本發(fā)明屬于但不限于氣體絕緣輸電線路，尤其涉及一種gil三支柱接地電極銅/石墨體系性能優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、在gil系統(tǒng)中，滑動(dòng)三支柱絕緣子柱腿末端的接地電極對(duì)于確保絕緣子與殼體間的穩(wěn)定接觸至關(guān)重要。然而，在gil的長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，由于設(shè)備振動(dòng)和殼體的熱脹冷縮，接地電極與殼體之間會(huì)產(chǎn)生反復(fù)的摩擦。這種持續(xù)的摩擦?xí)铀俳拥仉姌O的材質(zhì)磨損，特別是對(duì)于當(dāng)前廣泛采用的銅質(zhì)電極。磨損不僅導(dǎo)致三支柱絕緣子接地不良，還會(huì)造成大量金屬屑的產(chǎn)生，從而增加內(nèi)部絕緣擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)設(shè)備安全構(gòu)成威脅。因此，接地電極的性能優(yōu)化對(duì)于gil設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
2、由于純銅耐磨性能欠佳，目前興起了銅基復(fù)合材料的相關(guān)研究，其優(yōu)異的物理性能如機(jī)械強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、抗蠕變、循環(huán)疲勞特性以及卓越的電熱性能備受青睞，被廣泛應(yīng)用于多領(lǐng)域。銅/石墨復(fù)合材料兼具銅的高導(dǎo)電導(dǎo)熱性能與石墨的自潤(rùn)滑性能，多應(yīng)用于對(duì)導(dǎo)電和耐磨性能有特殊要求的領(lǐng)域。
3、目前，急需一種優(yōu)化gil三支柱接地電極銅/石墨體系性能的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于等離子燒結(jié)技術(shù)的gil三支柱接地電極銅/石墨體系性能優(yōu)化方法，旨在解決現(xiàn)有的接地電極材料耐磨性不足導(dǎo)致的接地電極磨損以及絕緣擊穿等問(wèn)題，提升其耐磨性。
2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種gil三支柱接地電極銅/石墨體系性能優(yōu)化方法，包括以下步驟：
3、步驟1，燒結(jié)制備優(yōu)化銅/石墨接地電極的材料樣品，所述接地電極樣品包括不同石墨含量與不同石墨粒徑的樣品；
4、步驟2，對(duì)所制備的接地電極樣品的各性能進(jìn)行測(cè)試，具體性能包括樣品微觀組織形貌、耐磨性、電導(dǎo)率、維氏硬度、熱導(dǎo)率、致密度；
5、步驟3，通過(guò)雷達(dá)圖分析法對(duì)接地電極材料性能進(jìn)行評(píng)估，將材料的耐磨性、電導(dǎo)率、維氏硬度、熱導(dǎo)率、致密度進(jìn)行綜合對(duì)比分析，得到綜合性能最佳的接地電極材料。
6、進(jìn)一步，在步驟1中采用等離子熱壓燒結(jié)技術(shù)制備銅/石墨接地電極的材料樣品。
7、進(jìn)一步，在步驟1中所述制備優(yōu)化銅/石墨接地電極的材料樣品的方法包括：
8、步驟1.1，對(duì)接地電極原材料進(jìn)行前處理，包括堿洗和酸洗；
9、步驟1.2，利用高能球磨將銅粉與石墨粉進(jìn)行充分混合，設(shè)置球磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)，包括轉(zhuǎn)速、球料比、轉(zhuǎn)速、球磨時(shí)間；
10、步驟1.3，對(duì)處理好的粉末進(jìn)行稱量并裝入燒結(jié)磨具中；
11、步驟1.4，開始進(jìn)行樣品的燒結(jié)，設(shè)置燒結(jié)參數(shù)，包括燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力、燒結(jié)時(shí)間以及爐內(nèi)真空度。
12、進(jìn)一步，在步驟2中設(shè)置摩擦測(cè)試機(jī)參數(shù)，包括載荷、摩擦速度、摩擦行程和摩擦?xí)r間，通過(guò)計(jì)算和金相顯微鏡得出的摩擦系數(shù)與磨痕微觀圖表征材料的耐磨性：
