專利名稱：一種熔斷器用陶瓷粉料、陶瓷基熔斷器及它們的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熔斷器領(lǐng)域，具體涉及一種熔斷器用陶瓷粉料及其制備方法，用該陶瓷粉料制作的具有更好電性能的低溫共燒陶瓷基熔斷器及該熔斷器的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
熔斷器被廣泛的應(yīng)用于各種電子元器件的過流保護。利用金屬導(dǎo)體作為熔體串聯(lián)于電路中，當電路發(fā)生異常時，電流超過規(guī)定值后，熔斷器的熔體將會自動熔化，達到斷開電路，保護電器的作用。
目前眾多的過流保護熔斷器中采用金屬絲、金屬片或金屬薄膜作為熔體，這些熔體主要由銀、銅等金屬組成。通過改變?nèi)垠w的配方、形狀和橫截面，可以設(shè)計出在不同額定電流下正常工作的熔斷器，一旦電流超過額定值，過流產(chǎn)生的熱量不能及時傳導(dǎo)出去，將會導(dǎo)致熔體熔斷，切斷電路，及時起到保護作用。熔斷器的分類很多，例如根據(jù)熔斷器的基體材料不同，可以分為高分子基體熔斷器、低溫共燒陶瓷基體熔斷器等等。其中對于使用低溫共燒陶瓷做為基體的熔斷器，其應(yīng)具有以下性能(1)燒結(jié)溫度低于950°C ；(2)良好的機械性能；(3)低熱導(dǎo)率；(4)陶瓷與內(nèi)電極無界面反應(yīng)，且二者收縮匹配；(5)良好的高溫滅弧性能；(6)陶瓷材料配方應(yīng)有利于工藝流程。在實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)對于低溫共燒陶瓷基體熔斷器，陶瓷基體與內(nèi)電極之間存在界面反應(yīng)尤為突出內(nèi)電極例如銀在共燒過程中會產(chǎn)生向玻璃陶瓷材料中的擴散現(xiàn)象，并且該現(xiàn)象會在一定程度上影響產(chǎn)品的電性能，例如熔斷器電阻大小、電性能的一致性等等，最終影響熔斷器的熔斷特性和生產(chǎn)成本等等。因此找到一種能抑制銀擴散的低溫共燒陶瓷材料意義很大。
低溫共燒陶瓷材料主要包括微晶玻璃體系、玻璃-陶瓷體系和非晶玻璃體系，采用液相燒結(jié)機制來達到材料的致密化。尤其，微晶玻璃體系和玻璃-陶瓷體系是近年人們研究的重點。例如鉍硼硅酸鹽玻璃陶瓷(CN1304335C)、堇青石系玻璃陶瓷 (CN10114832;3B)、氮化鋁-堇青石基低溫共燒陶瓷(CN1935739A)和摻氟硅鋁玻璃基低溫共燒陶瓷(CN101215157A)。為改善陶瓷基體與內(nèi)電極之間的界面反應(yīng)，除了研發(fā)新的玻璃陶瓷體系之外，各種解決方案，例如摻雜等，被相續(xù)提出。
專利US005173331A提出一種通過使用或HfO2摻雜的玻璃陶瓷制備方法。 此制備方法詳細研究了玻璃陶瓷斷裂韌性的優(yōu)化，通過摻雜減弱脆性，提高了韌性。專利 CN1325412C介紹了一種納米多晶相玻璃陶瓷的制備方法。基于&02、ZnO等微量氧化物，經(jīng)過1350 1650°C高溫熔制、700 1000 °C晶化處理等工藝，可以成功降低玻璃陶瓷的成本及提高材料的機械性能。以上方法制備的玻璃陶瓷均可以運用在熔斷器上，并且有利于熔斷器的瓷體強度提高，但是對于金屬電極例如銀與玻璃陶瓷界面反應(yīng)均未做研究。
文獻(Materials Science & Engieering B, 2001，152-157)研究了 Ag/Pd 電極在陶瓷中的擴散機理，基于實驗數(shù)據(jù)，提出了可以通過使用更低燒結(jié)溫度的陶瓷材料及控制燒結(jié)曲線來改善銀擴散。但在熔斷器生產(chǎn)過程中，對技術(shù)和生產(chǎn)要求高，因此成本較高。
