一种不锈钢外壳铜接触件玻烧的插头及水密连接器的制作方法

本发明涉及水下使用的连接器，特别是一种不锈钢外壳铜接触件玻烧的插头及水密连接器。

背景技术：

1、随着舰船、潜航器行业的高速发展，其对水密玻烧连接器的电性能、密封性能的可靠性、电磁兼容性、使用体验等要求日益增高，常规的不锈钢水密玻烧连接器，玻璃烧结用的插针接触件为铁镍膨胀合金或可伐合金，图1所示常规的玻璃烧结产品插针接触件材料为铁镍膨胀合金，电性能较铜膨胀合金差，主要表现为载流能力低、温升高（发热高）、接触电阻大，且铁镍膨胀合金或可伐合金材料具有磁性，易影响精密设备仪器的正常使用。

2、常规的不锈钢水密玻烧连接器大多只有插座玻烧，插头不玻烧，则插头轴向不具有密封性，难以满足有些设备对轴向密封要求高的需求，又因插合面密封圈位置设计因素导致密封连接器插合时气压过大，引起插合困难，不仅使产品连接不到位，还影响适用体验，同时插头尾部与电缆衔接部分要么设计过于复杂（尾部有内外两层结构，内部一层处理总屏蔽，外面一层起连接压紧或密封、保护作用），使零件较多、成本较高；要么就是电磁兼容性较差，没有处理总屏蔽的内部一层。

3、玻烧连接器的载流能力、温升（发热）、接触电阻主要由接触件的材料决定，而零件（外壳、插针接触件、玻璃安装板）之间材料膨胀系数的适配性、玻烧工艺和涂覆工艺影响着产品常态下的绝缘电阻和外观质量。

4、连接器领域采用的常规且成熟的玻璃烧结工艺为“高温烧结工艺”，产品一般由插针接触件、玻璃安装板和外壳在烧结炉里经940℃～1000℃的高温烧结，处于最高温时插针接触件和外壳不能熔化，玻璃需熔化，处于熔融状态玻璃与插针接触件和外壳结合成一体，形成玻烧组件，玻烧组件经过涂覆工艺将插针接触件镀上金，形成玻烧成品。成品需具有可靠的耐水压能力，且绝缘电阻和外观质量满足要求。

5、目前连接器行业领域插针接触件材料采用常规且成熟的纯铜、青铜、黄铜等铜合金、铁镍膨胀合金或可伐合金材料，不需玻烧的连接器插针接触件材料采用纯铜或青铜黄铜等铜合金，需玻烧的连接器插针接触件材料采用铁镍膨胀合金或可伐合金。需玻烧的连接器插针接触件为什么采用铁镍膨胀合金或可伐合金而不是纯铜或青铜黄铜等铜合金材料，主要难点在于插针接触件材料的选用、玻璃粉的选用、玻璃烧结工艺及后续的涂覆工艺。

6、原因如下：

7、1）如果采用常规且成熟的高温烧结工艺，烧结温度一般在940℃～1000℃，纯铜材料熔化温度约1083℃，青铜、黄铜等铜合金材料熔化温度在700℃～800℃，铁镍膨胀合金或可伐合金熔化温度在1400℃以上，不锈钢材料熔化温度在1300℃以上。插针接触件如果采用纯铜或铜合金材料高温烧结时会软化甚至熔化，而铁镍膨胀合金或可伐合金不会软化或熔化。插针接触件材料一旦软化那么则要变形，尺寸和外形都不再符合要求；一旦熔化则插针接触件不复存在。

8、2）如果要用纯铜或铜合金材料进行玻烧，又要使其不软化，那么需采用低温烧结工艺，烧结温度一般在400℃～600℃，纯铜或铜合金材料不会熔化，那么需要采用与之匹配的低温烧结玻璃，常规低温玻璃烧结后的玻烧组件玻璃不耐后续的涂覆工艺，在水或酸碱涂覆液溶液中部分玻璃会溶解在涂覆液中，品质不可控，会导致耐水压性能不可靠、绝缘电阻降低等缺陷，烧结的产品质量和可靠性极大地降低；

