一种耐热绝缘陶瓷涂层及其制备方法

摘要

一种耐热绝缘陶瓷涂层及其制备方法，按质量比1：(0.08～0.5):(0.5～0.85)，将二甲苯、乙酰丙酮和钛酸丁酯搅拌均匀，得到组分A；按质量比1：(0.25～0.8)：(0.1～0.25)，将重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉混合后，得到组分B；按质量百分比计，将60～75％的组分A与25～40％的组分B混合均匀，得到溶液；将表面处理后的金属镍导线浸渍在溶液中，然后将金属镍导线的一端从浆料中垂直向上提拉，干燥、烧结，得到耐热绝缘陶瓷涂层。本发明制作工艺简单，制得涂层的厚度为10～30μm，制备出的涂层在360℃时250V仍具有较好的绝缘性，并能随金属镍导线弯曲，且与金属镍结合力良好。

权利要求

1.一种耐热绝缘陶瓷涂层，其特征在于：按质量百分比计，该涂层由如下原料组成：组分A 50～75％和组分B 25～50％；

其中，组分A由下列组分组成：二甲苯、乙酰丙酮和钛酸丁酯的质量比为1：(0.08～

0.5):(0.5～0.85)；

组分B由下列组分组成：重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉的质量比为1：(0.25～0.8)：(0.1～0.25)；

重铅玻璃粉、滑石粉、蒙脱土粉的粒径均小于5μm；该涂层厚度为10～30μm；

当组分A与组分B混合后，固含量大于30％时，加入组分C，组分C为甲基三甲氧基硅烷，组分C的加入量为组分A和组分B的总质量的0.1～3％；

重铅玻璃粉中铅的质量含量高于40％。

2.一种耐热绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a.按质量比1：(0.08～0.5):(0.5～0.85)，将二甲苯、乙酰丙酮和钛酸丁酯搅拌均匀，得到组分A；按质量比1：(0.25～0.8)：(0.1～0.25)，将重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉混合后，得到组分B；其中，重铅玻璃粉、滑石粉、蒙脱土粉的粒径均小于5μm；重铅玻璃粉中铅的质量含量高于40％；

b.按质量百分比计，将60～75％的组分A与25～40％的组分B混合均匀，得到溶液；

c.当溶液的固含量小于等于30％时，进行步骤d；当溶液的固含量大于30％时，将组分C加入到溶液中，混合均匀，搅拌后制成浆料；其中，组分C的质量为组分A和组分B的总质量的

0.1～3％；其中，组分C为甲基三甲氧基硅烷；

d.采用浸渍-提拉法，将表面处理后的金属镍导线浸渍在浆料中5～60s，然后将金属镍导线的一端从浆料中垂直向上提拉，然后干燥、烧结，得到耐热绝缘陶瓷涂层；耐热绝缘陶瓷涂层的厚度为10～30μm，其中，烧结的温度为600～800℃，时间为3～15min。

3.根据权利要求2所述的一种耐热绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：将重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉在行星式球磨机上干磨24h，得到组分B。

4.根据权利要求2所述的一种耐热绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：将金属镍导线的一端以4～50mm/min的速度从浆料中垂直向上提拉。

5.根据权利要求2所述的一种耐热绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：干燥的温度为20～50℃，时间为3～10h。

6.根据权利要求2所述的一种耐热绝缘陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：金属镍导线的表面处理过程为：将金属镍导线在质量分数为3％的Na3PO4溶液中碱洗3～20min后水洗，再采用盐酸或硫酸酸溶液酸洗5～10min后水洗、醇洗，然后干燥；该耐热绝缘陶瓷涂层与金属镍导线的划痕等级为1级。

说明书

一种耐热绝缘陶瓷涂层及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于金属导线的可挠曲耐高温绝缘陶瓷涂层的制备方法，具体涉及一种耐热绝缘陶瓷涂层及其制备方法，属于涂层应用技术领域

背景技术

[0002] 目前，金属导线在航天、石化、核能、军事、民生等方面得到广泛应用，一般的绝缘涂料已经能够满足金属导线在大多数工况下的需要。但是，普通金属导线的涂层在高温情况下(使用温度＞300℃)失去绝缘性。同时，金属的热膨胀系数更大，一般的陶瓷涂层与金属导线的热膨胀系数不匹配，导致在多次冷热循环后涂层便开始脱落。因此，需要研制出一种能与金属热膨胀系数相匹配，耐高温且可以挠曲的涂层。专利CN106893371A公开了一种基于高温合金基底的耐高温绝缘涂层制备方法，该涂层有一定的抗热冲击能力，并且在800℃下仍有20MΩ的绝缘性能，但是此涂层难以随金属基底变形。经研究发现，将玻璃纺成毛细玻璃管，金属液进入毛细玻璃管，冷却凝固后形成玻璃包覆金属微丝，这种涂层厚度仅为2-4μm，在400℃下平均击穿电压为1174V，但此方法需要仪器精确度高，精度需要达到微米级别，需要将金属融化后纺成金属微丝，制备成本高，难以满足大规模的生产需求。

