ES2240084T3 - Un material compuesto conductor electrico y un metodo de preparacion de un material compuesto conductor electrico. - Google Patents
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Abstract
Un material compuesto conductor eléctrico (1) que comprende un sustrato resistente a temperaturas altas (10) recubierto por una capa de carbono o por una capa de un compuesto que contiene carbono como elemento principal, en el que el material compuesto comprende una trenza (12) de varios filamentos y en el que la citada capa de carbono o de un compuesto que contiene carbono forma una envoltura tubular sobre cada filamento de la trenza, caracterizado porque el citado sustrato resistente a temperaturas altas es de cuarzo, basalto o asbesto.
Description
Un material compuesto conductor eléctrico y un
método de preparación de un material compuesto conductor
eléctrico.
La invención se refiere a un material compuesto
trenzado conductor eléctrico que comprende una sustancia resistente
a temperaturas altas recubierta por una capa de carbono y a un
método para producir el citado material compuesto.
Se conocen una diversidad de maneras de recubrir
una superficie de sustancias no metálicas (por ejemplo, vidrio,
materiales cerámicos, cuarzo, etc.) con una capa de carbono o con
una capa de un compuesto que contiene carbono como elemento
principal o como elemento mezclado del compuesto.
Se conoce una práctica de depositar un
recubrimiento de carbono descomponiendo térmicamente un material
orgánico para formar carbono como producto sólido de la
descomposición, en el que dicha descomposición se realiza usualmente
en los poros de un cuerpo poroso después de que el cuerpo haya sido
impregnado con un material orgánico adecuado (patente de los Estados
Unidos 2.556.616). Esta técnica es frecuentemente una técnica base
para conseguir resistencia del carbono del cuerpo sólido.
Alternativamente, el material descompuesto puede
ser un hidrocarburo gaseoso (patentes de los Estados Unidos
2.057.431 y 2.487.581) que, al menos en parte, constituye la
atmósfera que rodea a un cuerpo. En este caso el cuerpo sirve como
sustrato y el carbono se deposita en los poros o sobre la
superficie, dependiendo de la naturaleza del cuerpo usado como
sustrato. Cuando se emplea un sustrato de superficie lisa, este
procedimiento es la base de resistores recubiertos de carbono. Como
regla general, el carbono depositado después de su descomposición
térmica está en forma de partículas, tiene una adherencia
relativamente baja y, por lo tanto, debe ser protegido físicamente.
Además, el uso de una atmósfera de un hidrocarburo gaseoso requiere
un cuidado considerable y frecuentemente se considera poco práctico
como método de producción industrial.
La patente de los Estados Unidos 4.210.431
describe un método para preparar un recubrimiento vítreo de carbono
sobre sustancias muy refractarias (por ejemplo, vidrio o materiales
cerámicos). De acuerdo con este método, el recubrimiento de carbono
se forma poniendo en contacto el sustrato, cuando está caliente, con
un material orgánico (como parafina, ceras, olefinas, compuestos
aromáticos, glicol, alquitranes y asfalto) en forma líquida. Como
campo principal de aplicación, se menciona la producción de sistemas
de guía de ondas ópticas.
También se conoce producir películas finas de C60
sobre sustratos metálicos, en particular sobre sustratos de vidrio
recubierto de plata u oro. Las películas finas de C60 tienen un alto
grado de cristalinidad estructurada, cuando se usa evaporación en
vacío con una velocidad alta de deposición, mantenida a una
temperatura sustancialmente alta. Un método conocido de acuerdo con
la patente de los Estados Unidos 5.876.790 usa un sistema de
evaporación en vacío en el que un sustrato metálico se mantiene a
una temperatura alta durante la deposición de C60 sobre el sustrato.
Las películas finas de C60 se usan como capas activas en
dispositivos electrónicos como transistores, células fotovoltaicas,
células solares, circuitos integrados, sensores, dispositivos
emisores de luz, dispositivos para electrofotografía, discos de
grabación magnética y superconductores.
Un objeto de la invención es proporcionar un
nuevo material compuesto que emplea una capa de carbono o de un
compuesto de carbono de acuerdo con la reivindicación 1.
