CN112185628A - 高温绝缘导线半成品及其制备方法和高温绝缘导线 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种高温绝缘导线半成品，包括线芯和包覆在线芯外围的溶胶凝胶复合涂层，溶胶凝胶复合涂层包括聚乙烯醇改性的凝胶基质和分散在聚乙烯醇改性的凝胶基质中的无机填料，聚乙烯醇改性的凝胶基质包括凝胶基质本体和连接在凝胶基质本体上的聚乙烯醇，凝胶基质本体包括由－Si－O－Si－和/或－M－O－M－重复构成的三维网络结构，其中M为金属原子。该高温绝缘导线半成品通过在线芯外围形成溶胶凝胶复合涂层，具有良好的绝缘性能和耐弯折性能，可以满足各类线圈和绕组的绕制需求；该半成品经烧结后可获得良好高温绝缘性能，可满足高温应用需求。本申请还提供该高温绝缘导线半成品的制备方法和由该半成品烧结制得的高温绝缘导线。

Description

高温绝缘导线半成品及其制备方法和高温绝缘导线

技术领域

本申请涉及电磁线技术领域，尤其涉及一种高温绝缘导线半成品及其制备方法和高温绝缘导线。

背景技术

电磁线是用于制造电工产品中线圈或绕组的绝缘导线。电磁线的结构一般包括导电线芯和包覆导电线芯的电绝缘层。目前，电绝缘层主要包括有机绝缘层和无机绝缘层两类。现有有机绝缘层通常由纸、棉、丝、玻纤、树脂或绝缘漆等有机高分子材料构成；而现有无机绝缘层一般由Al₂O₃、SiO₂、ZnO等陶瓷材料与有机溶剂混合成浆料后涂覆在线芯表面形成。然而，现有采用有机绝缘层的电磁线最高工作温度一般都不到260℃，超温使用时会出现性能下降或失效，难以满足高温绝缘需求；现有无机陶瓷绝缘导线则存在弯曲半径大，不耐弯折等缺点，并且制备过程通常需要高温处理，容易导致铜导线氧化，不适用于纯铜导线包覆。因此，有必要提供一种兼具良好高温绝缘性能和良好耐弯折性能的绝缘导线。

发明内容

本申请实施例提供了一种高温绝缘导线半成品，该高温绝缘导线半成品具有良好的耐弯折性能，可以满足各类线圈和绕组的绕制需求，该半成品经烧结后可以获得良好高温绝缘性能，可以满足高温应用需求。

本申请实施例第一方面提供了一种高温绝缘导线半成品，所述高温绝缘导线半成品包括线芯和包覆在所述线芯外围的溶胶凝胶复合涂层，所述溶胶凝胶复合涂层包括聚乙烯醇改性的凝胶基质和分散在所述聚乙烯醇改性的凝胶基质中的无机填料，所述聚乙烯醇改性的凝胶基质包括凝胶基质本体和连接在所述凝胶基质本体上的聚乙烯醇，所述凝胶基质本体包括由－Si－O－Si－和/或－M－O－M－重复构成的三维网络结构，其中M为金属原子。本申请高温绝缘导线半成品通过采用溶胶-凝胶法在线芯外围形成溶胶凝胶复合涂层，溶胶凝胶复合涂层具有良好的绝缘性能，而通过引入聚乙烯醇进行改性可以改善溶胶凝胶复合涂层的韧性，有效提升导线半成品的耐弯折性能，从而满足各类线圈和绕组的绕制需求；而无机填料的加入可以提升溶胶凝胶复合涂层的致密性，进一步提升导线半成品的绝缘性能，获得较高耐击穿电压。

本申请实施方式中，所述M可以是铝、锆、镁、锌、镧和钡中的一种或多种。

本申请实施方式中，溶胶凝胶复合涂层中，聚乙烯醇改性的凝胶基质的重量百分比为70％-95％。适合的聚乙烯醇改性的凝胶基质含量可以保证溶胶凝胶复合涂层的韧性，提升导线半成品的耐弯折性能。

本申请实施方式中，溶胶凝胶复合涂层中，无机填料的重量百分比为5％-30％。适合的无机填料加入可以在保证溶胶凝胶复合涂层较高韧性的情况下，提升溶胶凝胶复合涂层的致密性，提升导线半成品的绝缘性能。

本申请实施方式中，所述无机填料包括二氧化硅、氧化铋、氧化锂、氧化锌、氧化钡、二氧化钛、二氧化锆、氧化铝、氧化硼、氧化镧、氮化铝、氮化硼、碳化硼、氧化铟、氧化铈中的一种或多种。在一些实施方式中，为了获得较高的绝缘性能和较低的烧结温度，可以是采用多种无机填料混合使用，其中，每一种无机填料的质量分数占比可以是小于或等于30％。通过获得较低的烧结温度，可以有效避免高温烧结导致线芯被氧化的风险。

