CN104945846A - 一种高电压泄流保护封装材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高电压泄流保护封装材料的制备方法，包括以下步骤：将含有Ti元素、Zn元素或Sn元素的溶液放置到容器内，加热反应生成氧化物结晶体，所述氧化物结晶体经研磨后加入到有机电介质溶液中，然后搅拌所述有机电介质溶液使氧化物结晶体均匀分散到有机电介质溶液的上表面，并在所述有机电介质溶液的上表面形成悬浮液体，取出所述悬浮液体，得高电压泄流保护封装材料。本发明制备的高电压泄流保护封装材料具有优良的粘接性和柔韧特性，并且具有低电压为电绝缘体、高电压为电导体的特性。

Description

一种高电压泄流保护封装材料的制备方法

技术领域

本发明属于电子和电力元器件的电气绝缘封装材料领域，涉及一种封装材料的制备方法，具体涉及一种高电压泄流保护封装材料的制备方法。

背景技术

电气绝缘封装材料在电子和电力工业有广泛的应用。采用绝缘材料对电容器、电阻器、变压器等电子和电力元器件进行包封，可以起到防止外界污染、湿气侵入以及外力冲击等作用从而保护元器件不受破坏损伤。在电子电力工业中，常用的电气绝缘封装材料是环氧树脂和聚酰胺等有机聚合物。环氧树脂等有机聚合物具有电阻率高、粘接性和柔韧性好、易于密封成型等优点。但是环氧树脂等有机聚合物的高电阻率特性难以防止异常高的过冲电压直接作用在元器件上造成电击穿。为了防止过高电压对元器件的电击穿，技术上可以采用半导体玻璃釉作为封装材料。半导体玻璃釉具有低电压时电阻率高、高电压时电阻率低的特点，作为封装材料使用时可以让过高电压通过玻璃釉包封层进行旁路泄流避免过高的电压直接作用在元器件造成电击穿损伤。但是半导体玻璃釉是一种无机的脆性材料，存在着与元器件粘接性能不好、抗机械和温度冲击性差、易于开裂等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高电压泄流保护封装材料的制备方法，该制备方法制备的高电压泄流保护封装材料具有优良的粘接性和柔韧特性，并且具有低电压为电绝缘体、高电压为电导体的特性。

为达到上述目的，本发明所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法包括以下步骤：

制备氧化物结晶体，所述氧化物结晶体经研磨后加入到有机电介质溶液中，然后搅拌使氧化物结晶体颗粒均匀分散在有机电介质溶液中形成悬浮液体，再进行固化，获得高电压泄流保护封装材料，氧化物结晶体与有机电介质溶液的体积比为1-5：10。

制备氧化物结晶体的具体操作为：将含有Ti元素、Zn元素或Sn元素的化学溶液放置到容器内，通过加热反应生成氧化物结晶体。

制备氧化物结晶体的具体操作为：取氧化钛、氧化锌或氧化锡，将氧化钛、氧化锌或氧化锡放置到容器内，通过加热反应生成氧化物结晶体。

将含有Ti元素、Zn元素或Sn元素的化学溶液放置到容器内，加热到300-600℃生成氧化物结晶体。

化学溶液为氯化锌溶液、二氧化钛溶液或者氢氧化锡溶液。

取氧化钛、氧化锌或氧化锡，将氧化钛、氧化锌或氧化锡放置到容器内，通过加热至600-900℃反应生成氧化物结晶体。

将所述氧化物结晶体经研磨为粒径小于等于1mm的颗粒后加入到有机电介质溶液中。

所述有机电介质溶液为环氧树脂溶液。

固化的具体操作为：将悬浮液体放置在真空干燥箱中加热到60-100℃并保温24h。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法在制备高电压泄流保护封装材料的过程中，以Ti元素、Zn元素或者Sn元素为原料制作成具有低电场电阻率大、高电场电阻率小特性的无机氧化物结晶体，所述氧化物结晶体经研磨后分散在有机电介质溶液中，从而使制备的高电压泄流保护封装材料具有低电压为电绝缘体、高电压为电导体的特性，同时粘接性和柔韧特性得到大幅的提高，在实际应用时，通过调节氧化物结晶的品种及添加量来调节封装材料的泄流保护电压阀值与密度。

附图说明

图1为本发明制备的高压泄流保护封装材料的导通电场强度Eg与导通电流I随无机氧化物ZnO颗粒体积百分比改变的示意图；

图2为本发明制备的高压泄流保护封装材料作为高压陶瓷电容器绝缘封装材料的使用说明示意图；

图3为本发明制备的高压泄流保护封装材料作为高压导通器的制作和使用说明示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法包括以下步骤：

制备氧化物结晶体，所述氧化物结晶体经研磨后加入到有机电介质溶液中，然后搅拌使氧化物结晶体颗粒均匀分散在有机电介质溶液中形成悬浮液体，再进行固化，获得高电压泄流保护封装材料，氧化物结晶体与有机电介质溶液的体积比为1-5：10。

