一种熔断器及其生产方法与流程

本发明涉及电气保护元件领域，尤其是提供一种含有具备灭弧及泄压等多重作用的功能层的熔断器的生产方法及由该方法生产的熔断器。
背景技术：
：熔断器被广泛的应用于各种电子元器件的过流保护。利用金属导体作为熔体串联于电路中，当电路发生异常时，电流超过规定值后，熔断器的熔体将会自动熔化，达到断开电路，保护电器的作用。随着应用电路中额定电压的升高，熔断器在熔断过程由于无法经受高电压的能量，存在出现基体破碎、碎裂、烧板以及基体飞离电路板等情况的安全隐患，因此迫切需要找到一种能有效提高熔断器的耐压能力的材料或结构。目前改善此问题的技术方案，大部分是以导入凹槽或空穴在熔体周围为主，或者在凹槽中再填加入多孔浆料来达到泄压或灭弧的效果。如cn2010101221215公开了一种熔断器，其采用埋入式线路积层方式，在两个堆叠基板之间设有至少一个泄压与聚热空间，将熔断体穿设于泄压与聚热空间中，此泄压与聚热空间可以聚集熔断体在电流通过时所产生的高温，并可泄除熔断体在熔断时所产生的压力，这种方式的缺点在于由于熔断体穿设于泄压和聚热空间中，至少有一面处于凹槽中且专利中提到该保护元件会进行烧结，而烧结过程是熔断体与陶瓷基板收缩致密化过程，由于熔断体至少一面处于凹槽结构中，导致其无法与基体一起收缩，容易导致熔断体出现弯曲变形现象，进而导致熔断器的熔断一致性会变差，且容易出现非线性熔断影响线路正常工作，该设计的另一个不足在于烧结后凹槽的尺寸由于陶瓷基体的收缩而相应变小，尺寸难以控制，此外该设计方式还存在一个弊端，即熔断体熔断过程在高电压条件下会存在严重的飞弧现象，尤其是在电路短路情况下会产生高电压高电流的情况，这种情况最考验熔断器的分断能力，而这篇专利中的设计虽然有泄压凹槽但没有灭弧材料无法沾灭电弧导致凹槽内有强烈放电现象，出现保护元件熔断不彻底而引起线路板燃烧的不安全现象。cn2012102771048中公开了一种熔断器，采用在元件的陶瓷基板上设一冲压沟槽，冲压沟槽中填充有ltcc的多孔陶瓷浆料或造孔剂浆料，在填充有ltcc的多孔陶瓷浆料或造孔剂浆料的陶瓷基板上堆叠熔体层，使得熔体位于填充有ltcc的多孔陶瓷浆料或造孔剂浆料的冲压沟槽的正上方，在具有熔体层的陶瓷基板上再堆叠另一陶瓷基板，两个陶瓷基板的冲压沟槽部分位于同一垂直平面，使所述熔体层位于填充有ltcc的多孔陶瓷浆料或造孔剂浆料的冲压沟槽部分之间，可以分散熔断体动作时产生的高压热流对产品自身的冲击作用。这种采用干法成型的方式在后期需要通过加压将两个陶瓷基板压到一起，这个加压过程会导致造孔浆料和熔体受到挤压，使得熔体发生变形，同时此方案引入多孔陶瓷或造孔剂通过低温共烧将有机物排出，从而形成多孔结构，这些孔洞的存在会导致熔断体在烧结过程中扩散到上述孔洞之中，造成熔断体本身出现缺陷，从而影响熔断体的阻值变大增加线路中功耗以及熔断的一致性变差，出现异常熔断从而影响线路正常工作。cn2009101263357中采用低温一体成型方式制造具有基材、熔断元素、空穴、抗电弧层以及端电极所构成的电流保护元件，此技术为了达到更高额定电流能力，该发明专利采用在熔断元素上方或下方引入抗电弧层，在电弧层或熔断元素上方或下方引入空穴，这种结构在低温成型过程中会导致抗电弧层或熔断元素的其中一面处于一个不受约束的自由收缩面，从而会引起抗电弧层或熔断元素发生变形，造成抗电弧层或熔断元素缺陷，从而影响熔断器的熔断特性和灭弧特性，导致熔断器无法耐更高的额定电压和额定电流，会使得熔断器在短路过程中无法安全分断，引起熔断器炸裂、炸飞、侧喷和烧板等危害线路板安全的现象。