CN113948260A - 制作绝缘导电部件的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种制造具有导电元件的绝缘导电部件的方法。该方法包括在导电元件的至少一部分上施加包括导热陶瓷的第一材料，以形成第一层，以及将包含聚合树脂的第二材料的第二层施加到第一层上。该方法还包括固化导电元件以将第二材料注入第一材料中，从而在导电元件的一部分上限定电绝缘的导热涂层。

Description

制作绝缘导电部件的方法
技术领域
本公开涉及绝缘的、导电的电气设备，并且更具体地，涉及制造具有电绝缘的导热涂层的导电部件的方法。
背景技术
某些电子设备采用诸如汇流条和其他导电元件的导体来向电子设备或在电子设备内供应或分配电力。例如，在许多情况下，对导电元件施加电绝缘以防止电流泄漏或电击。电绝缘可作为包裹物、薄膜、涂层等被施加。例如，电绝缘，如聚合物薄膜、聚酰亚胺胶带和绝缘纸尤其可用于提供电子设备中的两个相邻导体之间的电绝缘。具有良好介电特性的材料通常表现出较差的导热率，这阻碍了导体的散热。这种不良的散热会导致设备的功率效率和/或功率密度不期望的降低。
发明内容
在一方面，本公开涉及一种制造具有导电部件的绝缘导电部件的方法。该方法包括：在导电元件的至少一部分上施加包括导热陶瓷材料的第一材料，以形成第一层；将包含聚合树脂的第二材料施加到第二材料的至少一部分上，以限定第二层；以及固化导电元件以将第二材料注入第一材料中，从而在导电元件的一部分上限定电绝缘的导热涂层。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本说明书的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
图1图示了根据本文描述的各方面的具有导电元件的导电部件的立体示意图，该导电元件具有电绝缘的导热涂层。
图2A图示了根据本文描述的各方面的没有涂层的另一导电元件的横截面端视图。
图2B图示了根据本文描述的各方面的图2A的导电元件，其上沉积有电绝缘的导热第一层。
图2C图示了根据本文描述的各方面的图2B的示例导电元件，其上沉积有聚合热固性树脂第二层。
图2D图示了根据本文描述的各方面的图2C的示例导电元件，其具有固化后的电绝缘的导热涂层。
图3是图示根据本文描述的各方面的具有导热路径的电绝缘的导热第一层的一方面的示意图。
图4是图示根据本文描述的各方面的具有导热路径的电绝缘的导热第一层的另一方面的示意图。
图5是图示根据本文描述的各方面的图3的电绝缘的导热第一层的一方面的示意图，其上沉积有聚合热固性树脂第二层。
图6是图示根据本文描述的各方面的在固化过程之后的图5的方面的示意图。
图7是图示根据本文描述的各方面的用于制造图6的方面的过程的流程图。
具体实施方式
本公开的方面可以在用于衬底上的涂层的任何环境、装置或方法中实施，而不管衬底所执行的功能如何。
如本文所用，术语“组”或“一组”元件可以是任何数量的元件，包括仅一个。所有方向参考(例如，径向、轴向、上、下、向上、向下、左、右、横向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平)仅用于识别目的，以帮助读者对本公开的理解，并且不产生限制，特别是关于其位置、取向或使用的限制。示例性附图仅用于图示的目的，并且所附附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。如本文所用，术语“约”旨在表示所指示的值不准确并且实际值可能以不实质上改变相关操作的方式与所指示的值不同。例如，如本文中使用的术语“约”旨在传达在特定容差(例如，±10％、±5％、±1％)内的合适值，如本领域技术人员将理解的。
绝缘涂层用于使电机和设备中的电导体绝缘。如本文所用，术语“绝缘涂层”是指既电绝缘又导热的涂层。绝缘涂层通常表现出低电导率(例如，小于约10-8西门子每米(S/m))和高导热率(例如，大于约1瓦特每米开尔文(W/mK))。
在一些常规方法中，包含聚合物树脂中的陶瓷材料的绝缘涂层通过粉末涂覆技术或通过施加技术(诸如刷涂或滚压技术)来被施加。在其他方法中，可以通过化学气相沉积(“CVD”)、热喷涂或通过电泳沉积(“EPD”)来施加具有期望导热率和介电强度的聚合物基质中的纯陶瓷涂层。然而，当用陶瓷材料进行涂覆时，通常另外施加高烧结温度(例如，大于1000摄氏度)以形成基本上无空隙的涂层。如此高的烧结温度会降低涂覆的物体(即，导体)的特性。此外，这些涂层通常会开裂，尤其是在热循环下，这可能会导致涂覆的导体在某些情况下与相邻导体发生电短路。
