CN108521076B - 一种气体放电管用电极及其制备方法 - Google Patents

一种气体放电管用电极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气体放电管用电极及其制备方法，所述电极主要由金属材料制成，在所述电极内侧涂覆有电子粉，在所述电极外侧涂覆有电绝缘热传导薄膜；所述薄膜主要由二氧化钛2～6份、三氧化二铝3～7份、碳化硅1～5份、高岭土9.5～15份、丙醇15～25份、聚甲基丙烯酸甲酯20～30份、聚亚芳基硫醚树脂24～35份、三甲氧基硅烷0.5～2份喷涂后，经低温成化、中温固化而成。进一步地，所述气体放电管主要用于陶瓷气体放电管，在所述电绝缘热传导薄膜表面安装有热电阻，所述热电阻与玻璃气体放电管串联，然后再与所述陶瓷气体放电管并联。本发明的气体放电管用电极具有电绝缘性好、导热性佳、响应时间短、耐高温等优点。

Description

一种气体放电管用电极及其制备方法
本申请是专利申请号为201710199786.8、发明创造名称为《一种气体放电管用电极及其制备方法》、申请日为2017年3月30日的分案申请。
技术领域
本发明属于气体放电管领域，尤其涉及一种气体放电管用电极及其制备方法。
背景技术
陶瓷气体放电管是在放电间隙内充入适当的气体介质，配以高活性的电子发射材料及放电引燃机构，通过银铜焊料高温封接而制成的一种特殊的金属陶瓷结构的气体放电器件。它主要用于瞬时过电压保护，也可作为点火开关。陶瓷气体放电管的通流量比压敏电阻和TVS管要大，气体放电管与TVS等保护器件合用时应使大部分的过电流通过气体放电管泄放。气体放电管的绝缘电阻非常高，可以达到千兆欧姆的量级。极间电容的值非常小，一般在2pF以下，极间漏电流非常小，为nA级。因此气体放电管并接在线路上对线路基本不会构成什么影响。但气体放电管长时间承受或频繁地过电流时，气体放电管会发热升温，气体放电管的两个金属电极融化溅射量大，容易导致放电管阻抗下降甚至形成短路。故如何有效防止气体发电管过热，提高气体放电管的使用寿命，是本领域急需解决的技术问题。此外，现有的陶瓷气体放电管电极通常采用无氧铜和4J42铁镍(42％)镍合金制成，在电极内侧涂覆有一层电子粉，用以加快陶瓷气体放电管的响应时间。但一般的陶瓷气体放电管的响应时间均在几百ns以至数ms，在保护器件中是最慢的，故如何提高陶瓷气体放电管的响应时间，也是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在解决现有气体放电管易过热，使用寿命短的技术难题，提供一种气体放电管用电极及其制备方法。在此基础上，本发明还针对陶瓷气体放电管响应时间长进行了改进，改进后的气体放电管用电极可显著缩短陶瓷气体放电管的响应时长。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种气体放电管用电极，主要由金属材料制成，在所述电极内侧涂覆有电子粉，在所述电极外侧涂覆有一层电绝缘热传导薄膜。
作为本发明改进的技术方案，所述电极外侧设置有多个散热翅，所述散热翅与所述电极由金属材料一体成型。
进一步地，所述散热翅依序平行排列，中间的散热翅长，两侧的散热翅短。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述气体放电管用电极主要用于陶瓷气体放电管，在所述电绝缘热传导薄膜表面安置有热电阻，所述热电阻与一玻璃气体放电管串联后再与所述陶瓷气体放电管并联。
进一步地，所述热电阻“Z”型分布在所述电绝缘热传导薄膜表面。
进一步地，所述热电阻由电热丝弯曲缠绕呈螺旋管状。
作为本发明的另一目的，本发明提供了一种气体放电管用电极的制备方法，主要包括以下步骤：步骤一，利用金属材料浇筑制成一侧面带散热翅的电极；步骤二，在散热翅一侧的电极表面喷涂上电绝缘热传导薄膜。
进一步地，所述步骤二为：取二氧化钛2～6份、三氧化二铝3～7份、碳化硅1～5份、高岭土9.5～15份、丙醇15～25份、聚甲基丙烯酸甲酯20～30份、聚亚芳基硫醚树脂24～35份、三甲氧基硅烷0.5～2份混合均匀，然后喷涂在散热翅一侧的电极表面，将喷涂后的电极放入60～80℃的烘箱中成化1～3h，然后转入300～400℃的烘箱中中温固化4～10h，自然冷却。
进一步地，所述步骤二为：取二氧化钛3～5份、三氧化二铝4～6份、碳化硅2～4份、高岭土10.2～13.5份、丙醇18～23份、聚甲基丙烯酸甲酯23～27份、聚亚芳基硫醚树脂27～32份、三甲氧基硅烷0.8～1.5份混合均匀，然后喷涂在散热翅一侧的电极表面，将喷涂后的电极放入60～80℃的烘箱中成化1～3h，然后转入300～400℃的烘箱中中温固化4～10h，自然冷却。
