CN113131341A - 气体放电管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于放电管技术领域，提供一种气体放电管及制造方法，气体放电管包括两个电极以及用于与该两个电极合围形成容置腔的绝缘管体，其中，容置腔用于容置绝缘气体，电极位于容置腔内的表面上固定设有电子发射体，电子发射体包括质量分数为70％‑100％的石墨和质量分数为0％‑30％的二氧化钛。本申请提供的气体放电管，电子发射体的逸出功小，在两电极之间形成电子崩的时间短，使得气体放电管的响应时间短且击穿电压低，进而使气体放电管能够快速泄放浪涌并能适应电气元件对低击穿电压的需求；且由于电子发射体的逸出功稳定，发射的电子密度稳定，电子发射体耐高温电弧，能避免电极出现熔化和溅射等现象，使得气体放电管的击穿电压波动小。
Description
技术领域
本申请涉及放电管技术领域，特指一种气体放电管及其制造方法。
背景技术
气体放电管是一种开关型保护器件，通常作为过电压保护器件使用。目前使用的气体放电管一般包括绝缘管体及其两端封接的电极。绝缘管体和两端封接的电极之间充入有适量的惰性气体介质，两个电极相对的表面上涂覆有电子发射材料(如电子粉)，当气体放电管电极两端的电压超过气体的击穿电压时，就会引起间隙放电，该气体放电管迅速的由高阻态变为低阻态，形成导通，从而保护了与气体放电管并联的其他器件。
随着移动终端的普及，电子产品小型化的要求，迫切需要更低击穿电压及更优防护能力的产品来防范电子线路中的浪涌，目前具有更低击穿电压的气体放电管的电压保护水平不够稳定。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种气体放电管及其制造方法，以解决现有技术中存在的具有更低击穿电压的气体放电管的电压保护水平稳定差的技术问题。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种气体放电管，所述气体放电管包括两个电极以及用于与所述两个电极合围形成容置腔的绝缘管体，其中，所述容置腔用于容置绝缘气体，所述电极位于所述容置腔内的表面上固定设有电子发射体，所述电子发射体包括质量分数为70％-100％的石墨和质量分数为0％-30％的二氧化钛。
在其中一个实施例中，所述电极位于所述容置腔内的表面上设有凹部，对应的所述电子发射体固定地嵌设于所述凹部内。
在其中一个实施例中，所述电极位于所述容置腔内的表面上设有凸部，对应的所述电子发射体固定地设于所述凸部上并覆盖所述凸部。
在其中一个实施例中，所述容置腔内的所述绝缘气体为电负性气体。
在其中一个实施例中，所述容置腔用于容置四氟化碳气体、六氟化硫气体、七氟丁腈气体与氮气的混合气体、七氟异丁腈气体与二氧化碳混合气体中的一种或两种以上。
在其中一个实施例中，所述绝缘管体为聚四氟乙烯管体或者环氧树脂管体。
为了实现上述目的，本申请还提供一种气体放电管的制造方法，所述气体放电管的制造方法用于制造上述气体放电管，所述气体放电管的制造方法包括：
准备两电极，并利用质量分数为70％-100％的石墨粉末和质量分数为0％-30％的二氧化钛粉末制成两电子发射体；
将各所述电子发射体固定至对应的所述电极；
在电负性气体环境中，采用模具固定所述两电极，在所述两电极外周通过液态的环氧树脂或液态的聚四氟乙烯浇注形成绝缘管体。
在其中一个实施例中，将各所述电子放射体固定至对应的所述电极包括：采用外部机加工装置将所述电极发射体冲入对应的所述电极；或者，在所述电子发射体外周浇筑对应的所述电极。
在其中一个实施例中，制成所述两电子发射体的步骤包括：
将质量分数为70％-100％的石墨粉末和质量分数为0％-30％的二氧化钛粉末混合均匀得到第一混合粉末，并使所述第一混合粉末成形；
将成形后的所述第一混合粉末放置在烧结装置内烧结，烧结温度为1500℃-2000℃。
在其中一个实施例中，制成所述两电子发射体的步骤包括：
将质量分数为70％-100％的石墨粉末和质量分数为0％-30％的二氧化钛粉末混合均匀得到第二混合粉末，在所述第二混合粉末中加入粘结剂；
将加有所述粘结剂的所述第二混合粉末放入模具中制成压坯；
将压坯放置在烘烤装置内烘烤，烘烤温度为150℃-200℃。
