ES2638788T3 - Conductor eléctrico y procedimiento para la producción de un conductor eléctrico - Google Patents
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Abstract
Conductor eléctrico (10, 21), en particular conductor de calentamiento, con una estructura de soporte y un material conductor con conductividad eléctrica, estando la estructura de soporte formada por un compuesto de fibras (11) de fibras de carbono (19) y componiéndose el material conductor de un material de carbono (16, 22) adherido al compuesto de fibras, caracterizado porque el compuesto de fibras (11) está configurado en forma de cuerda o a modo de cordón, componiéndose el material conductor de carbono (16, 22) separado de manera pirolítica sobre el compuesto de fibras (11), estando fijada una forma de la geometría de conductor (13) por el material de carbono (16, 22) adherido al compuesto de fibras.
Description
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DESCRIPCION
Conductor electrico y procedimiento para la produccion de un conductor electrico
La presente invencion se refiere a un conductor electrico, en particular conductor de calentamiento, con una estructura de soporte y un material conductor con conductividad electrica, estando la estructura de soporte formada por un compuesto de fibras, y componiendose el material conductor de un material de carbono adherido en el compuesto de fibras. La invencion se refiere ademas a un procedimiento para la produccion de un conductor electrico, en particular un conductor de calentamiento, con puesta a disposicion de una estructura de soporte de un compuesto de fibras en forma de cuerda, disposicion de la estructura de soporte correspondiente a una geometrla de conductor deseada y fijacion de la geometrla de conductor por medio de un material de carbono aplicado sobre el compuesto de fibras.
Desde hace mucho tiempo se sabe como producir conductores electricos de metal, en particular conductores de calentamiento, que, por ejemplo, dispuestos en forma de un enrollado exterior sirven para el calentamiento de superficies y cuerpos, como conductos. El uso de conductores metalicos o conductores de calentamiento en intervalos de altas temperaturas, es decir, por ejemplo, con temperaturas > 1000 °C, sin embargo, a menudo fracasa por la estabilidad termica insuficiente de conductores metalicos. Por ello se ha pasado a producir tales conductores tambien de un material de carbono a base de compuesto de fibras, que esta configurado como producto semiacabado planiforme o con forma de placa y del que entonces por procedimientos de mecanizacion mecanicos, como, por ejemplo, fresado, se pueda elaborar la disposicion de conductores deseada.
El procedimiento mencionado anteriormente, sin embargo, resulta ser muy laborioso, en particular, en el caso de la produccion de estructuras conductoras espaciales.
La presente invencion por lo tanto tiene el objetivo de proponer un conductor electrico o un procedimiento para la produccion de un conductor electrico, que haga posible de manera especialmente sencilla la generacion de estructuras conductoras incluso especialmente complejas o disposiciones conductoras.
Este objetivo se resuelve por un conductor electrico con las caracterlsticas de la reivindicacion 1 o un procedimiento para la produccion de un conductor de este tipo con las caracterlsticas de la reivindicacion 9.
De acuerdo con la invencion el conductor electrico presenta una estructura de soporte y un material conductor con conductividad electrica, estando la estructura de soporte formada por un compuesto de fibras, y componiendose el material conductor de un material de carbono adherido en el compuesto de fibras.
La estructura de acuerdo con la invencion del conductor electrico por lo tanto hace posible la produccion del conductor basado en un compuesto de fibras, que sirve como estructura de soporte, y con respecto a la geometrla de conductor deseada del conductor se conforma o se puede disponer de manera sencilla. Ya que el material conductor se compone de un material de carbono, no es necesario que el compuesto de fibras que sirve como estructura de soporte presente propiedades de conductividad electrica. Mas bien las propiedades conductoras electricas solo se pueden asumir por el material conductor, que esta adherido en el compuesto de fibras.
Por supuesto, tambien son posibles realizaciones del conductor electrico, en las que el compuesto de fibras de la estructura de soporte o las fibras que forman el compuesto de fibras sean conductivas electricas, como, por ejemplo, fibras de carbono.
El material conductor, sin embargo, no solo sirve para realizar la funcion de conduccion electrica, sino mas alla de esto tambien para la estabilizacion o fijacion del compuesto de fibras en la disposicion deseada, que fija la geometrla del conductor acabado.