例如，现有涂层通常会表现出相对低的热膨胀系数(“CTE”)，或每单位温度变化的相对膨胀，尤其是当与通常具有相对高的CTE的典型导电衬底相比时。当施加于具有相对高的CTE的此类导电衬底时，在正常操作期间，在交替的导电加热和冷却循环期间，响应于由于涂层相对于衬底的不同热膨胀特征所产生的应力，现有的陶瓷涂层容易出现不期望的开裂或机械击穿。在某些情况下，机械击穿将以局部放电或电晕的形式在不期望的低电压下显现。
为便于描述和理解，如本文所用，术语“热膨胀系数”(CTE)通常是指至少一个物理维度(例如形状、面积、体积等)相对于物体的温度变化的相对增加或减少。为便于描述，本文将相对于物体长度的线性变化来讨论CTE，但应理解，该术语不受此限制，并且可以更广泛地应用于其他维度，包括例如面积或体积。此外，如本文所用，术语杨氏模量是指表示固体材料刚度的机械特性。它限定了材料在单轴变形的线性弹性范围内的应力(每单位面积的力)和应变(比例变形)之间的关系。
如本文所述，各方面涉及具有绝缘涂层的导电部件(例如，汇流条)。绝缘涂层包括第一材料和第二材料，这些材料依次施加到导电元件的表面，然后被固化以限定既导热又电绝缘的整体绝缘涂层。在一些方面，绝缘涂层可以是沉积在导电元件的至少选定部分上以电隔离导电元件的共形涂层。可以通过结合导热陶瓷材料来实现第一材料的期望导热率。导热陶瓷材料可以均匀分布或密集堆积，以形成高度连接的导热路径。此外，如将在本文中更详细地描述的，可以通过在第一材料上另外随后沉积诸如硅树脂或环氧树脂的第二材料来减少或消除绝缘涂层中的热和热循环引起的开裂和空隙。可以基于其相对于导电元件和第一材料的相应固有特性的固有特性(例如CTE)来选择第二材料。此外，可以改变第一材料和第二材料的相对量或体积以获得所需的特性(例如CTE)。在施加第一材料和第二材料后，对导电元件进行热处理或固化，以将第二材料注入到第一材料中并限定绝缘涂层。因此，所公开的绝缘涂层过程和材料使得能够在具有改进性能的电机的制造中使用导电元件。
例如，图1是包括导电元件10(例如，汇流条)的导电部件9的非限制性方面的立体图，导电元件10(例如，汇流条)具有施加在其上的绝缘涂层15。如本文所用，术语“导电部件”是指包含一个或多个导电元件(例如，组件)的部件，导电元件包含可操作以传导电流或响应于电流产生磁通量的导电材料。导电元件10可由任何导电材料制成。这种导电材料的一些非限制性示例可包括铜、铝和钢。
虽然为了便于描述和理解，图1中的导电元件10被显示和讨论为具有简单的、大体上细长的矩形导体的形式，但可以理解的是，在各种设想的方面，导电元件10可以具有任何所需的几何形状或尺寸，并且可以具有简单、复杂或无定形的结构，用于任何所需的应用。此外，应当理解，虽然导电元件10被描绘为几何简单的导体，但其他方面不限于此并且可以包括电机的任何导电元件，并且本文讨论的技术适用于其他导体和电机或设备。导电元件10可以包括一组表面12。在一些方面，该组表面12可以仅包括一个表面12。在其他方面，该组表面12可以包括任何期望数量的表面12，而不脱离本文公开的范围。在一些方面，用点示出的绝缘涂层15可以被施加到导电元件10的至少一个表面12的至少一部分。
参考图2A-2D，示出了形成绝缘涂层15的顺序过程的一方面的一般描述。图2A-2D图示了导电元件10的变体，因此，变体中的相似部分将用与图1相同的附图标记来标识，但增加了100。图2A-2D的导电元件110具有带有圆形横截面的大体圆柱形形状，并且以轴向端视图方向描绘(与具有矩形形状的导电元件10的长方体形成对比)。图2A-2D顺序地描绘了包括表面112的导电元件110的非限制性方面，图2A-2D中的每个示出了形成具有绝缘涂层15的被涂覆的导电元件110的渐进步骤，从图2A中的导电元件110开始，并且在图2D中以具有绝缘涂层15的导电元件110结束。如图2A-2D所示，绝缘涂层15可以包括作为第一层18施加的第一材料17(例如，陶瓷材料)和作为第二层20施加的第二材料19(例如聚合热固性树脂)，其然后热固化以限定绝缘涂层15。
在图2A中，以未涂覆状态的横截面端视图示出了导电元件110的一方面。如图2B所示的方面，第一层18被示出施加到导电元件110的表面112。第一层18可以是连续的或不连续的。它可以具有恒定或变化的厚度。施加方式与方法没有密切关系，但一种可能的施加方法是通过EPD涂覆过程。如图所示，第一层18覆盖导电元件110的整个周向表面112。然而，预期在其他方面，表面112的预定部分可以未被第一层18涂覆(例如，通过在涂覆过程之前选择性地遮蔽表面112的期望未涂覆部分)。在其他方面，例如，对于具有一组表面112的导电元件110，第一材料17可以仅施加到该组表面112中的一些表面或替代地施加到每个表面。