本申请实施方式中，所述聚乙烯醇改性的凝胶基质中，所述聚乙烯醇通过改性交联剂连接在所述凝胶基质本体上。

本申请实施方式中，所述聚乙烯醇改性的凝胶基质由凝胶前驱体与聚乙烯醇经改性交联剂交联缩合形成。

本申请实施方式中，所述凝胶前驱体包括金属醇盐和/或小分子有机硅化合物。本申请实施例基于溶胶-凝胶法制备陶瓷涂层，可以采用小分子有机硅化合物和/或金属醇盐作为前驱体，利用其在溶剂中可水解缩合性能，可以获得三维网络状的凝胶结构。

本申请实施方式中，所述金属醇盐可包括铝醇盐、锆醇盐、镁醇盐、锌醇盐、镧醇盐和钡醇盐中的一种或多种。本申请实施方式中，所述小分子有机硅化合物可包括原硅酸四乙酯、硅醇盐中的一种或多种。

本申请实施方式中，所述改性交联剂包括硅烷偶联剂和/或阴离子表面活性剂。改性交联剂的加入可以有利于加强聚乙烯醇对凝胶基质的改性。

本申请实施方式中，所述硅烷偶联剂包括但不限于3-乙二氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

本申请实施方式中，所述阴离子表面活性剂包括但不限于磺酸盐型、磷酸酯盐型、阴离子聚丙烯酰胺中的一种或多种。其中，磺酸盐型阴离子表面活性剂可在水中电离后生成磺酸根阴离子，具体可包括烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、烷基磺酸盐、α-磺基单羧酸酯、脂肪酸磺烷基酯、琥珀酸酯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、石油磺酸盐、木质素磺酸盐、烷基甘油醚磺酸盐等。

本申请实施方式中，所述凝胶基质包括一种或多种聚金属烷氧基化合物和/或聚硅烷氧基化合物。凝胶基质本体实质上是金属醇盐和/或小分子有机硅化合物前驱体经水解缩合后，生成的聚金属烷氧基化合物或聚硅烷氧基化合物构成的三维网络状结构凝胶薄层。

本申请实施方式中，所述溶胶凝胶复合涂层中，所述无机填料均匀分布在聚乙烯醇改性的凝胶基质中。

本申请实施方式中，所述无机填料的粒径在5nm～5μm之间。较小粒径的无机填料加入有利于实现均匀分散，从而更好地填充凝胶基质存在的微细孔洞结构，提高涂层的致密性。

本申请实施方式中，所述溶胶凝胶复合涂层的线性膨胀系数在10ppm/K～20ppm/k之间。本申请实施例溶胶凝胶复合涂层具有与线芯较匹配的膨胀系数，因此能够更好地保持整个导线的结构稳定性，避免高温工作时涂层开裂、掉落等现象的发生。

本申请实施方式中，所述溶胶凝胶复合涂层的厚度为1μm-10μm。较小的涂层厚度能够使得导线具有更小的弯曲半径，获得更好的弯折性能，从而更好地满足线圈绕组的弯曲要求。而且由于本申请特殊的涂层材料和结构设计，使得涂层在上述较小厚度情况下也能获得优异的高温绝缘性能。

本申请实施方式中，所述高温绝缘导线半成品的弯曲半径小于0.1mm。较小的弯曲半径，能够使导线半成品获得更好的弯折性能，从而更好地满足线圈绕组的弯曲要求。

本申请实施方式中，所述线芯的材质包括Cu、Al、Ag或其合金。本申请实施例的溶胶凝胶复合涂层可适合各种线材的包覆。

本申请实施方式中，所述溶胶凝胶复合涂层经烧结转变成陶瓷绝缘层所需烧结温度为300℃-700℃。烧结温度较低，可以有效避免线芯在烧结过程中被氧化。

本申请实施例第二方面提供一种高温绝缘导线半成品的制备方法，包括：

将凝胶前驱体、改性交联剂、聚乙烯醇和溶剂混合得到溶胶凝胶溶液；

向所述溶胶凝胶溶液中加入无机填料，混合均匀后得到涂覆料；将所述涂覆料涂覆在线芯表面，经烘干后，形成溶胶凝胶复合涂层，得到高温绝缘导线半成品，所述溶胶凝胶复合涂层包括聚乙烯醇改性的凝胶基质和分散在所述聚乙烯醇改性的凝胶基质中的无机填料。

本申请实施例第三方面提供一种高温绝缘导线，采用本申请实施例第一方面所述的高温绝缘导线半成品经烧结得到，所述高温绝缘导线包括线芯和包覆在所述线芯外围的陶瓷绝缘层。其中，烧结温度为300℃-700℃。