本申请提供的气体放电管的有益效果在于：与现有技术相比，本申请提供的气体放电管，其电子发射体的逸出功小，电子发射率高，在两电极之间形成电子崩的时间短，使得气体放电管的响应时间短且击穿电压低，进而使得气体放电管能够快速泄放浪涌并能适应电气元件对低击穿电压的需求；且由于电子发射体的逸出功稳定，使得电子发射体发射的电子密度稳定，加之电子发射体的耐高温电弧性能好，能够稳固地连接至对应的电极表面，不会轻易脱落，能避免电极出现熔化和溅射等现象，使得气体放电管在长时间使用过程中，击穿电压波动小，电压保护水平稳定性好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的气体放电管的结构示意图；
图2为图1所示的气体放电管的爆炸结构示意图；
图3为图1所示的气体放电管的局部结构示意图；
图4为本申请实施例提供电子发射体嵌设于电极上时电极与电子发射体的结构示意图一；
图5为本申请实施例提供电子发射体嵌设于电极上时电极与电子发射体的结构示意图二；
图6为本申请实施例提供电子发射体扣合于电极上时电极与电子发射体的结构示意图。
其中，图中各附图标记：
100-电极；110-凹部；120-凸部；200-绝缘管体；300-容置腔；400-电子发射体；410-凹槽。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图3，现对本申请实施例提供的气体放电管进行说明。气体放电管包括两电极100以及用于与两电极100合围形成容置腔300的绝缘管体200，其中，容置腔300用于容置绝缘气体，电极100位于容置腔300内的表面上固定设有电子发射体400，电子发射体400包括质量分数为70％-100％的石墨和质量分数为0％-30％的二氧化钛。
需要说明的是，电极100可以采用多种材料制成，如铜、铁镍合金等，可以根据需要进行选择，在此不作唯一限定。石墨具有逸出功小且逸出功稳定的特点，二氧化钛具有电子传输性能好、耐高温且稳定性好的特点，电子发射体400中石墨粉末的质量分数和二氧化钛粉末的质量分数合计为百分之百，比如，电子发射体400可以采用80％的石墨粉末和20％的二氧化钛粉末制成。再比如，电子发射体400可以采用99％的石墨粉末和1％的二氧化钛粉末制成。再比如，电子发射体400可以采用70％的石墨粉末和30％的二氧化钛粉末制成。
与现有技术相比，本申请提供的气体放电管，电子发射体400整体具有逸出功小，电子发射率高，在两电极100之间形成电子崩的时间短的特性，使得气体放电管的响应时间短且击穿电压低，进而使得气体放电管能够快速泄放雷电浪涌并能适应电气元件对低击穿电压的需求；且由于电子发射体400的逸出功稳定，使得电子发射体400发射的电子密度稳定，电子发射体400的耐高温电弧性能好，能够更稳固地连接至对应的电极100表面，不会轻易脱落，能避免电极100出现熔化和溅射等现象，使得气体放电管在长时间使用过程中，击穿电压波动小，电压保护水平稳定性好。
在本申请另一个实施例中，请参阅图4及图5，电极100位于容置腔300内的表面上设有凹部110，对应的电子发射体400固定地嵌设于凹部110内。
需要说明的是，电子发射体400的横截面与凹部110的横截面适配，可以多边形、圆形等，可以根据需要进行设置，在此不作唯一限定。电子发射体400可以通过多种方式嵌设于凹部110内，比如采用机加工装置将电子发射体400冲入电极100表面，形成凹部110的同时，使电子发射体400紧固地连接至电极100的表面，再比如直接在电子发射体400的外周采用液态金属或液态金属合金浇筑形成电极100，冷却后的电极100会与电子发射体400紧固地连接。
相比于采用电子发射材料涂层的传统气体放电管，本实施例提供的气体放电管，其电子发射体400的厚度比电子发射材料涂层的厚度更厚，对电极100具有更好的遮盖作用，能够避免高温电弧造成的电极100熔化或溅射；且其电子发射体400与电极100的连接比电子发射材料涂层与电极100的连接更为紧固，在气体放电管导通的时候，更加不易从电极100表面剥离，对电极100具有更稳定的保护作用，进一步有利于提高气体放电管的电压保护水平的稳定性。
在本申请另一个实施例中，请参阅图6，电极100位于容置腔300内的表面上设有凸部120，对应的电子发射体400固定地设于凸部120上并覆盖凸部120。