优选地，所述步骤二为：取二氧化钛4份、三氧化二铝5份、碳化硅3份、高岭土12份、丙醇20份、聚甲基丙烯酸甲酯25份、聚亚芳基硫醚树脂30份、三甲氧基硅烷1份混合均匀，然后喷涂在散热翅一侧的电极表面，将喷涂后的电极放入70℃的烘箱中成化2h，然后转入380℃的烘箱中中温固化8h，自然冷却。
有益效果：
本发明利用电绝缘热传导薄膜将气体放电管产生的热量快速散发出去，有利于防止气体放电管过热，延长气体放电管的使用寿命。本发明还通过在电绝缘热传导薄膜表面安置热电阻，所述热电阻与玻璃气体放电管串联，因此当气体放电管两端产生高压时，玻璃气体放电管快速响应导通，电流通过热电阻对陶瓷气体放电管的电极加热，使得陶瓷气体放电管中的电子粉更容易释放电子，陶瓷气体放电管中的气体运动更为剧烈、更易击穿，从而大大缩短陶瓷气体的响应时间。本发明还涉及适用于本发明的电绝缘热传导薄膜的配方及制备方法。该配方制得的气体放电管用电极具有绝缘性好、导热性能佳、耐高温等特点。
附图说明
图1为本发明用于陶瓷气体放电管中的结构示意图；
图2为热电阻在电绝缘热传导薄膜表面“Z”型分布的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更清楚明了第理解本发明，现结合具体实施方式和附图，对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的气体放电管用电极主要用于陶瓷气体放电管。常见的陶瓷气体放电管主要包括金属电极5、陶瓷管6、电子粉7、引线1、引线2。本发明对常见的陶瓷气体放电管进行了改造，首先是在金属电极5表面涂覆一层电绝缘热传导薄膜(未示出)。所述薄膜主要由二氧化钛2～6份、三氧化二铝3～7份、碳化硅1～5份、高岭土9.5～15份、丙醇15～25份、聚甲基丙烯酸甲酯20～30份、聚亚芳基硫醚树脂24～35份、三甲氧基硅烷0.5～2份制成。为了使金属电极5具有更好的散热效果，本发明中金属电极5正对电子粉7的外侧依序平行排列有多个散热翅5’，所述散热翅5’与所述电极5由金属材料一体成型，中间的散热翅5’长，两侧的散热翅5’短。由此，当陶瓷气体放电管长时间承受或频繁地过电流时，气体放电管的两个金属电极5将通过散热翅5’将热量快速导出，从而防止气体放电管过热。
针对陶瓷气体放电管响应时间长的技术问题，本发明在上述改进的基础上对陶瓷气体放电管作了进一步的改进。首先是在电绝缘热传导薄膜安置热电阻4，所述热电阻4与一玻璃气体放电管3串联后再与所述陶瓷气体放电管并联。4’是用于连接两个热电阻4的引线。当陶瓷气体放电管两端产生高压时，玻璃气体放电管3快速响应导通，通常只需几纳秒，电流通过热电阻4对陶瓷气体放电管的电极5加热，使得陶瓷气体放电管中的电子粉7更容易释放电子，陶瓷气体放电管中的气体运动更为剧烈、更易击穿，从而大大缩短陶瓷气体的响应时间。采用这一方案，可以使陶瓷气体放电管的响应时间由原来的几百纳秒至几毫秒降低为几十纳秒。为了增大热电阻4的电阻值，可以先将所述热电阻4由电热丝弯曲缠绕呈螺旋管状，然后再“Z”型分布在所述电绝缘热传导薄膜表面，如图2所示。
由于金属电极5表面的电绝缘热传导薄膜需要满足电绝缘性好、热传导效率高且耐高温的特点，故本发明还对电绝缘热传导薄膜的配方进行了研究，具体实施例如下所示。
实施例1
一种气体放电管用电极的制备方法，主要包括以下步骤：步骤一，利用金属材料浇筑制成一侧面带散热翅的电极；步骤二，取二氧化钛2份、三氧化二铝7份、碳化硅5份、高岭土15份、丙醇15份、聚甲基丙烯酸甲酯30份、聚亚芳基硫醚树脂24份、三甲氧基硅烷2份混合均匀，然后喷涂在散热翅一侧的电极表面，将喷涂后的电极放入60℃的烘箱中成化1h，然后转入300℃的烘箱中中温固化10h，自然冷却。
实施例2
一种气体放电管用电极的制备方法，主要包括以下步骤：步骤一，利用金属材料浇筑制成一侧面带散热翅的电极；步骤二，取二氧化钛3份、三氧化二铝6份、碳化硅4份、高岭土13.5份、丙醇18份、聚甲基丙烯酸甲酯27份、聚亚芳基硫醚树脂27份、三甲氧基硅烷1.5份混合均匀，然后喷涂在散热翅一侧的电极表面，将喷涂后的电极放入70℃的烘箱中成化2h，然后转入350℃的烘箱中中温固化8h，自然冷却。
实施例3