專利CN1181710C提出了一種使用Ag作為導(dǎo)電材料的玻璃陶瓷多層電路板制備方法。基于一定比例，將玻璃成分、陶瓷成分和某些金屬成分混合制成玻璃陶瓷絕緣材料，可以得到具有優(yōu)良強度和可靠性的玻璃陶瓷多層電路板，并且可以有效抑制銀擴散。該方法可以很好的改善熔斷器電性能的分散性和一致性。不過對于熔斷器，其制備工藝較復(fù)雜，尤其需要極好的粉料分散，否則極易引起熔斷器電性能的較大波動，因此局限了其進一步發(fā)展。
專利CN101465251A提出在內(nèi)電極上下表面涂上釉層，從而達到抑制熔斷器金屬薄膜向陶瓷基體滲透的目的。此結(jié)構(gòu)雖然可以一定程度上改善滲透問題，改善熔斷器的電性能，提高一致性，但是熔斷器結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，需要涂上釉層，此外釉層制作和燒結(jié)后的一致性將對內(nèi)電極的連接產(chǎn)生較大的影響。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷基熔斷器在制作時產(chǎn)生內(nèi)電極銀向陶瓷基體中擴散，而影響熔斷器電性能的問題，提供一種改進的用于制作熔斷器陶瓷基體的陶瓷粉料，以及制備該陶瓷粉料的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供利用上述熔斷器用陶瓷粉料制作陶瓷基體的一種陶瓷基熔斷器，以及該陶瓷基熔斷器的生產(chǎn)方法。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案一種熔斷器用陶瓷粉料，包括陶瓷組分和外摻劑，其中，所述外摻劑為二氧化鋯；按重量計，所述外摻劑占所述熔斷器用陶瓷粉料的摻雜含量為0. 5^25% ；所述陶瓷組分包括 3(Γ70%硼硅酸玻璃、20 65% 二氧化硅、0.廣10%的金屬氧化物，所述金屬氧化物為三氧化二鋁、氧化鋇、三氧化二銻、五氧化二釩、氧化鈷、氧化鎂、三氧化二硼、五氧化二鈮、氧化鍶和氧化鋅中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述二氧化鋯為D5tl=IO 25 nm的納米級二氧化鋯或D5tl=O. 5 10 μ m的微米級二氧化鋯。
優(yōu)選地，所述硼硅酸玻璃為熔點在60(T70(TC之間的低熔點硼硅酸玻璃與熔點在 70廣850°C之間的高熔點硼硅酸玻璃的混合物，且所述低熔點硼硅酸玻璃與所述高熔點硼硅酸玻璃的重量比為0. 42^2. 3。
優(yōu)選地，所述熔斷器用陶瓷粉料的粒徑控制在0. 5 6μπι之間。
上述熔斷器用陶瓷粉料的制備方法，包括如下步驟(1)、按配方量稱取陶瓷組分和外摻劑，并將它們混合后置于球磨機中；(2)、向步驟(1)的混合物中加入重量為混合物重量2、倍的乙醇和重量為混合物重量2、倍的二氧化鋯研磨球，對混合物進行第一次球磨；球磨轉(zhuǎn)速為4(T60rpm，球磨時間為 Γ4小時；(3)、將第一次球磨后所得的漿料烘干，然后在60(T8(KrC下進行燒結(jié)，再進行干燥，得到粉狀預(yù)混料；(4)、向步驟(3)所得的預(yù)混料中加入乙醇和二氧化鋯研磨球，進行第二次球磨，然后使第二次球磨后的漿料經(jīng)過烘干、粉碎和過篩，得到所述熔斷器用陶瓷粉料。
優(yōu)選地，第一次球磨時所用的二氧化鋯研磨球的直徑為5毫米。研磨球大小的選擇會對研磨效果產(chǎn)生一定影響。
優(yōu)選地，步驟(3)和步驟(4)中的烘干溫度為9(Tl50°C。
