CN110718341A

CN110718341A - 导线表面电阻可调绝缘层的制作方法

Info

Publication number: CN110718341A
Application number: CN201910994653.9A
Authority: CN
Inventors: 兰育辉; 符明君; 邳建新
Original assignee: Huiteng Materials Research Institute; Jiangsu Hongyin Alloy Technology Co Ltd
Current assignee: Huiteng Materials Research Institute; Jiangsu Hongyin Alloy Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2020-01-21

Abstract

本发明公开一种导线表面电阻可调绝缘层的制作方法，所述导线具有线芯，该方法包括在线芯表面使用气相沉积涂覆方法制成电阻可调绝缘层；其中，构成所述电阻可调绝缘层的材料包括金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属氟化物、金属碳化物、纳米非金属材料中的至少一种。本案通过在线芯表面使用气相沉积涂覆方法制成多层电阻可调绝缘层，实现在线芯表面制作成不同耐压和绝缘电阻绝缘层的导线。这种表面电阻可调绝缘层导线可在常规频率和高频区域内对电力和信号源的传输，可制成电力传输专用电缆、高频信号传输导线及高频屏蔽用导线，可替代采用常规表面浸漆工艺的漆包线，能够达到一定的耐压和耐高温的等级。

Description

导线表面电阻可调绝缘层的制作方法

技术领域

本发明涉及电线电缆加工技术领域，特别涉及一种导线表面电阻可调绝缘层的制作方法。

背景技术

多年来，金属在电气领域有着广泛的应用，漆包线是电机、电器和家用电器等产品的主要原材料,特别是近几年电力工业实现了持续快速增长,家用电器的迅速发展,给漆包线的应用带来较广阔的领域,随之而来的是对漆包线提出了更高的要求。为此漆包线的产品结构调正不可避免,与之配合的原材料(铜，漆)，漆包工艺，工艺装备和检测手段等也急待开发研究。

目前,我国漆包线的年生产能力已超25~30万吨。但总的来说我国漆包线的状况是低水平的重复,概括来说是“产量高、品位低、设备落后、能耗大、浸漆工艺对环境污染大”。在此状况下,高质量家电用高品位漆包线仍需进口,更谈不上参与国际市场竞争。

其中在电信号传输及高频电机和电器微型化的发展,对超细和适合各种频率的导线将逐步取代传统缆线。存在的最大问题是传统漆包线的浸漆厚度及材质不能满足耐高温的绝缘要求,需要寻找到一种介质可调的材料来满足电信号对传输缆线的特殊要求。

具体的，传统的漆包线，其导线线芯的直径越大，则其外表面上的浸漆厚度就越薄，导线线芯的直径越小，则其外表面上的浸漆厚度就越厚，传统的漆包线，其根据线径的大小，浸漆厚度通常在0.05～0.15㎜之间，这样的浸漆厚度普遍相对过厚，且传统的漆包线由于是在线芯的外表面涂覆的油漆，普遍不耐高温，电阻过大，不能满足超细和适合各种频率的导线的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能在导线表面制作成不同耐压和绝缘电阻的导线表面电阻可调绝缘层制作方法。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：一种导线表面电阻可调绝缘层的制作方法，所述导线具有线芯，该方法包括在线芯表面使用气相沉积涂覆方法制成电阻可调绝缘层；其中，构成所述电阻可调绝缘层的材料包括金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属氟化物、金属碳化物、纳米非金属材料中的至少一种。

上述技术方案中，优选的，制作完成的所述绝缘层总厚度为0.1μm至5μm。

上述技术方案中，优选的，所述金属氧化物包括二氧化硅、三氧化二铝、五氧化二钽、二氧化钛、五氧化二铌、二氧化锆、氧化铌、氧化锌、氧化锡、三氧化二钇、三氧化钨中的至少一种；与/或，所述的金属氮化物包括氮化铝、氮化硅、氮化钛、氮化锆、氮化钒中的至少一种；与/或，所述的金属硫化物包括硫化钼、硫化锌、硫化铌、硫化锡、硫化钨、硫化钽中的至少一种；与/或，所述的金属氟化物包括氟化镁、氟化锆、氟化铱中的至少一种；与/或，所述的金属碳化物包括碳化钛、碳化锆、碳化钨、碳化钽、碳化钒中的至少一种。