制备氧化物结晶体的具体操作为：将含有Ti元素、Zn元素或Sn元素的化学溶液放置到容器内，通过加热反应生成氧化物结晶体。

化学溶液为氯化锌溶液、二氧化钛溶液或者氢氧化锡溶液。

制备氧化物结晶体的具体操作为：取氧化钛、氧化锌或氧化锡，将氧化钛、氧化锌或氧化锡放置到容器内，通过加热反应生成氧化物结晶体。

将含有Ti元素、Zn元素或Sn元素的化学溶液放置到容器内，加热到300-600℃生成氧化物结晶体。

取氧化钛、氧化锌或氧化锡，将氧化钛、氧化锌或氧化锡放置到容器内，通过加热至600-900℃反应生成氧化物结晶体。

将所述氧化物结晶体经研磨为粒径小于等于1mm的颗粒后加入到有机电介质溶液中。

所述有机电介质溶液为环氧树脂溶液。

固化的具体操作为：将悬浮液体放置在真空干燥箱中加热到60-100℃并保温24h。

实施例一

本发明所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法包括以下步骤：

制备氧化钛结晶体，所述氧化钛结晶体经研磨后加入到有机电介质溶液中，然后搅拌使氧化钛结晶体颗粒均匀分散在有机电介质溶液中形成悬浮液体，再进行固化，获得高电压泄流保护封装材料，氧化钛结晶体与有机电介质溶液的体积比为1：10。

制备氧化物结晶体的具体操作为：将含有Ti元素的化学溶液放置到容器内，通过加热至300℃反应生成氧化钛结晶体，化学溶液为二氧化钛溶液。

或者制备氧化物结晶体的具体操作为：取氧化钛，将氧化钛放置到容器内，通过加热至900℃反应生成氧化钛结晶体。

将所述氧化物结晶体经研磨为粒径小于等于1mm的颗粒后加入到有机电介质溶液中。

所述有机电介质溶液为环氧树脂溶液。

固化的具体操作为：将悬浮液体放置在真空干燥箱中加热到100℃并保温24h。

实施例二

本发明所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法包括以下步骤：

制备氢氧化锡结晶体，所述氢氧化锡结晶体经研磨后加入到有机电介质溶液中，然后搅拌使氢氧化锡结晶体颗粒均匀分散在有机电介质溶液中形成悬浮液体，再进行固化，获得高电压泄流保护封装材料，氢氧化锡结晶体与有机电介质溶液的体积比为5：10。

制备氢氧化锡结晶体的具体操作为：将含有Sn元素的化学溶液放置到容器内，通过加热至600℃反应生成氢氧化锡结晶体，化学溶液为氢氧化锡溶液。

或者，制备氧化物结晶体的具体操作为：取氧化锡，将氧化锡放置到容器内，通过加热至600℃反应生成氧化物结晶体。

将所述氧化物结晶体经研磨为粒径小于等于1mm的颗粒后加入到有机电介质溶液中。

所述有机电介质溶液为环氧树脂溶液。

固化的具体操作为：将悬浮液体放置在真空干燥箱中加热到60℃并保温24h。

实施例三

本发明所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法包括以下步骤：

制备氧化锌结晶体，所述氧化锌结晶体经研磨后加入到有机电介质溶液中，然后搅拌使氧化锌结晶体颗粒均匀分散在有机电介质溶液中形成悬浮液体，再进行固化，获得高电压泄流保护封装材料，氧化锌结晶体与有机电介质溶液的体积比为3：10。

制备氧化锌结晶体的具体操作为：将含有Ti元素、Zn元素或Sn元素的化学溶液放置到容器内，通过加热至500℃反应生成氧化锌结晶体，化学溶液为氯化锌溶液。

或者，制备氧化物结晶体的具体操作为：取氧化锡，将氧化锌放置到容器内，通过加热至800℃反应生成氧化锌结晶体。

将所述氧化物结晶体经研磨为粒径小于等于1mm的颗粒后加入到有机电介质溶液中。

所述有机电介质溶液为环氧树脂溶液。

固化的具体操作为：将悬浮液体放置在真空干燥箱中加热到700℃并保温24h。

实施例四

本发明所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法包括以下步骤：

将氯化锌溶液放置到容器内，加热反应生成氧化锌结晶体。所述氧化锌结晶体经研磨后加入到有机电介质溶液中，然后搅拌使氧化锌颗粒均匀分散在有机电介质溶液中形成悬浮液体，将所述悬浮液体放置到干燥箱加热固化，获得高电压泄流保护封装材料。其中，所述氧化锌与环氧树脂溶液的体积比为2：10；

