一种片式熔断器抑弧浆料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种片式熔断器抑弧浆料的制备方法，包括以下步骤：①将下述化合物按质量组分比混合：氧化铅15～30，氧化硅15～30，氧化硼25～50，氧化锌1～10，氧化钴0.5～2，氧化锑10～20；②将混合物进行球磨并在100℃烘干；③烘干的原料在1100℃进行高温炼制，保温30～60分钟后，迅速将熔融状态的玻璃物质倒入去离子水中淬火；④将淬火冷却的玻璃物质进行球磨，得到玻璃粉，并进行粒度、比表面积及成分分析；⑤在玻璃粉加入中加入它质量分数为10％～60％的二氧化硅，充分混合，再加入有机载体轧制成浆料。本发明研制出的抑弧浆料可应用于片式熔断器(尺寸小于6.3×6.3mm)，在125V电压，1A、5A、15A电流下均可有效抑弧。
【专利说明】-种片式膝断器抑弧浆料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于抑弧材料的应用领域，特别是涉及小尺寸片式烙断器上所用的抑弧浆 料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 从20世纪70年代开始，表面贴装技术SMT(Surface Mount Technology)的发展彻 底改变了传统的电路中的通孔插装技术，使得电子元器件走向轻量化和微型化，也促进了 厚膜与薄膜工艺的飞速发展。随着多层布线基板技术、微电子焊接与互连技术集成电路及 微电子技术厚、薄膜混合集成电路等技术的应用，形成了高密度、高速度W及高可靠性的主 体结构微电子产品，但该样的电路更是要求配备高质量的保护类元件，从而促使了电路保 护元件也向着片式微型化、高安全、高可靠性、高精度方向发展。世界上众多的电路保护元 件厂家纷纷研发生产出各种特性的电路保护元件，其中高可靠性过流保护片式烙断器占有 绝对优势，片式烙断器一般是在陶瓷或者树脂基板上制作单层薄膜或厚膜金属烙断单元， 然后W聚合物或玻璃材料进行包封，电极采用铜或者银等低电阻率金属，再电锻媒和锡铅 便于片式烙断器应用时进行焊接。
[0003] 我们知道，大部分传统的烙断器中的烙丝一般为纯银或者纯金，成带状或丝状，烙 丝间填满石英砂作为灭弧介质[1]王季梅.高压限流烙断器[M].西安；西安交通大学出 版社，1991.，在烙断器的烙丝上有电流通过时，其电流密度应满足电流连续性方程，对各 向同性均匀固体，有内热源及非稳态导热的情况，可W用描述其温度场的微分方程来表示
[2]陶文俭.数值传热学[M].西安；西安交通大学出版社，1995.巧]郭宽良.数值计算 传热学[M].合服；安徽科学技术出版社，1987. [4]ZHANG化an, M Zhi-ying. Mathematic model of two dimensional temperature field and its application in high voltage current limiting fuse-linx[J]. Power System Technology. 1995,19 (IZ) :24-26.，再通 过求解电流场数学模型得到，对此类问题的求解一般采用有限元方法巧]JIN Li-jun，Ma Zhi-ying，XUN Li-ming. The numerical analysis and research for prearcing time of high voltage current limiting fuse[J]. Proceedings of the CSEE，2001，19(11)： 55-58. [6]谢运祥.烙断器分断过程电弧数学模型的研究巧].西安：西安交通大学，1991.
