CN104058733B - 一种真空密封的大容量直流继电器陶瓷壳体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空密封的大容量直流继电器陶瓷壳体及其制备方法，继电器陶瓷壳体包括陶瓷件、铜电极和可伐合金盖板，陶瓷件由五元系陶瓷材料制成，五元系陶瓷材料的组成成分包括Al2O3、CaCO3、Cr2O3、SiO2、MgO。陶瓷件上端面和下端面部分丝印金属化钼锰层，金属钼锰层经高温烧结后与陶瓷结合，金属钼锰层再进行化学镀镍，金属化钼锰层镀镍后可与合金、无氧铜等金属进行焊接，焊接拉拔力可达90Mpa/cm2以上。本发明将现有陶瓷金属化，其陶瓷材料和金属化材料都进行了改进，在陶瓷上增加金属材料，由原三元系材料改为五元系材料，大大增强了陶瓷的强度及硬度，降低了脆性。
Description
技术领域
本发明属于无机陶瓷材料领域，具体涉及一种真空密封的大容量直流继电器陶瓷壳体及其制备方法。
背景技术
全世界提倡环境保护和资源利用，新能源动力电池是解决能源的有效途经，首先是在小型电动车上得到发展，目前，在汽车制造上用来替代燃油发动机汽车，新能源汽车对于电机控制系统的要求更加严格。作为新能源汽车的核心部件，电机控制不仅关系着整车性能，还与行车安全息息相关。高性能电机控制系统对处理器的处理能力和安全特性都提出了很高要求。而客车电压高达336VDC，乘用车为288VDC，电动机功率分别为60kW和30kW。目前的接触器和继电器由于断弧能力和体积问题，已经不能满足该项目的要求，迫切需要一种满足切换高电压大电流直流电机动需要的新型继电器。
为解决混合动力汽车切换高电压大电流直流电机动需要，引入真空灭弧室和结构的优化设计，可以保证继电器在切换大电流、直流高电压负载时，使继电器磁路系统在低电压状态下工作的线圈不会受到大电流、高电压的影响而造成损害。另外，还可以使真空腔体中的真空度能够长期保证继电器切换大电流、直流高电压负载的工作需要。由于接触系统和衔铁部分密封在真空腔体中，在保证断弧能力的同时，增加了腔体气密性要求。因此产品的过程实现，除了需要常规继电器制造工艺技术外，还需要增加特殊的制造工艺和专用设备。
继电器是一种常用的电控制器件，其实际上是利用小电流控制大电流运作的一种自动开关，故继电器在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。现有电子、电器上的继电器壳体均为高聚酯塑料制成，其主要材料为高分子有机材料，对高温、高压、高强度均受到一定的限制，长时间容易老化，无法保证现有高技术产品的需要，并存在着大量的有害物质，且耐腐蚀性差等，无法实现用于混合动力车及电动车用电池与发动机之间的电气连接。它与普通的继电器不同，要求能够准确控制驱动汽车的大电流。同时为了预防因事故导致驾车人员触电，还需要具有瞬间切断强大电流的功能。利用陶瓷真空密封灭弧是目前最理想的方式，但现在的陶瓷真空管均为三元系陶瓷材料制成，三元系陶瓷材料的成分包括Al2O3、CaCO3、SiO2，其脆性大，强度及硬度普遍不高，传统的金属化工艺焊接后拉拔力普遍在70Mpa/cm2左右，拉拔力低，抗振强度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空密封的大容量直流继电器陶瓷壳体及其制备方法，从而解决背景技术中存在的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种真空密封的大容量直流继电器陶瓷壳体，包括陶瓷件、铜电极和可伐合金盖板，所述陶瓷件由五元系陶瓷材料制成，所述五元系陶瓷材料是在三元系陶瓷材料中再加入Cr2O3、MgO材料制成，所述五元系陶瓷材料的组成成分包括Al2O3、Cr2O3、SiO2、MgO、CaCO3，所述Al2O3：CaCO3：Cr2O3：SiO2的质量比为100：3.5：2.5：1.3，MgO的配比为Al2O3和Cr2O3的总量的0.5%-1%。
一种真空密封的大容量直流继电器陶瓷壳体的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）配料合成：先将材料按配比称量，将各成分进行混合后放入烘烤箱进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15小时，再放入球磨机进行球磨28小时得到均匀细化的混合原料，颗粒度达到4-4.8μm；