将氯化锌溶液放置到容器内，加热到500℃生成氧化物结晶体。

将所述氧化物结晶体经研磨至粒径小于等于1mm后加入到有机电介质溶液中。

所述有机电介质溶液为环氧树脂溶液。

高电压泄流保护封装材料固化的具体操作为：高电压泄流保护封装材料放置在真空干燥箱中加热到80℃并保温24h。

经实施例制备的高电压泄流保护封装材料泄流保护电压阀值为50kV/cm。

将本发明制备的高电压泄流保护封装材料浇注到陶瓷电容器周围紧密包裹形成没有空气间隙的包裹层，然后固化制作成电容器的电气绝缘封装层，可以有效的防止电容器受到外部污染和湿气侵入。根据电容器的工作电压和耐电击穿电压设定绝缘封装层的泄流导通电压，绝缘封装层的泄流导通电压设定在电容器的工作电压和耐电击穿电压之间，当外加电压处在电容器正常工作电压时封装层表现为电绝缘体泄漏电流很小使外加电压作用在电容器上，当外加电压高于电容器的工作电压和封装层的泄流导通电压时，封装层表现为电导体引导电流通过封装层抑制过高电压起到保护电容器不被高压电击穿的作用。

将本发明制备的高电压泄流保护封装材料灌注入成型模具中，在真空干燥箱中烘干制作成固体材料，在材料上下表面溅射导电性优良的银电极面，并连接引线制作成高压导通器。通过改变氧化锌颗粒的添加量来调整高压导通器的导通电场强度和通流密度，通过改变导通器的尺寸来调整高压导通器的导通电压和通流量。导通器的导通电压设定在高于被保护器件的工作电压10％左右。为了防止导通器高压表面漏电，可以在导通器周围再灌封包裹一层环氧树脂绝缘层，导通器与被保护器件电路上并联，当外电路电压在器件正常工作电压时导通器的电阻很大使电流通过器件，当外电路出现异常情况发生过冲高电压时，导通器及时导通起到旁路分流作用卸载过冲电压。

参考图1，图1描述了本发明高压泄流保护封装材料的导通电场强度Eg和导通电流I随无机氧化物ZnO颗粒体积百分比改变的示意图，横坐标为加载到封装材料中的电场强度E，纵坐标为封装材料的流经封装材料中的电流I，曲线1为ZnO颗粒与有机电介质溶液的体积比为3：10的封装材料的导通电流I随电场强度的变化曲线，导通电场强度Eg约为5kV/cm；曲线2为ZnO颗粒与有机电介质溶液的体积比为2：10的封装材料的导通电流I随电场强度的变化曲线，导通电场强度Eg约为20kV/cm；曲线3为ZnO颗粒与有机电介质溶液的体积比为1：10的封装材料的导通电流I随电场强度的变化曲线，导通电场强度Eg约为100kV/cm。

参考图2，图2描述了本发明高压泄流保护封装材料作为高压陶瓷电容器绝缘封装材料的结构和工作原理，当外加电压处于正常范围而小于封装材料的泄流保护电压阈值时，封装材料为电绝缘体泄漏电流很小，外加电压主要作用在电容器上；当外加电压异常高而大于封装材料的泄流保护电压阈值时，封装材料作为电导体通过泄漏电流降低电容器上的电压从而保护电容器不被高压电击穿。

参考图3，图3描述了本发明高压泄流保护封装材料作为电子电力元器件的高压导通保护器的制作和使用方法。本发明高压泄流保护封装材料制作成高压导通器与被保护的元器件电路上并联，当外加电压处于正常情况而小于导通器的导通电压时，导通器电阻很大，电路中的电流通过元器件；当外加电压异常高而大于导通器的导通电压时，导通器电阻很小，且导通器起到旁路泄导电流的作用，保护元器件不被高电压击穿。

Claims (9)

1.一种高电压泄流保护封装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备氧化物结晶体，所述氧化物结晶体经研磨后加入到有机电介质溶液中，然后搅拌使氧化物结晶体颗粒均匀分散在有机电介质溶液中形成悬浮液体，再进行固化，获得高电压泄流保护封装材料，氧化物结晶体与有机电介质溶液的体积比为1-5：10。

2.根据权利要求1所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法，其特征在于，制备氧化物结晶体的具体操作为：将含有Ti元素、Zn元素或Sn元素的化学溶液放置到容器内，通过加热反应生成氧化物结晶体。

3.根据权利要求2所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法，其特征在于，所述化学溶液为氯化锌溶液、二氧化钛溶液或者氢氧化锡溶液。

4.根据权利要求2所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法，其特征在于，将含有Ti元素、Zn元素或Sn元素的化学溶液放置到容器内，加热到300-600℃生成氧化物结晶体。

5.根据权利要求1所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法，其特征在于，制备氧化物结晶体的具体操作为：取氧化钛、氧化锌或氧化锡，将氧化钛、氧化锌或氧化锡放置到容器内，通过加热反应生成氧化物结晶体。

6.根据权利要求5所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法，其特征在于，取氧化钛、氧化锌或氧化锡，将氧化钛、氧化锌或氧化锡放置到容器内，通过加热至600-900℃反应生成氧化物结晶体。

7.根据权利要求1所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法，其特征在于，将所述氧化物结晶体经研磨为粒径小于等于1mm的颗粒后加入到有机电介质溶液中。

8.根据权利要求1所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法，其特征在于，所述有机电介质溶液为环氧树脂溶液。

9.根据权利要求1所述的高电压泄流保护封装材料的制备方法，其特征在于，固化的具体操作为：将所述悬浮液体放置在真空干燥箱中加热到60-100℃并保温24h。