一种石墨烯灭弧的高压熔断器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于熔断器技术领域，具体涉及一种采用石墨烯起到灭弧作用的微型高压熔断器及该熔断器的制造方法。
【背景技术】
[0002]熔断器是一种由熔体和支撑或保护熔体的绝缘体组成的装置，其利用熔点较低的金属材料或浆料制成金属丝或片状电极等作为熔体，串联在被保护电路中，当电路或电路中的设备过载或发生故障时，熔体因发热而被瞬时熔断，从而切断电路，达到保护电路或设备的目的。随着熔断器微型化的发展，熔体的分断安全问题逐渐成为高电压大电流应用时需要考虑的重点因素。在故障电流过大或短路断开的瞬间，熔体上会产生能量强大的电弧，如果熔体附近没有设置熄灭此种电弧的材料，熔断器就会燃烧甚至有产生爆炸的危险，轻则烧毁电路中其他贵重元件，重则甚至会因电弧引燃发生火灾、危及人身安全。
[0003]现有熔断器一般在熔断器内设置空腔，空腔内填充灭弧材料来实现灭弧效果，提高安全性，但现有灭弧材料的效果并不理想，且工艺较为复杂，性价比低。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明旨在将石墨烯应用在熔断器中起到灭弧作用。石墨烯是一种自石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的单层片状结构的新材料，具有一系列新奇的物理性质。石墨烯只有一个碳原子的厚度，结构非常稳定，但石墨烯自身无法作为灭弧材料填充使用。本发明突破常规思维，将浸渍有石墨烯溶液的绝缘纸为基体的灭弧垫片应用在特殊设计的熔断器中，达到极佳的灭弧防爆效果。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种石墨烯灭弧的高压熔断器，包括绝缘管壳和金属熔体，所述绝缘管壳内设有贯通孔，所述金属熔体穿过贯通孔悬空置于绝缘管壳中，所述绝缘管壳两端分别设有内部端帽和外部端帽，所述外部端帽压合在内部端帽外，所述内部端帽与绝缘管壳之间设有灭弧垫片，所述灭弧垫片为浸渍有石墨烯溶液的绝缘垫片，所述金属熔体两头分别穿过灭弧垫片和内部端帽、并通过焊锡固定在内部端帽外侧。
[0006]进一步的，所述金属熔体在绝缘管壳中平行设置。
[0007]进一步的，所述金属熔体在绝缘管壳中对角设置。
[0008]进一步的，所述绝缘管壳两端具有缩口。
[0009]进一步的，所述绝缘垫片由以下材料中的一种制成:红钢纸、青稞纸、牛皮纸。
[0010]进一步的，所述内部端帽和外部端帽为铜质端帽。
[0011]本发明还提供了石墨烯灭弧的高压熔断器的制造方法，包括如下步骤:
石墨烯溶液制备:将石墨烯粉末和溶剂混合后，对其先进行Ih?6h超声处理，随后进行
0.5h~3h磁力搅拌，再进行Ih?6h超声处理，得到澄清溶液；
灭弧垫片处理:将合适大小的绝缘纸浸泡在由石墨烯溶液制备步骤得到的石墨烯溶液中2h~24h，使绝缘纸上均匀布满石墨烯晶体，然后在溶剂沸点附近温度加热烘干，得到需要的灭弧垫片；
内部端帽组装:将一灭弧垫片放于产品的一侧内部端帽中，然后将该端帽连同灭弧垫片一同压入到绝缘管壳一端部，再将另一灭弧垫片放于产品的另一侧内部端帽中，将另一端帽连同另一灭弧垫片一同压入到绝缘管壳另一端；
金属熔体焊接:将金属熔体穿过灭弧垫片、内部端帽与绝缘管壳，采用焊锡将金属熔体焊接在内部端帽外侧；
外部端帽组装:将产品的外部端帽压合到绝缘管壳两端，外部端帽包住内部端部。
[0012]进一步的，所述石墨稀溶液的浓度为0.5mg/ml?10mg/ml。
[0013]进一步的，溶剂包括水溶液、N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液、二甲基甲酰胺(DMF)溶液中至少一种或两种以上的混合溶液。
[0014]进一步的，灭弧垫片和内部端帽在内部端帽组装步骤之前在合适位置预先形成孔洞。
[0015]与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果:
本发明将吸附有石墨烯的灭弧垫片置于绝缘管壳熔断器两端帽的内层，一方面防止了两端帽间的持续拉弧，并可以承受爆炸压力对端帽的冲击;另一方面，通过石墨烯的超大比表面积和导热系数来吸附并快速冷却金属熔体断开时产生的金属蒸汽，从而保证了熔断器可以在更高电压下安全工作。另外，本发明由于采用双铜帽外焊工艺，解决了产品内部焊接无法避免地需要使用高温铅焊锡的问题，使产品可以完全无铅化。
【附图说明】
[0016]图1为实施例一提供的石墨烯灭弧的高压熔断器结构示意图；
图2为实施例二提供的石墨烯灭弧的高压熔断器结构示意图；
图3为实施例三提供的石墨烯灭弧的高压熔断器结构示意图；
图4为实施例四提供的石墨烯灭弧的高压熔断器结构示意图。
[0017]附图标记列表:
1-绝缘管壳，2-金属熔体，3-两灭弧垫片，4-两内部端帽，5-两外部端帽，6-焊锡，7-贯通孔。
【具体实施方式】
[0018]以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0019]实施例一:
图1为本发明所述的石墨烯灭弧高压熔断器的纵向剖面图，该熔断器的结构包括绝缘管壳1、金属熔体2、两灭弧垫片3、两内部端帽4、两外部端帽5和焊锡6。绝缘管壳I具有贯通孔7，两内部端帽4套在绝缘管壳I两端，两灭弧垫片3分别设置在两内部端帽4和绝缘管壳I两端之间，内部端帽4将灭弧垫片3固定在绝缘管壳I两端面上。金属熔体2横向穿过贯通孔，悬空置于绝缘管壳I中，金属熔体2两头分别穿过灭弧垫片、内部端帽4，在内部端帽4外侧采用焊锡6将金属熔体2固定在内部端帽4上，如此，两端内部端帽4通过金属熔体2形成电连接。显然，为了令金属熔体能够顺利穿出，灭弧垫片3和内部铜帽4相应位置上应形成一定尺寸的孔洞，孔洞的尺寸可根据金属熔体2的尺寸和制作难度进行调整。两外部端帽5分别压合并覆盖在两内部端帽4外，位于绝缘外壳I的两端最外部。
[0020]具体的说，灭弧垫片3由绝缘纸浸渍到石墨烯溶液中并干燥后得到，石墨烯溶液的浓度为0.5mg/ml-10mg/ml。绝缘纸为红钢纸、青稞纸、牛皮纸等绝缘阻燃类纸，厚度为0.2mm?1mm，绝缘纸尺寸与内部端帽内部尺寸一致。绝缘管壳I优选为方形或圆形管状结构，可以采用如陶瓷、玻璃或PCB等绝缘材料制成。金属熔体2可以采用金属丝材或金属片状带材。金属熔体2在焊接到内部端帽4外侧时，两端焊接采用同一方向，金属熔体2穿出两内部端帽的高度一致，使得金属熔体2与绝缘管壳