También un objeto adicional de la invención es
describir un método para la producción del nuevo material compuesto
de acuerdo con la reivindicación 7, que permite una mejora
sustancial de las características tecnológicas y económicas del
proceso de fabricación así como un incremento sustancial de la
calidad del producto final.
También un objeto de la invención es describir un
nuevo cable de alto voltaje de acuerdo con la reivindicación 4.
Cuando se usa en este documento, el término
carbono designa carbono y compuestos que contienen carbono como
elemento principal.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, se usan materiales compuestos conductores eléctricos para
formar un hilo de dos o más filamentos, en los que los citados
filamentos del hilo, fabricados de sustancias capaces de resistir
temperaturas altas, por ejemplo, temperaturas de 600ºC,
preferiblemente temperaturas de 1.000ºC, están recubiertos de una
capa fina de carbono. Como ejemplo de las citadas sustancias
resistentes a temperaturas altas que se usan para fabricar los
citados filamentos, se pueden mencionar materiales como cuarzo,
basalto o asbesto. Dos o más de los citados hilos pueden formar una
trenza. Cada capa de carbono tiene una apariencia especular y forma
una envoltura tubular sobre cada filamento. La trenza puede formar
un sistema helicoidal de tubos de carbono. Las capas de carbono
pueden tener la estructura de una caja tubular de moléculas de
carbono. Dichas estructuras también se describen como
"fulerenos" (Fulereno [en inglés, "fullerene"] =
tercera forma del carbono natural, después del diamante y grafito,
que tiene una estructura en forma de caja con sesenta o más
moléculas de carbono).
El material compuesto conductor eléctrico se
puede preparar pasando un sustrato, fabricado de sustancias capaces
de resistir temperaturas altas, a través de una zona de
calentamiento, en particular a través de una zona activa de un horno
a una temperatura adecuada de aproximadamente
800-1.200ºC, y depositando carbono sobre el citado
sustrato resistente a temperaturas altas en la zona activa del
citado horno. Antes del calentamiento, sobre el sustrato resistente
a temperaturas altas se carga una sustancia que contiene carbono,
como un compuesto orgánico de petróleo, extracto de turba o extracto
de petróleo. El sustrato resistente a temperaturas altas puede tener
la forma de cordón trenzado. Por tecnología textil también se
conocen estructuras adecuadas para el sustrato resistente a
temperaturas altas, que preferiblemente es un sustrato de cuarzo, y
materiales compuestos conductores eléctricos, esto es, cualquier
número adecuado de cordones entrelazados y/o trenzados unidos de
cualquier manera adecuada. La cantidad de carbono a depositar se
puede variar por la velocidad de paso del citado sustrato resistente
a temperaturas altas a través de la zona de calentamiento,
particularmente a través de la zona activa, por la citada carga de
compuesto orgánico, por la temperatura existente en la citada zona
activa o por la concentración del citado compuesto orgánico, con lo
que se pueden variar propiedades como la conductividad
eléctrica.
Es digno de mención que la existencia de la
citada zona activa en el horno es una característica importante de
la presente invención. Las características constructivas de la zona
activa determinan sustancialmente las condiciones termodinámicas e
hidrodinámicas en un proceso de evaporación, particularmente en un
proceso de descomposición del compuesto orgánico a carbono, así como
en un proceso de deposición de carbono sobre el citado sustrato
resistente a temperaturas altas.
Una aplicación o uso preferido de acuerdo con la
presente invención es aplicar los materiales compuestos conductores
eléctricos antes mencionados, por ejemplo, el material compuesto de
cuarzo-carbono, como elemento conductor eléctrico de
un cable de voltaje, lo más preferiblemente como elemento central de
un cable de resistencia de alto voltaje. Dicho cable de alto voltaje
es útil, por ejemplo, en el sistema de ignición de un motor de
combustión interna. El cable de alto voltaje puede resistir
temperaturas sustancialmente mayores que la barrera convencional del
umbral de temperatura de 100-200ºC. Aunque la citada
temperatura mayor es un criterio importante de calidad en dicho
cable de alto voltaje, también se incrementa la lisura de la
superficie de la capa conductora. Al contrario que cables de alto
voltaje convencionales, el material compuesto de
cuarzo-carbono de acuerdo con la invención tiene una
superficie idealmente lisa y especular de su capa conductora. En
ausencia de picos o puntos pronunciados sobre la superficie, no se
producen corrientes que podrían actuar perjudicialmente sobre el
recubrimiento del cable.
