TWI830505B - 內凹曲面上具有陶瓷絕緣層的絕緣套件及其抗電壓擊穿之用途 - Google Patents
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Abstract
一種內凹曲面上具有陶瓷絕緣層的絕緣套件及其抗電壓擊穿之用途，包含下列步驟：對一金屬基材之一內凹曲面施予一電化學氧化反應，使該金屬基材的內凹曲面生成一陶瓷絕緣層，該陶瓷絕緣層在一徑向上由內而外依序包含一多孔結構層及一緻密層；使該內凹曲面之陶瓷絕緣層包覆一導線；該導線通電後，透過該陶瓷絕緣層的絕緣特性，且該陶瓷絕緣層受到沿著內凹曲面的一壓應力作用而使陶瓷絕緣層之多孔結構層上的孔洞縮小，使該陶瓷絕緣層不易裂開並具有一抗電壓擊穿性能抵抗電壓擊穿，避免通電後電流穿過該陶瓷絕緣層的問題。
Description
本發明係關於一種內凹曲面上具有陶瓷絕緣層的絕緣套件及其抗電壓擊穿之用途，尤指將陶瓷絕緣層成型於金屬基材之內凹曲面上，使陶瓷絕緣層受到沿著內凹曲面的一壓應力作用而使陶瓷絕緣層之多孔結構層上的孔洞縮小，藉此使陶瓷絕緣層不易裂開而具有抗電壓擊穿用途的發明。
電力是現代生活中不可或缺的民生需求之一，電力係由電廠發電將電力傳遞至各地的變電所後，再提供於民生用電或是工業用電，電力是透過電纜或絕緣導線傳遞，傳統的絕緣導線或電纜係在外層包覆一不導電的材質，例如有樹脂、塑膠或矽膠等而生成絕緣層，防止電流在行經導線或電纜的過程中，與外界接觸造成漏電、短路或觸電等事故發生。
惟，傳統的絕緣層容易受到高溫的影響而加速老化並損壞，在長時間處於高溫的環境下容易變質老化而失去絕緣的作用，故今有中華人民共和國專利公開號CN101728011A「一種具有絕緣層的銅導線及其製造方法」，係在銅導線包覆一純鋁層，純鋁層再經由陽極氧化處理會在表面得到一氧化鋁層，氧化鋁層可承受更高的溫度且不易老化。
惟，生成於導線表面之陶瓷絕緣層包含一多孔結構層，多孔結構層係由複數個柱狀體及柱狀體之間的孔隙所組成，當多孔結構層成型於外凸曲面狀的表面時，係沿著外凸曲面的法線方向成型出複數個柱狀體，柱狀體生成時會因外凸曲面的影響，此成長導致的張應力使柱狀體之間的孔隙變大，導致陶瓷絕緣層容易裂開而無法確實地抵抗電壓的擊穿特性。
爰此，本發明人為使中空管件上之氧化鋁層不易裂開，有較佳的抗電壓擊穿性，而提出一種內凹曲面的陶瓷絕緣層作為抗電壓擊穿之用途，包含下列步驟：
對一金屬基材之一內凹曲面施予一電化學氧化反應，使該金屬基材的內凹曲面生成一陶瓷絕緣層，生成時係沿著內凹曲面的法線方向成型出複數柱狀體及相鄰的前述柱狀體之間的一孔隙；持續地執行該電化學氧化反應，前述柱狀體的底部會共同生成一緻密層，而前述柱狀體頂端受到沿著該內凹曲面的一壓應力作用使前述柱狀體排列較為緻密而形成前述孔隙較小的一多孔結構層，故該陶瓷絕緣層在一徑向上由內而外依序包含該多孔結構層及該緻密層；使該內凹曲面之陶瓷絕緣層包覆一導線；該導線通電後，透過該陶瓷絕緣層的絕緣特性，能夠抵抗電壓擊穿，避免通電後電流穿過該陶瓷絕緣層。
進一步，該金屬基材係一鋁基材，該鋁基材經由一抽拉成型步驟而成具有內凹曲面之一中空管件。
進一步，該電化學氧化反應係一陽極處理，使用的電壓範圍介於30伏特至50伏特，產生的電流密度範圍介於50A/dm2至1200A/dm2，該陶瓷絕緣
層膜厚介於0.005毫米至0.05毫米，該陶瓷絕緣層的抗電壓擊穿性係每0.005毫米至0.05毫米能承受1000伏特的電壓。
進一步，該陽極處理使用的電解溶液為一酸性溶液，該酸性溶液係一草酸溶液。
進一步，該草酸溶液的濃度介於3%至15%。
進一步，在該電化學氧化反應前包含一加熱處理步驟。
進一步，該加熱處理步驟的溫度介於攝氏120度至攝氏250度，且時間介於0.1至5小時。