cn2016107785327中公开了一种熔断器，其熔断体四周具有灭弧层，灭弧层周面和/或熔断体周面具有缓冲层，该缓冲层具有容置空间或者多孔结构。其生产过程中，先将灭弧层的浆料涂覆在熔断体四周，然后再将缓冲层的浆料采用丝网印刷的方式印刷在灭弧层周面和/或熔断体的周面，这种结构虽然相对于现有技术有一定的改进，但由于缓冲层与灭弧层都含有结构薄弱点且两者的成分及结构不同，在低温共烧的过程中不仅操作工序复杂，而且缓冲层和灭弧层中的间隙依然会导致在低温共烧的过程中导致绝缘层和/或熔断体渗入间隙的不均一收缩，影响熔断体熔断特性。技术实现要素：为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有功能层的熔断器，具有灭弧和缓冲功能的所述功能层结构稳固，可对上下各层提供稳定支撑。本发明提供一种熔断器，包括绝缘层及熔断体，所述绝缘层包括上绝缘层及下绝缘层，所述熔断体设置在所述上绝缘层与所述下绝缘层之间，所述绝缘层上设有与所述熔断体相电连接的端电极，所述熔断器还包括设置在所述熔断体与所述绝缘层之间的功能层，所述功能层包括基材及均匀或大致均匀地分布在所述基材中的灭弧材料，所述灭弧材料含有密闭空穴，所述基材包括低温共烧陶瓷粉、气雾氧化硅、氧化硅、惰性树脂、磷酸及磷酸酯聚酯，所述灭弧材料的含量为1~50wt%。所述功能层中的灭弧材料能够在熔断体熔断的时候的压力和温度条件下产生空隙，具体地，灭弧材料中的玻璃体或陶瓷体的介面熔融破裂，预置在玻璃体或陶瓷体内的空穴来吸收熔断体熔断时产生的热能和冲击波，以及吸收产生的金属蒸气，将电弧淬灭。所述功能层的灭弧材料只有在熔断体熔断后才会产生空隙，而在生产过程中整个功能层内各成分之间稳固支撑，使得在制备熔断器的低温共烧过程中，功能层能够对熔断体层及绝缘层提供稳定的支撑，在接触部分产生有依托的收缩，克服了现有技术中熔断体在与缓冲层（泄压空间或空穴）以及灭弧层（电弧层）之间因无依托在烧结过程中收缩不匹配，导致熔断体发生变形、弯曲、缺陷等现象的缺点，保证熔断体的平整性、一致性和完整性。优选地，所述功能层位于所述熔断体的上方和/或下方，所述功能层与所述熔断体接触。所述熔断器包括多层依次叠置的熔断体，每层所述熔断体的上方和/或下方设置有所述功能层。优选地，单个所述功能层包括多个彼此分离的次级功能层，所述次及功能层位于同一平面内，每个所述次级功能层与相应的所述熔断体接触。进一步地，在同一平面内，所述次级功能层的数量为3。优选地，所述灭弧材料为中空玻璃微球、含有多个所述密闭空穴的玻璃体或含有多个所述密闭空穴的陶瓷的任意一种，所述含有多个所述密闭空穴的玻璃体为掺有发泡剂的玻璃粉末低温共烧后形成，含有多个所述密闭空穴的陶瓷为掺有发泡剂的陶瓷粉末低温共烧后形成。优选地，所述灭弧材料为氧化硼、氧化硅及氧化铝的一种或多种的混合玻璃。优选地，所述灭弧材料的球径d50为10~80微米。