本申请实施方式中，所述陶瓷绝缘层的厚度为1μm-10μm。

本申请实施方式中，由所述绝缘导线构成的绕组，在500℃-800℃工作温度下的击穿电压为60V-500V。该高温绝缘导线具有优异的高温绝缘性能，可以满足高温应用需求。

本申请实施方式中，所述陶瓷绝缘层在500℃-800℃工作温度下的绝缘电阻为500MΩ～200kΩ。

本申请实施例第四方面提供一种线圈或绕组，包括本申请实施例第一方面所述的高温绝缘导线半成品或本申请实施例第三方面所述的高温绝缘导线。其中，采用高温绝缘导线半成品绕制形成的线圈或绕组，可以满足低压情况下的应用需求。而采用高温绝缘导线构成的线圈和绕组，其在500℃-800℃工作温度下的击穿电压为60V-500V，可满足高温应用需求。本申请实施例提供的高温绝缘导线以线圈或绕组的形式缠绕在磁性材料周围，通入电流时产生磁场，可应用于各种使用磁场改变功率密度的器件中，如电感、电机、电磁铁、扬声器、马达、变压器、磁放大器、环形天线等。

本申请实施例第五方面提供一种磁性元器件，包括本申请实施例第四方面所述的线圈或绕组。所述磁性元器件可包括电感、电机、电磁铁、扬声器、变压器、磁放大器或环形天线。

本申请实施例还提供一种磁性元器件的制备方法，包括：将本申请实施例第一方面所述的高温绝缘导线半成品绕制成线圈，并将线圈至少部分置于软磁材料内，将所述软磁材料和高温绝缘导线半成品压制成型后共同在保护气氛中进行烧结，经烧结后，所述高温绝缘导线半成品表面的溶胶凝胶复合涂层变成陶瓷绝缘层，即得到磁性元器件。

本申请实施例高温绝缘导线表面的陶瓷绝缘层韧性较低，不耐弯折，而通过将具有良好耐弯折性能的高温绝缘导线半成品预先绕制成所需状态，再与磁材料一同烧制，使溶胶凝胶复合涂层烧结形成陶瓷绝缘层，可以有效解决现有陶瓷绝缘导线难以在满足高温绝缘性能的同时，绕制形成各种所需规格的线圈或绕组的问题。

本申请实施例还提供一种终端，包括如本申请实施例第五方面所述的磁性元器件。

附图说明

图1是本申请实施例提供的高温绝缘导线半成品的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的高温绝缘导线半成品的制备方法流程图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。

为解决现有陶瓷绝缘导线难以在兼顾高温绝缘性能的同时，保证较高耐弯折性能，导致实际应用困难的问题，本申请实施例提供一种具有良好耐弯折性能的高温绝缘导线半成品，以及由该高温绝缘导线半成品烧结得到的高温绝缘导线。

参见图1，本申请实施例提供一种高温绝缘导线半成品100，高温绝缘导线半成品100包括线芯10和包覆在线芯10外围的溶胶凝胶复合涂层20，溶胶凝胶复合涂层20包括聚乙烯醇改性的凝胶基质21和分散在聚乙烯醇改性的凝胶基质21中的无机填料22，聚乙烯醇改性的凝胶基质21包括凝胶基质本体和连接在凝胶基质本体上的聚乙烯醇，凝胶基质本体包括由－Si－O－Si－和/或－M－O－M－重复构成的三维网络结构，其中M为金属原子。

本申请实施方式中，溶胶凝胶复合涂层20采用溶胶凝胶法形成，聚乙烯醇改性的凝胶基质21由凝胶前驱体与聚乙烯醇通过改性交联剂交联缩合形成，凝胶基质本体是凝胶前驱体经水解缩合后生成的三维网络状结构凝胶薄层。本申请实施方式中，凝胶前驱体包括金属醇盐和/或小分子有机硅化合物。金属醇盐和/或小分子有机硅化合物水解缩合后形成由聚金属烷氧基化合物和/或聚硅烷氧基化合物构成的三维网络状结构凝胶薄层。

本申请实施方式中，金属醇盐具体可包括铝醇盐、锆醇盐、镁醇盐、锌醇盐、镧醇盐和钡醇盐中的一种或多种。本申请实施方式中，小分子有机硅化合物可包括原硅酸四乙酯、硅醇盐中的一种或多种。硅醇盐具体可以是四乙氧基硅烷。

溶胶-凝胶法的化学过程是将凝胶前驱体分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶。以金属醇盐为例，其最基本的反应是：

(1)水解反应：M(OR)n+xH₂O→M(OH)x(OR)n-x+xROH；

(2)聚合反应：－M－OH+HO－M－→－M－O－M－+H₂O；

－M－OR+HO－M－→－M－O－M－+ROH；

其中，M(OR)n表示金属醇盐，M为金属，R为烷基。M可以是铝、锆、镁、锌、镧和钡中的一种或多种，R可以是碳原子数1-4的烷基。由上述反应过程可知，三维网络结构的主体由－M－O－M－重复形成。