13、
14、其中，μ表示摩擦系數(shù)，f為物體間的摩擦力，n為作用在物理表面的垂直力。
15、進(jìn)一步，在步驟2中電導(dǎo)率測(cè)試前需校準(zhǔn)測(cè)試儀以求結(jié)果的準(zhǔn)確性。
16、進(jìn)一步，在步驟2中設(shè)置維氏硬度計(jì)參數(shù)，包括加載壓力、保壓時(shí)間。
17、進(jìn)一步，在步驟2中設(shè)置熱導(dǎo)率測(cè)試儀參數(shù)并噴涂石墨，參數(shù)包括環(huán)境溫度、閃射點(diǎn)數(shù)。
18、進(jìn)一步，在步驟2中采用阿基米德排水法測(cè)試材料的致密度：
19、
20、其中，m為物理的重量，g為重力加速度ρ和v分別為水的密度和所排水的體積。
21、進(jìn)一步，在步驟3中采用雷達(dá)圖法評(píng)估接地電極綜合性能，選擇基準(zhǔn)值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并分配權(quán)重：
22、
23、其中，θ代表歸一化后得到的性能指標(biāo)，x代表原始數(shù)據(jù)，y為純銅的原始數(shù)據(jù)，ω代表該性能所占權(quán)重。
24、本發(fā)明的另一目的在于提供一種gil三支柱接地電極銅/石墨體系性能優(yōu)化方法的gil三支柱接地電極銅/石墨體系性能優(yōu)化方系統(tǒng)，包括：
25、材料樣品制備模塊，燒結(jié)制備優(yōu)化銅/石墨接地電極的材料樣品，所述接地電極樣品包括不同石墨含量與不同石墨粒徑的樣品；
26、性能測(cè)試模塊，對(duì)所制備的接地電極樣品的各性能進(jìn)行測(cè)試，具體性能包括樣品微觀組織形貌、耐磨性、電導(dǎo)率、維氏硬度、熱導(dǎo)率、致密度；
27、性能評(píng)估模塊，通過(guò)雷達(dá)圖分析法對(duì)接地電極材料性能進(jìn)行評(píng)估，將材料的耐磨性、電導(dǎo)率、維氏硬度、熱導(dǎo)率、致密度進(jìn)行綜合對(duì)比分析，得到綜合性能最佳的接地電極材料。
28、結(jié)合上述的技術(shù)方案和解決的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案所具備的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：
29、第一、本發(fā)明所述的方法，基于等離子燒結(jié)技術(shù)制備出銅/石墨接地電極復(fù)合材料，通過(guò)改變石墨含量與石墨粒徑提升接地電極的耐磨性，并測(cè)試各材料的微觀組織形貌、耐磨性、電導(dǎo)率、維氏硬度、熱導(dǎo)率、致密度，選取純銅作為基準(zhǔn)值對(duì)所測(cè)試的值進(jìn)行歸一化處理，再根據(jù)各性能的重要程度分配權(quán)重，采用雷達(dá)圖評(píng)估法對(duì)各接地電極材料的綜合性能進(jìn)行評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)接地電極的高效、精確的性能優(yōu)化
30、第二，本發(fā)明提出的gil三支柱接地電極銅/石墨體系性能優(yōu)化方法，通過(guò)一系列詳細(xì)的步驟對(duì)接地電極材料進(jìn)行了全面的性能優(yōu)化與評(píng)估。以下是對(duì)本發(fā)明的參數(shù)、算法和數(shù)學(xué)模型的詳細(xì)解析，以及它們?nèi)绾谓鉀Q現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題和帶來(lái)的技術(shù)進(jìn)步：
31、參數(shù)設(shè)置與優(yōu)化
32、1)燒結(jié)制備參數(shù)：
33、采用等離子熱壓燒結(jié)技術(shù)，該技術(shù)相比傳統(tǒng)燒結(jié)方法能大大縮短燒結(jié)時(shí)間，并提高材料的致密度和性能。
34、燒結(jié)參數(shù)包括燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力、燒結(jié)時(shí)間以及爐內(nèi)真空度，這些參數(shù)均經(jīng)過(guò)精心調(diào)整以達(dá)到最佳燒結(jié)效果。