一种气体放电管用电极的制备方法，主要包括以下步骤：步骤一，利用金属材料浇筑制成一侧面带散热翅的电极；步骤二，取二氧化钛4份、三氧化二铝5份、碳化硅3份、高岭土12份、丙醇20份、聚甲基丙烯酸甲酯25份、聚亚芳基硫醚树脂30份、三甲氧基硅烷1份混合均匀，然后喷涂在散热翅一侧的电极表面，将喷涂后的电极放入70℃的烘箱中成化3h，然后转入380℃的烘箱中中温固化8h，自然冷却。
实施例4
一种气体放电管用电极的制备方法，主要包括以下步骤：步骤一，利用金属材料浇筑制成一侧面带散热翅的电极；步骤二，取二氧化钛5份、三氧化二铝4份、碳化硅2份、高岭土10.2份、丙醇23份、聚甲基丙烯酸甲酯23份、聚亚芳基硫醚树脂32份、三甲氧基硅烷0.8份混合均匀，然后喷涂在散热翅一侧的电极表面，将喷涂后的电极放入80℃的烘箱中成化1h，然后转入400℃的烘箱中中温固化4h，自然冷却。
实施例5
一种气体放电管用电极的制备方法，主要包括以下步骤：步骤一，利用金属材料浇筑制成一侧面带散热翅的电极；步骤二，取二氧化钛6份、三氧化二铝3份、碳化硅1份、高岭土9.5份、丙醇25份、聚甲基丙烯酸甲酯20份、聚亚芳基硫醚树脂35份、三甲氧基硅烷0.5份混合均匀，然后喷涂在散热翅一侧的电极表面，将喷涂后的电极放入70℃的烘箱中成化2h，然后转入380℃的烘箱中中温固化4h，自然冷却。
以上方法制得的气体放电管用电极均能够满足电绝缘性好、导热性佳、耐高温的要求。
显然，上述实施例仅仅是为了清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。只要是在本发明实施例基础上做出的常识性的改动方案，都处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种气体放电管用电极，主要由金属材料制成，其特征在于：在所述电极内侧涂覆有电子粉，在所述电极外侧涂覆有一层电绝缘热传导薄膜，所述电绝缘热传导薄膜主要由二氧化钛2～6份、三氧化二铝3～7份、碳化硅1～5份、高岭土9.5～15份、丙醇15～25份、聚甲基丙烯酸甲酯20～30份、聚亚芳基硫醚树脂24～35份、三甲氧基硅烷0.5～2份混合均匀，再喷涂在所述电极外侧，然后经60～80℃低温成化1～3h，300～400℃中温固化4～10h，自然冷却后制得，所述气体放电管用电极主要用于陶瓷气体放电管，在所述电绝缘热传导薄膜表面安置有热电阻，所述热电阻与一玻璃气体放电管串联后再与所述陶瓷气体放电管并联。
2.根据权利要求1所述的气体放电管用电极，其特征在于：所述电绝缘热传导薄膜主要由二氧化钛3～5份、三氧化二铝4～6份、碳化硅2～4份、高岭土10.2～13.5份、丙醇18～23份、聚甲基丙烯酸甲酯23～27份、聚亚芳基硫醚树脂27～32份、三甲氧基硅烷0.8～1.5份混合均匀，再喷涂在所述电极外侧，然后经60～80℃低温成化1～3h，300～400℃中温固化4～10h，自然冷却后制得。
3.根据权利要求2所述的气体放电管用电极，其特征在在于：所述电绝缘热传导薄膜主要由二氧化钛4份、三氧化二铝5份、碳化硅3份、高岭土12份、丙醇20份、聚甲基丙烯酸甲酯25份、聚亚芳基硫醚树脂30份、三甲氧基硅烷1份混合均匀，再喷涂在所述电极外侧，然后经70℃低温成化2h，380℃中温固化8h，自然冷却后制得。
4.根据权利要求1所述的气体放电管用电极，其特征在于：所述热电阻“Z”型分布在所述电绝缘热传导薄膜表面。
5.根据权利要求1所述的气体放电管用电极，其特征在于：所述热电阻由电热丝弯曲缠绕呈螺旋管状。
6.根据权利要求1所述的气体放电管用电极，其特征在于：所述电极外侧设置有多个散热翅，所述散热翅与所述电极由金属材料一体成型。
7.根据权利要求6所述的气体放电管用电极，其特征在于：所述散热翅依序平行排列，中间的散热翅长，两侧的散热翅短。
8.一种气体放电管用电极的制备方法，主要包括以下步骤：
步骤一，利用金属材料浇筑制成一侧面带散热翅的电极；
步骤二，取二氧化钛2～6份、三氧化二铝3～7份、碳化硅1～5份、高岭土9.5～15份、丙醇15～25份、聚甲基丙烯酸甲酯20～30份、聚亚芳基硫醚树脂24～35份、三甲氧基硅烷0.5～2份混合均匀，然后喷涂在散热翅一侧的电极表面，将喷涂后的电极放入60～80℃的烘箱中成化1～3h，然后转入300～400℃的烘箱中中温固化4～10h，自然冷却，制得电绝缘热传导薄膜；
步骤三，在电绝缘热传导薄膜表面安置热电阻，所述热电阻与一玻璃气体放电管串联后再与所述气体放电管并联，所述气体放电管为陶瓷气体放电管。
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