一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料及涂层方法与流程

本发明涉及的是一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料及涂层方法，属于电子元器件制造技术领域。

背景技术：

电涌保护器（SPD）作为防雷器件目前已经广泛应用于通讯系统、建筑、工业以及民用防雷等。随着现代化技术的不断发展，人们对电压的稳定性要求和安全性要求越来越高。目前的SPD增加通流量的两种方法，一种提高瓷体的配方材料，一种从工艺角度增加电极的面积。第一种方法研发周期长，第二种方法又可以分为两种途径迅速提高目前产品的通流量，一种途径是增加瓷体的直径，加大瓷体表面的银面积，但是这种方法使得产品直径变大不符合客户规范；另一种途径就是在固有的瓷体上下两端面表面，增大银电极面积，但是自由边小于0.3毫米以下时，大电流通过时容易闪火，导致产品失效，严重时可以引发火灾。因此从产品本征结构出发，在工艺改进方面还有很大的技术突破空间。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足，通过研发一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料均匀涂覆在干压成型后的SPD阀片生坯体侧面四周，与陶瓷生胚体实现共烧，并且在SPD阀片瓷片两端面表面制作无自由边的银电极，实现大的通流能力的同时，保证产品不闪火。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料，它是由下述质量百分比的原料组成：ZnO：Co₃O₄：Sb₂O₃： MnCO₃：Bi₂O₃：Ni₂O₃：ZrO₂：SiO₂：Y₂O₃：Al(NO₃)₃ ▪9H₂O：H₃BO₃等于82%~87%：0.3%~0.8%：5%~10%：0.4%~0.85%：2%~5%：0.43%~1%：0.05%~0.3%：0.05%~0.3%：0.05%~0.3%：0.1%~0.5%：0.02%~0.05%，各组分含量之和为100%；

所述高能型SPD阀片陶瓷涂层材料的制备方法：

（1） 首先将纯度≥99%的分析纯原料ZnO、Co₃O₄、Sb₂O₃、MnCO₃、Bi₂O₃、Ni₂O₃、ZrO₂、SiO₂、Y₂O₃、Al(NO₃)₃ ▪9H₂O、H₃BO₃按质量百分比ZnO：Co₃O₄：Sb₂O₃： MnCO₃：Bi₂O₃：Ni₂O₃：ZrO₂：SiO₂：Y₂O₃：Al(NO₃)₃ ▪9H₂O：H₃BO₃等于82%~87%：0.3%~0.8%：5%~10%：0.4%~0.85%：2%~5%：0.43%~1%：0.05%~0.3%：0.05%~0.3%：0.05%~0.3%：0.1%~0.5%：0.02%~0.05%准确称量，加入锆球、去离子水和分散剂，湿式球磨混合4～8小时, 转速100~150转/分钟，然后在120^oC~160^oC烘箱内快速干燥，直至完全烘干；其中，锆球、去离子水、分散剂、原料重量比为3～4 ∶1～2 ∶0.01～0.03 ∶ 1；所述分散剂指的是铵盐类阳离子表面活性剂；

（2） 将步骤（1）中烘干的粉料碾碎，置入氧化铝匣钵中，然后在750^oC~850 ^oC温度下煅烧2小时，将煅烧后的粉料全部置入球磨罐中，加入锆球、去离子水，湿式球磨粉碎4～8小时，然后将球磨后的浆料过350目筛后，在120^oC~160^oC烘箱内快速干燥，直至完全烘干，然后将烘干的粉料碾碎，即可得到一种高能型SPD阀片陶瓷涂层粉料。

（3） 将步骤2中高能型SPD阀片陶瓷涂层粉料置入烧杯中，加入质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液、分散剂、去离子水，用搅拌桨300~700转/分钟不停搅拌4~8个小时，直至液体浆料混合均匀，即得到一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料；其中，5%的聚乙烯醇溶液、去离子水、分散剂、陶瓷涂层粉料重量比为0.3～0.5 ∶0.02～0.1 ∶0.01～0.1 ∶ 1；所述分散剂指的是铵盐类阳离子表面活性剂。

所述高能型SPD阀片陶瓷涂层材料的涂层方法是：

（1） 将干压成型后的SPD阀片生坯体侧面四周均匀涂覆一层厚度为200微米~1000微米的上述的陶瓷涂层材料，然后与SPD阀片生坯体一同在550^oC~650 ^oC条件下排胶，升温速率1^oC ~2^oC/分钟，保温3~8小时；