本发明还提供一种熔断器的生产方法，包括如下步骤：s1，用低温共烧陶瓷粉和粘结剂制备玻璃陶瓷浆料；s2，向所述玻璃陶瓷浆料中加入气雾氧化硅、氧化硅、惰性树脂、磷酸及磷酸酯聚酯，并充分搅拌研磨制备功能层预浆料；s3，向所述功能层预浆料中添加灭弧材料制成功能层浆料，所述灭弧材料为中空玻璃微球、掺有发泡剂的玻璃粉末或掺有发泡剂的陶瓷粉末的任意一种，所述灭弧材料的含量为1~50wt%；s4，涂布一层所述玻璃陶瓷浆料形成玻璃陶瓷浆料层，构成下绝缘层浆料；s5，在所述玻璃陶瓷浆料层的上方涂布至少一层熔断体层浆料及至少一层功能层浆料，每个所述熔断体层浆料的上方和/或下方涂布有所述功能层浆料，相邻的所述熔断体层浆料之间涂布有所述玻璃陶瓷浆料层，形成最上一层为由所述玻璃陶瓷浆料层构成的上绝缘层浆料的熔断器生坯；s6，将所述熔断器生坯放置于排胶炉中排胶；s7，烧结所述熔断器生坯；s8，对所述熔断器生坯进行倒角、上端、烧银、电镀工艺形成含有功能层的熔断器，所述功能层包括中空玻璃。优选地，在所述步骤s5中，单个所述功能层浆料层包含多个彼此分离的位于同一平面内的功能层浆料。优选地，在步骤s5之后步骤s6之前，切割所述熔断器生坯。进一步优选地，所述玻璃陶瓷浆料中的固体含量在40~80wt%。进一步优选地，所述功能层预浆料中，所述玻璃陶瓷浆料的含量为40~80wt%。进一步优选地，所述功能层预浆料中，所述气雾氧化硅及氧化硅的总量为0.1~20wt%。进一步优选地，所述功能层预浆料中，所述低温共烧陶瓷粉的含量为0~20wt%。进一步优选地，烧结所述熔断器生坯时，烧结温度为600~1000℃，烧结时间为60~240分钟。本发明的有益效果有：与现有技术相比，本发明提供的含有功能层的熔断器，所述功能层的灭弧材料只有在熔断体熔断后才会产生空隙，而在生产过程中整个功能层内各成分之间稳固支撑，使得在制备熔断器的低温共烧过程中，功能层能够对熔断体层及绝缘层提供稳定的支撑，在接触部分产生有依托的收缩，克服了现有技术中熔断体在与缓冲层（泄压空间或空穴）以及灭弧层（电弧层）之间因无依托在烧结过程中收缩不匹配，导致熔断体发生变形、弯曲、缺陷等现象的缺点，保证熔断体的平整性、一致性和完整性。进一步地，本发明中的功能层结合泄压和灭弧两个优点，在熔断体熔断时产生的压力和温度，足以使功能层中玻璃体介面熔融破裂，与预置在玻璃体内的空穴来吸收熔丝熔断时产生的热能和冲击波，以及吸收产生的金属蒸气，将电弧淬灭。克服了小型熔断器无法耐高电压尤其是电路短路时出现强烈的放电飞弧现象而出现炸飞、炸裂、烧板等影响电路安全性能的异常现象的缺点，可以使现有熔断器的耐电压能力得到显著提升，同时提升熔断器产品能量密度，确保其在线路出现短路异常时能够安全分断。此设计方案将泄压空穴和灭弧材料结合成单一功能层，减少空穴加工的困难及灭弧层的致密性缺点，可以提高产品良率，降低成本。此方案由于采用湿法成型和uv光固化工艺，工艺困难度低，可以在熔断体四周均布置此功能层，同时亦可以在熔断体四周布置一个或多个功能层结构，使其耐压性能和安全分断能力进一步提高。此方案设计的功能层，其空穴为封闭式结构，非一般的开放式孔洞。陶瓷和玻璃粉能填满玻璃微球间或空穴间的间隙，使烧结后功能层和基体的界面上均形成平滑致密的边界，使不同材料的共烧具备确定界面的依托，无基体材料在共烧时渗入空穴的风险，因此工艺上不受太多的限制，可应用在任和可共烧的基体並配合任和的共烧工艺上。