優(yōu)選地，步驟(4)中的過篩目數(shù)為200目。過篩后應(yīng)使得所得的熔斷器用陶瓷粉料的粒徑在0. 5 6 μ m之間為好。
一種陶瓷基熔斷器，包括陶瓷基體、設(shè)置在所述陶瓷基體內(nèi)的內(nèi)電極，以及設(shè)置在所述陶瓷基體外并與內(nèi)電極相連的端電極，其中，所述陶瓷基體是利用本發(fā)明的熔斷器用陶瓷粉料制備而成。
一種陶瓷基熔斷器的生產(chǎn)方法，是利用本發(fā)明的熔斷器用陶瓷粉料制備陶瓷基體，具體包括如下步驟(1)、陶瓷漿料的制備向本發(fā)明的熔斷器用陶瓷粉料中加入可紫外固化的粘結(jié)劑，充分攪拌，制成固含量在65、0%、粘度< 22kcps陶瓷漿料；(2)、內(nèi)電極漿料的制備配制內(nèi)電極漿料，控制漿料中銀含量在65、0%；(3)、熔斷器生坯成型通過涂布方式用步驟(1)所制得的陶瓷漿料制備陶瓷基體，通過絲網(wǎng)印刷的方式用步驟(2)所制得的內(nèi)電極漿料在陶瓷基體內(nèi)制作內(nèi)電極，經(jīng)過紫外固化，制得具有陶瓷層-內(nèi)電極層-陶瓷層的貼片式結(jié)構(gòu)的熔斷器生坯；(4)、熔斷器生坯切割；(5)、熔斷器生坯排膠排膠溫度為30(T45(TC，排膠時間為廣40小時；(6)、熔斷器生坯燒結(jié)燒結(jié)溫度為60(T90(TC，燒結(jié)時間為廣3小時；(7)、上端和電鍍將經(jīng)過步驟(6)燒結(jié)后的熔斷器生坯接上銀端電極，并在銀端電極上電鍍上鎳層和錫層，制得所述陶瓷基熔斷器。
由于以上技術(shù)方案的實施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點用本發(fā)明熔斷器用陶瓷粉料制備而成的陶瓷基體，在與內(nèi)電極低溫共燒時，可以抑制內(nèi)電極向陶瓷基體擴散。
本發(fā)明熔斷器用陶瓷粉料的制備方法，簡單易行，能夠使各組分分散更加均勻。
用本發(fā)明熔斷器用陶瓷粉料制備的陶瓷基體制成的熔斷器，由于減小了內(nèi)電極向陶瓷基體的擴散，因而具備以下優(yōu)點1)實現(xiàn)電阻值降低，減小能耗；2)改善電阻值一致性，提高產(chǎn)品良率，降低成本。


下面結(jié)合附圖和具體的實施方式對本發(fā)明做進一步詳細的說明 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中2安培熔斷器的電阻值正態(tài)分布圖；圖2為實施例1所制得熔斷器的電阻值正態(tài)分布圖； 圖3為實施例2所制得熔斷器的電阻值正態(tài)分布圖； 圖4為現(xiàn)有技術(shù)中0. 5安培熔斷器的電阻值正態(tài)分布圖； 圖5為實施例3所制得熔斷器的電阻值正態(tài)分布圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明，但不限于這些實施例。
實施例1本實施例熔斷器的制備方法如下1)將摻雜量為8 wt%的納米級D5(1=20 nm 加入到一種玻璃陶瓷中。該玻璃陶瓷含有30 70 wt%—種低熔點硼硅酸玻璃與一種高熔點硼硅酸玻璃混合物、20 65 wt% SiO2 和0. 1 10 wt%的金屬氧化物，且該金屬氧化物為A1203、BaO、Sb2O3> V2O5, CoO、MgO, B203、 Nb2O5, SrO和SiO中的一種或幾種。將所有組分混合后加入球磨機中。