本申请实施方式中，凝胶基质本体包括一种或多种聚金属烷氧基化合物和/或聚硅烷氧基化合物。本申请一些实施方式中，凝胶基质本体仅包括聚硅烷氧基化合物，即凝胶基质包括由－Si－O－Si－重复构成的三维网络结构。本申请另一些实施方式中，凝胶基质本体仅包括一种或多种聚金属烷氧基化合物，即凝胶基质本体包括由－M－O－M－重复构成的三维网络结构。本申请其他一些实施方式中，凝胶基质本体也可以包括一种或多种聚金属烷氧基化合物，同时包括聚硅烷氧基化合物，即凝胶基质本体包括由－Si－O－Si－以及－M－O－M－重复交织构成的三维网络结构。一般地，对于含有聚金属烷氧基化合物的凝胶基质，引入聚硅烷氧基化合物，可以调节涂层的线性膨胀系数，使其更好地与线芯的膨胀系数匹配，提升导线的结构稳定性。

本申请实施方式中，为了提升高温绝缘导线半成品的耐弯折性能，适应各种线圈或绕组产品的绕制需求，引入聚乙烯醇对凝胶基质本体进行改性得到聚乙烯醇改性的凝胶基质。具体地可通过改性交联剂实现聚乙烯醇与凝胶基质的无机三维网络结构交联，形成有机-无机交联的凝胶结构。本申请实施方式中，改性交联剂可包括硅烷偶联剂和/或阴离子表面活性剂，改性交联剂的加入可以有利于实现聚乙烯醇对凝胶基质的改性。硅烷偶联剂包括但不限于是3-乙二氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。阴离子表面活性剂包括但不限于是磺酸盐型、磷酸酯盐型、阴离子聚丙烯酰胺中的一种或多种。其中，磺酸盐型阴离子表面活性剂可在水中电离后生成磺酸根阴离子，具体可包括烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、烷基磺酸盐、α-磺基单羧酸酯、脂肪酸磺烷基酯、琥珀酸酯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、石油磺酸盐、木质素磺酸盐、烷基甘油醚磺酸盐等。

本申请实施方式中，溶胶凝胶复合涂层20中，聚乙烯醇改性的凝胶基质21的重量百分比可以是70％-95％。具体地，聚乙烯醇改性的凝胶基质21的重量百分比可以是70％、75％、80％、85％、90％、95％。适合的聚乙烯醇改性的凝胶基质含量可以保证溶胶凝胶复合涂层的韧性，提升导线半成品的耐弯折性能。

本申请实施方式中，聚乙烯醇的分子量可以但不限于是6000-20000。

本申请实施方式中，溶胶凝胶复合涂层20中，无机填料22的重量百分比可以是5％-30％。具体地，无机填料22的重量百分比可以是5％、10％、15％、20％、25％、30％。适合的无机填料加入可以在保证溶胶凝胶复合涂层较高韧性的情况下，提升溶胶凝胶复合涂层的致密性，提升导线半成品的绝缘性能。

本申请实施方式中，溶胶凝胶复合涂层20中，无机填料22均匀分布在聚乙烯醇改性的凝胶基质21中。无机填料22可以是包括二氧化硅、氧化铋、氧化锂、氧化锌、氧化钡、二氧化钛、二氧化锆、氧化铝、氧化硼、氧化镧、氮化铝、氮化硼、碳化硼、氧化铟、氧化铈中的一种或多种。在本申请一些实施方式中，为了获得较高的绝缘性能和较低的烧结温度，可以是采用多种无机填料混合使用，其中，每一种无机填料的占总的无机填料的质量分数占比可以是小于或等于30％。具体地，各无机填料的质量分数占比可以是5％-25％。在一些实施方式中，无机填料可以是选择氧化硅、氧化硼和氧化铈；在另一些实施方式中，无机填料可以是选择氧化硅、氧化硼、氧化铋和氧化锌；在其他一些实施方式中，无机填料可以是选择氧化锂、氧化硼和氧化硅。通过获得较低的烧结温度，可以有效避免过高高温烧结导致线芯氢脆和氧化的风险，保护线芯；也可以在较低温度软化，从而易于填充凝胶层的间隙，获得更致密的涂层，更好地防止漏电流现象的产生，提升涂层绝缘性能。具体地，无机填料22体系的烧结温度可以是小于或等于700℃。例如可以是500℃-700℃、550℃-600℃。

本申请实施方式中，无机填料的粒径可以是在5nm～5μm之间。较小粒径的无机填料加入有利于实现均匀分散，从而更好地填充凝胶基质存在的微细孔洞结构，提高涂层的致密性。