Finalmente pero no menos importante, el cable de
alto voltaje de acuerdo con la invención, más exactamente el
elemento conductor eléctrico de dicho cable, no experimenta
polimerización ni sinterización que afectarían perjudicialmente a
las propiedades conductoras del cable.
Describiendo un aspecto de la invención con más
detalle, el autor de la presente invención ha obtenido con éxito
materiales compuestos conductores eléctricos, en particular
materiales compuestos de cuarzo-carbono, en forma de
trenza. La trenza, que puede tener un diámetro de aproximadamente 1
mm, está compuesta de una pluralidad de hilos de cuarzo o sílice. La
trenza se recubre, mediante un proceso tecnológico descrito más
adelante, con una capa especular de carbono. Se debe indicar que el
carbono (debido al método tecnológico empleado), aunque se aplica
sobre la trenza en su totalidad, se deposita sobre cada filamento o
fibra de los hilos. Así, la estructura del carbono representa un
sistema helicoidal de tubos finos de carbono. Esto reduce
sustancialmente la emisión de ondas de radio que tengan frecuencias
de 30-1.000 MHz.
Se ha encontrado que la estructura de la capa de
carbono puede pertenecer a la familia de cajas de moléculas de
carbono conocidas como "fulerenos". Dichos conjuntos de
moléculas de carbono son capaces de formar fibras tubulares "con
forma de alambre". Dichas fibras son casi perfectas en su
estructura molecular y son más estables químicamente que otras
fibras actualmente conocidas, en particular no experimentan el
proceso de polimerización cuando conducen corriente eléctrica.
La investigación sobre fibras abatanadas
realizada en los últimos cinco años ha revelado enorme falta de
convencionalismo en las propiedades mecánicas, químicas, magnéticas
y eléctricas, incluido el hecho de la denominada superconductividad
a temperaturas altas. La red cristalina de las fibras abatanadas
puede ser de forma tubular-helicoidal, que no tiene
precedente en compuestos orgánicos.
A continuación se describe un posible método de
preparar materiales compuestos conductores eléctricos, por ejemplo,
el material compuesto de cuarzo-carbono. Se prepara
de manera convencional un cordón trenzado de filamentos resistentes
a temperaturas altas, en este ejemplo, de filamentos de cuarzo. El
número de filamentos y/o hilos que se usan para preparar el citado
cordón trenzado, así como las características textiles, se
determinan por las condiciones del proceso tecnológico y/o por los
requisitos impuestos al producto final. A continuación se pasa el
cordón a través de un baño de un compuesto orgánico y después a
través de un tubo colocado en un horno constituyendo una zona activa
del horno. El compuesto orgánico puede ser un petróleo, extracto de
petróleo, extracto de turba, por ejemplo, alquitrán de cera de
turba, o una solución de las citadas sustancias en un disolvente
apropiado, por ejemplo, xileno, xileno de petróleo o tolueno. El
compuesto orgánico o la solución del compuesto orgánico en el
disolvente se pone en contacto con el material resistente a
temperaturas altas, por ejemplo, con el sustrato de cuarzo, y se
descompone a carbono a una temperatura adecuada de aproximadamente
800-1.200ºC. El carbono se deposita sobre la
superficie de los citados filamentos resistentes a temperaturas
altas, que pueden ser el sustrato de cuarzo, en donde cristaliza en
forma de capa.
La cantidad de carbono a depositar se puede
variar eligiendo la velocidad de paso del sustrato de cuarzo,
eligiendo la concentración del citado compuesto o variando la
temperatura en la zona de calentamiento, en particular en la zona
activa del horno. Con este método es posible variar, dentro de un
amplio intervalo, la propiedad física de conductividad eléctrica del
material compuesto de cuarzo-carbono. El inventor ha
encontrado que el material compuesto de
cuarzo-carbono de acuerdo con la presente invención
es particularmente útil para diseñar un cable.
Ha habido una necesidad duradera de proporcionar
cables de alto voltaje en sistemas de ignición de motores de
combustión interna. La resistencia a temperaturas altas de dichos
cables, así como un nivel bajo de emisión de radiofrecuencias, son
los criterios más importantes de calidad en dichos cables.
