一种GIL三支柱接地电极铜/石墨体系性能优化方法及系统与流程

本发明属于但不限于气体绝缘输电线路，尤其涉及一种gil三支柱接地电极铜/石墨体系性能优化方法及系统。

背景技术：

1、在gil系统中，滑动三支柱绝缘子柱腿末端的接地电极对于确保绝缘子与壳体间的稳定接触至关重要。然而，在gil的长期运行过程中，由于设备振动和壳体的热胀冷缩，接地电极与壳体之间会产生反复的摩擦。这种持续的摩擦会加速接地电极的材质磨损，特别是对于当前广泛采用的铜质电极。磨损不仅导致三支柱绝缘子接地不良，还会造成大量金属屑的产生，从而增加内部绝缘击穿的风险，对设备安全构成威胁。因此，接地电极的性能优化对于gil设备的安全稳定运行具有重要意义。

2、由于纯铜耐磨性能欠佳，目前兴起了铜基复合材料的相关研究，其优异的物理性能如机械强度、尺寸稳定性、抗蠕变、循环疲劳特性以及卓越的电热性能备受青睐，被广泛应用于多领域。铜/石墨复合材料兼具铜的高导电导热性能与石墨的自润滑性能，多应用于对导电和耐磨性能有特殊要求的领域。

3、目前，急需一种优化gil三支柱接地电极铜/石墨体系性能的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于等离子烧结技术的gil三支柱接地电极铜/石墨体系性能优化方法，旨在解决现有的接地电极材料耐磨性不足导致的接地电极磨损以及绝缘击穿等问题，提升其耐磨性。

2、本发明是这样实现的，一种gil三支柱接地电极铜/石墨体系性能优化方法，包括以下步骤：

3、步骤1，烧结制备优化铜/石墨接地电极的材料样品，所述接地电极样品包括不同石墨含量与不同石墨粒径的样品；

4、步骤2，对所制备的接地电极样品的各性能进行测试，具体性能包括样品微观组织形貌、耐磨性、电导率、维氏硬度、热导率、致密度；

5、步骤3，通过雷达图分析法对接地电极材料性能进行评估，将材料的耐磨性、电导率、维氏硬度、热导率、致密度进行综合对比分析，得到综合性能最佳的接地电极材料。

6、进一步，在步骤1中采用等离子热压烧结技术制备铜/石墨接地电极的材料样品。

7、进一步，在步骤1中所述制备优化铜/石墨接地电极的材料样品的方法包括：

8、步骤1.1，对接地电极原材料进行前处理，包括碱洗和酸洗；

9、步骤1.2，利用高能球磨将铜粉与石墨粉进行充分混合，设置球磨机运行参数，包括转速、球料比、转速、球磨时间；

10、步骤1.3，对处理好的粉末进行称量并装入烧结磨具中；

11、步骤1.4，开始进行样品的烧结，设置烧结参数，包括烧结温度、烧结压力、烧结时间以及炉内真空度。

12、进一步，在步骤2中设置摩擦测试机参数，包括载荷、摩擦速度、摩擦行程和摩擦时间，通过计算和金相显微镜得出的摩擦系数与磨痕微观图表征材料的耐磨性：

13、

14、其中，μ表示摩擦系数，f为物体间的摩擦力，n为作用在物理表面的垂直力。

15、进一步，在步骤2中电导率测试前需校准测试仪以求结果的准确性。

16、进一步，在步骤2中设置维氏硬度计参数，包括加载压力、保压时间。

17、进一步，在步骤2中设置热导率测试仪参数并喷涂石墨，参数包括环境温度、闪射点数。

18、进一步，在步骤2中采用阿基米德排水法测试材料的致密度：

19、

20、其中，m为物理的重量，g为重力加速度ρ和v分别为水的密度和所排水的体积。

21、进一步，在步骤3中采用雷达图法评估接地电极综合性能，选择基准值对数据进行归一化处理，并分配权重：

22、

23、其中，θ代表归一化后得到的性能指标，x代表原始数据，y为纯铜的原始数据，ω代表该性能所占权重。

24、本发明的另一目的在于提供一种gil三支柱接地电极铜/石墨体系性能优化方法的gil三支柱接地电极铜/石墨体系性能优化方系统，包括：

25、材料样品制备模块，烧结制备优化铜/石墨接地电极的材料样品，所述接地电极样品包括不同石墨含量与不同石墨粒径的样品；

26、性能测试模块，对所制备的接地电极样品的各性能进行测试，具体性能包括样品微观组织形貌、耐磨性、电导率、维氏硬度、热导率、致密度；

27、性能评估模块，通过雷达图分析法对接地电极材料性能进行评估，将材料的耐磨性、电导率、维氏硬度、热导率、致密度进行综合对比分析，得到综合性能最佳的接地电极材料。

28、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

29、第一、本发明所述的方法，基于等离子烧结技术制备出铜/石墨接地电极复合材料，通过改变石墨含量与石墨粒径提升接地电极的耐磨性，并测试各材料的微观组织形貌、耐磨性、电导率、维氏硬度、热导率、致密度，选取纯铜作为基准值对所测试的值进行归一化处理，再根据各性能的重要程度分配权重，采用雷达图评估法对各接地电极材料的综合性能进行评估，从而实现接地电极的高效、精确的性能优化

30、第二，本发明提出的gil三支柱接地电极铜/石墨体系性能优化方法，通过一系列详细的步骤对接地电极材料进行了全面的性能优化与评估。以下是对本发明的参数、算法和数学模型的详细解析，以及它们如何解决现有技术问题和带来的技术进步：