上述技术方案中，优选的，所述导线线芯的材料为金、银、铜、铝、铁、镍或者金属合金。

上述技术方案中，优选的，所述的线芯为线材或带材。

上述技术方案中，优选的，当所述的线芯为线材或带材时，所述的气相沉积涂覆方式为线带材连续膜层气相沉积涂覆。

上述技术方案中，优选的，所述的电阻可调绝缘层包括至少一层绝缘膜，单层所述绝缘膜的厚度为1nm至100nm。

上述技术方案中，优选的，所述电阻可调绝缘层的总膜层数为2至2000层。

上述技术方案中，优选的，当构成所述电阻可调绝缘层的绝缘膜层数大于等于2层时，采用气相沉积涂覆方式将构成各层绝缘膜的相应材料逐层涂覆在所述线芯的外表面以制作所述的电阻可调绝缘层。

上述技术方案中，优选的，所述的线带材连续膜层气相沉积涂覆包括：在真空或常压条件下，连续移动所述的线芯，并采用常压等离子气相沉积纳米非金属膜层方式、在真空条件下电子束沉积膜层方式、负压高温或低温条件下的化学气相沉积膜层的方式和负压条件下的直流或交流中频或射频反应气相沉积膜层的方式中的一种气相沉积膜层的方式，将构成各层所述绝缘膜的相应材料逐层沉积在连续移动的电芯外表面。

本发明通过在线芯表面使用气相沉积涂覆方法制成电阻可调的绝缘层，实现在线芯表面制作成不同耐压和绝缘电阻绝缘层的导线。这种表面电阻可调绝缘层导线可在常规频率和高频区域内对电力和信号源的传输，可制成电力传输专用电缆、高频信号传输导线及高频屏蔽用导线，可替代采用常规表面浸漆工艺的漆包线，能够达到一定的耐压和耐高温的等级。

附图说明

附图1为本发明实施例一导线的横截面示意图；

附图2为包含一个常压等离子气相沉积涂覆区成膜设备流程示意图；

附图3为本发明实施例二导线的横截面示意图；

附图4为包含一个常压等离子气相沉积涂覆区或一个真空环境下的气相沉积涂覆区的真空成膜设备流程示意图；

其中，10、导线；11、线芯；12、电阻可调绝缘层；13、UV涂料保护层；

200、线材；201、复合线材；21、放卷系统；211、放卷机构；22、离子清洗系统；23、等离子喷涂沉积系统；231、等离子喷涂沉积区；232、氮气保护系统；233、氩气保护系统；234、等离子体电源系统；24、收卷预处理系统；25、收卷系统；251、收卷机构；

30、导线；31、线芯；32、电阻可调绝缘层；

400、扁线；401、复合扁线；41、放卷真空室；411、放卷机构；412、镀膜区抽真空系统；43、真空镀膜系统；431、电子束等离子体气相沉积区；432、镀膜区抽真空系统；433、气体系统；434、镀膜区抽真空系统；44、表面处理室；45、收卷系统；451、收卷机构；452、镀膜区抽真空系统。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

实施例一: 金属铜导线/氧化铝/氮化铝/氧化铝表面绝缘层导线及其制作工艺

如图1所示，该图示出金属铜导线/氧化铝/氮化铝/氧化铝表面绝缘层导线10的横截面示意图，该导线10的中部线芯11由直径为0.50mm单根铜线构成，线芯11的外表面依次用常压等离子体沉积工艺涂覆氧化铝/氮化铝/氧化铝复合膜构成的电阻可调绝缘层12以及用UV涂覆方法制作的UV涂料保护层13；其中，氧化铝/氮化铝/氧化铝复合膜为氧化铝膜和氮化铝膜交替叠加而成，氧化铝膜和氮化铝膜各设计20层，每层氧化铝膜和每层氮化铝膜的厚度设计均为10nm，UV涂料保护层13的厚度设计为0.5μm。