（2） 将步骤（1）中排胶好的生坯体放入电阻炉中烧结，烧结温度1050 ^oC~1250 ^oC，保温4~6小时，即可得到一种高能型SPD阀片瓷片；

（3）在步骤（2）中的高能型SPD阀片瓷片两端面表面丝网印刷无自由边的银电极浆料C1、C2，然后在140 ^oC~180 ^oC烘箱内烘干、在550 ^oC~650 ^oC条件下烧银10分钟~30分钟，得到一种高能型SPD阀片芯片；

（4） 在步骤3中高能型SPD阀片芯片上印刷锡膏、烘干、合上电极片，回流焊接、三氯乙烯超声波清洗、再次烘干、环氧树脂包封、固化，即可得到一种高能型SPD阀片。

采取上述措施的本发明具有以下特点：

1. 本发明通过材料配方的设计和优化，以及通过煅烧高能型SPD阀片陶瓷涂层粉料，实现粉料的预合成，增加陶瓷涂层粉料的有效活性以及涂覆材料分布的均一性；

2. 本发明通过研制出一种高残压、高电阻陶瓷涂层材料均匀涂覆在干压成型后的SPD阀片生坯体侧面四周，并能够与陶瓷生胚体实现共烧，并且在SPD阀片瓷片两端面表面制作无自由边的银电极，实现大的通流能力的同时，保证产品不闪火。

3. 本发明制备工艺简单，可以实现大批量工业化生产。

附图说明

图1为本发明一种高能型SPD阀片芯片主视结构示意图；

图2为本发明一种高能型SPD阀片芯片左视结构示意图。

上述附图中的元件序号是：SPD阀片生坯体A，陶瓷涂层材料B，银电极浆料C1、C2。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述。需要指出的是，按照本发明的技术方案，下述实施例还可以举出许多，根据申请人大量的实验结果证明，在本发明的权利要求书所提出的范围，均可以达到本发明的目的。

实施例1

如图1、图2所示，一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料及涂层方法的具体步骤是：

1. 首先准确称取纯度≥99%的分析纯原料1704克ZnO、13.2克Co₃O₄、157.2克Sb₂O₃、11.4克MnCO₃、87.2克Bi₂O₃、14.6克Ni₂O₃、2.8克ZrO₂、3.4克SiO₂、4克Y₂O₃、2克Al(NO₃)₃ ▪9H₂O、0.2克H₃BO₃置入球磨罐中，加入8千克锆球、3千克去离子水和40克铵盐类阳离子表面活性剂作为分散剂，湿式球磨混合8小时, 转速100转/分钟，然后在160^oC烘箱内快速干燥，直至完全烘干；

2. 将步骤1中烘干的粉料碾碎，置入氧化铝匣钵中，然后在750^oC温度下煅烧2小时，将煅烧后的粉料全部置入球磨罐中，加入锆球、去离子水，湿式球磨粉碎4小时，然后将球磨后的浆料过350目筛后，在160^oC烘箱内快速干燥，直至完全烘干，然后将烘干的粉料碾碎，即可得到一种高能型SPD阀片陶瓷涂层粉料，备用；

3. 将步骤2中高能型SPD阀片陶瓷涂层粉料置入烧杯中，加入800克质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液、40克铵盐类阳离子表面活性剂作为分散剂、100克去离子水，用搅拌桨500转/分钟不停搅拌6个小时，直至液体浆料混合均匀，即可得到一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料B，备用；

4. 将干压成型后的34S431型号SPD阀片生坯体A侧面四周均匀涂覆一层厚度为200微米~1000微米的步骤3中的陶瓷涂层材料B，然后与SPD阀片生坯体一同在550^oC条件下排胶，升温速率1 ^oC/分钟，保温4小时；

5. 将步骤4中排胶好的生坯体放入电阻炉中烧结，烧结温度1090 ^oC，保温4小时，即可得到一种高能型SPD阀片瓷片；

6. 在步骤5中的高能型SPD阀片瓷片两端面表面丝网印刷无自由边的银电极浆料C1、C2，然后在180 ^oC烘箱内烘干、在590 ^oC条件下烧银30分钟，得到一种高能型SPD阀片芯片；

7. 在步骤6中高能型SPD阀片芯片上印刷锡膏、烘干、合上电极片，回流焊接、三氯乙烯超声波清洗、再次烘干、环氧树脂包封、固化，即可得到一种高能型SPD阀片。

实施例2

如图1、图2所示，一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料及涂层方法的具体步骤是：

1. 首先准确称取纯度≥99%的分析纯原料1643.6克ZnO、10.8克Co₃O₄、106.4克Sb₂O₃、150.6克MnCO₃、67.2克Bi₂O₃、8.6克Ni₂O₃、5克ZrO₂、1克SiO₂、4.6克Y₂O₃、2克Al(NO₃)₃ ▪9H₂O、0.2克H₃BO₃置入球磨罐中，加入7千克锆球、3.6千克去离子水和40克铵盐类阳离子表面活性剂作为分散剂，湿式球磨混合4小时, 转速150转/分钟，然后在140^oC烘箱内快速干燥，直至完全烘干；