31、参数设置与优化

32、1)烧结制备参数：

33、采用等离子热压烧结技术，该技术相比传统烧结方法能大大缩短烧结时间，并提高材料的致密度和性能。

34、烧结参数包括烧结温度、烧结压力、烧结时间以及炉内真空度，这些参数均经过精心调整以达到最佳烧结效果。

35、2)原材料处理参数：

36、原材料经过碱洗和酸洗进行前处理，以去除表面的有机物、无机盐和氧化物等杂质，提高材料的纯净度和烧结质量。

37、高能球磨的参数(转速、球料比、球磨时间)被精确控制，以确保铜粉和石墨粉能够充分混合，并改善复合材料的界面结合。

38、3)性能测试参数：

39、耐磨性测试通过设定摩擦测试机的载荷、摩擦速度、摩擦行程和摩擦时间等参数，准确表征材料的耐磨性能。

40、电导率测试前对测试仪进行校准，确保测试结果的准确性。

41、维氏硬度计和热导率测试仪的参数也经过精确设置，以获取可靠的硬度和热导率数据。

42、算法与数学模型

43、1)性能评估算法：

44、采用雷达图分析法对接地电极材料的耐磨性、电导率、维氏硬度、热导率和致密度进行综合对比分析。这种方法能够直观地展示材料在各项性能指标上的表现，便于找出性能短板并进行针对性优化。

45、2)归一化处理与权重分配：

46、在雷达图分析法中，选择基准值对数据进行归一化处理，使不同性能指标之间具有可比性。

47、根据实际应用需求，为各项性能指标分配权重，以更准确地反映材料在实际使用中的综合性能。

48、解决的技术问题与技术进步

49、1)提高材料性能：

50、通过精确的参数设置和优化，本发明能够制备出具有优异耐磨性、高电导率、适当硬度和高热导率的接地电极材料。

51、2)提升制备效率：

52、等离子热压烧结技术的应用大大缩短了烧结时间，提高了制备效率，降低了生产成本。

53、3)综合性能评估：

54、雷达图分析法的引入为接地电极材料的综合性能评估提供了一种直观、全面的方法，有助于指导材料的进一步优化和实际应用。

55、综上所述，本发明通过精确的参数设置、优化的制备工艺以及创新的性能评估方法，有效地提升了gil三支柱接地电极铜/石墨体系的综合性能，为电力行业的接地系统提供了更优质的材料选择。

56、第三，本发明的技术方案解决的现有技术的技术问题。

57、1)材料性能不均匀：现有技术中的铜/石墨接地电极材料在不同石墨含量和粒径下，材料性能表现不均，难以达到最佳综合性能。

58、2)制备工艺落后：传统制备方法无法充分利用先进制造技术，如等离子热压烧结技术，导致材料致密度、耐磨性和热导率等关键性能不足。

59、3)性能评估不全面：现有技术中缺乏系统性和科学性的性能评估方法，无法全面综合地评估材料的耐磨性、电导率、维氏硬度、热导率和致密度等性能。

60、4)能耗管理不足：没有考虑电导率测试仪的校准、摩擦测试机参数的设置以及热导率测试仪的环境温度控制等问题，导致测试结果的准确性和一致性不足。

61、本发明的显著技术进步：

62、1)优化材料制备工艺：

63、通过等离子热压烧结技术，提升了铜/石墨接地电极的材料致密度和整体性能。等离子热压烧结技术能够在高温高压条件下烧结，提高了材料的机械性能和电性能。

64、2)系统性性能测试和评估：

65、提供了全面的性能测试方法，包括对微观组织形貌、耐磨性、电导率、维氏硬度、热导率和致密度的测试，并设置了具体的测试参数。这些测试确保了材料性能的准确性和一致性。

66、3)综合性能评估方法：

67、通过雷达图分析法对接地电极材料的综合性能进行评估，将耐磨性、电导率、维氏硬度、热导率和致密度进行综合对比分析。此方法能够系统性地评估材料的综合性能，从而找到综合性能最佳的材料。

68、4)高效能耗管理：

69、在测试过程中，通过详细设置摩擦测试机、电导率测试仪、维氏硬度计和热导率测试仪的参数，并对电导率测试仪进行校准，提高了测试结果的准确性和一致性。

70、采用阿基米德排水法测试材料的致密度，通过精确测量和计算，确保致密度的准确测试。

71、具体技术进步实例：

72、1)制备工艺优化：

73、使用高能球磨将铜粉和石墨粉进行充分混合，并通过等离子热压烧结技术烧结制备接地电极材料，显著提升了材料的致密度和综合性能。

74、2)全面性能测试：

75、对制备的材料样品进行微观组织形貌、耐磨性、电导率、维氏硬度、热导率和致密度的详细测试，并提供具体的测试参数和方法，确保测试结果的准确性和可重复性。

76、3)雷达图分析法：

77、通过雷达图分析法对材料的各项性能进行综合评估，归一化处理数据并分配权重，从而得到综合性能最佳的材料。

78、本发明通过优化材料制备工艺、系统性性能测试和评估方法，以及高效的能耗管理，显著提升了gil三支柱接地电极铜/石墨体系的综合性能，解决了现有技术中的技术问题，达到了显著的技术进步。这些创新和进步使得本发明在材料制备、性能评估和能耗管理方面具有显著优势，为铜/石墨接地电极材料的应用提供了坚实的技术基础。