Es especialmente ventajoso, cuando el material conductor se compone de carbono separado de manera pirolltica sobre el compuesto de fibras, ya que el sublimado separado de la fase gaseosa sobre el compuesto de fibras se encarga de un revestimiento uniforme del compuesto de fibras.
Cuando se debe generar una separacion sobre el compuesto de fibras, que presente un espesor de capa comparativamente fino, entonces resulta ventajoso, prever sobre el compuesto de fibras una separacion generada por la aplicacion de un procedimiento CVI (chemical vapour infiltration). Ademas de esto correspondientes conductores, que presentan una separacion producida por medio de un procedimiento CVI sobre el compuesto de fibras, presentan una penetracion aumentada del compuesto de fibras con el carbono separado de la fase gaseosa, de modo que tales conductores presentan una fuerza de flexion o solidez aumentada.
El conductor electrico de acuerdo con la invencion, sin embargo, tambien puede presentar un material conductor de material de carbono carbonizado, de modo que en caso de necesidad el conductor electrico de acuerdo con la invencion tambien se puede producir en un procedimiento de produccion alternativo. En este contexto es especialmente ventajoso, cuando el material conductor esta formado de carbono de vidrio, que de manera conocida en si se puede generar de manera especialmente sencilla por carbonizacion de una resina aplicada sobre el compuesto de fibras, en particular, resina fenolica.
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A pesar de que, como se ha mencionado al principio, el conductor de acuerdo con la invencion no necesariamente tiene que presentar un compuesto de fibras con propiedades conductoras como estructura de soporte, puede resultar ser ventajoso, por ejemplo, para ajustar una resistencia total electrica deseada del conductor, producir el compuesto de fibras de fibras con conductividad electrica, en particular, fibras de carbono.
En particular, en el caso de un conductor electrico, que en el compuesto de fibras esta provisto de una separacion de carbono provista mediante la separacion de fase gaseosa, puede resultar ventajoso cuando el revestimiento de carbono esta provisto de otro revestimiento de carburo de silicio, que, por ejemplo, se puede aplicar en un procedimiento de pirolisis, por ejemplo, CVD. Por el revestimiento de carburo de silicio adicional por un lado se ha creado una superficie especialmente espesa, dura, por otro lado, se ha realizado una protection frente a oxidation especial.
El procedimiento para la production de un conductor electrico, en particular un conductor de calentamiento, comprende las etapas de procedimiento de la puesta a disposition de una estructura de soporte de un compuesto de fibras en forma de cuerda, disposicion de la estructura de soporte correspondiente a la geometrla de conductor deseada y fijacion de forma de la geometrla de conductor por medio de un material de carbono aplicado sobre el compuesto de fibras.
Una posibilidad preferente de la aplicacion del material de carbono sobre la estructura de soporte consiste en separar el carbono de manera pirolltica sobre el compuesto de fibras.
Cuando la separacion del carbono sobre el compuesto de fibras tiene lugar por medio de un procedimiento CVD (chemical vapour deposition), se puede realizar una estructura de capas de un revestimiento exterior del compuesto de fibras de manera comparativamente mas rapida para lograr un espesor de capa deseado.
Cuando tiene lugar una separacion del carbono por medio de un procedimiento CVI (chemical vapour infiltration) sobre el compuesto de fibras, es posible lograr un grado especialmente alto de penetration del compuesto de fibras con carbono, de modo que tiene lugar una union resistente mecanica de las fibras individuales por el carbono y siendo por lo tanto la consecuencia un refuerzo en total especialmente efectivo del compuesto de fibras.
Tambien es posible llevar a cabo la separacion del carbono por una combination de un revestimiento, en particular mediante CVD, con una infiltration (CVI).
Otra posibilidad ventajosa de aplicar el material de carbono consiste en aplicar una sustancia que contenga carbono, en particular, organica sobre el compuesto de fibras y posteriormente carbonizar esta. Por ello, por ejemplo, es posible producir un conductor de calentamiento, que en el lado exterior presente un revestimiento de carbono de vidrio, en particular, cuando se usa una resina como sustancia que contiene carbono.
A continuation, con referencia al dibujo se explicaran distintas variantes para la realization del procedimiento, as! como distintas formas de realizacion de conductores de calentamiento.
