一种陶瓷化热电池用惰性阻流环及其制备方法与流程

本发明涉及热电池技术领域，具体为一种陶瓷化热电池用惰性阻流环的制备方法。

背景技术：

热电池是用火工品及其药剂组成的加热系统把不导电的固体状态盐类电解质加热熔融成离子型导体而进入工作状态的一种储备化学电池。热电池具有激活时间短、输出功率大、比能量高、使用温度范围广、贮存时间长等优点，因而广泛应用于各种武器中，特别是在大、中口径炮弹、抛撒弹等中更是发挥巨大作用。热电池是导弹、核武器、通用弹药等现代化武器十分理想的电源，在军用电源中占有十分重要的位置。

传统的热电池用惰性阻流环采用石棉或石棉～氧化镁材料。由于热电池在工作时电池内部电解质熔盐处于熔融状态，电堆中心最高温度可达500℃～600℃，惰性阻流环的是防止热电池在高环境力的工作过程中电解质熔盐溢出(例如18000转/分钟)，造成短路，起到保护电堆作用。因此，对阻流环的要求耐热性、耐化学腐蚀、良好的电绝缘性。

传统的惰性阻流环需要人工制备成石棉～氧化镁纸或将现有的石棉纸张通过冲压机制备成符合需求的惰性阻流环。目前，人工制备的惰性阻流环存在诸多弊端，石棉纸在制备过程中消耗的人工成本高，冲压后的阻流环稳定性差，废品率较高，高温烧结后的收缩率大，此外材料本身石棉且具有一定毒性，危害作业员工的身体健康。

技术实现要素：

本发明的目的针对传统热电池用的惰性阻流环存在的问题，提供一种陶瓷化惰性阻流环的的制备方法，该制备方法制作的阻流环具有高稳定、低成本、无毒害、一致性好等特点，同时陶瓷材料本身又具有很高的力学特性、热特性、电特性及化学特性等诸多优势。

一种陶瓷化热电池用惰性阻流环，由以下原料按质量百分比通过烧结而成，陶瓷粉料陶瓷粉料90％-99％，粘结剂0.9％-5％，助剂0.1％-5％。

优选的，上述的一种陶瓷化热电池用惰性阻流环，所述的陶瓷粉料为氧化铝、氧化锆或碳化物陶瓷材料中的一种或多种；所述的粘结剂为pva、阿拉伯树胶或桃胶中的一种或多种；所述的助剂是氧化硼、氧化硅、氧化镁、氧化钙以及低熔点陶瓷粉中的一种或多种。

优选的，上述的一种陶瓷化热电池用惰性阻流环，所述的陶瓷粉料和助剂的粒度为20-50μm。

一种陶瓷化热电池用惰性阻流环的制备方法，

1)混合：按照上述的质量百分数称取陶瓷粉料，粘结剂，助剂，混合均匀；

2)制粉：将陶瓷浆料在喷雾干燥塔中进行喷雾造粒，获得陶瓷粉料；

3)装模：将陶瓷粉料放入模具中，并将模具放在振动平台上振实，振实后放好压头；

4)压实：将模具放在压机上加压并保压后，脱模后获得陶瓷坯体；

5)排胶：将陶瓷坯体放入加热炉中，升温至300～700℃，保持6-12h；

6)烧结：将加热炉升温至1300～1700℃，保温1～24h后取出，随炉冷却后即得目标产物。

优选的，上述的一种陶瓷化热电池用惰性阻流环的制备方法，步骤2)中所制备的陶瓷粉料的的粒度为100～500目。

优选的，上述的一种陶瓷化热电池用惰性阻流环的制备方法，步骤4)具体为：将模具放在压机上加压至5～25mpa，保压1～100min后，脱模后获得陶瓷坯体。

优选的，上述的一种陶瓷化热电池用惰性阻流环的制备方法，步骤5)中升温的速率为：0.1～20℃/min。

优选的，上述的一种陶瓷化热电池用惰性阻流环的制备方法，步骤6)中升温的速率为：1～20℃/min。

本发明的有益效果是：

本发明采用耐高温无机方法所制备的陶瓷环做为热电池中包附熔盐电解质层及负极层，具有高稳定、低成本、无毒害、一致性好等特点优点。

本发明所用的陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料之一，其硬度大多在1500hv以上，此外陶瓷还具有很高的抗压强度；