如图2C所示的方面，包含第二材料19的第二层20可以施加到先前沉积在导电元件110的表面112上的第一层18上。如图所示，第二层20覆盖整个第一层18。然而，预期在其他方面，表面112的部分或第一层18的部分可以未被第二层20涂覆(例如，通过在施加第二层20之前遮蔽所需的未涂覆部分)。施加第二层的方式与该方法没有密切关系。可以使用任何合适的方法，例如浸涂。
如图2D所示，然后例如通过在升高的温度下热处理预定时间，可以固化具有第一层18和第二层20的导电元件110。当加热时，第一层18和第二层20的粘度最初下降(即，在交联开始之前)，从而使第二材料19渗透和/或注入第一材料17，从而在导电元件110的被涂覆部分上限定绝缘涂层15。如将理解的，第一材料和第二材料的固化可包括任何常规固化过程，以升高第一层18和第二层20的温度并使其中的材料硬化(例如，通过聚合物链的交联)。固化可以使用任何所需的常规方法引发，例如加热、辐射、电子束或化学添加剂。在一方面，绝缘涂层15可以是共形绝缘涂层15。在其他方面，绝缘涂层15可以限定均质结构。
如本文将更详细讨论的，在各个方面，第一材料17和第二材料19可以基于诸如它们各自的CTE的固有特性来选择。在一方面，第一材料17和第二材料19可以至少部分地基于它们各自相对于彼此的CTE来选择。在其他方面，可以至少部分地基于其相对于导电元件材料的CTE的CTE来选择第二材料19。
在一些方面，第一材料17可包括大量的导热陶瓷材料，例如氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、氧化铝(Al2 O3)或其组合。在某些方面，导热陶瓷材料的浓度可以大于约60％体积。在某些方面，导热陶瓷材料的浓度可以在约30％和约60％体积之间。在某些方面，具有高纵横比的导热陶瓷材料(例如，纳米线、纳米管、纳米纤维)的浓度可以小于约30％体积。在某些方面，具有高纵横比(例如，纳米线、纳米管、纳米纤维)和/或具有良好排列的导热陶瓷材料的浓度可以小于约6％体积。在某些方面，第一层18的导热率可大于约3W/mK。可以至少部分地基于第一材料17内的导热陶瓷材料的分布、堆积和/或含量来实现高导热率。导热陶瓷材料可以具有形成长距离的导热路径的长距离连接，以确保涂层15的导热率相当高。
参考图3，以横截面示出具有导热路径31的第一层18的一方面。图3图示了导电元件110的变体，因此，变体中的相似部分将用与图2相同的附图标记来标识，但增加了100。在所示的非限制性方面，第一材料117被示为在导电元件210的表面212上形成连续的第一层118。第一层118可包括沿导电元件210的表面212限定第一底部边缘38，以及与第一底部边缘38相对并与第一底部边缘38间隔开的第一顶部边缘39。第一层18限定第一底部边缘38和第一顶部边缘39之间的第一厚度37。
第一材料17内的导热陶瓷材料可以是导热陶瓷颗粒35的形式(例如，氮化铝颗粒、氮化硼颗粒、氧化铝颗粒、金刚石颗粒或其组合)。如图所示，导热陶瓷颗粒35以预定浓度彼此相邻地堆积，以形成在第一底部边缘38和第一顶部边缘39之间、横跨第一材料17的第一层18的第一厚度37延伸的导热路径31。另外，在某些方面，这些导热路径31也横向穿过第一层118。目前认识到，在一般情况下，导热路径31使第一层118保持导热率接近于导热陶瓷颗粒35本身的导热率。导热陶瓷颗粒35的导热路径31可以通过改变颗粒尺寸、分布或浓度来调整，以实现大于约3W/mK的导热率。
作为另一个非限制性实例，导热陶瓷材料还可以是具有高纵横比(例如，大于约500:1、约400:1、约300:1、约200:1、约100:1、约50:1)的不导电的纳米管、纳米纤维或纳米线的形式。
图4示出了图3所示的导电元件210和第一层118的变体，因此，变体中的相似部分将用与图3相同的附图标记来标识，但增加了100。图4示出了示意性横截面，其图示了具有预定量的高纵横比导热陶瓷颗粒的第一材料217的第一层218的非限制性方面，使得跨第一层218的厚度形成导热路径131。导热陶瓷颗粒包括分散在第一层218中的导热陶瓷纳米管36(例如，氮化铝纳米管、氮化硼纳米管、氧化铝纳米管或它们的组合)。