La barrera del umbral de temperatura de un cable
depende principalmente de las propiedades de la capa conductora. El
material compuesto de cuarzo-carbono de acuerdo con
la invención resiste una temperatura de hasta 800ºC y más. Las capas
conductoras convencionales de cables de alto voltaje se fabrican
creando hilos de grafito sobre polivinilo o vidrio. Cada uno de los
materiales compuestos no puede resistir más de 200ºC. Por el
contrario, las muestras de acuerdo con la invención que usan
polímeros convencionales y el material compuesto conductor eléctrico
de acuerdo con la invención resisten considerablemente más de 200ºC.
Usando los polímeros más recientes, un cable de acuerdo con una
realización preferida de la invención resiste temperaturas de 500 a
600ºC.
Un segundo criterio de calidad de cables de alto
voltaje es la lisura de la superficie de la capa conductora
depositada sobre el sustrato. Los cables convencionales se preparan
aplicando una dispersión (o una mezcla que contiene grafito) sobre
un soporte, seguido de polimerización de la mezcla. La mezcla
conductora es embebida por el soporte. Este método produce picos o
puntos pronunciados sobre la superficie de la capa conductora, lo
cual produce, a su vez, corrientes de Foucault que actúan
perjudicialmente sobre la capa de recubrimiento del cable. Por el
contrario, el material compuesto de cuarzo-carbono
de acuerdo con la invención tiene un superficie idealmente lisa y
especular de su capa conductora.
Un tercer criterio de calidad de un cable es la
duración de su aptitud activa de trabajo. Los cables de alto voltaje
de construcciones conocidas, cuando conducen corriente, experimentan
una polimerización que "sinteriza" su estructura en un grado
tal que se modifica o incluso desaparece completamente la propiedad
de conductividad eléctrica. Los cables convencionales de este tipo
pueden funcionar durante no más de un año. El material compuesto de
cuarzo-carbono de acuerdo con la invención no
experimenta polimerización bajo las condiciones de una aplicación de
alto voltaje.
Un cuarto criterio de calidad de un cable es el
nivel bajo de emisiones de ruido de radiofrecuencias
(30-1.000 MHz). Con respecto al hecho de que medios
modernos de transporte, especialmente autos modernos, contienen un
conjunto de sistemas o dispositivos electrónicos que pueden ser muy
sensibles a interferencias electromagnéticas o de radiofrecuencias,
es muy importante suprimir las citadas interferencias. El cable de
alto voltaje que usa el material compuesto conductor, por ejemplo,
el material compuesto de cuarzo-carbono de acuerdo
con esta invención, es capaz sustancialmente de suprimir las
interferencias electromagnéticas y/o de radiofrecuencias.
Se han realizado investigaciones sobre cables de
alto voltaje de acuerdo con la invención en combinación con un
sistema de ignición de motores de combustión interna. Se ha
comprobado una disminución sustancial de interferencias
electromagnéticas y de radiofrecuencias así como un incremento
sustancial de la temperatura del umbral de temperatura. Además, se
espera una disminución de por lo menos 5 a 10% en el consumo de
combustible, lo cual mejora factores relacionados con el medio
ambiente en aplicaciones de transporte de motores de combustión
interna.
Se puede describir mejor la invención con los
ejemplos de las figuras 1 a 4, en las que:
la figura 1 muestra una representación a escala
ampliada de un cordón trenzado que constituye un material compuesto
conductor eléctrico de acuerdo con la invención, por ejemplo, un
material compuesto de cuarzo-carbono,
la figura 2 muestra una realización preferida de
un cable de alto voltaje de acuerdo con la invención que usa, como
elemento conductor eléctrico, el cordón trenzado de la figura 1,
la figura 3 representa un esquema conceptual de
un método de fabricar un material compuesto de
cuarzo-carbono de acuerdo con la invención, y
la figura 4 muestra una instalación de
laboratorio para preparar un material compuesto conductor eléctrico,
por ejemplo, un material compuesto de cuarzo-carbono
de acuerdo con la invención.
Los números de referencia que aparecen en los
dibujos se refieren a la lista de números de referencia.
