灭弧材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及熔断器材料加工技术领域，尤其涉及熔断器灭弧材料及其制备方法。

背景技术

熔断器是基于过电流发热触发熔体熔化，从而断开需要保护的电路。在各种各样的应用领域里，极端应用环境和工况要求熔断器不断提高分断能力。而很多情况下，熔断器的体积尺寸不能无限提升，因此要求熔断器具有越来越高的能量密度。尤其在储能领域，由于需要储存的能量越来越多，电池包设计也趋向正常使用电流大、温度高，而汇流箱则趋向汇聚更多能量，这都要求熔断器提高通流容量，但熔断器体积往往受到电池包或者汇流箱设计限制，所以对熔断器能量密度提出了较大的挑战。

传统熔断器通常采用石英砂作为灭弧材料，以物理吸热灭弧为主，由于石英砂的填充密度有上限，因此单位体积吸收能量的能力有限，存在熔断器燃弧过程相变反应时间长和焦耳能量高的问题。虽然有公开向石英砂中加入硅酸钠和硅酸钾的灭弧材料，但此类灭弧材料依然以物理吸热灭弧为主要，同时石英砂中加入硅酸钠和硅酸钾需要专用设备进行混合并固化使用，使用条件要求高。另有公开在石英砂中加入碳酸钠、碳酸钾，利用SiO

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种新型灭弧材料及其制备方法，此灭弧材料同时具备多种灭弧类型，可有效提高熔断器的能量密度，使得熔断器能够在断开时迅速熄灭所产生的电弧，以提高熔断器的电气性能。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了灭弧材料，包括可物理吸热灭弧的基体和包覆所述基体的粉状材料，所述基体为硅酸盐类晶体，所述粉状材料为可化学反应灭弧的材料。

本发明的灭弧材料中，灭弧材料包括可物理吸热灭弧的硅酸盐类晶体和可化学反应灭弧的粉状材料。该灭弧材料整合了两种类型的灭弧材料，通过物理吸热灭弧和化学反应灭弧两种方式结合可提高能量吸收、提高熔断器的能量密度。同时，硅酸盐类晶体为基体，于此表面进行粉状材料包覆，可使包覆均匀，吸热效果佳，可有效发挥灭弧材料效用，大大提高熔断器的分断能力。于操作中，硅酸盐晶体通过物理吸热降低熔断器弧温，缩短拉弧相变时间，从而起到灭弧作用。而粉状材料均匀包覆在基体表面，其反应温度较低，当熔断器熔断时，热传导迅速，化学分解反应很快发生，有效地缩短了熔体的相变反应时间，从而提高熔断器的能量密度。

作为本发明的一技术方案，所述粉状材料的热分解温度为200～800℃。

作为本发明的一技术方案，所述硅酸盐类晶体包括石英砂或玻璃微珠。

作为本发明的一技术方案，所述基体的粒径为10目～200目。

作为本发明的一技术方案，所述粉状材料包括高岭土、水合氧化铝、碳酸钙、氢氧化镁、胍及其衍生物、嘌呤及其衍生物、蜜胺及其衍生物和脲及其衍生物中的至少一种。

作为本发明的一技术方案，所述基体为90～99.5％，所述粉状材料为0.5～10％。

作为本发明的一技术方案，所述粉状材料为水合氧化铝或蜜胺。

本发明第二方面提供了灭弧材料的制备方法，将所述粉状材料喷涂于所述基体的表面。

具体实施方式

本发明的灭弧材料主要为熔断器的灭弧材料，其包括可物理吸热灭弧的基体和包覆基体的粉状材料。基体为硅酸盐类晶体，粉状材料为可化学反应灭弧的材料。本发明的灭弧材料于制备时，可通过喷涂工艺而将粉状材料均匀包覆于基体的表面。

其中，以重量百分比计，灭弧材料中基体为90～99.5％，粉状材料为0.5～10％。作为示例，灭弧材料包括90wt.％基体和10wt.％粉状材料，或，灭弧材料包括91wt.％基体和9wt.％粉状材料，或，灭弧材料包括92wt.％基体和8wt.％粉状材料，或，灭弧材料包括93wt.％基体和7wt.％粉状材料，或，灭弧材料包括94wt.％基体和6wt.％粉状材料，或，灭弧材料包括95wt.％基体和5wt.％粉状材料，或，灭弧材料包括96wt.％基体和4wt.％粉状材料，或，灭弧材料包括97wt.％基体和3wt.％粉状材料，或，灭弧材料包括98wt.％基体和2wt.％粉状材料，或，灭弧材料包括99wt.％基体和1wt.％粉状材料，或，灭弧材料包括99.5wt.％基体和0.5wt.％粉状材料。

进一步的，硅酸盐类晶体包括石英砂或玻璃微珠。此类晶体材料的表面积小，有利于粉状材料的包覆，灭弧效果佳。基体的粒径为10目～200目，作为示例，基体的粒径可但不限于为10目、30目、50目、70目、90目、100目、110目、120目、130目、140目、150目、160目、170目、180目、190目、200目。