在所示的方面，第一材料217被示为导电元件310的表面312上的连续的第一层218。第一层218在最靠近导电元件310的表面312的第一底部边缘138与第一顶部边缘139之间延伸，并沿表面312横向延伸，第一顶部边缘139与第一底部边缘138相对并与第一底部边缘138间隔开。第一层218限定第一底部边缘138和第一顶部边缘139之间的第一厚度137。
对于第一层218的所示部分，导热陶瓷纳米管36排列成大体在上表面139和下表面138之间延伸。由于导热陶瓷纳米管36的排列，导热路径131可以形成为更有效地在第一底部边缘138和第一顶部边缘139之间横跨第一厚度137延伸。在某些方面，高纵横比制品的预定浓度可以在约6％和约60％体积之间。应当理解，结合在第一材料217中的导热陶瓷材料的量可以至少部分地取决于导热陶瓷材料的纵横比和/或排列。
沉积在导电元件310上的第一材料217可以是基本连续和基本均匀的(例如，在成分、厚度等方面是均匀的)。第一层218的介电击穿强度可受第一材料217涂层厚度和/或均匀性的影响，其可由沉积动力学和沉积速率控制。可以通过增加第一层218的厚度和/或均匀性以及第二材料119的填充质量来增加介电击穿强度。在某些方面，第一层218可以具有在大约0.25毫米(mm)到约0.5mm范围内的厚度。在某些方面，第一层218可具有在约0.025mm至约0.25mm范围内的厚度。在某些方面，第一层218可具有在约0.025毫米(mm)至约0.5mm范围内的厚度。第一层218可以是基本共形的，意味着它是连续的并且符合导电元件310的表面312的轮廓(例如，表面特征，包括槽、通道、边缘、角和表面不规则)。
图5与图3相同，附加层(即，第二层120)沉积在第一层118上。图5所示的示意图类似于图4所示的导电元件，因此，相似的部分将用相似的数字标识，应理解的是，图4描绘的第一层118的相似部分的描述适用于图5，除非另有说明。
在所示的方面，第二材料119被示为沉积为沿着第一层118的第一顶部边缘39横向延伸的连续的第二层120。在各方面中，第二材料119可以填充由第一材料117的部分和/或在第一材料117的表面上限定的任何空的空间。第二层包括沿着第一层18的第一顶部边缘39延伸的第二底部边缘28，以及与第二底部边缘相对并间隔开的第二顶部边缘29。第二层120限定第二底部边缘28和第二顶部边缘29之间的第二厚度27。如图所示，第二层20可以具有任何第二厚度27，任何第二厚度27具有任何期望尺寸。
在非限制性方面，形成第二层120的第二材料119可包括布置成矩阵的热固性聚合物树脂或包含聚合物22(例如，液晶聚合物、热塑性塑料、有机单体或低聚物，或其组合)的环氧树脂。在一些非限制性方面，第二材料119可以包括硅树脂。在其他非限制性方面，第二材料119可以包括热固性聚合物，例如聚酰胺-酰亚胺。例如，在一些方面，第二材料119可以包括高温硅树脂，例如陶氏公司(Dow Corporation)制造的DowsilTMRSN-0805树脂或DowsilTMRSN-0808树脂，或瓦克化学公司(Wacker Chemical Corporation)制造的
Figure BDA0003162659410000071
H62C。或者，在其他非限制性方面，第二材料119可包括高温环氧树脂，例如由Astro化学公司制造的Astrol 3391。在其他非限制性方面，第二材料可以包括马来酰亚胺封端的无应力(SF)(maleimide terminated stress-free(SF))树脂，例如由日立化学有限公司(Hitachi Chemical Company,Ltd)制造的SFR-2300MR-HBP。
在一些方面，用于形成第二层120的第二材料119可以另外包括作为固化剂的反应元件23。例如，反应剂可以包括胺单体。在其他非限制性方面，反应剂可包含羟基单体。
在非限制性的方面中，可使用任何数量的常规技术将第二层120施加在第一层118上。例如，在一方面，传统的真空压力浸渍(V.P.I)过程可用于施加第二层20。
不管用于沉积第二材料119的沉积技术如何，一旦将第二层120施加在第一层118上，其上沉积有第一层118和第二层120的导电元件210可经受热处理，如通过高温固化。
图6描绘了在高温固化后的图5的方面。图6中图示的示意图与图5中图示的导电元件相似，因此，相似的部分将用相似的数字标识，可以理解的是，除非另有说明，图5中描述的相似部分的描述适用于图6。
通过在固化期间将导电元件210暴露于升高的温度，沉积的第二材料119可以被同化到和/或贯穿第一材料117。在一方面，升高的温度将第二材料119注入第一材料117，从而将第一材料117的导热陶瓷和第二材料119的树脂固定或布置在聚合物基质内，以在导电元件210的被涂覆部分上限定绝缘涂层115。在某些方面，将第二层120注入第一层118，从而形成限定绝缘涂层115的整体性和均匀性结构。在一方面，涂层115可以是共形涂层115。
