[发明专利]激光处理的导电衬底及其预先处理方法

说明书

技术领域

本文描述的主题一般涉及预先处理导电衬底以便在其上接合非金属材料的方法，并且更具体地说，涉及制造导体组件的方法以及制造导体组件的方法。

它同样涉及制备用于在其上接合非金属材料的导电衬底以及供固体绝缘部件使用的金属插入物、绝缘体-导体组件和气体绝缘的开关装置站。

除此之外，它涉及经处理导电衬底的用于在其上接合非金属材料的使用，并且具体地说，涉及其在电力系统中的使用，例如在电力传送系统（诸如例如发电机电路断路器或气体绝缘的开关装置站）中的使用。

背景技术

电气部件的操作寿命可能受电气系统操作期间出现的机械应变的影响。这种机械应变例如可能由电气操作期间产生的热应力引起。这些机械应变在电力系统（例如在配置成承载由高压产生的电流的电力传送系统）中可能特别高，所述电力传送系统诸如例如是发电机电路断路器或气体绝缘的开关装置站。

可能特别受机械应变影响的一个单元是导电衬底与机械接合到导电衬底的非金属材料之间的界面。其一个示例是绝缘体-导体组件中的接合界面。因此，绝缘体-导体接合界面能够抵抗高机械应变是符合需要的。这尤其适用于配置成承载高电流的组件。对机械应变的顺应性应该特别高的电气部件的一个示例是由金属插入物所形成的组件与浇铸环氧绝缘体的绝缘体-导体接合界面，其例如用于高压应用中的可靠电力传送。

鉴于此，导电衬底（诸如铝衬底）可能在其上接合非金属材料(例如环氧绝缘体)之前进行蚀刻或喷砂，以便改进接合界面中的粘附力。然而，此类方法一般带来一些缺点。例如，对于一些具体应用，蚀刻或喷砂可能未在接合界面中提供适当粘附力。进一步说，常规的预先处理方法可能需要使用毒性物质，诸如用于蚀刻的液体酸，其可能对健康或环境有害。除此之外，这些方法中的一些方法可能涉及附加制造步骤，尤其是清洁步骤，由此增加了制造成本。

因此，希望有用于制备用于在其上接合非金属材料的导电衬底的替换方法以及具有适当接合界面的、用于在其上接合非金属材料的衬底。

发明内容

本文描述的实施例包含一种预先处理导电衬底以便在其上接合非金属材料的方法。所述方法包含：(a)将衬底放置在激光源的激光范围中；以及b)用来自激光源的激光照射衬底的表面。由此，在衬底表面上形成微结构。微结构具有如下项中的至少一项：a)至少0.2μm^-1的I/Ra比率，I是表面指数，Ra是平均粗糙度；或b)至少0.03μm^-1的I/Rz比率，I是表面指数，Rz是平均峰到谷距离。

根据本公开，表面指数对应于表面的真实面积(即考虑了由表面上形成的微结构所增加的附加面积)与表面的平坦面积(即没有粗糙度的表面的虚面积)的比率。表面指数可使用具有预先确定的放大因子的白光干扰计进行测量，如在说明书中所进一步详述的。

根据本公开的预先处理通常用于制备用于在其上接合非金属材料的衬底表面。由此，便于导电衬底与非金属材料之间的适当接合。

在又一实施例中，提供了导电衬底。该导电衬底包含配置用于在其上接合非金属材料的衬底表面。而且，所述衬底表面包含通过用激光照射可获得的激光引发的微结构。微结构具有如下项中的至少一项：a)至少0.2μm^-1的I/Ra比率，I是表面指数，Ra是平均粗糙度；或b)至少0.03μm^-1的I/Rz比率，I是表面指数，Rz是平均峰到谷距离。

根据本文实施例的导电衬底其特征在于所形成的微结构的形态。本公开的发明人已经发现，根据本文实施例的激光引发的微结构示出了具体表面性质，这是通过其它预先处理方法所不能实现的。例如，根据本文实施例的激光引发的微结构通常其特征在于圆化特征。具体地说，本文实施例可示出与通过其它预先处理方法（诸如喷砂(也称为喷钢砂、喷沙、喷珠或介质喷射)）产生的微结构相比陡边的数量减少了。

而且，本公开的发明人已经惊讶地发现，根据本文实施例的包含具有激光引发的微结构的衬底表面的导电衬底通常不太容易遭受电老化效应。具体地说，如上所述，相比其它预先处理方法，看来本文的实施例产生了数量减少的陡边。看起来，衬底表面中的此类陡边可在衬底作为导体操作期间引发峰值电压。这些峰值电压可引起由导致电老化的电热效应引起的对导体的损坏。电老化可负面地影响导电衬底或与之关联的其它单元的操作寿命。因此，根据本文实施例制造的衬底便于电气设备的可靠操作。鉴于此，本文的实施例还考虑在高压设备中使用如上所述的导电衬底。