35、2)原材料處理參數(shù)：
36、原材料經(jīng)過(guò)堿洗和酸洗進(jìn)行前處理，以去除表面的有機(jī)物、無(wú)機(jī)鹽和氧化物等雜質(zhì)，提高材料的純凈度和燒結(jié)質(zhì)量。
37、高能球磨的參數(shù)(轉(zhuǎn)速、球料比、球磨時(shí)間)被精確控制，以確保銅粉和石墨粉能夠充分混合，并改善復(fù)合材料的界面結(jié)合。
38、3)性能測(cè)試參數(shù)：
39、耐磨性測(cè)試通過(guò)設(shè)定摩擦測(cè)試機(jī)的載荷、摩擦速度、摩擦行程和摩擦?xí)r間等參數(shù)，準(zhǔn)確表征材料的耐磨性能。
40、電導(dǎo)率測(cè)試前對(duì)測(cè)試儀進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
41、維氏硬度計(jì)和熱導(dǎo)率測(cè)試儀的參數(shù)也經(jīng)過(guò)精確設(shè)置，以獲取可靠的硬度和熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)。
42、算法與數(shù)學(xué)模型
43、1)性能評(píng)估算法：
44、采用雷達(dá)圖分析法對(duì)接地電極材料的耐磨性、電導(dǎo)率、維氏硬度、熱導(dǎo)率和致密度進(jìn)行綜合對(duì)比分析。這種方法能夠直觀地展示材料在各項(xiàng)性能指標(biāo)上的表現(xiàn)，便于找出性能短板并進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化。
45、2)歸一化處理與權(quán)重分配：
46、在雷達(dá)圖分析法中，選擇基準(zhǔn)值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使不同性能指標(biāo)之間具有可比性。
47、根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，為各項(xiàng)性能指標(biāo)分配權(quán)重，以更準(zhǔn)確地反映材料在實(shí)際使用中的綜合性能。
48、解決的技術(shù)問(wèn)題與技術(shù)進(jìn)步
49、1)提高材料性能：
50、通過(guò)精確的參數(shù)設(shè)置和優(yōu)化，本發(fā)明能夠制備出具有優(yōu)異耐磨性、高電導(dǎo)率、適當(dāng)硬度和高熱導(dǎo)率的接地電極材料。
51、2)提升制備效率：
52、等離子熱壓燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用大大縮短了燒結(jié)時(shí)間，提高了制備效率，降低了生產(chǎn)成本。
53、3)綜合性能評(píng)估：
54、雷達(dá)圖分析法的引入為接地電極材料的綜合性能評(píng)估提供了一種直觀、全面的方法，有助于指導(dǎo)材料的進(jìn)一步優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用。
55、綜上所述，本發(fā)明通過(guò)精確的參數(shù)設(shè)置、優(yōu)化的制備工藝以及創(chuàng)新的性能評(píng)估方法，有效地提升了gil三支柱接地電極銅/石墨體系的綜合性能，為電力行業(yè)的接地系統(tǒng)提供了更優(yōu)質(zhì)的材料選擇。
56、第三，本發(fā)明的技術(shù)方案解決的現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)問(wèn)題。
57、1)材料性能不均勻：現(xiàn)有技術(shù)中的銅/石墨接地電極材料在不同石墨含量和粒徑下，材料性能表現(xiàn)不均，難以達(dá)到最佳綜合性能。
58、2)制備工藝落后：傳統(tǒng)制備方法無(wú)法充分利用先進(jìn)制造技術(shù)，如等離子熱壓燒結(jié)技術(shù)，導(dǎo)致材料致密度、耐磨性和熱導(dǎo)率等關(guān)鍵性能不足。