一種導線之絕緣套件，包括：一金屬基材，有一內凹曲面，在該內凹曲面有一陶瓷絕緣層，該陶瓷絕緣層係在該內凹曲面進行陽極處理，使用的電壓範圍介於30伏特至50伏特，產生的電流密度範圍介於50A/dm2至1200A/dm2，該陶瓷絕緣層膜厚介於0.005毫米至0.05毫米，生成該陶瓷絕緣層時係沿著內凹曲面的法線方向成型出複數柱狀體及相鄰的前述柱狀體之間的一孔隙，前述柱狀體的底部會共同生成一緻密層，而前述柱狀體頂端受到沿著該內凹曲面的一壓應力作用使前述柱狀體排列較為緻密而形成前述孔隙較小的一多孔結構層，使該陶瓷絕緣層在一徑向上由內而外凹依序包含該多孔結構層及該緻密層。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.鋁基材由陽極處理能生成一陶瓷絕緣層，陶瓷絕緣層具有絕緣性及有較佳的抗電壓擊穿性。
2.以2mm實心鋁線為例，在陽極處理過程中，因形狀為圓弧形，若在圓外生成氧化鋁膜，此膜會產生一張應力，經實驗，圓的直徑與張應力大小成反比，因張應力在氧化鋁膜上釋放應力出現裂紋，因應力在製作過程中形成，以SEM觀察微結構照片中，此裂紋之氧化鋁膜斷面成片狀斷裂，且與應力方向垂直，沿著線材方向，此裂紋使陶瓷電線無法承受500伏特的電壓。而陶瓷絕緣層成型於中空管件之內凹曲面上時，係沿著內凹曲面的法線方向成型出複數個柱狀體，柱狀體生成時會因內凹曲面的影響使陶瓷絕緣層受到沿著內凹曲面的壓應力作用而使柱狀體之間的孔隙變小，藉此使陶瓷絕緣層不易裂開，能確實地抵抗電壓的擊穿特性，每0.005毫米至0.05毫米能承受1000伏特的電壓。
3.經由加熱處理，能使被抽拉成型的中空管件表面較為均勻，加熱同時有退火功能，使後續的陽極反應均勻成核成長在表面發生，使中空管件在進行陽極處理時，生成於中空管件表面之陶瓷絕緣層的厚度較為平滑及均勻，有助於在執行該電化學氧化步驟時，避免陶瓷絕緣層裂開。
1:中空管件
11:鋁外層
12:陶瓷絕緣層
121:緻密層
122:多孔結構層
2:導線
[第一圖]係本發明實施例中，於中空管件之內凹曲面具有陶瓷絕緣層的立體外觀圖。
[第二圖]係本發明實施例中，於中空管件之內凹曲面成型陶瓷絕緣層並包覆導線的製造流程示意圖。
[第三圖]係本發明將內凹曲面之陶瓷絕緣層包覆導線的示意圖。
[第四圖]係第三圖的剖視之局部放大圖。
綜合上述技術特徵，本發明內凹曲面上具有陶瓷絕緣層的絕緣套件及其抗電壓擊穿之用途的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
請參閱第一圖及第二圖，本實施例之絕緣套件係將一金屬基材經由抽拉成型而生成具有內凹曲面之一中空管件1，該金屬基材例如使用鋁基材。
請參閱第三圖及第四圖所示，將該中空管件1依序進行一加熱處理步驟及一電化學氧化步驟，而在該內凹曲面形成一陶瓷絕緣層12，之後將該中空管件1穿套於一導線2上。在該加熱處理步驟中，係將該中空管件1置入於一加熱爐內執行一加熱處理，具體而言，將加熱溫度設置介於攝氏120度至攝氏250度，加熱時間係介於0.1至5小時；藉由該加熱處理，能將該中空管件1經抽拉成型後不均勻的表面，藉由金屬原子間重新的排列重組，而進一步消除金屬內部殘留的應力，使金屬表面更平滑與均勻，有助於在執行該電化學氧化步驟時，該陶瓷絕緣層12的生成狀況。
在該電化學氧化步驟中，係對經由該加熱處理後的該中空管件1施予一電化學氧化反應，使該中空管件1的內凹曲面上生成該陶瓷絕緣層12，即該中空管件1包含一鋁外層11及該陶瓷絕緣層12，該鋁外層11圍繞該陶瓷絕緣層12；該陶瓷絕緣層12在一徑向上由內而外依序包含一多孔結構層122及一緻密層121；具體而言，該電化學氧化反應係陽極處理，執行該電化學氧化反應時，係將該中空管件1連接於一電源供應器的陽極，並將一石墨片連接於該電源供應器的陰極，並將該中空管件1及該石墨片置入於一電解槽內，並在該電解槽內加入一電解溶液，在本實施例中，該電解溶液係一草酸溶液，該草酸溶液的濃度係介於3%至15%，同時，該電源供應器提供一電壓範圍係介於30伏特至50伏特，而產生的電流密度範圍介於50A/dm2至1200A/dm2，並持續通電
時間介於0.5至2小時，在此條件下，該中空管件1的內凹曲面上能生成該陶瓷絕緣層12，該陶瓷絕緣層12的膜厚係介於0.005毫米至0.05毫米。