Muestran:
la figura 1 la figura 2
la figura 3
la figura 4
la figura 5
un diagrama de flujo para la produccion de un conductor de calentamiento;
un compuesto de fibras en forma de cuerda para la produccion de una estructura de soporte para un conductor de calentamiento;
un conductor de calentamiento de acuerdo con una primera forma de realizacion en representation completa;
una representacion en corte transversal del conductor de calentamiento representado en la figura 3;
una representacion en corte transversal de un conductor de calentamiento alternativo.
El diagrama de flujo representado en la figura 1 para la produccion de un conductor de calentamiento 10 (figura 3) describe la produccion del conductor de calentamiento 10 basado en un compuesto de fibras 11 configurado en forma de cuerda, que esta representado en la figura 2 y esta dispuesto para la definition de una disposicion espacial o geometrla de conductor 13 sobre un cuerpo moldeado 12. El cuerpo moldeado 12, que en este caso esta configurado como cuerpo de grafito cillndrico, sirve en el presente caso para la definicion de la geometrla de conductor 13 en forma de espiral.
El compuesto de fibras 11 en forma de cuerda en el presente caso se compone de un tubo trenzado producido de fibras de carbono, cuya pared de tubo esta configurada a modo de cordon. Tales tubos trenzados se emplean de manera estandar como producto semiacabado en la tecnologla de fibras de carbono. De forma distinta al presente ejemplo de realizacion, sin embargo, tambien es igualmente posible usar un compuesto de fibras como base de partida para la produccion del conductor de calentamiento 10, que se compone de fibras no conductoras, por ejemplo, oxido de aluminio.
La geometrla de conductor 13 representada en la figura 2, configurada de manera correspondiente al perlmetro del cuerpo moldeado 12 se puede disponer de forma definida de manera sencilla, por ejemplo, por la fijacion de solo los
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extremos 14, 15 del compuesto de fibras 11 sobre el cuerpo moldeado 12. Para la fijacion de forma de la disposition de compuesto de fibras, es decir, de la geometrla de conductor 13, de manera correspondiente a la disposicion indicada por la disposicion sobre el cuerpo moldeado 12 entonces tiene lugar de acuerdo con una variante preferente del procedimiento una separation de carbono de una fase gaseosa sobre el compuesto de fibras 11 durante la disposicion del compuesto de fibras 11 sobre el cuerpo moldeado 12.
Preferentemente la separacion tiene lugar de una fase de metano en un vaclo bajo circunstancias, que hacen posible una as! llamada "infiltration de fase gaseosa qulmica" (chemical vapour infiltration, CVI), en cuyo transcurso el carbono de la fase gaseosa no solo se sublima en la superficie del compuesto de fibras, sino mas bien atraviesa el compuesto de fibras y se encarga de una union de fibras 19 unas con otras en el compuesto de fibras 11, como esta representado a modo de ejemplo en la figura 4. A consecuencia de la infiltracion del carbono en el compuesto de fibras por lo tanto una separacion de carbono 16 no solo esta configurada en un perlmetro exterior 17 del compuesto de fibras 11, sino tambien en superficies circundantes 18 de las fibras 19 individuales. Por ello se genera una formation de puente 20 entre las fibras 19 que refuerza extremadamente el compuesto de fibras 11.
Para la separacion de carbono 16 producida por medio del procedimiento CVI anteriormente mencionado se lograron en ensayos diferentes espesores de capa, entre otros un espesor de capa < 20 pm.
Dependiendo de la finalidad de uso deseada del conductor de calentamiento 10 segun la fijacion de forma mencionada previamente ya se puede alcanzar por medio del procedimiento CVI el producto final.
En particular, en el caso de que, por ejemplo, para mas aumento de la conductividad electrica del conductor se deba alcanzar un mayor grosor de capa de la capa pirolltica, dado el caso a continuation de una limpieza de fase gaseosa se puede aplicar sobre la primera separacion de carbono 16 una segunda separacion de carbono. A este respecto se puede emplear de forma preferente el procedimiento CVD, ya que ya se ha logrado la penetration del compuesto de fibras 11 con carbono por medio del procedimiento CVI, y de esta manera se puede lograr una estructura de capas acelerada en el caso de la generacion del segundo sublimado de carbono.
