本發(fā)明涉及一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝。

背景技術(shù)：

鈉硫電池用金屬制成鈉極密封環(huán)或者硫極密封環(huán)與陶瓷絕緣環(huán)的封接多采用在高溫真空爐內(nèi)用設(shè)備壓頭在鈉極密封環(huán)或者硫極密封環(huán)與陶瓷絕緣環(huán)之間施加壓力，將鈉極密封環(huán)或者硫極密封環(huán)的與陶瓷絕緣環(huán)焊接在一起。該真空爐有間歇式爐和連續(xù)式爐兩種。

對(duì)于間歇式爐來(lái)說(shuō)，由于熱壓封接過(guò)程中，在升降溫的較高溫度范圍內(nèi)需要壓頭持續(xù)為鈉極密封環(huán)或者硫極密封環(huán)與陶瓷絕緣環(huán)的封接提供壓力，生產(chǎn)效率較低，不利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

對(duì)于連續(xù)式壓力爐而言，由于設(shè)備較為復(fù)雜，需要多個(gè)真空室、多個(gè)壓頭，國(guó)內(nèi)尚無(wú)滿足該條件的連續(xù)設(shè)備。

在公開(kāi)號(hào)為CN 1034453A的專(zhuān)利申請(qǐng)中采用旋轉(zhuǎn)卡扣式工裝進(jìn)行陶瓷和金屬的封接，但該結(jié)構(gòu)只適合小尺寸零件的密封，而且該卡扣式結(jié)構(gòu)工裝，在封接結(jié)束后脫模過(guò)程中需再次向完成封接的封接件施加大于封接壓力的作用力，操作不當(dāng)極易對(duì)損傷乃至壓壞封接件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝，可大大降低設(shè)備的要求，有效提高鈉硫電池中陶瓷金屬封接的效率，為鈉硫電池陶瓷金屬封接奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

實(shí)現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是：一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝，包括下列步驟：

下部限位裝置組裝步驟：將硫極封接墊塊，硫極密封環(huán)、硫極封接中間環(huán)、通過(guò)玻璃封接而封接為一體的固體電解質(zhì)陶瓷管和陶瓷絕緣環(huán)、鈉極封接中間環(huán)，鈉極密封環(huán)，以及鈉極封接壓塊按照從下至上的順序同心放入下部套筒，并在所述鈉極密封環(huán)的徑向內(nèi)側(cè)安裝鈉極封接內(nèi)定位塊；完成由硫極密封環(huán)、固體電解質(zhì)陶瓷管、陶瓷絕緣環(huán)和鈉極密封環(huán)組成的鈉硫電池組件與下部限位裝置之間的組裝，所述下部限位裝置包括下部套筒、硫極封接墊塊、鈉極封接壓塊和鈉極封接內(nèi)定位塊，所述硫極封接中間環(huán)和所述鈉極封接中間環(huán)為焊料；

碟簧封壓裝置安裝步驟：將碟簧封壓裝置同心置于所述鈉極密封環(huán)的上方，所述碟簧封壓裝置中的碟簧支撐環(huán)與所述鈉極封接壓塊的頂面之間通過(guò)封接高度補(bǔ)償環(huán)連接；

高溫碟簧調(diào)整步驟：將所述碟簧封壓裝置中碟簧壓至指定位置，提供所述陶瓷絕緣環(huán)與所述硫極密封環(huán)以及所述鈉極密封環(huán)之間進(jìn)行壓裝所需的初始?jí)毫Γ?/p>

工裝固定步驟：將所述碟簧封壓裝置中的碟簧外罩的底部與所述下部套筒的頂部固定；

封接步驟：在570～590℃，真空條件下對(duì)所述陶瓷絕緣環(huán)與所述硫極密封環(huán)以及所述鈉極密封環(huán)進(jìn)行封接；

脫模步驟：壓裝完成后，將碟簧封壓裝置與下部限位裝置分離，將鈉硫電池組件從所述下部限位裝置取出。

進(jìn)一步的，所述下部限位裝置組裝步驟中在所述硫極封接墊塊的頂面與所述硫極密封環(huán)的底面之間，所述鈉極封接壓塊的底面與所述鈉極密封環(huán)的頂面之間安裝防粘墊片。