发明内容

[0003] 本发明为解决上述问题，目的在于提供一种耐热绝缘陶瓷涂层及其制备方法。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

[0005] 一种耐热绝缘陶瓷涂层，按质量百分比计，该涂层由如下原料组成：组分A 50～75％和组分B 25～50％；

[0006] 其中，组分A由下列组分组成：二甲苯、乙酰丙酮和钛酸丁酯的质量比为1：(0.08～0.5):(0.5～0.85)；

[0007] 组分B由下列组分组成：重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉的质量比为1：(0.25～0.8)：(0.1～0.25)。

[0008] 本发明进一步的改进在于，当组分A与组分B混合后，固含量大于30％时，加入组分C，组分C为甲基三甲氧基硅烷，组分C的加入量为组分A和组分B的总质量的0.1～3％。

[0009] 本发明进一步的改进在于，重铅玻璃粉、滑石粉、蒙脱土粉的粒径均小于5μm；重铅玻璃粉中铅的质量含量高于40％。

[0010] 本发明进一步的改进在于，该涂层厚度为10～30μm。

[0011] 一种耐热绝缘陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

[0012] a.按质量比1：(0.08～0.5):(0.5～0.85)，将二甲苯、乙酰丙酮和钛酸丁酯搅拌均匀，得到组分A；按质量比1：(0.25～0.8)：(0.1～0.25)，将重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉混合后，得到组分B；

[0013] b.按质量百分比计，将60～75％的组分A与25～40％的组分B混合均匀，得到溶液；

[0014] c.当溶液的固含量小于等于30％时，进行步骤d；当溶液的固含量大于30％时，将组分C加入到溶液中，混合均匀，搅拌后制成浆料；其中，组分C的质量为组分A和组分B的总质量的0.1～3％；

[0015] d.采用浸渍-提拉法，将表面处理后的金属镍导线浸渍在浆料中，然后将金属镍导线的一端从浆料中垂直向上提拉，然后干燥、烧结，得到耐热绝缘陶瓷涂层。

[0016] 本发明进一步的改进在于，将重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉在行星式球磨机上干磨24h，得到组分B。

[0017] 本发明进一步的改进在于，浸渍的时间为5～60s。

[0018] 本发明进一步的改进在于，将金属镍导线的一端以4～50mm/min的速度从浆料中垂直向上提拉。

[0019] 本发明进一步的改进在于，干燥的温度为20～50℃，时间为3～10h。

[0020] 本发明进一步的改进在于，烧结的温度为600～800℃，时间为3～15min；金属镍导线的表面处理过程为：将金属镍导线在质量分数为3％的Na3PO4溶液中碱洗3～20min后水洗，再采用盐酸或硫酸酸溶液酸洗5～10min后水洗、醇洗，然后干燥；耐热绝缘陶瓷涂层的厚度为10～30μm，该耐热绝缘陶瓷涂层与金属镍导线的划痕等级为1级。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0022] 本发明采用无机粉体作为原料，大大提升了涂层的耐温能力，并且成本低，不仅适用于镍，其它导体如铜、铝、银登通过镀镍后也可应用。本发明通过组分B即无机粉体比例的调节，使得涂层材料的热膨胀系数与金属镍更加接近，增强了涂层与金属镍的结合力，划痕等级为1级。该图层具有一定的耐高温性能，并且能随金属镍导线变形。