當該陶瓷絕緣層12沿著該中空管件1的內凹曲面生成時，係沿著內凹曲面的法線方向成型出複數柱狀體及前述柱狀體之間的孔隙，當持續地執行該電化學氧化反應時，前述柱狀體的底部會生成該緻密層121，而柱狀體的頂端會因內凹曲面的影響，使陶瓷絕緣層12受到沿著內凹曲面的一壓應力作用而相鄰之柱狀體間的孔隙變小而使該多孔結構層122較為緻密，藉此，使該陶瓷絕緣層12不易裂開，並且能確實地抵抗電壓的擊穿特性，每0.005毫米至0.05毫米能承受1000伏特的電壓。
當該導線2通電後，量測該中空管件1的鋁外層11及該導線2之間的電阻值，表一中係顯示在該陶瓷絕緣層12膜厚度在0.005毫米至0.05毫米下任取10個測試點，並記錄量測得到的值。由表一中可觀察出量測得到的值均為∞，值為∞係表示該陶瓷絕緣層12未被擊破，能承受對應的電壓值；測試時該陶瓷絕緣層12使用電壓係250伏特，藉此可得到介電強度為每毫米600伏特，理論上，當該陶瓷絕緣層12的厚度為0.005毫米至0.05毫米時，可承受每毫米1000伏特的電壓而不被擊穿。
使該陶瓷絕緣層12成型在內凹曲面上，藉此，該陶瓷絕緣層12受到沿著內凹曲面上之壓應力的作用，而使該陶瓷絕緣層12的多孔結構層122不易裂開，並能確實地抵抗電壓的擊穿特性，在無裂痕缺陷下，並根據該陶瓷絕緣層12的膜厚度能承受對應之電壓大小而不被擊穿。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
Claims (8)
- 一種內凹曲面的陶瓷絕緣層作為抗電壓擊穿之用途，包含下列步驟：對一金屬基材之一內凹曲面施予一電化學氧化反應，使該金屬基材的內凹曲面生成一陶瓷絕緣層，生成時係沿著內凹曲面的法線方向成型出複數柱狀體及相鄰的前述柱狀體之間的一孔隙；持續地執行該電化學氧化反應，前述柱狀體的底部會共同生成一緻密層，而前述柱狀體頂端受到沿著該內凹曲面的一壓應力作用使前述柱狀體排列較為緻密而形成前述孔隙較小的一多孔結構層，故該陶瓷絕緣層在一徑向上由內而外依序包含該多孔結構層及該緻密層；使該內凹曲面之陶瓷絕緣層包覆一導線；該導線通電後，透過該陶瓷絕緣層的絕緣特性，能夠抵抗電壓擊穿，避免通電後電流穿過該陶瓷絕緣層。
- 如請求項1所述之內凹曲面的陶瓷絕緣層作為抗電壓擊穿之用途，其中，該金屬基材係一鋁基材，該鋁基材經由一抽拉成型步驟而成具有內凹曲面之一中空管件。
- 如請求項1所述之內凹曲面的陶瓷絕緣層作為抗電壓擊穿之用途，其中，該電化學氧化反應係一陽極處理，使用的電壓範圍介於30伏特至50伏特，產生的電流密度範圍介於50A/dm2至1200A/dm2，該陶瓷絕緣層膜厚介於0.005毫米至0.05毫米，該陶瓷絕緣層的抗電壓擊穿性係每0.005毫米至0.05毫米能承受1000伏特的電壓。
- 如請求項3所述之內凹曲面的陶瓷絕緣層作為抗電壓擊穿之用途，其中，該陽極處理使用的電解溶液為一酸性溶液，該酸性溶液係一草酸溶液。
- 如請求項4所述之內凹曲面的陶瓷絕緣層作為抗電壓擊穿之用途，其中，該草酸溶液的濃度介於3%至15%。
- 如請求項1所述之內凹曲面的陶瓷絕緣層作為抗電壓擊穿之用途，其中，在該電化學氧化反應前包含一加熱處理步驟。
- 如請求項6所述之內凹曲面的陶瓷絕緣層作為抗電壓擊穿之用途，其中，該加熱處理步驟的溫度介於攝氏120度至攝氏250度，且時間介於0.1至5小時。
- 一種導線之絕緣套件，包括：一金屬基材，有一內凹曲面，在該內凹曲面有一陶瓷絕緣層，該陶瓷絕緣層係在該內凹曲面進行陽極處理，使用的電壓範圍介於30伏特至50伏特，產生的電流密度範圍介於50A/dm2至1200A/dm2，該陶瓷絕緣層膜厚介於0.005毫米至0.05毫米，生成該陶瓷絕緣層時係沿著內凹曲面的法線方向成型出複數柱狀體及相鄰的前述柱狀體之間的一孔隙，前述柱狀體的底部會共同生成一緻密層，而前述柱狀體頂端受到沿著該內凹曲面的一壓應力作用使前述柱狀體排列較為緻密而形成前述孔隙較小的一多孔結構層，使該陶瓷絕緣層在一徑向上由內而外凹依序包含該多孔結構層及該緻密層。
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