9、3）膨胀系数不匹配，在烧结工序的最后降温阶段会因为膨胀系数不匹配，两者的收缩尺寸不一致，玻璃和插针接触件之间产生裂纹，不仅影响水密性能，还使产品的绝缘电阻下降至不合格；

10、4）水密玻烧产品的外壳是不锈钢，烧结后外壳有一层氧化层，常规工艺烧结后需经过涂覆工艺中高锰酸钾等溶液煮氧化皮的工序将其疏松，然后经过酸洗去掉，再对插针接触件镀金，而由于铜膨胀合金材料不能在高锰酸钾等溶液中煮氧化皮，也不能耐酸性溶液，一旦接触这两个溶液，插针接触件表面会变得特别粗糙，粗糙度远大于插针接触件粗糙度（ra≤0.8）的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种不锈钢外壳铜接触件玻烧的插头及水密连接器。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种不锈钢外壳铜接触件玻烧的插头，包括不锈钢材质制成的插座壳体、第一插针接触件和第一玻璃绝缘子，插座壳体、第一插针接触件和第一玻璃绝缘子通过玻烧工艺烧结并形成第一玻烧组件，插座壳体的内腔通过第一玻璃绝缘子分割成两个腔体，其中一腔体内安装有第一安装板，第一安装板内安装有插孔组件，第一插座接触件的一端与插孔组件插接，另一腔体内安装有第二安装板，第一插座接触件的另一端穿过第二安装板，第一插针接触件为铜膨胀合金材料制成，其膨胀系数为8.0×10-6/k～10.0×10-6/k，熔化温度2000℃以上，第一玻璃绝缘子的玻璃粉的膨胀系数为8.0×10-6/k～9.9×10-6/k，第一玻烧组件的烧结工艺包括以下步骤：

3、s1：压制玻璃坯：将选好的玻璃粉放入推坯机中，按照第一玻璃绝缘子的尺寸、重量压制玻璃粉，得到玻璃坯；

4、s2：排蜡，用粗纱手套将摆放好玻璃坯的板放在网带排蜡玻化炉进行排蜡，排蜡阶梯温度室温～550℃，排蜡时间为14h～16h；

5、s3：玻化，将排好蜡的玻璃坯放置在网带玻化炉进行玻化，玻化阶梯温度室温～730℃，玻化的总时间为12h-16h；

6、s4：组装，用石墨模将玻化后的玻璃坯固定，然后将插针接触件、外壳与玻璃坯组装在一起，形成待烧结组件；

7、s5：烧结，将组装好的待烧结组件放置于烧结炉中，烧结温度为940℃～1100℃，烧结时间为15min～60min；

8、s6：卸模，将石墨模拆卸，得到烧结组件；

9、s7：涂覆，用橡胶保护套将插针接触件的基材保护起来，然后对插针接触件的接触部分进行镀金，然后将外壳的氧化层用喷丸喷掉，然后再经过酸洗，去掉外表表层。

10、可选的，步骤s2中，排蜡时，网带排蜡玻化炉先加热到240℃～260℃，保温时间为：2.5h～2.7h，然后再加热到300℃～330℃，保温时间为：6.5h～7.5h，然后再加热到380℃～400℃，保温时间为：2h～2.2h，然后再加热到420℃～450℃，保温时间为：1h～1.2h，然后再加热到480℃～520℃，保温时间为：1h～1.2h，然后再加热到530℃～550℃，保温时间为：1h～1.2h。

11、可选的，步骤s3中，网带玻化炉先加热到240℃～260℃，保温时间为：1.2h～1.6h，然后再加热到300℃～330℃，保温时间为：3.6h～4.8h，然后再加热到400℃～470℃，保温时间为：1.2h～1.6h，然后再加热到500℃～550℃，保温时间为：1.2h～1.6h，然后再加热到620℃～650℃，保温时间为：1.2h～1.6h，然后再加热到690℃～730℃，保温时间为：2.4h～3.2h。

