粉，操作工艺较为复杂。

此外，现有技术存在的电极主要从结构方面进行改进，采用辅助电极促进气体击穿，电极表面不同凹陷网格的设计规格等，另一方面改进电极表面促进发射材料，侧重于工程经验改进，缺乏对于长寿命电极研制，存在短周期试验等局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题为现有技术气体放电管存在的击穿电压稳定性差和使用寿命不足等问题。本发明提供一种气体放电管的石墨烯钨铜合金改性电极及制备方法，该电极具有高相对密度、高硬度和低逸出功，且该电极的制备方法操作简单。具体的，本发明采用高硬度、高熔点的钨、导电性较好的粘结相铜和高耐烧蚀的石墨烯，采用粉末热压烧结的方法，得到石墨烯钨铜合金改性电极。

为了实现上述目的，本发明提供了一种气体放电管的石墨烯钨铜合金改性电极，所述石墨烯钨铜合金改性电极由石墨烯、钨粉、铜粉制备而成，其质量份数按照前述顺序分别为0.01～0.10∶7∶3。

优选地，所述石墨烯的粒径为0.5μm～3.0μm，所述钨粉的粒径为2.5μm～5μm，所述铜粉的粒径为5μm～10μm。