本申请实施方式中，溶胶凝胶复合涂层20的线性膨胀系数在10ppm/K～20ppm/k之间。本申请实施例溶胶凝胶复合涂层具有与线芯较匹配的膨胀系数，因此能够更好地保持整个导线的结构稳定性，避免高温工作时涂层开裂、掉落等现象的发生。

本申请实施方式中，溶胶凝胶复合涂层20的厚度为1μm-10μm。具体地，在一些实施方式中，溶胶凝胶复合涂层20的厚度可以是2μm-8μm、5μm-7μm。较小的涂层厚度能够使得导线具有更小的弯曲半径，获得更好的弯折性能，从而更好地满足线圈绕组的弯曲要求。而且由于本申请特殊的涂层材料和结构设计，使得涂层在上述较小厚度情况下也能获得优异的高温绝缘性能。

本申请实施方式中，高温绝缘导线半成品的弯曲半径小于0.1mm。较小的弯曲半径，能够使导线半成品更好进行弯折，从而更好地满足线圈绕组的弯曲要求，适应各种规格型号的线圈或绕组的制备。

本申请实施方式中，线芯10的材质包括Cu、Al、Ag或其合金。本申请一些实施方式中，线芯10的材质为Cu线芯，即纯铜线芯；另一些实施方式中，线芯10为Al线芯，即纯铝线芯；在其他一些实施例中，线芯10也可以是Ag线芯，即纯银线芯。在另外一些实施例中，线芯10也可以是铜合金、铝合金或银合金。其中，Cu线芯因具有出色的电工性能被广泛应用。本申请实施方式中，线芯10可以是如图1所示的单芯线芯，也可以是由多根单芯线芯绞合形成的多芯线芯。单芯线芯的直径可以是0.05mm-5mm，进一步地可以是1mm-3mm；多芯线芯的直径可以是1.5mm-150mm。单芯或多芯，及线芯直径具体可根据需要、根据不同标准进行设定。

本申请实施例提供的高温绝缘导线半成品通过采用溶胶-凝胶法在线芯外围形成溶胶凝胶复合涂层，溶胶凝胶复合涂层具有良好的绝缘性能，通过引入聚乙烯醇进行改性可以进一步改善溶胶凝胶复合涂层的韧性，有效提升导线半成品的耐弯折性能，从而满足各类线圈和绕组的绕制需求；而无机填料的加入可以提升溶胶凝胶复合涂层的致密性，进一步提升导线半成品的绝缘性能。本申请实施例提供的高温绝缘导线半成品可直接应用于低压需求的场景中。本申请实施例高温绝缘导线半成品，具有良好的柔韧性，可进行弯折、扭曲和缠绕等操作，绕制成所需的任意形状的线圈或绕组，并与需要高温处理的磁芯电感等一起烧结处理，得到高温绝缘导线。该高温绝缘导线半成品经300℃-700℃烧结后，溶胶凝胶复合涂层转变成陶瓷绝缘层，获得优异高温绝缘性能，得到较高耐击穿电压，可应用于高温绝缘需求的场景中。

参见图2，本申请实施例提供一种上述高温绝缘导线半成品的制备方法，包括：

S101、将凝胶前驱体、改性交联剂、聚乙烯醇和溶剂混合得到溶胶凝胶溶液；

S102、向溶胶凝胶溶液中加入无机填料，混合均匀后得到涂覆料；将涂覆料涂覆在线芯表面，经烘干后，形成溶胶凝胶复合涂层，得到高温绝缘导线半成品，溶胶凝胶复合涂层包括聚乙烯醇改性的凝胶基质和分散在聚乙烯醇改性的凝胶基质中的无机填料。

本申请实施例基于溶胶-凝胶法制备陶瓷绝缘层，利用前驱体在溶剂中可水解缩合性能，可以获得三维网络状的凝胶结构。

步骤S101中，凝胶前驱体可以是小分子有机硅化合物和/或金属醇盐作为凝胶前驱体。改性交联剂可包括硅烷偶联剂和/或阴离子表面活性剂，改性交联剂的加入可以有利于实现聚乙烯醇对凝胶基质的改性。硅烷偶联剂包括但不限于是3-乙二氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。阴离子表面活性剂包括但不限于是磺酸盐型、磷酸酯盐型、阴离子聚丙烯酰胺中的一种或多种。溶胶凝胶溶液中，改性交联剂的质量分数可以是小于或等于5％。聚乙烯醇的质量分数可以是小于或等于5％。在一些实施方式中，改性交联剂的质量分数可以是0.5％-3％。聚乙烯醇的质量分数可以是1％-3％。本申请实施方式中，溶剂可包括水、醇和酸，其中水的重量百分比为20-60％，醇的重量百分比为39.5-79.95％，酸的重量百分比为0.005-0.5％。其中，醇包括但不限于甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或两种；酸包括但不限于草酸、乙酸、盐酸、磷酸中的一种或几种。