2)向步驟1)置于球磨機內(nèi)的混合物中加入重量為混合物重量約2倍的乙醇，及重量為混合物重量約2倍的直徑為5mm的^O2研磨球。球磨轉(zhuǎn)速設(shè)定為40 rpm,球磨時間為 2 hr。所有混合物料在球磨后應(yīng)充分混合，外摻劑&02均勻分散，然后在60(T8(KrC下進行預(yù)燒，再干燥。之后再向所得物料中加入乙醇和研磨球，經(jīng)過二次球磨，粒徑D5tl= 2. 02 μ m0 最后物料依次通過120 °C烘干、粉碎和200目過篩，得到低溫共燒陶瓷粉料。
3)向步驟2)制得的低溫共燒陶瓷粉料中加入可紫外固化的粘結(jié)劑，充分攪拌制備成陶瓷漿料，該陶瓷漿料的固含量為69. 65 %，粘度為沈.4 kcps。針對不同系列熔斷器，內(nèi)電極漿料的銀含量應(yīng)控制在65 80%之間。本實施例制作的是2安培熔斷器，因此內(nèi)電極漿料的銀含量控制在72. 5 %。然后參照貼片式熔斷器制造方法(可參考發(fā)明專利US006034589A和CN1147887C中公開的技術(shù)內(nèi)容)，依次完成如下工序①熔斷器生坯成型首先涂布一層低溫共燒陶瓷漿料，然后通過絲網(wǎng)印刷方式印刷一層帶有可紫外光固化粘結(jié)劑的內(nèi)電極漿料，然后在該內(nèi)電極層表面涂布一層低溫共燒陶瓷漿料，再經(jīng)紫外固化， 獲得低溫共燒玻璃陶瓷基體和內(nèi)電極的組合體，即熔斷器生坯；②熔斷器生坯切割；③熔斷器生坯排膠完成排膠以除去其中的粘結(jié)劑成分，具體是將生坯放置于排膠爐中，升溫到 355°C，保溫36 hr;④熔斷器生坯燒結(jié)將排膠后的樣品在溫度910 °C下燒結(jié)致密，燒結(jié)時間30 min ；⑤上端和電鍍過程將燒結(jié)后樣品倒角后接上銀端電極，并在銀層上鍍上鎳層和錫層，最終完成熔斷器的制備。
將本實施例制得的熔斷器與現(xiàn)有熔斷器的電性能進行對比，結(jié)果如表1、圖1和圖 2所示。
對比結(jié)果表明，本實施例熔斷器的平均電阻值與現(xiàn)有熔斷器的平均電阻值相比， 從0. 0464降低到0. 0382 Ω，耗能?。煌瑫r阻值分布趨于集中，電阻一致性更好。
表1現(xiàn)有2安培熔斷器與實施例1制得的熔斷器的電阻值對比結(jié)果
權(quán)利要求
1 一種熔斷器用陶瓷粉料，包括陶瓷組分和外摻劑，其特征在于所述外摻劑為二氧化鋯；按重量計，所述外摻劑占所述熔斷器用陶瓷粉料的摻雜含量為0. 5^25% ；所述陶瓷組分包括30 70%硼硅酸玻璃、20 65% 二氧化硅、0.廣10%的金屬氧化物，所述金屬氧化物為三氧化二鋁、氧化鋇、三氧化二銻、五氧化二釩、氧化鈷、氧化鎂、三氧化二硼、五氧化二鈮、氧化鍶和氧化鋅中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔斷器用陶瓷粉料，其特征在于所述二氧化鋯為D5tl=IO 25 nm的納米級二氧化鋯或D5tl=O. 5 10 μ m的微米級二氧化鋯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔斷器用陶瓷粉料，其特征在于所述硼硅酸玻璃為熔點在 60(T70(TC之間的低熔點硼硅酸玻璃與熔點在70廣850°C之間的高熔點硼硅酸玻璃的混合物，且所述低熔點硼硅酸玻璃與所述高熔點硼硅酸玻璃的重量比為0. 42^2. 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔斷器用陶瓷粉料，其特征在于所述熔斷器用陶瓷粉料的粒徑控制在0. 5 6 μ m之間。