La figura 1 muestra una representación a escala
ampliada de un cordón trenzado 12 que constituye un material
compuesto conductor eléctrico, por ejemplo, un material compuesto de
cuarzo-carbono/compuesto de carbono 1, que consiste
en un trenza de hilos 10 formados por haces de filamentos 11, por
ejemplo, filamentos compuestos de cuarzo-carbono o
de cuarzo-compuesto de carbono.
De acuerdo con la presente invención, un material
compuesto conductor eléctrico 12, por ejemplo, un material compuesto
de cuarzo-carbono, está formado por hilos de cuarzo
10 de varios filamentos, en los que los filamentos de cuarzo 11 de
los hilos 10 están recubiertos por una capa fina de carbono o de un
compuesto de carbono. Una pluralidad de los hilos de cuarzo 10 de
varios filamentos forma una trenza 12 que tiene un diámetro de
aproximadamente 1 mm. Cada capa fina de carbono tiene apariencia
especular y forma un "tubo" sobre cada filamento de cuarzo 11.
Así, la parte eficaz de la trenza de cuarzo-carbono
12 forma un sistema helicoidal de "tubos" finos de carbono en
los que cada "tubo" de carbono puede tener la estructura de un
caja tubular de moléculas de carbono, como los
"fulerenos".
Al contrario que las capas de carbono de la
técnica anterior, los filamentos de cuarzo 11 tienen un adherencia
considerablemente mejor que recubrimientos de carbono sobre
sustratos usados convencionalmente (por ejemplo, sustratos de vidrio
o materiales cerámicos o de vidrio o polímero recubierto de metal).
Aditivos adecuados al compuesto de carbono pueden soportar esta
calidad adhesiva. No obstante, el nuevo material compuesto se
fabrica de una manera más simple y menos costosa que los materiales
compuestos anteriores.
La aplicación o uso preferido de acuerdo con la
presente invención es aplicar el material compuesto antes
mencionado, por ejemplo, el material compuesto de
cuarzo-carbono, como elemento conductor eléctrico
12 de un cable de voltaje, en particular, un cable de alto voltaje,
como el mostrado en la figura 2. Dicho cable de alto voltaje
11-15 es útil, por ejemplo, en el sistema de
ignición de un motor de combustión interna. El cable de alto voltaje
11-15 puede resistir temperaturas sustancialmente
mayores que la barrera convencional del umbral de temperatura de
100-200ºC. Aunque la citada barrera del umbral de
temperatura es uno de los criterios más importantes de calidad en un
cable de alto voltaje, también se incrementa la lisura de la
superficie de la capa conductora. Al contrario que cables de alto
voltaje convencionales, el material compuesto de
cuarzo-carbono de acuerdo con la invención tiene
una superficie idealmente lisa y especular de su capa conductora. En
ausencia de picos o puntos pronunciados sobre la superficie, no se
producen corrientes que podrían actuar perjudicialmente sobre los
elementos de recubrimiento 13 a 15 del cable. Además, el cable de
alto voltaje que usa los materiales compuestos fabricados de acuerdo
con la presente invención es capaz sustancialmente de suprimir las
interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencias.
El elemento conductor 12 del cable de alto
voltaje de acuerdo con la figura 2 se prepara por un método que se
describirá más adelante en relación con las figuras 3 y 4.
Para usarlo como cable de alto voltaje, el
elemento conductor 12 se recubre con una funda o recubrimiento
protector 13 hecho preferiblemente de materiales como polímeros
capaces de resistir las altas temperaturas y tensiones mecánicas
debidas al curvado y estiramiento. Dichos polímeros son conocidos en
la técnica anterior. Con referencia a la figura 2, la funda 13 está
recubierta por una capa aislante, como una trenza 14 formada por
hilos de vidrio. La trenza 14 de hilos de vidrio sirve como elemento
aislante y de refuerzo del cable, que está protegido por una
envoltura 15 de una manera conocida.