2. 将步骤1中烘干的粉料碾碎，置入氧化铝匣钵中，然后在800^oC温度下煅烧2小时，将煅烧后的粉料全部置入球磨罐中，加入锆球、去离子水，湿式球磨粉碎6小时，然后将球磨后的浆料过350目筛后，在120^oC烘箱内快速干燥，直至完全烘干，然后将烘干的粉料碾碎，即可得到一种高能型SPD阀片陶瓷涂层粉料，备用；

3. 将步骤2中高能型SPD阀片陶瓷涂层粉料置入烧杯中，加入900克质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液、60克铵盐类阳离子表面活性剂作为分散剂、75克去离子水，用搅拌桨600转/分钟不停搅拌8个小时，直至液体浆料混合均匀，即可得到一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料B，备用；

4. 将干压成型后的34S431型号SPD阀片生坯体A侧面四周均匀涂覆一层厚度为200微米~1000微米的步骤3中的陶瓷涂层材料B，然后与SPD阀片生坯体一同在550^oC条件下排胶，升温速率1.5 ^oC/分钟，保温6小时；

5. 将步骤4中排胶好的生坯体放入电阻炉中烧结，烧结温度1090 ^oC，保温4小时，即可得到一种高能型SPD阀片瓷片；

6. 在步骤5中的高能型SPD阀片瓷片两端面表面丝网印刷无自由边的银电极浆料C1、C2，然后在140 ^oC烘箱内烘干、在600 ^oC条件下烧银25分钟，得到一种高能型SPD阀片芯片；

7. 在步骤6中高能型SPD阀片芯片上印刷锡膏、烘干、合上电极片，回流焊接、三氯乙烯超声波清洗、再次烘干、环氧树脂包封、固化，即可得到一种高能型SPD阀片。

实施例3

如图1、图2所示，一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料及涂层方法的具体步骤是：

1. 首先准确称取纯度≥99%的分析纯原料1679.2克ZnO、15.2克Co₃O₄、170克Sb₂O₃、11.4克MnCO₃、87.2克Bi₂O₃、14.6克Ni₂O₃、4.8克ZrO₂、3.4克SiO₂、5.2克Y₂O₃、8克Al(NO₃)₃ ▪9H₂O、1克H₃BO₃置入球磨罐中，加入8千克锆球、3千克去离子水和40克铵盐类阳离子表面活性剂作为分散剂，湿式球磨混合6小时, 转速150转/分钟，然后在160^oC烘箱内快速干燥，直至完全烘干；

2. 将步骤1中烘干的粉料碾碎，置入氧化铝匣钵中，然后在750^oC温度下煅烧2小时，将煅烧后的粉料全部置入球磨罐中，加入锆球、去离子水，湿式球磨粉碎4小时，然后将球磨后的浆料过350目筛后，在160^oC烘箱内快速干燥，直至完全烘干，然后将烘干的粉料碾碎，即可得到一种高能型SPD阀片陶瓷涂层粉料，备用；

3. 将步骤2中高能型SPD阀片陶瓷涂层粉料置入烧杯中，加入800克质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液、40克铵盐类阳离子表面活性剂作为分散剂、100克去离子水，用搅拌桨500转/分钟不停搅拌6个小时，直至液体浆料混合均匀，即可得到一种高能型SPD阀片陶瓷涂层材料B，备用；

4. 将干压成型后的34S431型号SPD阀片生坯体A侧面四周均匀涂覆一层厚度为200微米~1000微米的步骤3中的陶瓷涂层材料B，然后与SPD阀片生坯体一同在550^oC条件下排胶，升温速率1 ^oC/分钟，保温4小时；

5. 将步骤4中排胶好的生坯体放入电阻炉中烧结，烧结温度1090 ^oC，保温4小时，即可得到一种高能型SPD阀片瓷片；

6. 在步骤5中的高能型SPD阀片瓷片两端面表面丝网印刷无自由边的银电极浆料C1、C2，然后在180 ^oC烘箱内烘干、在610 ^oC条件下烧银20分钟，得到一种高能型SPD阀片芯片；

7. 在步骤6中高能型SPD阀片芯片上印刷锡膏、烘干、合上电极片，回流焊接、三氯乙烯超声波清洗、再次烘干、环氧树脂包封、固化，即可得到一种高能型SPD阀片。

为了检测本发明的性能，对本发明进行了性能测试，测试结果如下表所示：