下面阐述一下该金属铜导线/氧化铝/氮化铝/氧化铝表面绝缘层导线10的制作过程：

第一步：将制备好的0.5mm单根铜线作制成连续卷材，并放置到图2中的放卷系统21内并按工艺要求在图2中利用放卷机构211完成引线和进入收卷预处理系统24，并分别启动等离子喷涂沉积系统23内的三组独立的等离子喷涂沉积区231，等离子喷涂沉积系统23包含氮气保护系统232以及氩气保护系统233，收卷预处理系统24下游设置收卷系统25和收卷机构251。

第二步：线材200经导向进入离子清洗系统22，完成表面预处理后进入到等离子喷涂沉积系统23中进行多次循环沉积氧化铝膜和氮化铝膜，完成后进入收卷预处理系统24完成UV涂料保护层的制作，完成整个工艺流程后制得复合线材201后进入收卷系统25收卷制成成品。其中，等离子喷涂沉积系统23还可以设置更多组，以实现包含更多层绝缘膜的绝缘层制作，并通过更换和组合不同的沉积材料。

其中，在上述等离子喷涂沉积系统23中，将氩气保护系统232的工艺用氩气和氮气保护系统233的工艺用氮气经供气管路输入等离子喷涂沉积系统23内，使工艺要求气压达到1.3～1.5㎏/cm²大气压，将沉积材料设定为氧化铝、氮化铝组合，调节等离子体电源系统234，以使得电流分别控制在100A和120A，电压控制在10V条件下，将氧化铝材料和氮化铝材料分层交替沉积于0.5mm的线材200的外表面，分别重复20次沉积氧化铝膜和氮化铝膜的涂膜工艺，以确保获得成分均匀的电阻可调绝缘层，每层镀膜厚度控制在10nm左右。

在上述等离子体沉积系统23中，将已沉积氧化铝材料和氮化铝材料的线材再引入收卷预处理系统24中，增加UV涂料保护层提升耐磨和防腐特性，UV涂料保护层的厚度控制在0.5μm左右。

实施例二:铝/氮化铝/碳化钛电阻可调绝缘层导线及其制作工艺

如图3所示，铝/氮化铝/碳化钛电阻可调绝缘层导线30的横截面示意图，该导线30的中部线芯31为长x 宽为2.0mm x 0.25mm的扁铝带导电线芯，铝带线芯31的表面依次用真空等离子体气相沉积方式涂覆有由多层氮化铝膜和多层碳化钛膜构成的电阻可调绝缘层32,还有此电阻可调绝缘层32的线材表面电阻可在1.0×10^6～14欧母；其中，氮化铝膜共设计为30层，每层的厚度设计为5nm；碳化钛膜共设计为30层，每层的厚度设计为2nm。

下面阐述一下该铝/氮化铝/碳化钛电阻可调绝缘层导线30的制作过程：

第一步：将制备好的2.0mm x 0.25mm扁线芯制成连续卷材,并放置到附图4中的放卷真空室41内并按工艺要求在附图3中利用放卷机构411完成引线和放卷准备，并分别启动含三组独立电子束等离子体气相沉积区431的真空镀膜系统43、镀膜区抽真空系统412、432、452使整个腔体真空度达到3.0×10-3Pa。

第二步：将工艺用氩气/氮气/甲烷（CH4）经气体系统433制成混合气体，混合比6：2：2分别进入真空镀膜系统43，达到镀膜工艺要求的工作真空度为3×10^-1Pa，离子束电流分别控制在5A、电压480V条件下，进行离子束溅射反应镀膜在铝扁线400表面制成氮化铝膜和碳化钛膜，并重复30次氮化铝膜和碳化钛膜的制作，即在铝扁线芯外侧交替形成30层氮化铝膜和30层碳化钛膜，此时线材的表面电阻将控制在1.0×10^12～14欧母/电晕电压2500V，其表面电阻实现在线检测和反馈控制镀膜条件。