La figura 3 muestra un esquema conceptual del
método preferido de fabricación de un material compuesto conductor
eléctrico similar a un textil, por ejemplo, el material compuesto de
cuarzo-carbono/compuesto de carbono. Se pasa un
sustrato textil 1 de materiales resistentes a temperaturas altas
(por ejemplo, un cordón trenzado de cuarzo) desde una bobina de
alimentación 1 por medio de un mecanismo de estirado a través de un
baño 12 que contiene una solución de un compuesto orgánico que puede
ser, por ejemplo, un petróleo, en particular un petróleo bruto, un
extracto de petróleo o un extracto de turba, por ejemplo, un
alquitrán de cera de turba. Sinterizado o impregnado con la citada
solución, el textil, por ejemplo, el sustrato de cuarzo 1, se dirige
o pasa por una zona activa 4 de un horno 3 en la que es sometido a
la influencia de una fuente de calentamiento de energía, por
ejemplo, es sometido a una temperatura de 800 a 1.200ºC. De esta
manera, en la zona activa 4 del citado horno 3 se evapora total o
parcialmente el disolvente de la citada solución procedente del baño
2. Cuando el sustrato de cuarzo 1 pasa a través de la zona activa 4,
se produce una descomposición del citado compuesto orgánico y/
aditivos a carbono, seguida de una deposición del carbono o
compuesto de carbono sobre el citado textil, por ejemplo, sobre el
citado sustrato de cuarzo 1, de tal manera que se forma un material
compuesto conductor eléctrico similar a un textil, por ejemplo, un
material compuesto de cuarzo-carbono/compuesto de
carbono 5 o elemento conductor 12. La zona activa 4 del horno 3, que
será descrita detalladamente en relación con la figura 4, está
diseñada para conseguir un recubrimiento de alta calidad de carbono
sobre un sustrato de cuarzo (por ejemplo, un cordón de cuarzo 1). El
recubrimiento o capa de carbono puede comprender materiales aditivos
que también pueden ser descompuestos y depositados de la solución
del compuesto orgánico del citado baño 2.
La figura 4 muestra un ejemplo de instalación de
laboratorio para preparar el material compuesto, por ejemplo, para
preparar el material compuesto de cuarzo-carbono 12
de acuerdo con la invención. Un sustrato de cuarzo 1 pasa, desde la
bobina de alimentación 1a, a través de una retorta 2a que contiene
un petróleo o una solución de un compuesto orgánico, que
preferiblemente es un petróleo, extracto de petróleo o extracto de
turba, por ejemplo, un alquitrán de cera de turba, en xileno o
tolueno. A continuación el sustrato de cuarzo 1 pasa directamente o
después de modificar su dirección de paso, que se puede conseguir en
el rodillo intermedio mediante un tubo metálico 4b colocado en
posición vertical o inclinada en un tubo de cuarzo 4a, tubos que
están colocados en un horno eléctrico 3a. El citado tubo metálico 4b
y el citado tubo de cuarzo 4a constituyen la zona activa 4 del horno
en la que tienen lugar los procesos de descomposición del citado
compuesto orgánico a carbono, su posterior deposición sobre el
sustrato de cuarzo 1 y la formación del citado material compuesto de
cuarzo-carbono 12. Un termopar 9 sirve para
controlar la temperatura en el interior del horno 3a o en el
interior de la zona activa constituida por el tubo metálico y el
tubo de cuarzo del citado horno, 4b y 4a respectivamente. Al salir
de la citada zona activa, se mide la resistencia eléctrica del
material compuesto de cuarzo-carbono 12 por medio de
un medidor de carbono 7 instalado antes (o después) de rodillos 8
que pueden servir como mecanismo de estirado o arrastre. El material
compuesto de cuarzo-carbono 12 puede finalmente ser
bobinado para formar una bobina 5a de producto final.
También es digno de mención que la citada zona
activa del horno desempeña un papel importante en la realización de
la invención. La realización de la construcción de la citada zona
activa del horno, en particular el tamaño y la proporción del citado
tubo metálico 4b y el citado tubo de cuarzo 4a, así como su
inclinación, determinan sustancialmente las características
termodinámicas e hidrodinámicas de los procesos que tienen lugar en
la zona activa.
