CN1171029A - 表面放电元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

披露了一种改进的表面放电元件,它包括介质基底,该基底的一个表面上有放电电极,另一表面上有感应电极,至少所述的放电电极为包括主要成分是导电粉末和无铅玻璃的厚膜导体。该无铅放电电极抗放电侵蚀,因此,它的使用寿命变长。

Description

表面放电元件及其制造方法
本发明涉及表面放电元件及其制造方法，特别涉及适用于利用表面放电产生臭氧的臭氧发生器或产生低温等离子体的离子器中的表面放电元件及其制造方法。术语“表面放电”与二维静音放电或电晕放电等同。
表面放电元件包括介质基底，基底的一个表面上有较小的放电电极，另一表面上有较大的感应电极。在相对的电极之间施加高交流电压，导致在放电电极周围产生低温等离子体，并且，感应电流(放电电流)流过相对的电极之间的介质基底。表面放电元件用于臭氧发生器中时，对表面放电元件施加高频(50Hz～20kHz)、高压(3.5kVpp～10kVpp)，产生可与周围的氧结合的氧离子。从而可有效地产生臭氧。表面放电元件的放电电极由钨(W)、二氧化钛(TiO2)、氮化钛(TiN)等材料制成。用例如钨制作放电电极的情况下，在陶瓷基底上用钨印刷电极图形，然后，印刷了钨的基底在1300℃的氢炉中焙烧。在用二氧化钛或氮化钛制作放电电极的情况下，用该材料等离子体喷涂基底，在其上形成放电电极。
可是，氢气氛中焙烧或等离子体喷涂，都需要额外的大型且昂贵的设备。另外，不利的是这种工艺方法不适于批量生产。就等离子体喷涂而言，涂层易从氧化铝基底上剥离。为了试图解决这样的问题，曾用印刷法将厚膜浆料涂敷在陶瓷基底上，并对印刷的陶瓷基底进行焙烧处理，该厚膜浆料以导电粉末和玻璃粉末为主要成份，其应用于制作印刷电路板和片状电阻中是众所周知的。这样生产的表面放电电极在放电期间很容易损坏，即使电极覆盖了保护玻璃涂层，该表面放电电极的寿命也不能明显地延长。
有鉴于此，本发明欲解决以下问题：放电电极易脆；放电电极的寿命较短；和放电电极不易于生产。
从易于制作这种电极的观点出发，在绝缘基底上涂敷厚膜导体浆料并焙烧是最有利的，但是这样制作的电极在放电期间易坏。本发明人发现：这种易碎性归因于浆料中的铅；引入铅是为了降低焙烧温度，但因放电而使铅成份溅射，离开了放电电极。尤其是由包括导电粉末和玻璃的厚膜导体构成放电电极，玻璃中含有PbO、Pb3O4等形式的铅。由于放电，铅成份被溅射，并从导体中去除，因而降低了放电电极的强度。
本发明的一个目的在于提供改进的表面放电元件，其放电电极能抗放电所引起的物理侵蚀，延长其使用寿命并适于批量生产。本发明的另一个目的是提供这种改进的表面放电元件的制造方法。
为实现这些目的，本发明的表面放电元件包括介质基底，在基底的一个表面上有放电电极，另一表面上有感应电极，至少所述放电电极为包括主要成份是导电粉末和无铅玻璃的厚膜导体。放电电极和感应电极的每一个都可以有在其上的无铅玻璃绝缘保护层。此外绝缘保护层可含氧化物填料以增加保护层的强度。最好使用如Au、Ag、Pd或Pt及其合金等贵金属和氧化钙或其它钙酸盐粉末作导电粉末。也可使用如Cu或Ni及其合金等非贵金属。
制备浆料，该浆料包括作为主要成份的上述导电材料粉末和无铅玻璃，该玻璃例如为：SiO2-B2O3-ZnO玻璃，SiO2-B2O3-ZnO-Al2O3玻璃，SiO2-B2O3-ZnO-碱土金属氧化物玻璃，SiO2-B2O3-ZnO-Al2O3-碱土金属氧化物玻璃，B2O3-Al2O3-碱土金属氧化物玻璃，SiO2-ZnO-Al2O3-碱土金属氧化物玻璃；按放电电极的形式，将制得的浆料涂敷在介质基底的一侧上，和按感应电极的形式将该浆料涂敷在介质基底的另一侧上。焙烧这样涂敷的电极图形，从而提供表面放电元件。