需要说明的是，电子发射体400可以通过多种方式固定地设于凸部120，比如先采用模具固定住电子发射体400，然后在电子发射体400上采用液态金属或者液态金属合金浇筑成电极100，再比如，将电子发射体400设有的内径略小于凸部120的外径的凹槽410，并采用机加工装置将凸部120压合在电子发射体400的凹槽410内，可以根据需要进行设置，在此不作唯一限定。
本实施例提供的气体放电管，电子发射体400不仅能够牢固地连接至电极100位于容置腔300内的表面上，且电子发射体400能够完全覆盖凸部120的表面，对电极100的保护作用更好。
在本申请另一个实施例中，请参阅图3，容置腔300内的绝缘气体为电负性气体。采用上述结构的气体放电管，其电负性气体具有较强的得电子能力，能够快速的熄灭工频续流，同时提高了电弧的压降，能够避免电弧的再次重燃。
在本申请另一个实施例中，请参阅图3，容置腔300用于容置四氟化碳气体、六氟化硫气体、七氟丁腈气体与氮气的混合气体、七氟异丁腈气体与二氧化碳混合气体中的一种或两种以上。
具体地，在气体放电管的两电极100之间的距离、电子发射体400的材料以及容置腔300内的电负性气体的种类固定时，气体放电管的击穿压力随着电负性气体的压力增加，先降低后增加。容置腔300内电负性气体的压力可以根据所需击穿压力的大小等因素进行设置，比如容置腔300内的电负性气体的压力可以在-70kpa至80kpa之间取值，但在此不作唯一限定。
需要说明的是，七氟丁腈气体与氮气的混合气体中七氟丁腈气体和氮气含量可以根据需要设置，七氟异丁腈气体与二氧化碳混合气体中七氟异丁腈气体和二氧化碳的含量可以根据需要设置，七氟丁腈气体和七氟异丁腈气体相比于四氟化碳气体和六氟化硫气体更为环保，不产生温室效应，具有更高的绝缘强度和更高的液化温度，与液化温度较低的二氧化碳或氮气混合组成混合气体能够具有较为合适的液化温度，便于应用于气体放电管。
本实施例提供的气体放电管，其电负性气体不仅具有好的灭弧性能，且液化温度低、化学稳定性好、生产简单及成本低，便于气体放电管的制造和应用。
在本申请另一个实施例中，绝缘管体200为环氧树脂管体。
需要说明的是，环氧树脂是指分子结构中含有环氧基团的高分子化合物，环氧树脂固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定。
本实施例提供的气体放电管，其环氧树脂管体机械性能良好，能够保证与电极100粘接良好，使气体放电管的结构稳定性好，且环氧树脂管体具有良好的耐电弧和耐高温性能，能够保证气体放电管的电压保护水平稳定性好。
在本申请另一个实施例中，绝缘管体200为聚四氟乙烯管体。
需要说明的是，聚四氟乙烯是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。
本实施例提供的气体放电管，其聚四氟乙烯管体不仅机械、化学性能稳定，能够保证气体放电管的结构稳定性，且聚四氟乙烯管体在低压系统中的耐电弧和耐高温性能突出，能够保证气体放电管的电压保护水平稳定性好。
本实施例还提供一种气体放电管的制造方法，该气体放电管的制造方法用于制造上述的气体放电管，气体放电管的制造方法包括：
准备两电极100，并利用70％-100％的石墨粉末和0％-30％的二氧化钛粉末制成两电子发射体400；
将各电子发射体400固定至对应的电极100；
在电负性气体环境中，采用模具固定两电极100，在两电极100外周通过液态的环氧树脂或液态的聚四氟乙烯浇注形成绝缘管体200。
本实施例提供的气体放电管的制造方法，能够避免传统工艺中清洁电极100表面、调制电子粉、涂覆电子粉涂层、烘干电子粉涂层，以及烘干气体放电管后将气体放电管放置于干燥器皿中保存的繁琐操作，生产工艺得到极大程度地简单，人力成本低，且采用上述方法制造的气体放电管具有稳定的低击穿电压，能够很好地满足电气元件对于低击穿电压的需求。
在本申请另一个实施例中，制成两电子发射体400的步骤包括：
将质量分数为70％-100％的石墨粉末和质量分数为0％-30％的二氧化钛粉末混合均匀得到第一混合粉末，并使第一混合粉末成形；
将成形后的第一混合粉末放置在烧结装置内烧结，烧结温度为1500℃-2000℃。