[0023] 金属表面的高分子绝缘层具有良好的随金属导线变形能力，但是其耐温性较差，在超过220℃高分子材料分解不再绝缘；而一般陶瓷绝缘材料绝缘性和耐温性均非常优异，但其脆性大、不能塑性变形，因此当金属导线变形时其断裂脱落。为了综合解决金属导线绝缘层能够同时具备优良的耐热绝缘性、还能够随金属变形不断裂不脱落的问题，本发明通过二甲苯系为主的溶剂体系，浆料与镍有良好的润湿性，并促使无机粉料均匀铺覆在金属导线表面，通过有机溶剂体系和有机固含量比例调整，可以较好地控制在导线表面提拉涂层厚度，涂层厚度是影响烧结后涂层随导线变形不开裂脱落的关键因素之一，当涂层比较薄时，陶瓷涂层不能保证对镍基底的绝缘；当涂层厚度较大时，涂层在金属变形时易产生大裂纹而导致剥落；所以本发明制得的涂层厚度为10～30μm。本发明中还通过涂层原料改性和优化配方，促使该陶瓷层能在空气条件下较低的温度下烧结，以防止过高温度烧结时镍的氧化引起氧化镍和镍分离，进而导致陶瓷涂层脱落，因此整体制备工艺便利易于实施该绝缘涂层工程应用。本发明配制的组分A即有机溶剂与金属镍导线更润湿，浆料能更好涂覆在金属镍导线上。涂层在360℃时250V下的高电阻绝缘，仍具有一定的耐高温性能，并且能随金属镍导线弯曲变形且与金属镍结合力良好。本发明采用浸渍提拉的方式，制作工艺简单，易于在金属镍导线表面涂覆。

具体实施方式

[0024] 下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

[0025] 本发明中重铅玻璃粉中含铅的质量为40％以上。本发明中重铅玻璃粉、滑石粉、蒙脱土粉的粒径均小于5μm。

[0026] 本发明采用无机粉体作为原料，采用有机溶液作为溶剂，将无机粉体与有机溶剂混合制成浆料，在金属镍导线表面浸渍提拉出涂层，再通过烧结得到可挠曲耐高温陶瓷涂层。通过调节滑石粉与重铅玻璃粉的比例，使得涂层的热膨胀系数与金属镍的热膨胀系数相近，提高涂层的抗热冲击能力；通过调节无机粉体与有机溶剂的比例，控制涂层的厚度，提高涂层的可挠曲绝缘性能。制得的涂层厚度为10～30μm，金属镍结合力良好，涂层与镍基体的划痕等级为1级。该涂层制备方法简单，与镍导线结合力强，导线挠曲后具有一定高温绝缘能力。

[0027] 实施例1

[0028] 一种用于涂敷于高温下镀镍导线设备的耐热绝缘陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

[0029] a.称取：二甲苯：50g，乙酰丙酮：15g，钛酸丁酯：30g，甲基三甲氧基硅烷：5g，重铅玻璃粉：30g，滑石粉：20g，蒙脱土粉：5g。

[0030] 将重质玻璃粉、滑石粉、蒙脱土粉在行星式齿轮球磨机上干磨24h，得到无机粉体；

[0031] b.按将二甲苯、钛酸丁酯以及乙酰丙酮在300r/min的速度下搅拌30min，得到有机溶剂；

[0032] c.将无机粉体加入到有机溶剂中，得到混合物，并且混合物的固含量大于30％，加入基三甲氧基硅烷，在1800r/min下搅拌30min，得到浆料。

[0033] d.先将金属镍导线进行表面处理，具体过程如下：将金属镍导线在质量分数为3％的Na3PO4溶液中碱洗3min；然后水洗，再用稀盐酸酸洗5min；然后水洗、醇洗，最后在干燥箱中30℃干燥40min，得到表面处理后的金属镍导线。

[0034] 将表面处理后的直径为1mm的铜镀镍导线浸渍在浆料中10s，以10mm/min从浆料中垂直向上提拉，金属镍导线上覆盖一层陶瓷涂层，置于干燥箱中20℃干燥6h；最后在700℃下烧结10min，制得可挠曲耐高温绝缘陶瓷涂层。

[0035] 实施例2

[0036] 一种用于涂敷于高温下镀镍导线设备的耐热绝缘陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

[0037] a.称量二甲苯：40g，乙酰丙酮：20g，钛酸丁酯：35g，甲基三甲氧基硅烷：5g，重铅玻璃粉：25g，滑石粉：15g，蒙脱土粉：10g。

[0038] 将重质玻璃粉、滑石粉、蒙脱土粉在行星式齿轮球磨机上干磨24h，得到无机粉体；

[0039] b.将二甲苯、钛酸丁酯和乙酰丙酮以300r/min的速度搅拌30min，得到有机溶剂；

[0040] c.将无机粉体加入到有机溶剂中，得到混合物，并且混合物的固含量大于30％，加入甲基三甲氧基硅烷，以2000r/min搅拌30min，得到浆料。

[0041] d.先将金属镍导线进行表面处理，具体过程如下：将金属镍导线在质量分数为3％的Na3PO4溶液中碱洗20min；然后水洗，再用稀盐酸酸洗10min；然后水洗、醇洗，最后在干燥箱中60℃干燥20min，得到表面处理后的金属镍导线。