为控制玻璃的热膨胀系数和其它物理特性，可将氧化铅、氧化锆、锆、氧化硅、堇青石、镁橄榄石、富铝红柱石和其它氧化物填料，连同着色剂加入玻璃浆料中。保护层有防止其下的电极氧化的作用，并用无铅玻璃制成；含铅玻璃因放电溅射可使铅成份损失，从而降低其强度。优选地，披露于日本专利申请No.8-53587中的无铅玻璃浆料可用于形成这样的保护层。
根据下面参照附图对本发明的优选实施例进行的描述，将明了本发明的其它目的和优点，附图中：
图1是本发明的表面放电元件的顶视图；
图2是表面放电元件的底视图；
图3是表面放电元件沿图2中线A-A的剖面图；
图4是表示长时间连续使用后，本发明表面放电元件的放电电极的尾部的显微照片；
图5是表示图4的表面放电元件的放电电极的头部的显微照片；
图6是表示长时间连续使用后，现有的表面放电元件的放电电极的尾部的显微照片；
图7是表示图6的现有表面放电元件的放电电极的头部的显微镜照片。
参见图1～3，表面放电元件包括氧化铝基底3，在基底3的一个表面上有放电电极1，在其另一表面上有感应电极4。放电电极1和感应电极4皆有绝缘保护层2或5。高压引线将与端子6(1)和6(2)焊接(参见图2)。端子6(1)与放电电极1电连接。
放电电极1由包括主要成份为导电粉末和无铅玻璃的厚膜导体构成。该具体实施例中，制备包括主要成份为RuO2、Ag/Pd合金和SiO2-B2O3-ZnO玻璃粉末的浆料；用印刷法将该浆料按放电电极的形式涂敷在基底的一个表面上；和焙烧处理印刷过的基底。相同地，用印刷法，将包括Ag/Pd合金和玻璃粉末的另一种浆料按感应电极和端子6(1)图形的形式涂敷在基底的另一表面上；和焙烧处理这种印刷过的基底。
然后，准备包括SiO2-B2O3-ZnO-Al2O3-碱土金属氧化物玻璃和氧化物填料的绝缘浆料；用印刷法将该浆料涂敷到放电电极图形上；和焙烧该覆层，从而提供覆盖其下的放电电极的绝缘保护层2。将相同的绝缘浆料涂敷到基底3另一表面除端子6(1)和6(2)之外的整个区域上，焙烧整个覆盖层，从而提供叠置的保护层5。焙烧温度约为850℃。放电电极1、感应电极4、第一绝缘保护层2和第二绝缘保护层5的图形能够顺序地印刷和焙烧。另一方面，也可以将这些图形印刷在基底上之后一同进行焙烧。在表面放电元件的端子6(1)和6(2)之间施加高频(10KHz)、高压(8KV)，绕放电电极1产生高频电晕放电，从而产生臭氧。
图4是展示表面放电元件的放电电极的尾部的显微照片，图5是类似的显微照片，但它示出的是放电电极的头部。对表面放电元件施加10KHZ、8KV的电压，连续使用该元件一个半月。由这些显微照片可知，电极的组织结构中没有或几乎没有缺陷产生。使有等离子体喷射氮化钛电极的常规表面放电元件工作于相同条件下。由图6和7的显微镜照片可知，在易于局部放电的电极端部和连续边缘中出现非导电的氧化物，从而在这些区域妨碍了放电的产生。结果，放电电极实际上变薄。
综上所述，本发明的表面放电元件能显著地抗放电的侵蚀，使用寿命延长。并且，表面放电元件的结构便于批量生产。使用中无铅的溅散。这对环境保护有益，特别是对食物的臭氧处理有利。

Claims (4)

1.一种表面放电元件，其特征在于，它包括一介质基底，在该基底的一个表面上有放电电极，在该基底的另一个表面上有感应电极，至少所述放电电极为包括主要成份是导电粉末和无铅玻璃的厚膜导体。
2.如权利要求1所述的表面放电元件，其中所述放电电极和感应电极的每一个都有在其上的无铅玻璃绝缘保护层。
3.如权利要求2所述的表面放电元件，其中所述绝缘保护层包含氧化物填料。
4.一种制造表面放电元件的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：制备主要成份为导电粉末和无铅玻璃的浆料；将浆料按放电电极的形式涂敷在介质基底的一个表面上，和按感应电极的形式涂敷在介质基底的另一个表面上；和焙烧这样的印刷过的电极图形。
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