步骤S101中，具体可以是先将凝胶前驱体与溶剂于常温下混合均匀得到溶液后，再加入改性交联剂和聚乙烯醇于50℃-80℃混合均匀进行交联改性，形成溶胶凝胶溶液。

步骤S102中，无机填料可以是包括二氧化硅、氧化铋、氧化锂、氧化锌、氧化钡、二氧化钛、二氧化锆、氧化铝、氧化硼、氧化镧、氮化铝、氮化硼、碳化硼、氧化铟、氧化铈中的一种或多种。具体地关于无机填料的选择、参数等如前文所述，此处不再赘述。加入无机填料后，可以是在20℃-50℃条件下进行混合。涂覆料中，无机填料的质量分数可以是5％-20％。具体地，例如可以是5％、10％、20％。无机填料的加入可以增加溶胶凝胶溶液体系的粘度，还能够减少涂层孔隙率，提升涂层致密性，也能够在后续烧结过程中，利用低温熔融实现陶瓷绝缘层的高致密性。

本申请实施方式中，可以是提供线芯，通过拉拔在线芯表面涂覆一圈涂覆料，经烘干得到溶胶凝胶复合涂层。烘干的温度可以是100℃-200℃，时间可以是30-200分钟。

本申请实施例还提供一种高温绝缘导线，采用本申请实施例上述的高温绝缘导线半成品经烧结得到，高温绝缘导线包括线芯和包覆在线芯外围的陶瓷绝缘层。其中，烧结的温度可以是300℃-700℃，烧结的时间可以是20分钟-10小时。一些实施方式中，烧结的温度可以是300℃-600℃或400℃-500℃，较低的烧结温度可以更好地保证线芯不被氧化。烧结过程中，交联结构中的聚乙烯醇、改性交联剂等有机物质分解，无机三维网状结构和无机填料烧结成致密的陶瓷绝缘层。

本申请实施方式中，陶瓷绝缘层的厚度可以是1μm-10μm。

本申请实施方式中，由上述高温绝缘导线构成的绕组，在500℃-800℃工作温度下的击穿电压为60V-500V。该高温绝缘导线具有优异的高温绝缘性能，可以满足高温应用需求。

本申请实施方式中，陶瓷绝缘层在500℃-800℃工作温度下的绝缘电阻为500MΩ～200kΩ。

本申请实施例还提供一种线圈或绕组，包括本申请实施例上述的高温绝缘导线半成品或本申请实施例上述的高温绝缘导线。其中，采用高温绝缘导线半成品绕制形成的线圈或绕组，可以满足低压情况下的应用需求。而采用高温绝缘导线构成的线圈和绕组，其在500℃-800℃工作温度下的击穿电压为60V-500V，可满足高温应用需求。本申请实施例提供的高温绝缘导线以线圈或绕组的形式缠绕在磁性材料周围，通入电流时产生磁场，可应用于各种使用磁场改变功率密度的器件中，如电感、电机、电磁铁、扬声器、马达、变压器、磁放大器、环形天线等。

本申请实施例还提供一种磁性元器件，包括本申请实施例上述的线圈或绕组。磁性元器件可包括电感、电机、电磁铁、扬声器、变压器、磁放大器或环形天线。

本申请实施例还提供一种磁性元器件的制备方法，将本申请实施例上述的高温绝缘导线半成品绕制成线圈，并将线圈至少部分置于软磁材料内，将所述软磁材料和高温绝缘导线半成品压制成型后共同在保护气氛中进行烧结，经烧结后，高温绝缘导线半成品表面的溶胶凝胶复合涂层变成陶瓷绝缘层，即得到磁性元器件。烧结温度可以是300℃-700℃，烧结的时间可以是4-10小时。一些实施方式中，烧结的温度可以是300℃-600℃或400℃-500℃。通过后烧结工艺，即在线圈或绕组与磁性材料组装之后进行烧结，可大大降低元器件组装难度与成本、提高生产效率、适合大规模量产，也可以利用本申请高温绝缘导线半成品的优异耐弯折性能，实现各类线圈或绕组的制备。

本申请实施例高温绝缘导线表面的陶瓷绝缘层韧性较低，不便于弯折，而通过将具有良好耐弯折性能的高温绝缘导线半成品预先绕制成所需状态，再与磁材料一同烧制，使溶胶凝胶复合涂层烧结形成陶瓷绝缘层，可以有效解决现有陶瓷绝缘导线难以在满足高温绝缘性能的同时，绕制形成各种所需规格的线圈或绕组的需要，解决现有高温绝缘陶瓷导线实际应用困难的问题。