附图说明图1为本发明中的实施例一的熔断器的结构示意图；图2为本发明中的实施例二的熔断器的结构示意图；图3为本发明中的实施例三的熔断器的结构示意图；图4为本发明中的实施例三的熔断器的内部结构截面照片示意图；图5为本发明中的实施例三的熔断器的最大额定电压与其他产品对比柱状图；图6为本发明中的实施例三的熔断器的最大额定电压下的分断能力与其他产品对比柱状图；图7为本发明中的实施例四的熔断器的内部结构截面照片示意图；图8为本发明中的实施例三的熔断器的最大额定电压与其他产品对比柱状图；图9为本发明中的实施例三的熔断器的最大额定电压下的分断能力与其他产品对比柱状图；图10为本发明中的实施例五的熔断器的结构示意图。附图中，1-熔断体；2-绝缘层；3-功能层；31-灭弧材料；32-基材；4-端电极。下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。具体实施方式通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明，但它们不是对本发明的限定。实施例一如图1所示，本发明提供一种熔断器，包括绝缘层2及熔断体1，绝缘层包括上绝缘层及下绝缘层，熔断体1设置在上绝缘层与下绝缘层之间，绝缘层2上设有与熔断体1相电连接的端电极4，熔断器还包括设置在熔断体1与绝缘层2之间的功能层3，功能层3与相应的熔断体1接触，功能层3包括基材32及均匀或大致均匀分布在基材32中的灭弧材料31，灭弧材料31为含有密闭空穴的玻璃体，基材32包括低温共烧陶瓷粉、气雾氧化硅、氧化硅、惰性树脂、磷酸及磷酸酯聚酯，灭弧材料31的含量为1~50wt%。功能层3中的灭弧材料31能够在熔断体熔断的时候的压力和温度条件下产生空隙，具体地，灭弧材料中的玻璃体或陶瓷体的介面熔融破裂，预置在玻璃体或陶瓷体内的空穴来吸收熔断体熔断时产生的热能和冲击波，以及吸收产生的金属蒸气，将电弧淬灭。这些包裹在玻璃体的密闭空穴，可以由预制的中空玻璃微球产生，也可以在玻璃体或陶瓷体中添加受热发气材料，共烧时在玻璃体或陶瓷体内形成密闭空穴。本实施例中，灭弧材料31中的玻璃材质为氧化硼、氧化硅及氧化铝的一种或多种的混合玻璃。灭弧材料的球径d50为10~80微米，分部可为1～120微米。本实施例中的熔断器的生产方法，包括如下步骤：s1，用低温共烧陶瓷粉和粘结剂制备玻璃陶瓷浆料，玻璃陶瓷浆料的固体含量控制在40~80wt%之间，同时通过充分搅拌，粘度为2.2kcps；s2，向所述玻璃陶瓷浆料中加入气雾氧化硅、氧化硅、惰性树脂、磷酸及磷酸酯聚酯，并充分搅拌研磨制备功能层预浆料；气雾氧化硅及氧化硅的总量为0.1~20wt%。s3，向所述功能层预浆料中添加灭弧材料充分搅拌和研磨后制成具有灭弧和泄压作用的功能层浆料，所述灭弧材料为中空玻璃微球、掺有发泡剂的玻璃粉末或掺有发泡剂的陶瓷粉末，所述灭弧材料的含量为1~50wt%；s4，涂布一层所述玻璃陶瓷浆料形成玻璃陶瓷浆料层，构成下绝缘层浆料；s5，在所述玻璃陶瓷浆料层的上方用丝网印刷的方式印刷一层带有可用紫外光固化的粘结剂的熔断体层浆料，所述熔断体层浆料的银的含量为55-85%之间，在所述熔断体层浆料的上方通过钢网印刷一层功能层浆料层，在功能层浆料层的上方涂布一层玻璃陶瓷浆料层，形成最上一层为由所述玻璃陶瓷浆料层构成的上绝缘层浆料的熔断器生坯；切割所述熔断器生坯；s6，将所述熔断器生坯放置于排胶炉中排胶，排胶温度为300~450℃，排胶时间为1~40小时；s7，烧结所述熔断器生坯，烧结温度为600~1000℃，烧结时间为30~240分钟；s8，对所述熔断器生坯进行倒角、上端、烧银、电镀工艺形成含有功能层的熔断器，所述功能层包括中空玻璃。