- 1
- Sustrato de cuarzo (proporcionado por una máquina de trenzar)
- 1a
- Bobina de alimentación del sustrato de cuarzo 1
- 2
- Baño con una solución de un compuesto orgánico
- 2a
- Retorta con una solución de un extracto de turba en xileno
- 3
- Horno
- 3a
- Horno eléctrico (con un serpentín como elemento de calentamiento)
- 4
- Zona activa del horno 3
- 4a
- Tubo de cuarzo como parte de la zona activa 4
- 4b
- Tubo metálico como parte de la zona activa 4
- 5
- Material compuesto de cuarzo-carbono/compuesto de carbono
- 5a
- Bobina de producto final de material compuesto
- 6
- Rodillo que modifica la dirección de paso
- 7
- Medidor de carbono para medir la resistencia eléctrica del material compuesto 12
- 8
- Rodillos
- 9
- Termopar
- 10
- Trenza (haz de filamentos)
- 11
- Filamento
- 12
- Elemento conductor (hilo o cordón trenzado que tiene filamentos 11 o trenzas 10 recubiertas con una capa de carbono o de un compuesto de carbono
- 13
- Recubrimiento (funda) protector
- 14
- Trenza de hilos de vidrio (aislante y/o elemento de refuerzo)
- 15
- Envoltura
Claims (21)
1. Un material compuesto conductor eléctrico (1)
que comprende un sustrato resistente a temperaturas altas (10)
recubierto por una capa de carbono o por una capa de un compuesto
que contiene carbono como elemento principal, en el que el material
compuesto comprende una trenza (12) de varios filamentos y en el que
la citada capa de carbono o de un compuesto que contiene carbono
forma una envoltura tubular sobre cada filamento de la trenza,
caracterizado porque el citado sustrato resistente a
temperaturas altas es de cuarzo, basalto o asbesto.
2. El material compuesto conductor eléctrico de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que la citada trenza tiene un
diámetro entre 0,1 y 10 mm, preferiblemente entre 0,7 y 3 mm,
particularmente entre 1,2 y 1,5 mm.
3. El material compuesto conductor eléctrico de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la citada
trenza consta de 5 a 25 hilos, preferiblemente de 12 a 16 hilos,
teniendo cada hilo una densidad textil de 100 a 150 tex,
preferiblemente de 130 a 135 tex.
4. Un cable de alto voltaje
(11-15) que comprende, como elemento central
conductor eléctrico, el material compuesto conductor eléctrico de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1-3.
5. El cable de acuerdo con la reivindicación 14,
en el que el citado cable es capaz de suprimir sustancialmente
interferencias electromagnéticas y/o de radiofrecuencias.
6. El cable de acuerdo con la reivindicación 5,
en el que el citado cable es un cable de alto voltaje en un sistema
de ignición de un motor de combustión interna.
7. Un método de preparar un material compuesto
conductor eléctrico, que comprende las etapas de:
cargar un compuesto orgánico sobre la superficie
de un sustrato resistente a temperaturas altas, siendo el sustrato
un sustrato trenzado de varios filamentos, y
pasar a través de un horno el sustrato cargado,
con lo que se descompone el citado compuesto orgánico y
opcionalmente materiales aditivos, a temperaturas de aproximadamente
800-1.200ºC, formando sobre el citado sustrato una
capa de carbono o una capa de un compuesto que contiene carbono como
elemento principal, recubriéndose cada filamento del sustrato
trenzado con una capa tubular de carbono o del citado compuesto que
contiene car-
bono.
bono.
8. El método de acuerdo con la reivindicación 7,
en el que el compuesto orgánico es una solución de una materia
orgánica en un disolvente.
9. El método de acuerdo con la reivindicación 7,
en el que el compuesto orgánico es petróleo, preferiblemente un
petróleo crudo o un extracto de petróleo.
10. El método de acuerdo con la reivindicación 7
u 8, en el que el compuesto orgánico o materia orgánica comprende un
extracto de turba.
11. El método de acuerdo con la reivindicación
10, en el que el citado extracto de turba es un alquitrán de cera de
turba.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 10
u 11, en el que el extracto de turba es una solución en xileno,
xileno de petróleo o tolueno.
13. El método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 10 a 12, en el que el citado extracto de turba es
una solución de alquitrán de cera de turba en xileno de
petróleo.
14. El método de acuerdo con la reivindicación
13, en el que la concentración de alquitrán de cera de turba en
xileno de petróleo es variable, preferiblemente entre 3 y 12%
(peso/peso), particularmente entre 9,5 y 10,5% (peso/peso).