[0042] 将表面处理后的直径为2mm的铜镀镍导线浸渍在浆料中10s，以10mm/min从浆料中垂直向上提拉，金属镍导线覆盖一层陶瓷涂层，置于干燥箱中20℃干燥6h；最后在700℃中烧结5min，制得可挠曲耐高温绝缘陶瓷涂层。

[0043] 实施例3

[0044] 一种用于涂敷于高温下镀镍导线设备的耐热绝缘陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

[0045] a.称取：二甲苯：60g，乙酰丙酮：12g，钛酸丁酯：25g，甲基三甲氧基硅烷：3g，重铅玻璃粉：35g，滑石粉：20g，蒙脱土粉：3g。

[0046] 将重质玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉在行星式齿轮球磨机上干磨24h，得到无机粉体；

[0047] b.将二甲苯、钛酸丁酯和乙酰丙酮以300r/min的速度搅拌30min，得到有机溶剂；

[0048] c.将无机粉体加入到有机溶剂中，得到混合物，并且混合物的固含量大于30％，加入甲基三甲氧基硅烷，以1800r/min搅拌30min，得到浆料。

[0049] d.先将金属镍导线进行表面处理，具体过程如下：将金属镍导线在质量分数为3％的Na3PO4溶液中碱洗10min；然后水洗，再用质量分数为1％的硫酸酸洗7min；然后水洗、醇洗，最后在干燥箱中40℃干燥30min，得到表面处理后的金属镍导线。

[0050] 将表面处理后直径为宽为5mm，厚度0.5mm的镀镍导片浸渍在浆料中10s，以10mm/min从浆料中垂直向上提拉，金属镍导线上覆盖一层陶瓷涂层，置于干燥箱中20℃干燥6h；最后在700℃中烧结5min，制得可挠曲耐高温绝缘陶瓷涂层。

[0051] 实施例4

[0052] 一种用于涂敷于高温下镀镍导线设备的耐热绝缘陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

[0053] a.称取：二甲苯：70g，乙酰丙酮：10g，钛酸丁酯：30g，重铅玻璃粉：35g，滑石粉：25g，蒙脱土粉：1g。

[0054] 将重质玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉在行星式齿轮球磨机上干磨20h，得到无机粉体；

[0055] b.将二甲苯、钛酸丁酯和乙酰丙酮以300r/min的速度搅拌60min，得到有机溶剂；

[0056] c.将无机粉体加入到有机溶剂中，得到混合物，并且混合物的固含量小于30％，以1800r/min搅拌30min，得到浆料。

[0057] d.先将金属镍导线进行表面处理，具体过程如下：将金属镍导线在质量分数为3％的Na3PO4溶液中碱洗15min；然后水洗，再用质量分数为1％的硫酸酸洗10min；然后水洗、醇洗，最后在干燥箱中40℃干燥30min，得到表面处理后的金属镍导线。

[0058] 将表面处理后直径为0.8mm的镀镍导线浸渍在浆料中10s，以15mm/min从浆料中垂直向上提拉，制得陶瓷涂层，置于干燥箱中20℃干燥4h；最后在700℃中烧结5min，制得可挠曲耐高温绝缘陶瓷涂层。

[0059] 实施例5

[0060] a.按质量比1：0.08:0.85，将二甲苯、乙酰丙酮和钛酸丁酯搅拌均匀，得到组分A；按质量比1：0.8：0.2，将重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉在行星式球磨机上干磨24h，得到组分B；

[0061] b.按质量百分比计，将60％的组分A与40％的组分B混合均匀，得到溶液；

[0062] c.将组分C加入到溶液中，混合均匀，高速搅拌后制成浆料；其中，组分C的质量为组分A和组分B的总质量的3％；

[0063] d.金属镍导线的表面处理过程为：将金属镍导线在质量分数为3％的Na3PO4溶液中碱洗3min后水洗，再采用盐酸或硫酸酸洗5min后水洗、醇洗，然后干燥；

[0064] 采用浸渍-提拉法，将表面处理后的金属镍导线浸渍在浆料中5s，然后以4mm/min的速度将金属镍导线的一端从浆料中垂直向上提拉，金属镍导线覆盖一层陶瓷涂层，然后在20～50℃下干燥3～10h，最后在600℃下烧结15min，得到耐热绝缘陶瓷涂层。

[0065] 实施例6

[0066] a.按质量比1：0.5:0.5，将二甲苯、乙酰丙酮和钛酸丁酯搅拌均匀，得到组分A；按质量比1：0.25：0.15，将重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉在行星式球磨机上干磨24h，得到组分B；