在真空成膜设备中，可将已在真空镀膜系统43中完成沉积氮化铝/碳化钛膜层的复合扁线401再引入表面处理室44中，增加UV涂料保护层制作以提升耐磨和防腐特性，UV涂料保护层的厚度控制在0.2μm左右，最后进入收卷系统45内，通过收卷机构451对制品进行收卷。对产品要求不同，也可不制作UV涂料保护层。

实施例三: 铜/五氧化二钽/氟化锆电阻可调绝缘层导线及其制作工艺

该铜/五氧化二钽/氟化锆电阻可调绝缘层导线的结构与上述实施例二中的导线具有类似的结构，亦可利用实施例二中的设备来制造该导线。该导线的中部线芯由4.0x2.0mm的单根扁铜线构成，线芯的表面依次用电子枪蒸发真空反应镀膜沉积高温型五氧化二钽/氟化锆复合膜构成的电阻可调绝缘层；其中，五氧化二钽/氟化锆复合膜由五氧化二钽膜和氟化锆膜交替叠加而成，其中五氧化二钽膜和氟化锆膜中每一膜层各设计30层，每层五氧化二钽膜的厚度设计为10nm，每层氟化锆膜的厚度设计为5nm。绝缘层的外侧还有UV涂料保护层，UV涂料保护层的厚度为0.3μm。

下面阐述一下该铜/五氧化二钽/氟化锆电阻可调绝缘层导线的制作过程：

第一步：将制备好的4.0×2.0mm单根扁铜线,经表面预清洁处理后作为扁线带材的基材为线芯作制成连续卷材,并放置到附图4中的放卷真空室41内并按工艺要求在附图4中利用放卷机构411完成引线和放卷准备，并分别启动真空镀膜系统43的三组独立电子枪蒸发反应镀膜沉积区431’、镀膜区抽真空系统412、432、452使整个腔体真空度达到3.0×10^-3Pa。

第二步：将工艺用氧气/CF4经气体系统8制成混合气体, 混合比6:4分别进入真空镀膜系统43,启动真空度达到6.0×10^-3Pa,反应蒸镀工艺要求的工作真空度为3×10^-1Pa，阴极加热电源AC:3V/50A,阳极电压控制在10KV,条件下,进行电子枪蒸发反应镀膜在铜扁线表面制成五氧化二钽膜和氟化锆膜，并重复30次交替五氧化二钽膜和氟化锆反应镀膜,制成耐高温型电阻可调绝缘层；此时导线绝缘耐温可达到380度～500度,表面电阻将控制在1.0×10^12～14欧母/电晕电压2500V,其表面电阻实现在线检测和反馈控制镀膜条件。

在上述等离子体沉积系统中，将已沉积五氧化二钽和氟化锆材料的铜扁线再引入表面处理室44中，增加UV涂料保护层制作以提升耐磨和防腐特性，UV涂料保护层的厚度控制在0.2μm左右，对产品要求不同也可不增加UV涂覆。

实施例四: 铜/三氧化铝/二氧化硅组合电阻可调绝缘层导线及其制作工艺

该铜/三氧化铝/二氧化硅组合电阻可调绝缘层导线的结构与上述实施例2中的导线具有类似的结构，且可利用实施例2中的设备来制造。该导线的中部线芯由线径1.15mm的单根铜线构成，线芯的表面依次用甲基铝氧烷、甲硅烷(SiH₄)、乙硅烷(Si₂H₆)、氢气（H₂）和水（H₂0）气相反应沉积氧化铝膜层和二氧化硅膜层来构成电阻可调绝缘层；其中，氧化铝膜层膜和二氧化硅膜层交替叠加而成，氧化铝膜和二氧化硅膜各设计300层，每层氧化铝膜的厚度设计为3nm，每层二氧化硅膜的厚度设计为2nm，绝缘层外侧还有UV涂料保护层，UV涂料保护层的厚度设计为0.2μm。