15. El método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 10 a 12, en el que el citado extracto de turba es
una solución en tolueno con una concentración que es variable y
preferiblemente no menor que 10% (peso/peso).
16. El método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 7 a 15, en el que la citada descomposición o
evaporación a carbono o al compuesto que contiene carbono se realiza
en una zona activa del citado horno constituida por un tubo metálico
de un diámetro predeterminado colocado coaxialmente en un tubo de
cuarzo que tiene un diámetro mayor que el del tubo metálico.
17. El método de acuerdo con la reivindicación
16, en el que el citado tubo metálico tiene un diámetro de
aproximadamente 2 mm.
18. El método de acuerdo con las reivindicaciones
16 ó 17, en el que la citada zona activa del citado horno está en
posición vertical o inclinada.
19. El método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 16 a 18, en el que la temperatura en el interior
del citado horno se mantiene entre 800 y 1.200ºC, preferiblemente
entre 1.000 y 1.200ºC, más particularmente entre 1.150 y
1.170ºC.
20. El método para fabricar de acuerdo con la
reivindicación 7 un cable de alto voltaje para un motor de
combustión interna, particularmente para fabricar un cable para un
sistema de ignición del citado motor de combustión interna,
comprendiendo el cordón:
- -
- un elemento central conductor eléctrico en forma de cordón (12),
- -
- en el que el citado cordón se ha trenzado a partir de un número predeterminado de hilos (10),
- -
- en el que cada hilo se ha entrelazado a partir de un número predeterminado de filamentos (11),
- -
- en el que cada uno de los citados filamentos es un material compuesto de cuarzo-carbono de modo que un sustrato de cuarzo se recubre por una capa de carbón o del citado compuesto que contiene carbono,
- -
- en el que el citado método comprende las etapas de:
- -
- fabricar un cordón de cuarzo entrelazando el citado número predeterminado de filamentos de cuarzo sin recubrir para formar hilos y trenzando el citado número predeterminado de hilos para formar el citado cordón,
- -
- proporcionar un baño de un compuesto orgánico, como petróleo o un alquitrán de cera de turba, disuelto en xileno de petróleo o en tolueno,
- -
- impregnar el citado cordón de cuarzo en el citado baño del citado compuesto orgánico,
- -
- pasar el citado cordón impregnado a través de un horno que tiene una zona activa constituida por un tubo metálico sustancialmente vertical que tiene un diámetro de aproximadamente 2 mm y situado coaxialmente en un tubo de cuarzo vertical o inclinado que tiene un diámetro mayor que el diámetro del citado tubo metálico,
- -
- con lo que se descompone el citado compuesto orgánico a carbono o al citado compuesto que contiene carbono a temperaturas de aproximadamente 1.100 a 1.200ºC en el citado horno, y
- -
- depositar el citado carbono o el citado compuesto que contiene carbono sobre el citado sustrato de cuarzo de una manera tal que cada filamento queda recubierto por una capa del citado carbono o del citado compuesto que contiene carbono.
21. Un método de acuerdo con la reivindicación 7
para fabricar un elemento central de un cable de alto voltaje,
particularmente de un cable de alto voltaje para sistemas de
ignición de automóviles, que comprende las etapas de:
- -
- impregnar un cordón trenzado de cuarzo, que tiene un diámetro de aproximadamente 1,25 mm, con un compuesto orgánico, que preferiblemente es petróleo o una solución de un alquitrán de cera de turba en xileno de petróleo o en tolueno, y
- -
- someter después el cordón trenzado de cuarzo impregnado a un tratamiento térmico en un horno a temperaturas entre 1.150 y 1.170ºC en el citado horno,
en el que el citado tratamiento
térmico se realiza en una zona activa del citado horno y en el que
se consiguen las condiciones termodinámicas e hidrodinámicas
necesarias para descomponer el citado compuesto orgánico a carbono o
al citado compuesto que contiene carbono y depositar el citado
carbono o el citado compuesto que contiene carbono sobre cada
filamento del citado cordón trenzado de cuarzo, estando constituida
la citada zona activa por un tubo metálico que tiene un diámetro
0,75 mm mayor que el diámetro del citado cordón trenzado de
cuarzo.
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