实施例二如图2所示，本实施例提供的一种熔断器，与实施例一的不同之处在于，熔断器中的功能层3包括设置在熔断体1的上方和熔断体1的下方的两层功能层3，功能层3与相应的熔断体1接触。相应的熔断器的生产方法与实施例一的生产方法的不同之处在于步骤s5，具体如下：s5，在所述玻璃陶瓷浆料层的上方通过钢网印刷一层功能层浆料层，在所述功能浆料层的上方用丝网印刷的方式印刷一层带有可用紫外光固化的粘结剂的熔断体层浆料，所述熔断体层浆料的银的含量为55-85%之间，在所述熔断体层浆料的上方再通过钢网印刷一层功能层浆料层，在功能层浆料层的上方涂布一层玻璃陶瓷浆料层，形成最上一层为由所述玻璃陶瓷浆料层构成的上绝缘层浆料的熔断器生坯。实施例三如图3-4所示，本实施例提供的一种熔断器，与实施例一的不同之处在于，熔断体1包括三层依次叠置的熔断体1，每层熔断体1的上方设置有功能层3，功能层3与相应的熔断体1接触，相邻的熔断体1之间设有绝缘材料隔开。本实施例中的熔断器的生产方法，包括如下步骤：s1，用低温共烧陶瓷粉和粘结剂制备玻璃陶瓷浆料，玻璃陶瓷浆料的固体含量控制在71.43wt%，同时通过充分搅拌，粘度为2.2kcps；s2，向所述玻璃陶瓷浆料中加入气雾氧化硅、氧化硅、惰性树脂、磷酸及磷酸酯聚酯，并充分搅拌研磨制备功能层预浆料；气雾氧化硅及氧化硅的总量为9.32wt%，d50=0.8微米低温共烧陶瓷粉比例在2.6wt%。s3，向所述功能层预浆料中添加灭弧材料充分搅拌和研磨后制成粘度为39.5kcps的具有灭弧和泄压作用的功能层浆料，所述灭弧材料为中空玻璃微球、掺有发泡剂的玻璃粉末或掺有发泡剂的陶瓷粉末，所述灭弧材料的含量为14.9wt%；s4，涂布一层所述玻璃陶瓷浆料形成玻璃陶瓷浆料层，构成下绝缘层浆料；s5，在所述玻璃陶瓷浆料层的上方用丝网印刷的方式印刷一层带有可用紫外光固化的粘结剂的熔断体层浆料，所述熔断体层浆料的银的含量为55-85%之间，在所述熔断体层浆料的上方通过钢网印刷一层功能层浆料层，在功能层浆料层的上方涂布一层玻璃陶瓷浆料层，重复三次，制成三层电极结构，形成最上一层为由所述玻璃陶瓷浆料层构成的上绝缘层浆料的熔断器生坯；切割所述熔断器生坯；s6，将所述熔断器生坯放置于排胶炉中排胶，排胶温度为360℃，排胶时间为36小时；s7，烧结所述熔断器生坯，烧结温度为850~900℃，烧结时间为30分钟；s8，对所述熔断器生坯进行倒角、上端、烧银、电镀工艺形成含有功能层的熔断器，所述熔断器为5安培熔断器（0603尺寸）。如图5-6及表1所示的实验结果表明，通过加入此发明的灭弧及泄压作用功能层，其分断能力比无添加此功能层产品从35a/32vdc提升到80a/75vdc。同时也比添加缓冲层（本公司的发明专利cn106206201）的产品分断能力更佳。有无添加此功能层产品的实验对比结果如表1所示。表1尺寸:0603ratedcurrent（a）最大额定电压（vdc）分断能力（a）加入功能层产品57580a/75vdc无加层产品53235a/32vdc加入缓冲层产品57050a/70vdc实施例四如图7所示，本实施例提供的一种熔断器，与实施例一的不同之处在于，熔断体1包括五层依次叠置的熔断体1，每层熔断体1的上方设置有功能层3，功能层3与相应的熔断体1接触，相邻的熔断体1之间设有绝缘材料隔开。