進(jìn)一步的，工裝固定步驟中，所述碟簧封壓裝置中的碟簧外罩的底部與所述下部套筒的頂部通過(guò)兩片相向設(shè)置的半圓形的卡箍固定，兩片所述卡箍通過(guò)兩組成對(duì)設(shè)置的卡箍連接銷(xiāo)定和卡箍鎖死螺栓固定。

再進(jìn)一步的，所述脫模步驟中，所述卡箍通過(guò)位于所述卡箍上的脫模助力螺栓與所述碟簧外罩的底部以及所述下部套筒的頂部分離。

進(jìn)一步的，所述封接步驟在真空爐內(nèi)進(jìn)行。

再進(jìn)一步的，所述封接步驟包括：先將所述真空爐的真空度抽至2×10^-2Pa以下，再對(duì)所述真空爐進(jìn)行升溫，最高溫度時(shí)真空箱內(nèi)真空度不得高于5×10^-3Pa，升溫速率不得高于2℃/min，待所述真空爐內(nèi)的溫度升至570～590℃對(duì)所述真空爐進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為120～200min，并在保溫過(guò)程中對(duì)所述陶瓷絕緣環(huán)和所述硫極密封環(huán)，所述陶瓷絕緣環(huán)和所述鈉極密封環(huán)進(jìn)行熱壓，保溫完成后對(duì)所述真空爐進(jìn)行降溫，降溫速率不得高于5℃/min，所述封接步驟中高溫碟簧施加的壓力為1.0～2.0噸。

更進(jìn)一步的，在所述真空爐內(nèi)的溫度降至200℃及以下時(shí)，對(duì)所述真空爐泄真空。

更進(jìn)一步的，所述真空爐為連續(xù)式真空釬焊爐。

采用了本發(fā)明的一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝的技術(shù)方案，包括下列步驟：下部限位裝置組裝步驟：將硫極封接墊塊，硫極密封環(huán)、硫極封接中間環(huán)、通過(guò)玻璃封接而封接為一體的固體電解質(zhì)陶瓷管和陶瓷絕緣環(huán)、鈉極封接中間環(huán)，鈉極密封環(huán)，以及鈉極封接壓塊按照從下至上的順序同心放入下部套筒，并在所述鈉極密封環(huán)的徑向內(nèi)側(cè)安裝鈉極封接內(nèi)定位塊；完成由硫極密封環(huán)、固體電解質(zhì)陶瓷管、陶瓷絕緣環(huán)和鈉極密封環(huán)組成的鈉硫電池組件與下部限位裝置之間的組裝，所述下部限位裝置包括下部套筒、硫極封接墊塊、鈉極封接壓塊和鈉極封接內(nèi)定位塊，所述硫極封接中間環(huán)和所述鈉極封接中間環(huán)為焊料；碟簧封壓裝置安裝步驟：將碟簧封壓裝置同心置于所述鈉極密封環(huán)的上方，所述碟簧封壓裝置中的碟簧支撐環(huán)與所述鈉極封接壓塊的頂面之間通過(guò)封接高度補(bǔ)償環(huán)連接；高溫碟簧步驟：將所述碟簧封壓裝置中的碟簧壓至指定位置，提供所述陶瓷絕緣環(huán)與所述硫極密封環(huán)以及所述鈉極密封環(huán)之間進(jìn)行壓裝所需的初始?jí)毫Γ还ぱb固定步驟：將所述碟簧封壓裝置中的碟簧外罩的底部與所述下部套筒的頂部固定；封接步驟：在570～590℃，真空條件下對(duì)所述陶瓷絕緣環(huán)與所述硫極密封環(huán)以及所述鈉極密封環(huán)進(jìn)行封接；脫模步驟：壓裝完成后，將碟簧封壓裝置與下部限位裝置分離，將鈉硫電池組件從所述下部限位裝置取出。其技術(shù)效果是：可大大降低設(shè)備的要求，有效提高鈉硫電池陶瓷金屬封接的效率，實(shí)現(xiàn)了鈉硫電池組件中硫極密封環(huán)、鈉極密封環(huán)與陶瓷絕緣環(huán)的一次封接成型。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝所采用的封接工裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝所采用的封接工裝碟簧封壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明的發(fā)明人為了能更好地對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行理解，下面通過(guò)具體地實(shí)施例，并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明：