在非限制性方面，高温固化可通过在烤箱中以预定温度烘烤导电元件210来完成。在其他方面，可以通过对其施加电流来升高导电元件210的温度并且依靠导电元件210的电阻加热来产生热量，来进行热处理。
如上所述，在现有技术的绝缘涂层技术中，陶瓷涂层的后沉积处理(例如热处理或热固化)通常会导致陶瓷涂层内不希望有的空隙或开裂。由于至少部分是由衬底和涂层的不同CTE引起的内部应变，在从施加后热固化或使用中的热循环冷却后，陶瓷涂层的不希望有的开裂通常会发生。例如，在热循环(即，温度变化)期间给定衬底上的给定涂层上的应变可以从等式确定：σ＝Εα(T-To)＝ΕΔαΔT，
其中“E”是涂层材料的杨氏模量；“Δα”为衬底材料与涂层材料的CTE差；并且“ΔT”是热循环中的温差。因此，应当理解，当涂层的杨氏模量降低，从而减小涂层和衬底的杨氏模量之间的差时，可以减小涂层15上的热循环应力。同样应理解，随着衬底和涂层之间的相对CTE差降低，热循环应力同样将降低。
例如，在非限制性方面，导电元件210可以包括诸如铜(Cu)的导电材料，其具有约为每摄氏度百万分之16(ppm/C)的CTE。在其他非限制性方面，导电元件10可以包括诸如铝(Al)的导电材料，具有大约23ppm/C的CTE。在其他非限制性方面，导电元件210可以包括诸如碳钢的导电材料，具有大约11ppm/C的CTE。在一些方面，第一材料117可包括具有在2ppm/C至11ppm/C范围内的相应CTE的各种陶瓷。已经发现，通过选择具有比导电元件210的CTE更高的CTE的第二材料119，并且将包括预定量的第二材料119的第二层120浸渍到第一材料117的第一层118中以限定对于如本文所公开的绝缘涂层115，涂层115可以有利地具有与导电元件210的CTE更紧密匹配的CTE，从而在随后的加热循环期间减少绝缘涂层115上的应力。
此外，绝缘涂层115的CTE还可以基于相对于第一材料117的量(例如，体积)使用预定量(例如，体积)的第二材料119而被进一步修改或调整。即，可以预先选择绝缘涂层115中的第二材料119与第一材料117的体积比，以在固化之后产生绝缘涂层115的预定或期望CTE。例如，通过施加一定量的第二材料119(该量是施加到导电元件210的表面212的第一材料117的量的预定体积百分比)，可以获得固化的绝缘涂层115的期望CTE。
在非限制性方面，导电元件210可以包括具有大约16ppm/C的CTE的铜。在这些方面，作为非限制性示例，第一层118可以包括第一材料117，该第一材料117包括陶瓷，该陶瓷选自由氮化硼(BN)、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、二氧化硅、硅酸铝和氧化铝组成的组，使第一层18的CTE分别为约2ppm/C、2.8ppm/C、5ppm/C、5.6ppm/C和7.2ppm/C。此外，在这样的方面，作为另一个非限制性的示例，第二层120可以包括第二材料119，第二材料119包括形成第一层118的第一材料117的体积的约33％至约66％之间的体积，并选自由马来酰亚胺封端的SF树脂、聚酰胺-酰亚胺、环氧树脂和硅酮组成的组，其具有分别约60ppm/C、55ppm/C、60ppm/C和150ppm/C的CTE。在这些方面，已经发现绝缘涂层115在固化后可以有大约10.5-11ppm/C的CTE。
作为非限制性说明，表1提供了绝缘涂层115的一组三个样本的测量CTE值的示例，该组绝缘涂层115具有60％体积的第一材料117，其沉积为第一层118。第一层118包括的每个样本包括CTE值为约2.5ppm/C的的AlN。如所示的，绝缘涂层115的第一样本(指定为样本1)被制造为具有40％体积的第二材料119，其沉积为第二层120，该第二层120包括具有约60ppm/C的CTE值的SF树脂，在第一层118上，并在固化后产生具有约22ppm/C的CTE的绝缘涂层115。类似地，制造涂层115的第二样本(指定为样本2)，具有40％体积的第二材料119，其沉积为第二层120，该第二层120包括CTE值为约60ppm/的环氧树脂，在第一层118上，并在固化后产生具有约11ppm/C的CTE的涂层115。最后，制造涂层115的第三样本(指定为样本3)，其具有40％体积的第二材料119，其包含CTE值为约55ppm/C的聚酰胺-酰亚胺，并在固化后产生具有约10.5ppm/C的CTE的涂层115。在每种情况下，样本绝缘涂层115表现出第一材料的CTE和第二材料的CTE之间的相对CTE。