（2）加粘结剂：取白蜡和黄蜡放入单筒搅拌机内加热搅拌，加热温度为100℃，待融化后将步骤（1）中所述球磨后所得混合原料放入快速单筒搅拌机内充分搅拌3小时，再用100目筛网过筛，之后再放入慢速搅拌筒内搅拌3小时，加热温度为80℃；
（3）热压：将慢速搅拌好的混合料加入热压铸机台内，压制得到陶瓷毛坯；
（4）排蜡烧结：将陶瓷毛坯进行排蜡烧结，将温度控制在37℃-800℃进行烧结12小时，再将温度控制在800℃-1000℃进行烧结120分钟，再将温度控制在1000℃-1400℃烧结120分钟，再将温度控制在1400℃-1640℃烧结120分钟，最后将温度控制在1640℃保温60分钟；
（5）加工检验：再通过表面加工，研磨至合格尺寸，既得陶瓷件，将陶瓷件进行吸蓝，检验产品是否有裂纹；
（6）金属化：将合格的陶瓷件的上端面和下端面部分进行金属化，金属化层为钼锰层，即采用粒度小于2.5μm的钼粉与锰粉按5：1进行混合，加入低熔超细TiO2，采用湿磨法加入5%的酒精进行球磨，球磨时间为48小时，球磨后粒度为2-2.3μm，然后将此钼锰粉料配制成浆料，用110目丝网印刷陶瓷产品两平面，在烤箱内烘烤，温度为150℃，时间为4小时，再放入气氛烧结炉进行烧结，烧结温度为1580℃，时间为5小时；
（7）化学镀镍：再放入电镀槽进行化学镀镍，温度控制为76℃-82℃，时间为90分钟；用电吹风吹干表面水分后放入恒温烤箱80℃烘烤2小时；
（8）电极焊接：采用夹具固定陶瓷、铜柱和可伐合金盖板，用850℃高温银铜焊料，在真空炉内焊接铜电极和可伐合金盖板，即得继电器陶瓷壳体。
所述陶瓷件顶面设置有三个定位孔，方便定位。
本发明具有以下有益效果：
本发明的继电器陶瓷壳体由五元系陶瓷材料制成，陶瓷件上端面和下端面部分丝印金属化钼锰层，金属钼锰层经高温烧结后与陶瓷结合，金属钼锰层再进行化学镀镍，金属化钼锰层镀镍后可与合金、无氧铜等金属进行焊接，焊接拉拔力从70Mpa/cm2增加到90Mpa/cm2以上。本发明将现有陶瓷金属化，其陶瓷材料和金属化材料都进行了改进，在陶瓷上增加金属材料，由原三元系材料改为五元系材料，大大增强了陶瓷的强度及硬度，降低了脆性。
附图说明
图1为本发明继电器陶瓷壳体的制备方法的流程图；
图2为本发明继电器陶瓷壳体的结构示意图；
图3为本发明继电器陶瓷壳体的俯视图。
图2、图3中所示：1、陶瓷件；2、铜电极；3、可伐合金盖板；4、定位孔。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1：
（1）配料合成：称取Al2O3100份、CaCO33.5份、Cr2O32.5份、SiO21.3份、MgO0.56份，将各成分进行混合后放入烘烤箱进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15小时，再放入球磨机进行球磨28小时得到均匀细化的混合原料，颗粒度达到4-4.8μm；
（2）取白蜡和黄蜡放入单筒搅拌机内加热搅拌，加热温度为100℃，待融化后将步骤（1）中所述球磨后所得混合原料放入快速单筒搅拌机内充分搅拌3小时，再用100目筛网过筛，之后再放入慢速搅拌筒内搅拌3小时，加热温度为80℃；
（3）热压：将慢速搅拌好的混合料加入热压铸机台内，压制得到陶瓷毛坯；
（4）排蜡烧结：将陶瓷毛坯进行排蜡烧结，将温度控制在37℃-800℃进行烧结12小时，再将温度控制在800℃-1000℃进行烧结120分钟，再将温度控制在1000℃-1400℃烧结120分钟，再将温度控制在1400℃-1640℃烧结120分钟，最后将温度控制在1640℃保温60分钟；
（5）加工检验：再通过表面加工，研磨至合格尺寸，既得陶瓷件，将陶瓷件进行吸蓝，检验产品是否有裂纹；
（6）金属化：将合格的陶瓷件的上端面和下端面部分进行金属化，金属化层为钼锰层，即采用粒度小于2.5μm的钼粉与锰粉按5：1进行混合，加入低熔超细TiO2，采用湿磨法加入5%的酒精进行球磨，球磨时间为48小时，球磨后粒度为2-2.3μm，然后将此钼锰粉料配制成浆料，用110目丝网印刷陶瓷产品两平面，在烤箱内烘烤，温度为150℃，时间为4小时，再放入气氛烧结炉进行烧结，烧结温度为1580℃，时间为5小时；
（7）化学镀镍：再放入电镀槽进行化学镀镍，温度控制为76℃-82℃，时间为90分钟；用电吹风吹干表面水分后放入恒温烤箱80℃烘烤2小时；
（8）电极焊接：采用夹具固定陶瓷、铜柱和可伐合金盖板，用850℃高温银铜焊料，在真空炉内焊接铜电极和可伐合金盖板，即得继电器陶瓷壳体。