[7]WANG Nian-chu. The general and visual calculating program of fuse prearcing characteristic[J]. Transactions of China Electro-technical Society,2001，16(3)： 44-48.，过程通常比较复杂。简单来讲，也就是金属烙断丝具有一定的电阻R，当电流通过时 将产生1 2化大小的热量，当通过的电流增加时，产生的热量也随之增加，热量将被烙断器 所吸收从而使其温度升高，热量的一部分可W散热到周围环境中，但当电流产生的热量大 于烙断器传递给周围环境的热量的时候，烙断器的温度将升高，而当烙断丝的温度达到它 的烙点时，烙断丝将会烙断并产生电弧，好的烙断器必须能在短时间内立即浑灭电弧并使 电流断开。对于额定电流较大的烙断器，如果灭弧层的面积太小或者厚度太薄，烙断丝烙断 时产生的电弧都将可能烧穿包封层而不能有效地浑灭电弧使电流断开，该将有可能使电路 中的光、热等敏感元器件受损，甚至会导致整个电子线路的痛疾。
[0004] 片式烙断器大多采用单层烙断元件进行设计，烙断元件非常接近烙断器的表面， 该种设计及结构上的要求烙断器烙丝体积小、能量密度大，该就导致灭弧保护层设计比较 薄的同时，还要保证和传统烙断器相当的最大承载电流及额定电压。但是对于一般的抑弧 玻璃，在过载电流较大时电弧易将保护层击穿，达不到灭弧要求。因此片式烙断器要向前发 展，需要匹配一种灭弧效果非常好的玻璃材料，在片式烙断器通过大电流的情况下，烙断的 瞬间不仅可W快速地吸收金属蒸气和热量，还能快速浑灭电弧，使产生的电弧持续时间大 大缩短，并且开路后电阻较大，即烙断之后无金属蒸气冷却在烙丝中间，防止烙断器反复接 通。
[0005] 高可靠片式烙断器是目前国家急需的一类关键元器件，主要应用于航天器上，在 保证最大承载电流及额定电压的同时，必须百分之百保证良好灭弧效果。现阶段，国外只有 美国AEM公司和瑞± SChuder公司有该类高可靠烙断器，并且高可靠片式烙断器对中国禁 运。为了打破国外封锁，我们迫切需要对片式烙断器的核也材料即烙丝浆料与抑弧层浆料 进行自主研发和生产。
【发明内容】
[0006] 本发明针对片式烙断器用的抑弧材料的不足，提供一种厚膜抑弧浆料的制备方 法，本发明解决了一个核也问题：制备一种厚膜抑弧浆料，使得该浆料能通过丝网印刷烘干 后在60(TC下烧成一种玻璃态物质，该玻璃具有很强的抑弧能力，在小空间内能解决烙断器 烙断时的能量的吸收和电弧的切断问题。
[0007] 本发明从W下几个关键问题入手，
[000引 （1)找出测娃酸铅玻璃粉的附着力、软化点、抑弧性能W及微观结构与原材料成 分之间的对应关系，从而有利于短期时间内研发出高质量的玻璃粉；首先在较低温度下能 够软化，具有一定塑性形变能力，为烙断过程中产生的金属蒸气提供一个空间进行吸收；其 次与基底之间的附着力很大，使烙丝和抑弧玻璃能经受瞬间的高能量冲击而不会被炸飞甚 至烧毁。
[0009] (2)抑弧材料中的添加物是烙断器灭弧的关键因素，灭弧材料有很多种，但是需要 选择与测娃酸铅玻璃粉匹配的灭弧材料，并阐述其灭弧机理，准确选取灭弧添加物保证片 式烙断器具备优秀的灭弧效果，即烙丝在烙断的一瞬间产生的电弧能够被切断，从而避免 烙丝被烙断后又反复连通，产生很大噪音、火花、蒸气，最后导致整个烙断器被破坏，也波及 到整个电子线路。
[0010] (3)确定有机载体的组分和配方，其中每一组分的物理特性包括粘度、挥发性、烙 点、沸点等都至关重要，在有机载体的调配下可制定抑弧浆料特殊的烘干烧结制度，并尽量 在有机载体的烘干和烧结过程中能留下大量的微空洞，从而保证片式烙断器在烙断过程巨 大能量的释放。
[0011] 一种片式烙断器抑弧浆料的制备方法，W下原料按照重量份比例，包括W下的步 骤：
[001引步骤（1)，氧化铅15?30份，氧化娃15?30份，氧化测25?50份，氧化锋1? 10份，氧化钻0. 5?2份，氧化键10?20份充分混合，然后加去离子水，物料比为；玛瑶 球：氧化物混合料：去离子水为2 : I : 1，行星球磨化，转速38化pm,得到的球磨混合物 在IOOC烘干备用；
[0013] 步骤（2)，制备抑弧玻璃粉，包括W下子步骤，
[0014] 步骤（2. 1)，将步骤1烘干的原料在Iiocrc保温30?60分钟后，迅速将烙融状态 的玻璃物质倒入去离子水中浑火；
[0015] 步骤（2. 2)，对步骤2. 1所得玻璃物质进行，用玛瑶罐（球：料：水为2 : 1 : 1，） 行星球磨化，转速38化pm,然后过滤并在IOOC烘干、粉碎备用；
[0016] 步骤（3)，社制抑弧浆料，包括W下子步骤，
[0017] 步骤（3. 1)，将步骤2.2得到的玻璃粉、W及调浆用的二氧化娃进行粒度、比表面 积及成分分析；
[0018] 步骤（3. 2)，称取100份的玻璃粉，加入它质量分数10%?60%的二氧化娃，充分 混合，再加入总固含量质量的15%?30%有机载体，利用H親社机社浆。
[0019] 所述的抑弧浆料的主体功能材料为惨有锋、钻的测娃酸铅玻璃粉。
[0020] 进一步，惨有锋、钻的测娃酸铅玻璃粉制备时是将烘干的原料在Iiocrc保温30? 60分钟后浑火。
[0021] 进一步，社浆前，主体功能材料玻璃粉中加入了其质量10%?60%的二氧化娃 粉。
[0022] 进一步，应用该抑弧浆料时的最佳烧成温度为60(TC。
[0023] 进一步，加入玻璃粉质量40 %的二氧化娃得到抑弧的浆料具有较好的综合性能， 浆料烧成后附着力强、烙断器烙断时拉弧距离较短。
【具体实施方式】
[0024] 本发明针对片式烙断器用的抑弧材料的不足，提供一种厚膜抑弧浆料的制备方 法，本发明解决了一个核也问题：制备一种厚膜抑弧浆料，使得该浆料能通过丝网印刷烘干 后在60(TC下烧成一种玻璃态物质，该玻璃具有很强的抑弧能力，在小空间内能解决烙断器 烙断时的能量的吸收和电弧的切断问题。
[0025] 实施例1 ;制备一种片式烙断器抑弧浆料所用主体功能材料，其所用各原料的质 量比为：
[0026]
【权利要求】
1. 一种片式熔断器抑弧浆料的制备方法，以下原料按照重量份比例，其特征在于，包括 以下的步骤： 步骤（1)，氧化铅15?30份，氧化硅15?30份，氧化硼25?50份，氧化锌1?10 份，氧化钴0. 5?2份，氧化锑10?20份充分混合，然后加去离子水，物料比为：玛瑙球：氧 化物混合料：去离子水为2 : 1 : 1，行星球磨2h，转速387rpm，得到的球磨混合物在100°C 烘干备用； 步骤（2)，制备抑弧玻璃粉，包括以下子步骤， 步骤（2. 1)，将步骤1烘干的原料在1KKTC保温30?60分钟后，迅速将熔融状态的玻 璃物质倒入去离子水中淬火； 步骤（2. 2)，对步骤2. 1所得玻璃物质进行，用玛瑙罐（球：料：水为2 : 1 : 1，）行 星球磨4h，转速387rpm，然后过滤并在10(TC烘干、粉碎备用； 步骤（3)，轧制抑弧浆料，包括以下子步骤， 步骤（3. 1)，将步骤2. 2得到的玻璃粉、以及调浆用的二氧化硅进行粒度、比表面积及 成分分析； 步骤（3. 2)，称取100份玻璃粉，加入它质量分数10 %?60 %的二氧化硅，充分混合，再 加入总固含量质量的15%?30%有机载体，利用三辊轧机轧浆。 能材料为掺有锌、钴的硼硅酸铅玻璃粉。
2. 根据权利要求1所述的一种片式熔断器抑弧浆料的制备方法，其特征在于，掺有锌、 钴的硼硅酸铅玻璃粉制备时是将烘干的原料在ll〇〇°C保温30?60分钟后淬火。
3. 根据权利要求1所述的一种片式熔断器抑弧浆料的制备方法，其特征在于，乳浆前， 主体功能材料玻璃粉中加入了它质量10%?60%的二氧化硅粉。
4. 根据权利要求1所述的一种片式熔断器抑弧浆料的制备方法，其特征在于，应用该 抑弧浆料时的最佳烧成温度为600°C。
5. 根据权利要求1所述的一种片式熔断器抑弧浆料的制备方法，其特征在于，加入玻 璃粉质量40%的二氧化硅得到抑弧的浆料具有较好的综合性能，浆料烧成后附着力强、熔 断器熔断时拉弧距离较短。
【文档编号】C03C12/00GK104341109SQ201310337210
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】庞锦标, 李程峰, 韩玉成 申请人:中国振华集团云科电子有限公司