本申请实施例还提供一种终端，包括如本申请实施例上述的磁性元器件。该终端可以是手机、平板电脑、汽车、智能穿戴设备等产品。

下面通过多个具体实施例对本申请实施例技术方案进行进一步说明。

实施例一

一种高温绝缘导线的制备方法，包括：

(1)将原硅酸四乙酯、乙醇、去离子水和乙酸按摩尔比1∶3∶1∶0.005的比例在常温下混合4小时，然后加入质量分数0.5％阴离子聚丙烯酰胺和质量分数为1％的PVA(相对涂覆料总体质量而言)，在50-80℃混合2小时。然后加入质量分数为1％的氧化硅、6％的氧化硼和3％氧化铈(相对涂覆料总体质量而言)，20℃-50℃条件下高速搅拌3小时，得到涂覆料；

(2)将上述所得涂覆料均匀涂覆在铜导线表面，在100℃-200℃烘烤30-150分钟后，得到表层包覆溶胶凝胶复合涂层的高温绝缘导线半成品，溶胶凝胶复合涂层附着力高，可进行任意弯曲和缠绕；

(3)将上述所得高温绝缘导线半成品在500℃-550℃之间处理60-600分钟，溶胶凝胶复合涂层转变成致密的结晶陶瓷绝缘层。

按漆包线性能检测国标GB4074.5、GB6109.1检测，常温下测试发现，陶瓷绝缘层的绝缘电阻超过20MΩ，击穿电压为100V；500℃下测试发现陶瓷绝缘层的击穿电压为80V，绝缘电阻为200kΩ。

实施例二

一种高温绝缘导线的制备方法，包括：

(1)将原硅酸四乙酯、正丙醇锆、乙醇、去离子水和草酸按摩尔比为2∶1∶5∶1∶0.008的比例在常温下混合6小时，然后加入质量分数3％的3-乙二氧基丙基三甲氧基硅烷和质量分数为3％的PVA(相对涂覆料总体质量而言)，在50-80℃混合2小时。然后加入质量分数为1.2％的氧化硅、5.4％的氧化硼、7％的氧化铋和6.4％氧化锌(相对涂覆料总体质量而言)，20℃-50℃条件下高速搅拌6小时，得到涂覆料；

(2)将上述所得涂覆料均匀涂覆在铜导线表面，在100℃-200℃烘烤30-150分钟后，得到表层包覆溶胶凝胶复合涂层的高温绝缘导线半成品，溶胶凝胶复合涂层附着力高，可进行任意弯曲和缠绕；

(3)将上述所得高温绝缘导线半成品在400℃-500℃之间处理20-600分钟，溶胶凝胶复合涂层转变成致密的结晶陶瓷绝缘层。

按漆包线性能检测国标GB4074.5、GB6109.1检测，常温下测试发现，陶瓷绝缘层的绝缘电阻超过15MΩ，击穿电压为120V；600℃下测试发现陶瓷绝缘层的击穿电压为60V，绝缘电阻为160kΩ。

实施例三

一种高温绝缘导线的制备方法，包括：

(1)将原硅酸四乙酯、正丙醇锆、乙醇、去离子水和盐酸按摩尔比为3∶1∶6∶1∶0.005的比例在常温下混合6小时，然后加入质量分数1％的磷酸酯盐和质量分数为3％的PVA(相对涂覆料总体质量而言)，在50-80℃混合2小时。然后加入质量分数为1.7％的氧化锂、1.8％的氧化硼、1.5％的氧化硅(相对涂覆料总体质量而言)，20℃-50℃条件下高速搅拌4小时，得到涂覆料；

(2)将上述所得涂覆料均匀涂覆在铜导线表面，在100℃-200℃烘烤30-200分钟后，得到表层包覆溶胶凝胶复合涂层的高温绝缘导线半成品，溶胶凝胶复合涂层附着力高，可进行任意弯曲和缠绕；

(3)将上述所得高温绝缘导线半成品在300℃-450℃之间处理20-300分钟，溶胶凝胶复合涂层转变成致密的结晶陶瓷绝缘层。

按漆包线性能检测国标GB4074.5、GB6109.1检测，常温下测试发现，绝缘层的绝缘电阻超过8MΩ，击穿电压为90V；500℃下测试发现其击穿电压为40V，绝缘电阻为120kΩ。

Claims (29)

1.一种高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述高温绝缘导线半成品包括线芯和包覆在所述线芯外围的溶胶凝胶复合涂层，所述溶胶凝胶复合涂层包括聚乙烯醇改性的凝胶基质和分散在所述聚乙烯醇改性的凝胶基质中的无机填料；

所述聚乙烯醇改性的凝胶基质包括凝胶基质本体和连接在所述凝胶基质本体上的聚乙烯醇，所述凝胶基质本体包括由－Si－O－Si－和/或－M－O－M－重复构成的三维网络结构，其中M为金属原子。

2.如权利要求1所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述M为铝、锆、镁、锌、镧和钡中的一种或多种。