表1-样本绝缘涂层15的CTE(ppm/C)值
第二材料(40％体积)
SF树脂 环氧树脂 聚酰胺-酰亚胺
(60ppm/C) (60ppm/C) (55ppm/C)
第一材料
Figure BDA0003162659410000101
表2-样本涂层CTE和衬底CTE之间的差
Figure BDA0003162659410000102
表2显示了三个样本绝缘涂层115，(即样本1-3)和仅由AlN组成的传统陶瓷涂层与用于衬底(如导电元件210)的典型导电衬底材料的CTE的比较。也就是说，表2显示了三种常见的导电元件210衬底材料(即铜、铝和钢)的CTE，以及样本1-3的绝缘涂层115(来自表1)和传统AlN涂层的CTE之间的差。可以看出，除了一个例外(即样本1和钢各自的CTE之间的差)，在每种情况下，样本1-3的方面在导电衬底(即铜、铝或钢)上提供了绝缘涂层115，单独与传统陶瓷涂层(如AlN)相比，通过减少绝缘涂层115和衬底或导电元件210之间各自CTE值的差，可以表现出减少的应力。
因此，在各个方面，至少部分地基于第一材料117和第二材料119各自的固有特性(例如，CTE)来选择第一材料117和第二材料119，可以减小导电元件210和绝缘涂层115的CTE之间的差，从而降低绝缘涂层115上的热应力，同时仍保持绝缘涂层115的电绝缘和热传输特性。例如，通过使用具有比第一材料117低的CTE的第二材料119，并且加热第一层118和第二层120从而使第二层120渗透到第一层118中，固化后可以获得具有期望或改善的CTE的绝缘涂层115。
图7是说明用于制造具有绝缘涂层115的导电元件210(例如汇流条)的过程700的非限制性方面的方法流程图。绝缘涂层115可包括第一材料117(例如，导热和电绝缘材料)和第二材料119(例如，热固性聚合物树脂)。在一方面，过程700包括在步骤702蚀刻导电元件210的表面，在步骤706冲洗导电元件210的蚀刻表面，在712通过EPD将第一材料117施加到导电元件210的表面212，在722将第二材料119施加在施加的第一材料117上，然后在706对导电元件210进行后处理，例如在733通过热处理。
如本文所用，术语“电泳沉积”(EPD)可指电涂、阴极电沉积、阳极电沉积、电泳涂层或电泳涂装中的任一种。EPD过程可包括将零件浸没在装有涂覆浆料(例如以浆料形式的第一材料117)的容器或器皿中，并通过EPD溶液施加电流。通常，待涂覆的工件用作电极之一(例如，阳极或阴极)，并且使用一个或多个合适的反电极来完成电路。EPD过程有两种主要类型，阳极和阴极。在阳极EPD过程中，涂覆浆料中带负电的材料沉积在带正电的工件上，而在阴极过程中，涂覆浆料中的带正电的材料沉积在带负电的工件上。
由步骤704表示的涂层施加过程可以包括几个步骤，包括在步骤702蚀刻表面导电元件210、在步骤706冲洗导电元件210的蚀刻表面、在步骤709制备第一材料117的涂覆浆料、在步骤711制备用于沉积的电极、以及在步骤712将第一材料117的第一层118施加到导电元件210的表面212。另外，步骤704的涂覆过程包括在步骤722将第二材料119的第二层120施加在第一层118上。第二材料119可以多种方式施加，例如通过常规真空压力浸渍或常规简单涂层浸泡。
在某些方面，第一材料117的涂覆浆料包括导热陶瓷材料。导热陶瓷材料的非限制性示例可包括氮化铝、氮化硼、金刚石、氧化铝和其他合适的电绝缘导热材料。导热陶瓷材料可以是任何合适的形式，例如颗粒、纳米管(例如单壁和/或多壁的纳米管、不同手性的纳米管)、纳米纤维、纳米线、纳米晶须、不规则形状等。导热陶瓷材料的尺寸(例如，直径、长度、宽度、特征长度、纵横比)也可以在任何合适的范围内，从纳米范围到微米范围。例如，在各个方面，导热陶瓷材料可以包括或由具有大于约500:1、约400:1、约300:1、约200:1、约100:1、大约50:1的纵横比(例如，长度：宽度)的颗粒组成。作为特定示例，在某些方面，导热陶瓷材料可包括纵横比为约500:1的氮化硼纳米管。例如，导热陶瓷材料可包括或由纵横比小于约500:1、约400:1、约300:1、约200:1、约100:1、约50:1的颗粒组成。例如，导热陶瓷材料可以包括或由具有高纵横比的颗粒与具有低纵横比或纵横比基本上等于1:1的颗粒组成。此外，第一材料117的涂覆浆料还可以包括添加剂和表面活性剂以改进EPD过程和/或涂覆质量。