59、3)性能評(píng)估不全面：現(xiàn)有技術(shù)中缺乏系統(tǒng)性和科學(xué)性的性能評(píng)估方法，無(wú)法全面綜合地評(píng)估材料的耐磨性、電導(dǎo)率、維氏硬度、熱導(dǎo)率和致密度等性能。
60、4)能耗管理不足：沒(méi)有考慮電導(dǎo)率測(cè)試儀的校準(zhǔn)、摩擦測(cè)試機(jī)參數(shù)的設(shè)置以及熱導(dǎo)率測(cè)試儀的環(huán)境溫度控制等問(wèn)題，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性不足。
61、本發(fā)明的顯著技術(shù)進(jìn)步：
62、1)優(yōu)化材料制備工藝：
63、通過(guò)等離子熱壓燒結(jié)技術(shù)，提升了銅/石墨接地電極的材料致密度和整體性能。等離子熱壓燒結(jié)技術(shù)能夠在高溫高壓條件下燒結(jié)，提高了材料的機(jī)械性能和電性能。
64、2)系統(tǒng)性性能測(cè)試和評(píng)估：
65、提供了全面的性能測(cè)試方法，包括對(duì)微觀組織形貌、耐磨性、電導(dǎo)率、維氏硬度、熱導(dǎo)率和致密度的測(cè)試，并設(shè)置了具體的測(cè)試參數(shù)。這些測(cè)試確保了材料性能的準(zhǔn)確性和一致性。
66、3)綜合性能評(píng)估方法：
67、通過(guò)雷達(dá)圖分析法對(duì)接地電極材料的綜合性能進(jìn)行評(píng)估，將耐磨性、電導(dǎo)率、維氏硬度、熱導(dǎo)率和致密度進(jìn)行綜合對(duì)比分析。此方法能夠系統(tǒng)性地評(píng)估材料的綜合性能，從而找到綜合性能最佳的材料。
68、4)高效能耗管理：
69、在測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)詳細(xì)設(shè)置摩擦測(cè)試機(jī)、電導(dǎo)率測(cè)試儀、維氏硬度計(jì)和熱導(dǎo)率測(cè)試儀的參數(shù)，并對(duì)電導(dǎo)率測(cè)試儀進(jìn)行校準(zhǔn)，提高了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。
70、采用阿基米德排水法測(cè)試材料的致密度，通過(guò)精確測(cè)量和計(jì)算，確保致密度的準(zhǔn)確測(cè)試。
71、具體技術(shù)進(jìn)步實(shí)例：
72、1)制備工藝優(yōu)化：
73、使用高能球磨將銅粉和石墨粉進(jìn)行充分混合，并通過(guò)等離子熱壓燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)制備接地電極材料，顯著提升了材料的致密度和綜合性能。
74、2)全面性能測(cè)試：
75、對(duì)制備的材料樣品進(jìn)行微觀組織形貌、耐磨性、電導(dǎo)率、維氏硬度、熱導(dǎo)率和致密度的詳細(xì)測(cè)試，并提供具體的測(cè)試參數(shù)和方法，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。
76、3)雷達(dá)圖分析法：
77、通過(guò)雷達(dá)圖分析法對(duì)材料的各項(xiàng)性能進(jìn)行綜合評(píng)估，歸一化處理數(shù)據(jù)并分配權(quán)重，從而得到綜合性能最佳的材料。
78、本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化材料制備工藝、系統(tǒng)性性能測(cè)試和評(píng)估方法，以及高效的能耗管理，顯著提升了gil三支柱接地電極銅/石墨體系的綜合性能，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到了顯著的技術(shù)進(jìn)步。這些創(chuàng)新和進(jìn)步使得本發(fā)明在材料制備、性能評(píng)估和能耗管理方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，為銅/石墨接地電極材料的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。