3.如权利要求1或2所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述溶胶凝胶复合涂层中，所述聚乙烯醇改性的凝胶基质的重量百分比为70％-95％。

4.如权利要求1-3任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述溶胶凝胶复合涂层中，所述无机填料的重量百分比为5％-30％。

5.如权利要求1-4任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述无机填料包括二氧化硅、氧化铋、氧化锂、氧化锌、氧化钡、二氧化钛、二氧化锆、氧化铝、氧化硼、氧化镧、氮化铝、氮化硼、碳化硼、氧化铟、氧化铈中的一种或多种。

6.如权利要求1-5任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述聚乙烯醇改性的凝胶基质中，所述聚乙烯醇通过改性交联剂连接在所述凝胶基质本体上。

7.如权利要求6所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述聚乙烯醇改性的凝胶基质由凝胶前驱体与聚乙烯醇通过所述改性交联剂交联缩合形成。

8.如权利要求7所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述凝胶前驱体包括金属醇盐和/或小分子有机硅化合物。

9.如权利要求8所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述金属醇盐包括铝醇盐、锆醇盐、镁醇盐、锌醇盐、镧醇盐和钡醇盐中的一种或多种；所述小分子有机硅化合物包括原硅酸四乙酯、硅醇盐中的一种或多种。

10.如权利要求6或7所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述改性交联剂包括硅烷偶联剂和/或阴离子表面活性剂。

11.如权利要求10所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括3-乙二氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述阴离子表面活性剂包括磺酸盐型、磷酸酯盐型、阴离子聚丙烯酰胺中的一种或多种。

12.如权利要求1-11任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述凝胶基质本体包括一种或多种聚金属烷氧基化合物和/或聚硅烷氧基化合物。

13.如权利要求1-12任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述溶胶凝胶复合涂层中，所述无机填料均匀分布在所述聚乙烯醇改性的凝胶基质中。

14.如权利要求1-13任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述无机填料的粒径在5nm～5μm之间。

15.如权利要求1-14任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述线芯的材质包括Cu、Al、Ag或其合金。

16.如权利要求1-15任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述溶胶凝胶复合涂层的线性膨胀系数在10ppm/K～20ppm/k之间。

17.如权利要求1-16任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述溶胶凝胶复合涂层的厚度为1μm-10μm。

18.如权利要求1-17任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述高温绝缘导线半成品的弯曲半径小于0.1mm。

19.如权利要求1-18任一项所述的高温绝缘导线半成品，其特征在于，所述溶胶凝胶复合涂层经烧结转变成陶瓷绝缘层所需烧结温度为300℃-700℃。

20.一种高温绝缘导线半成品的制备方法，其特征在于，包括：

将凝胶前驱体、改性交联剂、聚乙烯醇和溶剂混合得到溶胶凝胶溶液；

向所述溶胶凝胶溶液中加入无机填料，混合均匀后得到涂覆料；将所述涂覆料涂覆在线芯表面，经烘干后，形成溶胶凝胶复合涂层，得到高温绝缘导线半成品，所述溶胶凝胶复合涂层包括聚乙烯醇改性的凝胶基质和分散在所述聚乙烯醇改性的凝胶基质中的无机填料。

21.一种高温绝缘导线，其特征在于，采用权利要求1-19任一项所述的高温绝缘导线半成品经烧结得到，所述高温绝缘导线包括线芯和包覆在所述线芯外围的陶瓷绝缘层。

22.如权利要求21所述的高温绝缘导线，其特征在于，所述陶瓷绝缘层的厚度为1μm-10μm。

23.如权利要求21所述的高温绝缘导线，其特征在于，由所述高温绝缘导线构成的绕组，在500℃-800℃工作温度下的击穿电压为60V-500V。

24.如权利要求21所述的高温绝缘导线，所述陶瓷绝缘层在500℃-800℃工作温度下的绝缘电阻为500MΩ～200kΩ。

25.一种线圈或绕组，其特征在于，包括权利要求1-19任一项所述的高温绝缘导线半成品或权利要求21-24任一项所述的高温绝缘导线。

26.一种磁性元器件，其特征在于，包括权利要求25所述的线圈或绕组。

27.如权利要求26所述的磁性元器件，其特征在于，所述磁性元器件包括电感、电机、电磁铁、扬声器、变压器、磁放大器或环形天线。

28.一种磁性元器件的制备方法，其特征在于，包括：

将权利要求1-19任一项所述的高温绝缘导线半成品绕制成线圈，并将线圈至少部分置于软磁材料内，将所述软磁材料和高温绝缘导线半成品压制成型后共同在保护气氛中进行烧结，经烧结后，所述高温绝缘导线半成品表面的溶胶凝胶复合涂层变成陶瓷绝缘层，即得到磁性元器件。

29.一种终端，其特征在于，包括如权利要求26-27任一项所述的磁性元器件。

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