下面阐述一下该铜/三氧化铝/二氧化硅组合电阻可调绝缘层导线30的制作过程：

第一步：将制备好的线径1.15mm单根铜线,经表面预清洁处理后作为线芯作制成连续卷材,并放置到附图4中的放卷真空室41内并按工艺要求在附图3中利用放卷机构411完成引线和放卷准备，并分别启动真空镀膜系统43三组独立的化学气相反应沉积镀膜区431”、镀膜区抽真空系统412、432、452使整个腔体真空度达到8.0×10^-3Pa。

第二步：当沉积反应真空镀膜区真空度达到6.0×10-3Pa，将工艺用甲基铝氧烷(MAO)、甲硅烷(SiH4)、工作载流气体氢气（H2）以及反应用高纯水经气体系统制成工作气体分别进入到真空镀膜系统中的反应室，其中反应室温度保持在220℃，反应蒸镀工艺要求的工作真空度为5.0×10-1Pa，甲基铝氧烷(MAO)、甲硅烷(SiH4)、工作载流气体氢气（H2），气体流量比：MAO/SiH4/H2控制在300sccm/220sccm/500sccm，通过线材连续进入到反应室内交替沉积制成高温型电阻可调绝缘层，导线绝缘耐温可达300～400℃，表面电阻在控制在1.0×10^10～12欧母/电晕电压1800V,其表面电阻实现在线检测和反馈控制镀膜条件。

在上述等离子体沉积系统中，将已沉积氧化铝和二氧化硅铜材料的线材再引入表面处理室中，增加UV涂料保护层制作以提升耐磨和防腐特性，UV涂料保护层的厚度控制在0.2μm左右，对产品要求不同也可不增加UV涂覆。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种导线表面电阻可调绝缘层的制作方法，所述导线具有线芯，其特征在于，该制作方法包括在线芯表面使用气相沉积涂覆方法制成电阻可调绝缘层；其中，构成所述电阻可调绝缘层的材料包括金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属氟化物、金属碳化物、纳米非金属材料中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制作完成的所述绝缘层总厚度为0.1μm至5μm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物包括二氧化硅、三氧化二铝、五氧化二钽、二氧化钛、五氧化二铌、二氧化锆、氧化铌、氧化锌、氧化锡、三氧化二钇、三氧化钨中的至少一种；与/或，所述的金属氮化物包括氮化铝、氮化硅、氮化钛、氮化锆、氮化钒中的至少一种；与/或，所述的金属硫化物包括硫化钼、硫化锌、硫化铌、硫化锡、硫化钨、硫化钽中的至少一种；与/或，所述的金属氟化物包括氟化镁、氟化锆、氟化铱中的至少一种；与/或，所述的金属碳化物包括碳化钛、碳化锆、碳化钨、碳化钽、碳化钒中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线芯的材料为金、银、铜、铝、铁、镍或者金属合金。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的线芯为线材或带材。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述的线芯为线材或带材时，所述的气相沉积涂覆方式为线带材连续膜层气相沉积涂覆。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电阻可调绝缘层包括至少一层绝缘膜，单层所述绝缘膜的厚度为1nm至100nm。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电阻可调绝缘层的总膜层数为2至2000层。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当构成所述电阻可调绝缘层的绝缘膜层数大于等于2层时，采用气相沉积涂覆方式将构成各层绝缘膜的相应材料逐层涂覆在所述线芯的外表面以制作所述的电阻可调绝缘层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的线带材连续膜层气相沉积涂覆包括：在真空或常压条件下，连续移动所述线芯，并采用常压等离子气相沉积纳米非金属膜层方式、在真空条件下电子束沉积膜层方式、负压高温或低温条件下化学气相沉积膜层的方式和负压条件下的直流或交流中频或射频反应气相沉积膜层的方式中的一种气相沉积膜层的方式，将构成各层所述绝缘膜的相应材料逐层沉积在连续移动的线芯外表面。