12、可选的，玻璃坯的玻化的次数为四次，每玻化一次必须将玻璃坯翻面，每次玻化的阶梯温度的最高温度根据出炉的外形做±3℃的调整，而每次玻化时，网带玻化炉先加热到240℃～260℃，保温时间为：0.3h～0.4h，然后再加热到300℃～330℃，保温时间为：0.9h～1.2h，然后再加热到400℃～470℃，保温时间为：0.3h～0.4h，然后再加热到500℃～550℃，保温时间为：0.3h～0.4h，然后再加热到620℃～650℃，保温时间为：0.3h～0.4h，然后再加热到690℃～730℃，保温时间为：0.6h～0.8h。

13、可选的，插座壳体上靠近第二安装板的一端安装有直管，直管的另一端的外侧壁上螺纹安装有锁紧螺母，直管的另一端内腔开设有锥形扩孔，直管内穿设有电缆，电缆的芯线与对应的第一插针接触件连接，电缆上套装有锥形压环，电缆的屏蔽层被压在锥形压环与锥形扩孔之间，且锁紧螺母将锥形压环与锥形扩孔抵紧。

14、可选的，锥形压环上靠近锁紧螺母的一端开设有扩孔，扩孔内安装有第二密封圈和挡圈，所第二密封圈与挡圈均套设在电缆上，且挡圈和第二密封圈挤压在锁紧螺母和扩孔之间。

15、一种水密连接器，包括插座和上述不锈钢外壳铜接触件玻烧的插头，插座包括不锈钢制成的插座外壳、第二插针接触件和第二玻璃绝缘子，插座外壳、第二插针接触件和第二玻璃绝缘子通过玻烧工艺烧结并形成第二玻烧组件，插座外壳内腔通过第二玻璃绝缘子分割成两个腔体，其中一腔体内安装有第三安装板，第二插针接触件的一端穿过第三安装板，另一腔体内安装有第四安装板，第二插针的另一端闯过第四安装板并与插孔组件插接，插头和插座插接，且插头和插座通过安装在插座上的外螺母锁紧。

16、可选的，外螺母的内孔与插头外壳之间形成插接腔体，插头外壳的外圆上安装有若干第一密封圈，插座外壳的插接端开设有外螺纹，插座外壳的插接端插入插接腔体内，且外螺纹与外螺母通过螺纹连接。

17、可选的，插座外壳的插接端的端口开设有锥形开口，锥形开口与一第一密封圈挤压并形成斜面密封，插座外壳的插接端的端面上开设有环形的密封槽，密封槽内安装有第三密封圈，第三密封圈被挤压在插座壳体和插头壳体之间。

18、可选的，第二玻烧组件的烧结工艺与第一玻烧组件的烧结工艺相同。

19、本发明具有以下优点：

20、1、玻烧连接器插针接触件材料选用铜膨胀合金，电性能更加优越；

21、2、同规格的插针接触件，铜膨胀合金插针接触件比铁镍膨胀合金或可伐合金插针接触件额定电流高、载流能力强、接触电阻低、温升低，发热就越低（发热过高易导致某些不耐热零件或导线软化、从而极大地影响寿命 ），产品电性能更加优越、更加可靠；

22、3、玻烧组件电流一定，温升一定，采用铜插针接触件玻烧，可缩小插针接触件的直径，从而缩小产品的整体外形，实现了水密连接器的小型化和轻量化；

23、4、解决了磁性干扰问题，铁镍膨胀合金或可伐合金具有较强的磁性，会影响某些高精度设备和仪器的正常工作，而铜膨胀合金无磁性，不会对设备和仪器产生影响。

24、5、插头插座的插合密封结构具有三道o型密封圈，即1道端面密封、1道斜面密封、1道径向密封，极大地提高了密封可靠性和产品使用寿命；同时该密封组合设计缩短了气体压缩长度，使插头插座对插时阻力大大减小，解决了连接器因气压过大引起的插合困难问题，改善使用体验。

25、6.电缆屏蔽被锥形压环挤压，使得电缆总屏蔽与壳体接通，整条线路上总屏蔽始终是360°贯通的环形网，不仅有效改善了电磁兼容性，还具有缓冲性、防漏性、固紧性。