第一材料117的涂覆浆料中的陶瓷材料的尺寸和/或浓度(例如，体积百分比)可以被调整以增加第一材料117的导热率或控制涂层的形态。例如，可以任选地使用合适的溶剂、表面活性剂和/或添加剂。
根据第一材料117的化学性，在步骤711中制备用于EPD的电极可以包括将作为电极之一(例如，阳极或阴极)的待涂覆的导电元件210浸没在第一材料17的浆料中，并同样浸没反电极以布置完整的电路。在某些方面，步骤711的制备可以包括在将待涂覆的导电元件210浸没在涂覆浆料中之前，在待涂覆的导电元件10上施加一个或多个掩膜(例如，掩膜带，未显示)。例如，在将导电元件210浸没在第一材料117的涂覆浆料中之前，如果仅要涂覆表面212的部分，则可以将一个或多个掩膜施加到导电元件210以覆盖表面212或表面212的不要被涂覆的部分，使得这些未涂覆的表面212不与第一材料117的涂覆浆料接触。如将理解的，通过对沉积电极几何形状的适当设计，可以实现共形和均匀的沉积，以控制复杂几何形状沉积的电场。在某些方面，步骤711的制备还可以包括任何合适的清洁过程，以清洁待涂覆的导电元件210或向待涂覆的导电元件210施加合适的预涂层(未示出)，例如转化涂层。
步骤712的EPD过程通常包括使用电极(未示出)通过第一材料17的浆料施加直流电流。可以控制影响EPD过程的参数以实现第一材料117的第一层18的期望质量。这些参数可以包括例如施加的电压、温度、涂覆时间、沉积速率等。这些参数可以影响沉积动力学，以改变第一材料117的沉积质量或特性(例如，厚度、形态、均匀性、表面覆盖率等)。在某些方面，可以调整或调节这些参数以在第一材料117的浆料中排列导热陶瓷材料。例如，在非限制性方面，第一材料117可以包括具有高纵横比的导热陶瓷材料(例如，纳米线、纳米管、纳米纤维)，并且可以被排列成使得导热陶瓷颗粒的轴向方向(例如，沿着长度方向)基本上垂直于导电元件210的表面212排列。
该方法通过在步骤722在沉积的第一层118上施加第二材料119作为第二层120而继续。在一方面，可以使用常规VPI技术来施加第二层120。例如，其上施加有第一层118的导电元件210可以完全浸没在包含第二材料119的容器(未示出)中。一旦浸没，可以在预定温度下施加干湿真空或压力循环的预定组合，以在第一层118上施加作为第二层120的第二材料119。通常，真空水平在室温下保持低于第二材料119的沸点，并且以磅/平方英寸(psi)为单位的压力水平通常可以在15psi至90psi的范围内。然而，各方面不限于施加第二材料119的第二层120的VPI过程，并且在不脱离本文公开的范围的情况下可以使用其他沉积方法。在各种非限制性方面，可以采用其他常规浸渍过程类型，包括例如常规浸涂技术，其简单地将待涂覆的物体浸入第二材料119中预定时间，然后缓慢取出物体。
在施加第二层120之后，导电元件110的后处理通常可以在步骤706进行。例如，可以在步骤730冲洗导电元件。在某些方面，如果一个或多个掩膜(例如，掩膜带)被施加到涂覆元件上，作为步骤730的一部分，可以去除掩膜。
然后可以在733处对导电元件210施加热处理或其他合适的固化步骤。固化步骤733使第二材料119渗透和/或注入沉积的第一层118，以在导电元件210的被涂覆部分上限定绝缘涂层115。固化步骤733可以使沉积的聚合物交联以硬化沉积的第一材料117和第二材料119，并布置光滑、连续且孔隙较少的绝缘涂层115。固化步骤733可以包括通过热、紫外(UV)光、红外(IR)光和/或电子束能量的任何合适的处理，以交联沉积的聚合物和聚合物前体，从而在导电元件210上形成连续的绝缘涂层115。另外，固化步骤733可以基本上减少或消除绝缘涂层115中的间隙、空隙和/或开裂。因此，根据一方面，提供了具有适合用于任何电机或设备的绝缘涂层115的导电元件。
在尚未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。不能在所有方面都说明一个特征并不意味着将其解释为不可能，而是为了描述的简洁而这样做。因此，不同方面的各种特征可以根据需要混合和匹配以形成新方面，无论新方面是否被明确描述。在此描述的特征的组合或排列由本公开涵盖。
本书面描述使用实例来公开方面的公开，包括最佳模式，并且还使本领域的技术人员能够实践任何人方面的发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构要素，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。
在前面的描述中、在以下的权利要求中和/或在附图中公开的特征可以单独地和以其任意组合的方式作为以多种形式实现本发明的材料。