粉状材料的热分解温度为200～800℃，作为示例，粉状材料的分解温度可但不限于为200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃、400℃、420℃、440℃、460℃、480℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃。粉状材料包括高岭土、水合氧化铝、碳酸钙、氢氧化镁、胍及其衍生物、嘌呤及其衍生物、蜜胺及其衍生物和脲及其衍生物中的至少一种，此类粉体材料在300℃～500℃温度下可产生化学分解反应，大量吸热，并产生气体，增加熔断器内部压力，而达到化学反应迅速灭弧的效果。胍及其衍生物可为胍及单取代或双取代的胍，可为如下结构式一至五的化合物。

嘌呤及其衍生物可为腺嘌呤、鸟嘌呤、次黄嘌呤及黄漂吟。蜜胺及其衍生物可为三聚氰胺或苯代三聚氰胺。脲及其衍生物可为如下结构式六至十一的化合物。粉状材料优选为水合氧化铝或蜜胺，其灭弧效果更佳。

为更好地说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。需说明的是，下述实施所述方法是对本发明做的进一步解释说明，不应当作为对本发明的限制。

实施例1

本实施例为一种灭弧材料，包括石英砂基体和包覆在石英砂基体表面的粉状水合氧化铝。石英砂的粒径为80目～120目，于灭弧材料中的重量比为92％。水合氧化铝的重量比为8％，分解温度为250～260℃。

实施例2

本实施例为一种灭弧材料，包括石英砂基体和包覆在石英砂基体表面的蜜胺。石英砂的粒径为80目～120目，于灭弧材料中的重量比为98％。蜜胺的重量比为2％，分解温度为354℃。

实施例3

本实施例为一种灭弧材料，包括玻璃微珠基体和包覆在玻璃微珠基体表面的粉状蜜胺。玻璃微珠的粒径为50目～100目，于灭弧材料中的重量比为97.5％。蜜胺的重量比为2.5％，分解温度为354℃。

实施例4

本实施例为一种灭弧材料，包括玻璃微珠基体和包覆在玻璃微珠基体表面的粉状氢氧化镁。玻璃微珠的粒径为150目～200目，于灭弧材料中的重量比为94％。氢氧化镁的重量比为6％，分解温度为330℃。

实施例5

本实施例为一种灭弧材料，包括石英砂基体和包覆在石英砂基体表面的粉状碳酸钙。石英砂的粒径为80目～120目，于灭弧材料中的重量比为92％。碳酸钙的重量比为8％，分解温度为530℃。

实施例6

本实施例为一种灭弧材料，包括石英砂基体和包覆在石英砂基体表面的粉状高岭土。石英砂的粒径为80目～120目，于灭弧材料中的重量比为92％。高岭土的重量比为8％，分解温度为600～650℃。

实施例7

本实施例为一种灭弧材料，包括石英砂基体和包覆在石英砂基体表面的粉状蜜胺。石英砂的粒径为80目～120目，于灭弧材料中的重量比为92％。蜜胺的重量比为8％，分解温度为354℃。

实施例8

本实施例为一种灭弧材料，包括玻璃微珠基体和包覆在玻璃微珠基体表面的粉状碳酸钙。玻璃微珠的粒径为50目～100目，于灭弧材料中的重量比为92％。碳酸钙的重量比为8％，分解温度为530℃。

实施例9

本实施例为一种灭弧材料，包括玻璃微珠基体和包覆在玻璃微珠基体表面的粉状高岭土。玻璃微珠的粒径为50目～100目，于灭弧材料中的重量比为92％。高岭土的重量比为8％，分解温度为600～650℃。

实施例10

本实施例为一种灭弧材料，包括玻璃微珠基体和包覆在玻璃微珠基体表面的粉状腺嘌呤。玻璃微珠的粒径为50目～100目，于灭弧材料中的重量比为92％。腺嘌呤的重量比为8％，分解温度为434℃。

对比例1

本实施例为一种灭弧材料，为粒径为80目～120目的石英砂。

对比例2

本实施例为一种灭弧材料，为分解温度为250～260℃的粉状水合氧化铝。

对比例3

本实施例为一种灭弧材料，包括气相二氧化硅基体和包覆在气相二氧化硅基体表面的粉状水合氧化铝。气相二氧化硅的粒径为150目～250目，于灭弧材料中的重量比为92％。水合氧化铝的重量比为8％，分解温度为250～260℃。

以相同型号的表面贴装管状熔断器产品进行填充后进行分断能力试验。采用Ag100％片材组装得到的产品，其中，实施例1～10可以进行DC1000V 20kA的分断能力测试，可满足分断条件要求。而对比例1和对比例2仅能进行DC200V200A的分断能力测试，对比例3仅能进行300V 400A的分断能力测试。

这是由于实施例1～10的灭弧材料整合了可物理吸热灭弧的硅酸盐类晶体和可化学反应灭弧的粉状材料两种类型的灭弧材料，通过物理吸热灭弧和化学反应灭弧两种方式结合可提高能量吸收、提高熔断器的能量密度。对比例1和2仅为一种灭弧材料，灭弧性能不佳。对比例3中基体材料为气相二氧化硅，其表面积大，包覆表面材料时会裹挟大量空气，导致灭弧材料热容降低、导热率降低，灭弧效果不良。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，但是也并不仅限于实施例中所列，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。