实施例2：
（1）配料合成：称取Al2O3200份、CaCO37份、Cr2O35份、SiO22.6份、MgO1.64份，将各成分进行混合后放入烘烤箱进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15小时；再放入球磨机进行球磨28小时得到均匀细化的混合原料，颗粒度达到4-4.8μm；
（2）取白蜡和黄蜡放入单筒搅拌机内加热搅拌，加热温度为100℃，待融化后将步骤（1）中所述球磨后所得混合原料放入快速单筒搅拌机内充分搅拌3小时，再用100目筛网过筛，之后再放入慢速搅拌筒内搅拌3小时，加热温度为80℃；
（3）热压：将慢速搅拌好的混合料加入热压铸机台内，压制得到陶瓷毛坯；
（4）排蜡烧结：将陶瓷毛坯进行排蜡烧结，将温度控制在37℃-800℃进行烧结12小时，再将温度控制在800℃-1000℃进行烧结120分钟，再将温度控制在1000℃-1400℃烧结120分钟，再将温度控制在1400℃-1640℃烧结120分钟，最后将温度控制在1640℃保温60分钟；
（5）加工检验：再通过表面加工，研磨至合格尺寸，既得陶瓷件，将陶瓷件进行吸蓝，检验产品是否有裂纹；
（6）金属化：将合格的陶瓷件的上端面和下端面部分进行金属化，金属化层为钼锰层，即采用粒度小于2.5μm的钼粉与锰粉按5：1进行混合，加入低熔超细TiO2，采用湿磨法加入5%的酒精进行球磨，球磨时间为48小时，球磨后粒度为2-2.3μm，然后将此钼锰粉料配制成浆料，用110目丝网印刷陶瓷产品两平面，在烤箱内烘烤，温度为150℃，时间为4小时，再放入气氛烧结炉进行烧结，烧结温度为1580℃，时间为5小时；
（7）化学镀镍：再放入电镀槽进行化学镀镍，温度控制为76℃-82℃，时间为90分钟；用电吹风吹干表面水分后放入恒温烤箱80℃烘烤2小时；
（8）电极焊接：采用夹具固定陶瓷、铜柱和可伐合金盖板，用850℃高温银铜焊料，在真空炉内焊接铜电极和可伐合金盖板，即得继电器陶瓷壳体。
实施例3：
（1）配料合成：称取Al2O3300份、CaCO310.5份、Cr2O37.5份、SiO23.9份、MgO3.07份，将各成分进行混合后放入烘烤箱进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15小时，再放入球磨机进行球磨28小时得到均匀细化的混合原料，颗粒度达到4-4.8μm；（2）取白蜡和黄蜡放入单筒搅拌机内加热搅拌，加热温度为100℃，待融化后将步骤（1）中所述球磨后所得混合原料放入快速单筒搅拌机内充分搅拌3小时，再用100目筛网过筛，之后再放入慢速搅拌筒内搅拌3小时，加热温度为80℃；
（3）热压：将慢速搅拌好的混合料加入热压铸机台内，压制得到陶瓷毛坯；
（4）排蜡烧结：将陶瓷毛坯进行排蜡烧结，将温度控制在37℃-800℃进行烧结12小时，再将温度控制在800℃-1000℃进行烧结120分钟，再将温度控制在1000℃-1400℃烧结120分钟，再将温度控制在1400℃-1640℃烧结120分钟，最后将温度控制在1640℃保温60分钟；
（5）加工检验：再通过表面加工，研磨至合格尺寸，既得陶瓷件，将陶瓷件进行吸蓝，检验产品是否有裂纹；
（6）金属化：将合格的陶瓷件的上端面和下端面部分进行金属化，金属化层为钼锰层，即采用粒度小于2.5μm的钼粉与锰粉按5：1进行混合，加入低熔超细TiO2，采用湿磨法加入5%的酒精进行球磨，球磨时间为48小时，球磨后粒度为2-2.3μm，然后将此钼锰粉料配制成浆料，用110目丝网印刷陶瓷产品两平面，在烤箱内烘烤，温度为150℃，时间为4小时，再放入气氛烧结炉进行烧结，烧结温度为1580℃，时间为5小时；
（7）化学镀镍：再放入电镀槽进行化学镀镍，温度控制为76℃-82℃，时间为90分钟；用电吹风吹干表面水分后放入恒温烤箱80℃烘烤2小时；
（8）电极焊接：采用夹具固定陶瓷、铜柱和可伐合金盖板，用850℃高温银铜焊料，在真空炉内焊接铜电极和可伐合金盖板，即得继电器陶瓷壳体。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种真空密封的大容量直流继电器陶瓷壳体的制备方法，其特征是：具体包括如下步骤：