具体地，可以采用多种方式使第一混合粉末成形，如采用模压或者挤压的方式，可以根据需要进行选择，在此不作唯一限定。
采用上述气体放电管的制造方法制成的电子发射体400，在合适的烧结温度下烧结，组织结构的均匀性好，机电性能较优，有利于气体放电管保持稳定的击穿电压。
在本申请另一个实施例中，制成两电子发射体400的步骤包括：
将质量分数为70％-100％的石墨粉末和质量分数为0％-30％的二氧化钛粉末混合均匀得到第二混合粉末，在第二混合粉末中加入粘结剂；
将加有粘结剂的第二混合粉末放入模具中制成压坯；
将压坯放置在烘烤装置内烘烤，烘烤温度为150℃-200℃。
具体地，粘结剂可以采用聚环氧乙烷或者聚乙烯醇，可以根据需要进行选择，在此不作唯一限定。
上述气体放电管的制造方法制成电子发射体400，耗费燃料少，成本低，且在合适温度下烘烤后，电子发射体400内的粘结剂完全被蒸发，有利于使气体放电管内的绝缘气体保持高纯度。
在本申请另一个实施例中，将各电子放射体固定至对应的电极100包括：采用外部机加工装置将电极100发射体冲入对应的电极100；或者，在电子发射体400外周浇筑对应的电极100。
本实施例提供的气体放电管的制造方法，能够简单快速地将电子发射体400与对应的电极100固定，生产效率高，生产成本低。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气体放电管，其特征在于：所述气体放电管包括两个电极以及用于与所述两个电极合围形成容置腔的绝缘管体，其中，所述容置腔用于容置绝缘气体，所述电极位于所述容置腔内的表面上固定设有电子发射体，所述电子发射体包括质量分数为70％-100％的石墨和质量分数为0％-30％的二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的气体放电管，其特征在于：所述电极位于所述容置腔内的表面上设有凹部，对应的所述电子发射体固定地嵌设于所述凹部内。
3.根据权利要求1所述的气体放电管，其特征在于：所述电极位于所述容置腔内的表面上设有凸部，对应的所述电子发射体固定地设于所述凸部上并覆盖所述凸部。
4.根据权利要求1所述的气体放电管，其特征在于：所述容置腔内的所述绝缘气体为电负性气体。
5.根据权利要求1所述的气体放电管，其特征在于：所述容置腔用于容置四氟化碳气体、六氟化硫气体、七氟丁腈气体与氮气的混合气体、七氟异丁腈气体与二氧化碳的混合气体中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的气体放电管，其特征在于：所述绝缘管体为聚四氟乙烯管体或者环氧树脂管体。
7.一种气体放电管的制造方法，其特征在于：所述气体放电管的制造方法用于制造权利要求1-6任一项所述的气体放电管，所述气体放电管的制造方法包括：
准备两电极，并利用质量分数为70％-100％的石墨粉末和质量分数为0％-30％的二氧化钛粉末制成两电子发射体；
将各所述电子发射体固定至对应的所述电极；
在电负性气体环境中，采用模具固定所述两电极，在所述两电极外周通过液态的环氧树脂或液态的聚四氟乙烯浇注形成绝缘管体。
8.根据权利要求7所述的气体放电管的制造方法，其特征在于，制成所述两电子发射体的步骤包括：
将质量分数为70％-100％的石墨粉末和质量分数为0％-30％的二氧化钛粉末混合均匀得到第一混合粉末，并使所述第一混合粉末成形；
将成形后的所述第一混合粉末放置在烧结装置内烧结，烧结温度为1500℃-2000℃。
9.根据权利要求7所述的气体放电管的制造方法，其特征在于，制成所述两电子发射体的步骤包括：
将质量分数为70％-100％的石墨粉末和质量分数为0％-30％的二氧化钛粉末混合均匀得到第二混合粉末，在所述第二混合粉末中加入粘结剂；
将加有所述粘结剂的所述第二混合粉末放入模具中制成压坯；
将压坯放置在烘烤装置内烘烤，烘烤温度为150℃-200℃。
10.根据权利要求7所述的气体放电管的制造方法，其特征在于，将各所述电子放射体固定至对应的所述电极包括：采用外部机加工装置将所述电极发射体冲入对应的所述电极；或者，在所述电子发射体外周浇筑对应的所述电极。
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