5.權(quán)利要求1中所述的熔斷器用陶瓷粉料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)、按配方量稱取陶瓷組分和外摻劑，并將它們混合后置于球磨機中；(2)、向步驟(1)的混合物中加入重量為混合物重量2、倍的乙醇和重量為混合物重量2、倍的二氧化鋯研磨球，對混合物進行第一次球磨；球磨轉(zhuǎn)速為4(T60rpm，球磨時間為 Γ4小時；(3)、將第一次球磨后所得的漿料烘干，然后在60(T8(KrC下進行燒結(jié)，再進行干燥，得到粉狀預(yù)混料；(4)、向步驟(3)所得的預(yù)混料中加入乙醇和二氧化鋯研磨球，進行第二次球磨，然后使第二次球磨后的漿料經(jīng)過烘干、粉碎和過篩，得到所述熔斷器用陶瓷粉料。
6 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于第一次球磨時所用的二氧化鋯研磨球的直徑為5毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于步驟(3)和步驟(4)中的烘干溫度為 9(Γ150 。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于步驟(4)中的過篩目數(shù)為200目。
9.一種陶瓷基熔斷器，包括陶瓷基體、設(shè)置在所述陶瓷基體內(nèi)的內(nèi)電極，以及設(shè)置在所述陶瓷基體外并與內(nèi)電極相連的端電極，其特征在于所述陶瓷基體是利用權(quán)利要求廣4 中任一項所述的熔斷器用陶瓷粉料制備而成。
10.一種陶瓷基熔斷器的生產(chǎn)方法，利用權(quán)利要求廣4中任一項所述的熔斷器用陶瓷粉料制備陶瓷基體，具體包括如下步驟(1)、陶瓷漿料的制備向所述熔斷器用陶瓷粉料中加入可紫外固化的粘結(jié)劑，充分攪拌，制成固含量在65、0%、粘度< 22kcps陶瓷漿料；(2)、內(nèi)電極漿料的制備配制內(nèi)電極漿料，控制漿料中銀含量在65、0%；(3)、熔斷器生坯成型通過涂布方式用步驟(1)所制得的陶瓷漿料制備陶瓷基體，通過絲網(wǎng)印刷的方式用步驟(2)所制得的內(nèi)電極漿料在陶瓷基體內(nèi)制作內(nèi)電極，經(jīng)過紫外固化，制得具有陶瓷層-內(nèi)電極層-陶瓷層的貼片式結(jié)構(gòu)的熔斷器生坯；(4)、熔斷器生坯切割；(5)、熔斷器生坯排膠排膠溫度為30(T45(TC，排膠時間為廣40小時；(6)、熔斷器生坯燒結(jié)燒結(jié)溫度為60(T90(TC，燒結(jié)時間為廣3小時；(7)、上端和電鍍將經(jīng)過步驟(6)燒結(jié)后的熔斷器生坯接上銀端電極，并在銀端電極上電鍍上鎳層和錫層，制得所述陶瓷基熔斷器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熔斷器用陶瓷粉料及其制備方法，該陶瓷粉料包括外摻劑和陶瓷組分，其中外摻劑為二氧化鋯，摻雜含量為0.5~25%，按重量計，陶瓷組分包括30~70%硼硅酸玻璃、20~65%二氧化硅、0.1~10%的金屬氧化物。用本發(fā)明熔斷器用陶瓷粉料制備而成的陶瓷基體，在與內(nèi)電極低溫共燒時，可以抑制內(nèi)電極向陶瓷基體擴散。本發(fā)明還涉及用該種陶瓷粉料制備基體的熔斷器及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明熔斷器，由于減小了內(nèi)電極向陶瓷基體的擴散，實現(xiàn)了電阻值的降低和能耗的減?。煌瑫r還改善了電阻值的一致性，提高產(chǎn)品良率，降低了成本。
文檔編號H01H69/02GK102557590SQ20121002069
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月30日
發(fā)明者單小兵, 李向明, 汪立無, 鄧學(xué)鋒 申請人:Aem科技(蘇州)股份有限公司