（1）配料合成：真空密封的大容量直流继电器陶瓷壳体，包括陶瓷件、铜电极和可伐合金盖板，所述陶瓷件由五元系陶瓷材料制成，所述五元系陶瓷材料的组成成分包括Al2O3、Cr2O3、SiO2、MgO、CaCO3，所述Al2O3：CaCO3：Cr2O3：SiO2的质量比为100：3.5：2.5：1.3，MgO的配比为Al2O3和Cr2O3的总量的0.5%-1%，先将Al2O3、Cr2O3、SiO2、MgO、CaCO3按所述配比称量，将各成分进行混合后放入烘烤箱进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15小时，再放入球磨机进行球磨28小时得到均匀细化的混合原料，颗粒度达到4-4.8μm；
（2）取白蜡和黄蜡放入单筒搅拌机内加热搅拌，加热温度为100℃，待融化后将步骤（1）中所述球磨后所得混合原料放入快速单筒搅拌机内充分搅拌3小时，再用100目筛网过筛，之后再放入慢速搅拌筒内搅拌3小时，加热温度为80℃；
（3）热压：将慢速搅拌好的混合料加入热压铸机台内，压制得到陶瓷毛坯；
（4）排蜡烧结：将陶瓷毛坯进行排蜡烧结，将温度控制在37℃-800℃进行烧结12小时，再将温度控制在800℃-1000℃进行烧结120分钟，再将温度控制在1000℃-1400℃烧结120分钟，再将温度控制在1400℃-1640℃烧结120分钟，最后将温度控制在1640℃保温60分钟；
（5）加工检验：再通过表面加工，研磨至合格尺寸，既得陶瓷件，将陶瓷件进行吸蓝，检验产品是否有裂纹；
（6）金属化：将合格的陶瓷件的上端面和下端面部分进行金属化，金属化层为钼锰层，即 采用粒度小于2.5μm的钼粉与锰粉按5：1进行混合，加入低熔超细TiO2，采用湿磨法加入5%的酒精进行球磨，球磨时间为48小时，球磨后粒度为2-2.3μm，然后将此钼锰粉料配制成浆料，用110目丝网印刷陶瓷产品两平面，在烤箱内烘烤，温度为150℃，时间为4小时，再放入气氛烧结炉进行烧结，烧结温度为1580℃，时间为5小时；
（7）化学镀镍：再放入电镀槽进行化学镀镍，温度控制为76℃-82℃，时间为90分钟；用电吹风吹干表面水分后放入恒温烤箱80℃烘烤2小时；
（8）电极焊接：采用夹具固定陶瓷件、铜柱和可伐合金盖板，用850℃高温银铜焊料，在真空炉内焊接铜电极和可伐合金盖板，即得继电器壳体。
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Denomination of invention: A vacuum sealed ceramic shell for large capacity DC relay and its preparation method Effective date of registration: 20210105 Granted publication date: 20160601 Pledgee: China Construction Bank Co.,Ltd. Loudi branch Pledgor: LOUDI ANTAEUS ELECTRONIC CERAMICS Co.,Ltd. Registration number: Y2020430000058 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20210826 Granted publication date: 20160601 Pledgee: China Construction Bank Co.,Ltd. Loudi branch Pledgor: LOUDI ANTAEUS ELECTRONIC CERAMICS Co.,Ltd. Registration number: Y2020430000058 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A vacuum-sealed high-capacity DC relay ceramic shell and preparation method thereof Effective date of registration: 20220824 Granted publication date: 20160601 Pledgee: China Construction Bank Co.,Ltd. Loudi branch Pledgor: LOUDI ANTAEUS ELECTRONIC CERAMICS Co.,Ltd. Registration number: Y2022430000074 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |