一种高分断保险丝的陶瓷管制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高分断保险丝的陶瓷管制备方法，包括：制浆步骤；脱泡及注模步骤；固化及干燥步骤；排胶及烧结步骤。本发明专利技术采用性能优异的AlN陶瓷作为陶瓷管，同时采用有机物作为溶剂，开发了一种全新的凝胶体系。与以往的干压成型、注射成型、等静压成型相比，本发明专利技术工艺制备出的AlN陶瓷管均匀性好、机械强度高；由于AlN陶瓷高的热导率和机械性能从而提高了保险丝的分断能力，有效的保护电路；有效提高了AlN陶瓷的性能，从而使得保险丝的分断能力进一步改善；制备出的AlN陶瓷的气孔率、密度、抗弯强度、热导率分别达到0.22％、3.21g/cm‑3、310MPa、159W/m K，最大安全分断电流可以达到300A。

A ceramic control method for high breaking fuse

The invention provides a method for preparing ceramic tubes with high breaking fuses, which comprises pulping steps, defoaming and injection molding steps, solidification and drying steps, glue discharge and sintering steps. The invention adopts AlN ceramic with excellent performance as ceramic tube, and adopts organic solvent as a solvent to develop a new gel system. Compared with the previous dry pressure molding, injection molding and isostatic pressing molding, the AlN ceramic tube prepared by the process of the present invention has good uniformity and high mechanical strength; because of the high thermal conductivity and mechanical properties of the AlN ceramic, the breaking ability of the fuse is improved, and the protection circuit is effectively improved; and the performance of the AlN ceramic is effectively improved, thus making the AlN ceramic tube have high mechanical strength. The breaking ability of the fuse was further improved, and the porosity, density, bending strength and thermal conductivity of the prepared AlN ceramics were 0.22%, 3.21 g/cm_3, 310 MPa and 159 W/m K respectively, and the maximum safe breaking current could reach 300 A.

【技术实现步骤摘要】
一种高分断保险丝的陶瓷管制备方法
本专利技术属于保险丝配套材料领域，涉及陶瓷管的制备方法，更为具体的说，是涉及一种高致密、均匀性好、高分断能力的保险丝的AlN陶瓷管的成型工艺。
技术介绍
保险丝，又称熔断器、熔丝，是一种连接在电路上保护电路的电子元器件。陶瓷管保险丝就是指使用陶瓷管作为保险丝外壳的一种保险丝装置，它是一种常见的保险丝。目前，市场上的陶瓷管保险丝种类非常多,主要应用在电力、机床、电器仪表和汽车等行业。保险丝的陶瓷的成型工艺有很多种：干压成型、等静压成型、注浆成型以及注射成型等，但是这些成型技术存在着生产出产品尺寸单一、均匀性差以及排胶困难等缺陷，从而影响了保险丝的分断能力。注凝成型技术是上个世纪90年代才发展起来的新型陶瓷胶态成型技术，其原理是把传统的陶瓷工艺和有机聚合化学相结合的一门新型高技术陶瓷成型技术，此工艺制备的陶瓷具有均匀性好、密度大、强度高、无排胶困难等优点。目前，大多数保险丝陶瓷管使用的陶瓷为Al2O3、SiO2、莫来石等，但是这些陶瓷具有较低的热导率和机械强度，导致陶瓷管保险丝分断能力较差，当故障电流过大或短路断开瞬间，会产生能量强大的电弧，保险丝会产生燃烧甚至爆炸的危险，轻则烧毁电路中贵重芯片，重则发生火灾导致人身伤害。Al2O3、SiO2、莫来石等陶瓷只能满足使微型保险丝通过IEC60127标准里最大的63A分断能力测试，无法满足日益进步的行业需求。
技术实现思路
针对Al2O3、SiO2、莫来石等陶瓷管保险丝在电路中容易出现分断能力较差问题，本专利技术提供了一种全新的凝胶体系成型工艺制备AlN陶瓷管，解决了保险丝高分断的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高分断保险丝的陶瓷管制备方法，包括如下步骤：步骤一，制浆根据要制备的不同体积固含量的陶瓷浆料，分别计算出溶剂、单体、交联剂、AlN粉体、烧结助剂和分散剂的添加量；首先将溶剂、单体和交联剂配制成预混液，然后称取相应预混液、分散剂、AlN粉体原料以及MgO粉末加入球磨罐中，在球磨机的作用下，制备出流变性能好的AlN陶瓷浆料；其中，溶剂为乙醇和聚乙二醇-200,单体为N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，分散剂为聚乙烯亚胺(PEI)，烧结助剂为氧化镁(MgO)粉末；步骤二，脱泡、注模及固化球磨好的浆料进行真空脱泡处理，依次加入一定量的加入引发剂过氧化苯甲酰和催化剂N,N-二甲基苯胺，缓慢搅匀，倒入不锈钢金属模具中，将模具盖子盖上并且密封后，放入干燥箱中固化；其中，真空脱泡压力为0.1MPa～0.2MPa,脱泡时间为8min～15min；步骤三，脱模及干燥固化后的浆料等完全冷却后进行脱模操作，脱模后的生坯在合理的干燥制度下进行干燥；步骤四，排胶及烧结干燥后的生坯在低温管式炉中进行排胶，将排胶后的生坯小心放入石墨坩埚中，在高温热压炉中进行无压烧结，使生坯致密。作为优选，所述步骤一中要制备的AlN陶瓷浆料的固含量为40-50vol％。作为优选，所述步骤一中DMAA添加量为AlN粉体的4wt％～10wt％，MDMAA：MMBAM＝(5:1；8:1；10:1；15:1)，PEI添加量为AlN粉体的0.1wt％～0.36wt％，MgO添加量为1wt％～4wt％，球磨转速140r/min～200r/min,球磨时间1h～4h。作为优选，球磨罐中的研磨介质是氧化锆球并且M球：M原料＝(2:1；3:1；4:1)。作为优选，步骤二中过氧化苯甲酰(BPO)添加量为0.007g/ml～0.012g/ml,N,N-二甲基苯胺(DMA)添加量为0.008g/ml～0.015g/ml。作为优选，所述步骤三中固化温度为50℃～110℃，干燥温度为80℃～200℃。作为优选，所述步骤四中烧结温度为1700℃～1900℃，保温时间1～3h。作为改进，所述步骤四中将相同组分的陶瓷粉料放入石墨坩埚中作为埋粉，生坯埋入其中进行高温烧结，保护气氛为N2。一种高分断保险丝的制备方法，包括如下步骤：采用上述步骤制备得到陶瓷管后，进行以下步骤：步骤五，组装利用组装机，把铜帽、熔丝、AlN陶瓷管，组装成保险丝。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：与以往的干压成型、注射成型、等静压成型相比，本专利技术工艺制备出的AlN陶瓷管均匀性好、机械强度高；由于AlN陶瓷高的热导率和机械性能从而提高了保险丝的分断能力，有效的保护电路；有效提高了AlN陶瓷的性能，从而使得保险丝的分断能力进一步改善；制备出的AlN陶瓷的气孔率、密度、抗弯强度、热导率分别达到0.22％、3.21g/cm-3、310MPa、159W/mK，其最大安全分断电流可以达到300A。附图说明图1为实施例三陶瓷烧结前后的SEM图，其中(a)为烧结后，(b)为烧结前。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。下述实施例中所用的原料、试剂材料以及设备等，如无特殊说明，均可以在市场购买。实施例一：本实施例通过如下步骤制备高分断保险丝的陶瓷管及保险丝：步骤一，制浆本例要制备的陶瓷浆料固含量为40vol％，据此分别计算出溶剂、单体、交联剂、AlN粉体、烧结助剂和分散剂的添加量，其中，溶剂为乙醇和聚乙二醇-200(PEG-200),单体为N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，分散剂为聚乙烯亚胺(PEI)，烧结助剂为氧化镁(MgO)粉末。计算之后得到结果为62.59gAlN粉末、13.900g乙醇、4.633g聚乙二醇-200、6.259gDMAA、1.252gMBAM、0.06259g聚乙烯亚胺，将这些原料与177g研磨球加入研磨罐中，在球磨转速为140r/min下，经过4h球磨；制备出流变性能好的AlN陶瓷浆料。球磨罐中的研磨介质是氧化锆球并且M球：M原料＝2:1。本步骤中，在加入研磨罐之前，将乙醇、聚乙二醇-200、DMAA和MBAM预先配制成预混液。步骤二，脱泡及注模球磨之后的浆料首先进行真空脱泡处理，并且不影响浆料的稳定性，然后分别加入引发剂过氧化苯甲酰(BPO)和催化剂N,N—二甲基苯胺(DMA)并且搅匀，最后注入不锈钢模具中；真空脱泡压力为0.1MPa～0.2MPa,脱泡时间为8min～15min；过氧化苯甲酰(BPO)添加量为0.007g/ml,N,N-二甲基苯胺(DMA)添加量为0.008g/ml。步骤三，固化及干燥将密封好的不锈钢模具，放入50℃的干燥箱中固化1h，然后，将固化后的生坯脱出，置于80℃普通烧结炉中干燥1h；步骤四，排胶及烧结干燥后的生坯在低温管式炉中800℃保温1h排胶，将排胶后的生坯小心放入石墨坩埚中，在高温热压炉中进行无压烧结，1700℃保温1～3h，使生坯致密，为了防止高温条件下烧结助剂挥发，可以将相同组分的陶瓷粉料放入石墨坩埚中作为埋粉，生坯埋入其中进行高温烧结，保护气氛为N2。随后得到AlN陶瓷，所制备的AlN陶瓷气孔率、密度、抗弯强度、热导率分别达到0.42％、2.90g/cm-3、280MPa、129W/mK；烧结助剂为MgO粉末,添加量为1wt％步骤五，组装利用组装机，把铜帽、熔丝(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分断保险丝的陶瓷管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，制浆根据要制备的不同体积固含量的陶瓷浆料，分别计算出溶剂、单体、交联剂、AlN粉体、烧结助剂和分散剂的添加量；首先将溶剂、单体和交联剂配制成预混液，然后称取相应预混液、分散剂、AlN粉体原料以及MgO粉末加入球磨罐中，在球磨机的作用下，制备出流变性能好的AlN陶瓷浆料；其中，溶剂为乙醇和聚乙二醇‑200,单体为N,N‑二甲基丙烯酰胺(DMAA)，交联剂为N,N‑亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，分散剂为聚乙烯亚胺(PEI)，烧结助剂为氧化镁(MgO)粉末；步骤二，脱泡、注模及固化球磨好的浆料进行真空脱泡处理，分别加入一定量的加入引发剂过氧化苯甲酰和催化剂N,N‑二甲基苯胺，缓慢搅匀，倒入不锈钢金属模具中，将模具盖子盖上并且密封后在干燥箱中使浆料固化；其中，真空脱泡压力为0.1MPa～0.2MPa,脱泡时间为8min～15min；步骤三，脱模及干燥固化后的浆料等完全冷却后进行脱模操作，脱模后的生坯在合理的干燥制度下进行干燥；步骤四，排胶及烧结干燥后的生坯在低温管式炉中进行排胶，将排胶后的生坯小心放入石墨坩埚中，在高温热压炉中进行无压烧结，使生坯致密。...