本發(fā)明的一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝，所采用的工裝包括碟簧封壓裝置1、下部限位裝置2和抱箍3。

碟簧封壓裝置1包括碟簧支撐環(huán)11，碟簧內(nèi)導(dǎo)向桿12、高溫碟簧13、碟簧外罩14和導(dǎo)向緊固螺釘15。

其中碟簧內(nèi)導(dǎo)向桿12豎直設(shè)置。高溫碟簧13套接在碟簧內(nèi)導(dǎo)向桿12的徑向外側(cè)。高溫碟簧13的底面通過(guò)碟簧支撐環(huán)11支撐，碟簧支撐環(huán)11的內(nèi)圓周與碟簧內(nèi)導(dǎo)向桿12底部的外圓周卡接。碟簧外罩14分為位于高溫碟簧13和碟簧支撐環(huán)11的徑向外側(cè)的罩身141，以及將罩身141頂部封閉的罩頂142。罩頂142由高溫碟簧13的頂面支撐，罩頂142的中心通過(guò)導(dǎo)向緊固螺釘15與碟簧內(nèi)導(dǎo)向桿12頂面的中心固定，從而將碟簧外罩14固定。

下部限位裝置2包括下部套筒21，硫極封接墊塊22，硫極防粘墊片23，鈉極防粘墊片24，鈉極封接壓塊25，鈉極封接內(nèi)定位塊26和封接高度補(bǔ)償環(huán)27。

下部套筒21頂部的內(nèi)圓周與碟簧外罩14的罩身141的底部的外圓周卡接，下部套筒21底部的內(nèi)圓周設(shè)有一個(gè)硫極支撐部211，用于支撐硫極封接墊塊22，硫極封接墊塊22的底部與下部套筒21的硫極支撐部211卡接。硫極封接墊塊22的內(nèi)圓周的直徑大于鈉硫電池組件的固體電解質(zhì)陶瓷管41的外徑，硫極封接墊塊22的頂面用于對(duì)鈉硫電池組件的硫極密封環(huán)42進(jìn)行限位，因此，硫極封接墊塊22頂面的內(nèi)圓周設(shè)有向上凸起的硫極限位部221。硫極封接墊塊22頂面的外圓周用于支撐鈉硫電池組件硫極密封環(huán)42，因此是水平的。為了防止硫極封接墊塊22的頂面和鈉硫電池組件的硫極密封環(huán)42粘連，硫極封接墊塊22的頂面上設(shè)有圍繞硫極限位部221外圓周設(shè)置的硫極防粘墊片23。

鈉極封接壓塊25置于鈉硫電池組件的鈉極密封環(huán)44的水平部441的頂面上，位于碟簧支撐環(huán)11的正下方，為了防止鈉極封接壓塊25和鈉極密封環(huán)44的水平部442的頂面粘連，在鈉極封接壓塊25的底面和鈉極密封環(huán)44的水平部442的頂面之間設(shè)置鈉極防粘墊片24。

鈉極封接內(nèi)定位塊26位于鈉極封接壓塊25的徑向內(nèi)側(cè)，鈉極封接內(nèi)定位塊26分為豎直定位部261和水平定位部262，鈉極封接內(nèi)定位塊26的豎直定位部261的外圓周緊貼鈉極密封環(huán)44的豎直部441的內(nèi)圓周面和鈉硫電池組件的陶瓷絕緣環(huán)43的內(nèi)圓周面，鈉極封接內(nèi)定位塊26的水平定位部262的底面緊貼鈉極密封環(huán)44的豎直部441的頂面，從而完成鈉硫電池組件的鈉極密封環(huán)44的定位。