本实施例中的熔断器的生产方法，包括如下步骤：s1，用低温共烧陶瓷粉和粘结剂制备玻璃陶瓷浆料，玻璃陶瓷浆料的固体含量控制在71.43wt%，同时通过充分搅拌，粘度为2.2kcps；s2，向所述玻璃陶瓷浆料中加入气雾氧化硅、氧化硅、惰性树脂、磷酸及磷酸酯聚酯，并充分搅拌研磨制备功能层预浆料；气雾氧化硅及氧化硅的总量为9.15wt%，d50=0.8微米低温共烧陶瓷粉比例在2.3wt%。s3，向所述功能层预浆料中添加灭弧材料充分搅拌和研磨后制成粘度为30kcps的具有灭弧和泄压作用的功能层浆料，所述灭弧材料为中空玻璃微球、掺有发泡剂的玻璃粉末或掺有发泡剂的陶瓷粉末，所述灭弧材料的含量为14.5wt%；s4，涂布一层所述玻璃陶瓷浆料形成玻璃陶瓷浆料层，构成下绝缘层浆料；s5，在所述玻璃陶瓷浆料层的上方用丝网印刷的方式印刷一层带有可用紫外光固化的粘结剂的熔断体层浆料，所述熔断体层浆料的银的含量为55-85%之间，在所述熔断体层浆料的上方通过钢网印刷一层功能层浆料层，在功能层浆料层的上方涂布一层玻璃陶瓷浆料层，重复五次，制成五层电极结构，形成最上一层为由所述玻璃陶瓷浆料层构成的上绝缘层浆料的熔断器生坯；切割所述熔断器生坯；s6，将所述熔断器生坯放置于排胶炉中排胶，排胶温度为340℃，排胶时间为34小时；s7，烧结所述熔断器生坯，烧结温度为910℃，烧结时间为30分钟；s8，对所述熔断器生坯进行倒角、上端、烧银、电镀工艺形成含有功能层的熔断器，所述熔断器为20安培熔断器（1206尺寸）。表2及图8-9所示的实验结果表明，通过加入此发明的灭弧及泄压作用功能层，其分断能力从200a/24vdc提升到200a/48vdc。有无添加此功能层产品的实验对比结果如表2所示。表2尺寸:1206ratedcurrent（a）最大额定电压（vdc）分断能力（a）加入功能层产品2048200a/48vdc无加层产品2024200a/24vdc加入缓冲层产品2035150a/35vdc实施例五如图10所示，本实施例提供的一种熔断器，与实施例一的不同之处在于，熔断器中的功能层3包括三个彼此分离的位于同一平面内的次级功能层，每个次级功能层的成分与功能层3一致，每个次级功能层与相应的熔断体1接触。相应的熔断器的生产方法与实施例一的生产方法的不同之处在于步骤s5，具体如下：s5，在所述玻璃陶瓷浆料层的上方用丝网印刷的方式印刷一层带有可用紫外光固化的粘结剂的熔断体层浆料，所述熔断体层浆料的银的含量为55-85%之间，在所述熔断体层浆料的上方通过钢网印刷一层包含有多个次级功能层浆料层的功能层浆料层，彼此分离的所述多个次级功能层浆料位于同一平面内，在功能层浆料层的上方涂布一层玻璃陶瓷浆料层，形成最上一层为由所述玻璃陶瓷浆料层构成的上绝缘层浆料的熔断器生坯。功能层3的灭弧材料31只有在熔断体1熔断后才会产生空隙，而在生产过程中整个功能层内各成分之间稳固支撑，使得在制备熔断器的低温共烧过程中，功能层能够对熔断体层及绝缘层提供稳定的支撑，在接触部分产生有依托的收缩，克服了现有技术中熔断体在与缓冲层（泄压空间或空穴）以及灭弧层（电弧层）之间因无依托在烧结过程中收缩不匹配，导致熔断体发生变形、弯曲、缺陷等现象的缺点，保证熔断体的平整性、一致性和完整性。以上所揭露的仅为本发明优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。当前第1页12