【技术特征摘要】
1.一种高分断保险丝的陶瓷管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，制浆根据要制备的不同体积固含量的陶瓷浆料，分别计算出溶剂、单体、交联剂、AlN粉体、烧结助剂和分散剂的添加量；首先将溶剂、单体和交联剂配制成预混液，然后称取相应预混液、分散剂、AlN粉体原料以及MgO粉末加入球磨罐中，在球磨机的作用下，制备出流变性能好的AlN陶瓷浆料；其中，溶剂为乙醇和聚乙二醇-200,单体为N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，分散剂为聚乙烯亚胺(PEI)，烧结助剂为氧化镁(MgO)粉末；步骤二，脱泡、注模及固化球磨好的浆料进行真空脱泡处理，分别加入一定量的加入引发剂过氧化苯甲酰和催化剂N,N-二甲基苯胺，缓慢搅匀，倒入不锈钢金属模具中，将模具盖子盖上并且密封后在干燥箱中使浆料固化；其中，真空脱泡压力为0.1MPa～0.2MPa,脱泡时间为8min～15min；步骤三，脱模及干燥固化后的浆料等完全冷却后进行脱模操作，脱模后的生坯在合理的干燥制度下进行干燥；步骤四，排胶及烧结干燥后的生坯在低温管式炉中进行排胶，将排胶后的生坯小心放入石墨坩埚中，在高温热压炉中进行无压烧结，使生坯致密。2.根据权利要求1所述的高分断保险丝的陶瓷管制备方法，其特征在于：所述步骤一中要制备的AlN陶瓷浆料的固含量为40-50vol％。3.根据权利要求1所述的高分断保险丝的陶瓷管制备方法，其特征在于：所述步骤一中N,N...

【专利技术属性】
技术研发人员：南式荣，杨漫雪，郭林，
申请(专利权)人：南京萨特科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32