鈉極封接壓塊25的頂面與碟簧支撐環(huán)11的底面之間通過(guò)封接高度補(bǔ)償環(huán)27連接。

抱箍3包括兩片相向設(shè)置的半圓形的卡箍31。其中兩片半圓形的卡箍3的內(nèi)圈緊貼下部套筒21頂部的外圓周和碟簧外罩14的罩身141的外圓周，兩片所述卡箍31通過(guò)兩組成對(duì)設(shè)置的卡箍連接銷(xiāo)定32和卡箍鎖死螺栓33固定。兩片卡箍31上各設(shè)有一個(gè)脫模助力螺栓34。

本發(fā)明的一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝，包括下列步驟：

下部限位裝置組裝步驟：將硫極封接墊塊22，硫極防粘墊片23，鈉硫電池組件的硫極密封環(huán)42、硫極封接中間環(huán)45，通過(guò)玻璃封接而封接為一體的鈉硫電池組件的固體電解質(zhì)陶瓷管41和陶瓷絕緣環(huán)43、鈉極封接中間環(huán)46、鈉硫電池組件的鈉極密封環(huán)44、鈉極放粘墊片24、鈉極封接壓塊25和鈉極封接內(nèi)定位塊26和封接高度補(bǔ)償環(huán)27置于下部套筒21內(nèi)，完成由固體電解質(zhì)陶瓷管41、陶瓷絕緣環(huán)43、硫極密封環(huán)42和鈉極密封環(huán)44組成的鈉硫電池組件與下部限位裝置2組裝。而硫極封接中間環(huán)45和鈉極封接中間環(huán)46起到焊料的作用。

碟簧封壓裝置安裝步驟：再將碟簧封壓裝置1放至于封接高度補(bǔ)償環(huán)27上，使碟簧封壓裝置1與下部套筒21同心，同時(shí)碟簧封壓裝置1中的高溫碟簧13處于壓縮狀態(tài)。

高溫碟簧調(diào)整步驟：在壓機(jī)的作用下將高溫碟簧13壓至設(shè)定位置，提供陶瓷絕緣環(huán)43與硫極密封環(huán)42以及鈉極密封環(huán)44之間進(jìn)行壓裝所需的初始?jí)毫Α?/p>

工裝固定步驟：最后用抱箍3將碟簧外罩14與下部套筒21鎖死，形成下部限位裝置2、碟簧封壓裝置1和鈉硫電池組件之間的固定。

封接步驟：將下部限位裝置2、碟簧封壓裝置1和鈉硫電池組件整體移至真空爐內(nèi)進(jìn)行金屬陶瓷的熱壓封接。熱壓封接的時(shí)間為15～30小時(shí)。

脫模步驟：將該下部限位裝置2、碟簧封壓裝置1和鈉硫電池組件整從真空爐內(nèi)取出，放至壓機(jī)下預(yù)先設(shè)定的位置，拆卸卡箍鎖死螺栓33和卡箍連接銷(xiāo)定32，并使用脫模助力螺栓34使抱箍3脫離，先移開(kāi)碟簧封壓裝置1，再取出封接為一體的鈉硫電池固體電解質(zhì)陶瓷管41、陶瓷絕緣環(huán)42、硫極密封環(huán)43和鈉極密封環(huán)44，即鈉硫電池組件。

本發(fā)明的一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝，可大大降低設(shè)備的要求，有效提高鈉硫電池中陶瓷金屬封接的效率，為鈉硫電池陶瓷金屬封接奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

本發(fā)明的一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝所采用的封接工裝，下部套筒21和碟簧外罩14由于長(zhǎng)期在高溫下受到較大壓力作用，需要高溫高強(qiáng)度材料，本實(shí)施例中下部套筒21和碟簧外罩14均采用經(jīng)過(guò)淬火處理的3Cr13合金作為基材。下部套筒21和碟簧外罩14均為子口結(jié)構(gòu)，為了防止高溫碟簧13因載荷過(guò)大而損壞，在下部套筒21的子口內(nèi)，即底部的內(nèi)圓周設(shè)硫極支撐部211，對(duì)鈉硫電池組件起到支撐限位的作用。