本发明所用的陶瓷材料一般具有高的熔点(大多在2000℃以上)，且在高温下具有极好的化学稳定性，陶瓷还是良好的隔热材料，减缓了电解质熔盐在工作中的热量散失；同时陶瓷的线膨胀系数比传统的石棉环低，当温度发生变化时，陶瓷环尺寸不发生变化，具有良好的尺寸稳定性；

本发明所制备的惰性阻流环具有良好的电绝缘性，绝缘电阻可达500mω以上；

本发明所制备的惰性阻流环在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力；

本发明所涉及的材料便于工业生产，制备工艺简单，可靠性高，有利于工程化。

本发明所制备的惰性阻流环外径尺寸为ф6±0.2～ф102±0.2mm，内径尺寸为ф5±0.2～ф98±0.2mm,厚度为0.2±0.02mm～2.4±0.02mm。

附图说明

图1为实施例1所制备的惰性阻流环的俯视图

图2为实施例1所制备的惰性阻流环的侧视图

具体实施方式

以下仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限制于本文所示的实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和润饰也应视为本发明的保护范围。

下面将结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

1)混合：取粒度为20μm的氧化铝陶瓷粉料90kg，pva粘结剂4kg，粒度为20μm的氧化硼2kg、粒度为20μm的氧化镁0.5kg、粒度为20μm的氧化钙0.5kg与55kg去离子水混合，在滚杠上滚24h混合均匀，保持混合温度为40℃以下，得陶瓷浆料。

2)制粉：将陶瓷浆料在喷雾干燥塔中进行喷雾造粒，设定喷枪压力为0.04mpa，热空气进口温度为300℃，热空气出口温度为110℃，控制陶瓷浆料流量为2.0l/min。将造粒后的陶瓷球粉经干式除铁器进行三遍除铁后，分别过100目和200目筛，获得粒度为100～200目的陶瓷粉料。

3)装模：将0.39g陶瓷粉料放入型腔内径尺寸27.5mm，压头外径尺寸23.8mm的模具中，并将模具放在振动平台上振实，振实后放好压头。

4)压实：将模具放在压机上加压至8mpa，保压2min后，脱模获得陶瓷坯体，此时坯体厚度约为1.17mm。

5)排胶：将陶瓷坯体放入加热炉中，以5℃/min的升温速率升温至400℃，排胶10h。

6)烧结：将加热炉以5℃/min的升温速率升温至1350℃，保温2h。

随炉冷却后，获得陶瓷惰性阻流环，此产品外径尺寸为ф23.9±0.1mm，内径尺寸为20.9±0.1mm，高度为1.0±0.1mm。

实施例1所制备的惰性阻流环为环状，用于包附熔盐电解质层及负极层。

实施例2

1)混合：取粒度为20μm的氧化铝陶瓷粉料92.5kg，pva粘结剂5kg，粒度为20μm的氧化硼1kg、粒度为20μm的氧化镁0.5kg、粒度为20μm的氧化钙0.5kg与50kg去离子水混合，在滚杠上滚24h混合均匀，保持混合温度为40℃以下，得陶瓷浆料。

2)制粉：将陶瓷浆料在喷雾干燥塔中进行喷雾造粒，设定喷枪压力为0.04mpa，热空气进口温度为300℃，热空气出口温度为110℃，控制陶瓷浆料流量为2.0l/min。将造粒后的陶瓷球粉经干式除铁器进行三遍除铁后，分别过100目和200目筛，获得粒度为100～200目的陶瓷粉料。

3)装模：将0.60g陶瓷粉料放入型腔内径尺寸27.5mm，压头外径尺寸23.8mm的模具中，并将模具放在振动平台上振实，振实后放好压头。

4)压实：将模具放在压机上加压至10mpa，保压2min后，脱模获得陶瓷坯体，此时坯体厚度约为2.05mm。

5)排胶：将陶瓷坯体放入加热炉中，以5℃/min的升温速率升温至400℃，排胶10h。

6)烧结：将加热炉以5℃/min的升温速率升温至1350℃，保温2h。

随炉冷却后，获得陶瓷惰性阻流环，此产品外径尺寸为ф23.9±0.1mm，内径尺寸为20.9±0.1mm，高度为1.4±0.1mm。

实施例2所制备的惰性阻流环为环状，用于包附熔盐电解质层及负极层。

通过以上工艺制备的惰性阻流环，应用到热电池生产中，简化了传统惰性阻流环的制备的复杂工艺。在实际应用热电池测试，未出现电解质漏液现象，有效抑制了电解质的流动，同时材料本身具有高稳定、低成本、无毒害、一致性好等特点，具有较好的应用领域。