一种制造具有导电元件的绝缘导电部件的方法，该方法包括：在导电元件的至少一部分上施加包括导热陶瓷材料的第一材料，以形成第一层；将包含聚合树脂的第二材料施加到第二材料的至少一部分上，以限定第二层；和固化导电元件以将第二材料注入第一材料中，从而在导电元件的一部分上限定电绝缘的导热涂层。
根据前述条款中任一项的方法，其中涂层使导电元件电绝缘，并且其中导热陶瓷材料限定横跨涂层的厚度的连续热路径。
根据前述条款中任一项的方法，其中第二材料的热膨胀系数(CTE)大于第一材料的CTE。
根据前述条款中任一项的方法，其中在涂层中存在预定量的第二材料，以提供涂层的预定CTE。
根据前述条款中任一项的方法，其中涂层的CTE与导电元件的CTE之间的差小于第一层的CTE与导电元件的CTE之间的差。
根据前述条款中任一项的方法，其中绝缘涂层包括约30％至50％体积的第二材料。
根据前述条款中任一项的方法，其中第二材料还包括反应元件。
根据前述条款中任一项的方法，其中第二材料包括液晶聚合物、热塑性塑料、有机单体和低聚物中的至少一种。
根据前述条款中任一项的方法，其中第二材料包括聚合热固性树脂。
根据前述条款中任一项的方法，其中第二材料包括环氧树脂。
根据前述条款中任一项的方法，其中第二材料包括硅。
根据前述条款中任一项的方法，其中第一材料包括氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、硅酸铝和氧化铝中的至少一种。
根据前述条款中任一项的方法，其中导热陶瓷材料包括导热纳米管。
根据前述条款中任一项的方法，其中经由电泳沉积过程来沉积第一层。
根据前述条款中任一项的方法，其中经由真空压力浸渍过程来沉积第二层。
根据前述条款中任一项的方法，其中经由浸涂过程来沉积第二层。
根据前述条款中任一项的方法，其中涂层限定均质结构。
根据前述条款中任一项的方法，其中涂层限定共形涂层。
根据前述条款中任一项的方法，其中固化包括通过紫外光、红外光、化学和电子束能量中的一种进行加热。
根据前述条款中任一项的方法，其中导电元件包括铜、铝和钢中的一种。

Claims (10)

1.一种制造具有导电元件的绝缘导电部件的方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述导电元件的至少一部分上施加包括导热陶瓷材料的第一材料，以形成第一层；
将包含聚合树脂的第二材料施加到第二材料的至少一部分上，以限定第二层；和
固化所述导电元件以将所述第二材料注入所述第一材料中，从而在所述导电元件的所述一部分上限定电绝缘的导热涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述涂层使所述导电元件电绝缘，并且其中所述导热陶瓷材料限定横跨所述涂层的厚度的连续热路径。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中所述第二材料的热膨胀系数(CTE)大于所述第一材料的CTE。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中所述涂层的所述CTE与所述导电元件的CTE之间的差小于所述第一层的所述CTE与所述导电元件的所述CTE之间的差。
5.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述第二材料还包括反应元件。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述第二材料包括液晶聚合物、热塑性塑料、有机单体和低聚物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述第二材料包括聚合热固性树脂、环氧树脂和硅中的一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述第一材料包括氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、硅酸铝和氧化铝中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述导热陶瓷材料包括导热纳米管。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述固化将所述导热陶瓷材料和所述第二材料布置在聚合物基质内。
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