本實(shí)施例中高溫碟簧13采用耐高溫、高屈服強(qiáng)度的Ni90材料。

本實(shí)施例中卡箍31采用經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理的H13高溫鋼，由于卡箍31在熱壓過(guò)程中會(huì)長(zhǎng)時(shí)間受到高溫，高反彈力作用，因此，連接卡箍31的卡箍連接銷(xiāo)定32需要用硬質(zhì)合金材料；卡箍鎖死螺栓33和脫模助力螺栓34的螺牙均為粗螺牙結(jié)構(gòu)。

碟簧封壓裝置1中，碟簧內(nèi)導(dǎo)向桿12起到高溫碟簧13內(nèi)導(dǎo)向作用，碟簧支撐環(huán)11的外徑比碟簧外罩14的罩身141內(nèi)徑小0.10-0.15mm，使碟簧外罩14的罩身141起到外導(dǎo)向作用，保證高溫碟簧13在加壓過(guò)程中的受力均勻性，防止高溫碟簧13永久變形，也保障了鈉極密封環(huán)44、硫極密封環(huán)42與陶瓷絕緣環(huán)43封接后的平行度。

硫極封接墊塊22的硫極限位部221和鈉極封接壓塊25頂面外圓周?chē)@封接高度補(bǔ)償環(huán)外圓周設(shè)置的補(bǔ)償環(huán)限位部251均可保證所有零件在下部套筒21內(nèi)的同心度。

硫極防粘墊片23和鈉極防粘墊片24粘均為厚度0.05-0.15mm不銹鋼箔環(huán)，主要用于防止脫模時(shí)硫極密封環(huán)42以及鈉極密封環(huán)44與工裝的粘連。硫極封接環(huán)42和鈉極密封環(huán)44的材料為鋁錳合金。

位于硫極封接環(huán)42和陶瓷絕緣環(huán)43之間的硫極封接中間環(huán)45、位于鈉極封接環(huán)44和陶瓷絕緣環(huán)43之間的鈉極封接中間環(huán)46的材料均為鋁-鎂-硅合金或鋁-硅合金，其外徑為60～150mm。

陶瓷絕緣環(huán)43的材料為99α-Al₂O₃，固體電解質(zhì)陶瓷管41的材料為β"-Al₂O₃，陶瓷絕緣環(huán)43和固體電解質(zhì)陶瓷管41之間通過(guò)玻璃封接。由于玻璃的導(dǎo)熱性較差，在真空爐內(nèi)進(jìn)行熱壓封接時(shí)，真空爐的升溫速率不得高于2℃/min，降溫速率不得高于4℃/min。

本發(fā)明的一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝用于鈉硫電池的陶瓷絕緣環(huán)43與鈉極密封環(huán)44以及硫極密封環(huán)42進(jìn)行熱壓封裝時(shí)，先將真空爐的真空度抽至2.0×10^-2Pa，然后再開(kāi)啟加熱，熱壓高溫階段真空度不得高于5.0×10^-3Pa，真空爐的最高溫度為570～590℃，最高溫保溫時(shí)間120～200min，高溫碟簧的壓力1.0～2.0噸。

真空爐所用的加熱絲材料為Cr20Ni80合金，可滿足熱壓工藝過(guò)程中進(jìn)行高溫取件的要求。熱壓時(shí)，在降溫階段，當(dāng)真空爐的溫度在200℃及以下時(shí)，泄真空，連同對(duì)碟簧封壓裝置1、下部限位裝置2和鈉硫電池組件進(jìn)行整體高溫取件，轉(zhuǎn)移至保溫箱內(nèi)降溫，保溫箱的降溫速率不得高于5℃/min。

為了提高產(chǎn)量，可通過(guò)在真空爐內(nèi)增加封接工裝數(shù)量的方式或使用連續(xù)真空釬焊爐，即具有連續(xù)釬焊功能的真空爐，即連續(xù)式真空釬焊爐內(nèi)進(jìn)行釬焊的方式，上述發(fā)明可有利于鈉硫電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

本發(fā)明的一種用于鈉硫電池生產(chǎn)的金屬陶瓷封接工藝，采用抱箍3針對(duì)大尺寸的金屬陶瓷封接，而且在封接好后脫模也不需再次對(duì)鈉硫電池組件施加壓力，不會(huì)對(duì)鈉硫電池組件造成影響。

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。