[0067] b.按质量百分比计，将75％的组分A与25％的组分B混合均匀，得到溶液；

[0068] c.将组分C加入到溶液中，混合均匀，高速搅拌后制成浆料；其中，组分C的质量为组分A和组分B的总质量的0.1％；

[0069] d.金属镍导线的表面处理过程为：将金属镍导线在质量分数为3％的Na3PO4溶液中碱洗10min后水洗，再采用盐酸或硫酸酸洗10min后水洗、醇洗，然后干燥；

[0070] 采用浸渍-提拉法，将表面处理后的金属镍导线浸渍在浆料中60s，然后以50mm/min的速度将金属镍导线的一端从浆料中垂直向上提拉，金属镍导线覆盖一层陶瓷涂层，然后在20～50℃下干燥3～10h，最后在700℃下烧结10min，得到耐热绝缘陶瓷涂层。

[0071] 实施例7

[0072] a.按质量比1：0.2:0.6，将二甲苯、乙酰丙酮和钛酸丁酯搅拌均匀，得到组分A；按质量比1：0.5：0.1，将重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉在行星式球磨机上干磨24h，得到组分B；

[0073] b.按质量百分比计，将70％的组分A与30％的组分B混合均匀，得到溶液；

[0074] c.将组分C加入到溶液中，混合均匀，高速搅拌后制成浆料；其中，组分C的质量为组分A和组分B的总质量的2％；

[0075] d.金属镍导线的表面处理过程为：将金属镍导线在质量分数为3％的Na3PO4溶液中碱洗20min后水洗，再采用盐酸或硫酸酸洗7min后水洗、醇洗，然后干燥；

[0076] 采用浸渍-提拉法，将表面处理后的金属镍导线浸渍在浆料中5s，然后以4mm/min的速度将金属镍导线的一端从浆料中垂直向上提拉，金属镍导线覆盖一层陶瓷涂层，然后在20～50℃下干燥3～10h，最后在800℃下烧结3min，得到耐热绝缘陶瓷涂层。

[0077] 实施例8

[0078] a.按质量比1：0.4:0.7，将二甲苯、乙酰丙酮和钛酸丁酯搅拌均匀，得到组分A；按质量比1：0.6：0.25，将重铅玻璃粉、滑石粉和蒙脱土粉在行星式球磨机上干磨24h，得到组分B；

[0079] b.按质量百分比计，将65％的组分A与35％的组分B混合均匀，得到溶液；

[0080] c.将组分C加入到溶液中，混合均匀，高速搅拌后制成浆料；其中，组分C的质量为组分A和组分B的总质量的1.5％；

[0081] d.镀镍铜导线的表面处理过程为：将金属镍导线在质量分数为3％的Na3PO4溶液中碱洗15min后水洗，再采用盐酸或硫酸酸洗8min后水洗、醇洗，然后干燥；

[0082] 采用浸渍-提拉法，将表面处理后的镀镍铜导线浸渍在浆料中5s，然后以4mm/min的速度将镀镍铜导线的一端从浆料中垂直向上提拉，镀镍铜导线覆盖一层陶瓷涂层，然后在20～50℃下干燥3～10h，最后在750℃下烧结7min，得到耐热绝缘陶瓷涂层。

[0083] 本发明中是否加入组分C，要根据组分A和组分B混合之后的固含量进行判定的，当组分A和组分B混合之后的混合物的固含量小于等于30％时，可以不加入甲基三甲氧基硅烷，但是当组分A和组分B混合之后的混合物的固含量大于30％时，则需要加入甲基三甲氧基硅烷降低粘性，提高流动性，因为浆料太稠或者太稀时，均不利于形成本发明中厚度为10～30μm的涂层。

[0084] 本发明制得的耐热绝缘陶瓷涂层的厚度为10～30μm，该耐热绝缘陶瓷涂层与金属镍导线的划痕等级为1级。

[0085] 该涂层的制备方法将无机粉体进行有机改性，再按照质量百分比称取无机粉体制备组分B，按照质量比量取有机溶剂制备组分A，按照质量百分比将组分A与组分B混合，再向混合液中加入组分C搅拌配制成浆料，通过浸渍-提拉法，将金属镍导线在浆料中提拉出涂层，经过700℃烧结后制得可随金属镍变形的耐高温绝缘陶瓷涂层。本发明制作工艺简单，制得涂层的厚度为10～30μm，制备出的涂层在360℃时250V具有较好的绝缘性，并能随金属镍导线或镀镍导线弯曲，且与镍结合力良好。