Independientemente de que solo se haya generado un sublimado de carbono por medio del procedimiento CVD o del procedimiento CVI en el compuesto de fibras 11, puede resultar ventajoso aplicar en un procedimiento de pirolisis posterior una capa de carburo de silicio protectora sobre el sublimado de carbono.
Como alternativa o de manera adicional tambien es posible, prever capas diferentes, por ejemplo, presentando TiC, TiN, AhO3, ZrO2 o combinaciones de estos. La aplicacion de estas capas puede tener lugar con los respectivos procedimientos adecuados, por ejemplo, PVD, sumergir en materiales de revestimiento con fluidez, llquidos o pastosos, proyeccion por plasma, etc.
En particular, entonces, cuando se fijan exigencias menos altas en cuanto a la rigidez del conductor de calentamiento, tambien es posible generar para la production de un conductor de calentamiento 21 representado en la figura 5 por fijacion de forma del compuesto de fibras 11 un sublimado de carbono 21 sobre el compuesto de fibras 11 mediante el procedimiento CVD (chemical vapour deposition), que, como en particular, muestra una comparacion de las figuras 4 y 5, esencialmente dispuesto en el perlmetro exterior 17 del compuesto de fibras 11 y no presenta la formacion de puente 20, como en el corte transversal del conductor de calentamiento 10 representado en la figura 4.
Para el sublimado de carbono 21 producido por medio del procedimiento CVD anteriormente mencionado en los ensayos resulto un grosor de capa entre 5 y 100 pm.
Independientemente de cual de los procedimientos mencionados anteriormente se elija para la separacion de fase gaseosa de carbono sobre el compuesto de fibras, o cuando es preferente la configuration de un material conductor con conductividad electrica que contiene hidrocarburo que fija la forma sobre el compuesto de fibras por carbonizacion, todas las variantes del procedimiento para la produccion de un conductor de calentamiento resistente a flexion basadas en un compuesto de fibras flexible y que se puede disponer en cualquier geometrla espacial llevan a un conductor de calentamiento resistente a flexion con un diametro de corte transversal reducido. Este conductor de calentamiento hasta ahora no ofrece posibilidades conocidas del diseno en el caso de miniaturization simultanea. Ademas de esto los conductores de calentamiento producidos de tal manera se pueden calentar en un intervalo de temperatura de hasta el intervalo de 3000° C. Ademas, no solo se debe pensar en un uso como conductor de calentamiento, sino tambien como uso en el area de la tecnologla de sensores, por ejemplo, como conductores de medicion, en el caso de altas temperaturas ambiente.
Claims (7)
- 51015202530REIVINDICACIONES1. Conductor electrico (10, 21), en particular conductor de calentamiento, con una estructura de soporte y un material conductor con conductividad electrica, estando la estructura de soporte formada por un compuesto de fibras (11) de fibras de carbono (19) y componiendose el material conductor de un material de carbono (16, 22) adherido al compuesto de fibras,caracterizado porqueel compuesto de fibras (11) esta configurado en forma de cuerda o a modo de cordon, componiendose el material conductor de carbono (16, 22) separado de manera pirolltica sobre el compuesto de fibras (11), estando fijada una forma de la geometrla de conductor (13) por el material de carbono (16, 22) adherido al compuesto de fibras.
- 2. Conductor electrico segun la reivindicacion 1,caracterizado porque el carbono esta configurado como un precipitado (16) generado por medio de un procedimiento CVI sobre el compuesto de fibras (11).
- 3. Conductor electrico segun la reivindicacion 2,caracterizado porque el carbono esta configurado como un precipitado (22) generado por medio de un procedimiento CVD sobre el compuesto de fibras (11).
- 4. Conductor electrico segun una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porque el material conductor esta provisto de un revestimiento de carburo de silicio.
- 5. Procedimiento para la produccion de un conductor electrico (10, 21), en particular un conductor de calentamiento, con las etapas de procedimiento:- puesta a disposicion de una estructura de soporte de un compuesto de fibras (11) en forma de cuerda, a modo de cordon, de fibras de carbono (19),- disposicion de la estructura de soporte de manera correspondiente a una geometrla de conductor (13) deseada y- fijacion de forma de la geometrla de conductor por medio de un material de carbono (16, 22) aplicado sobre el compuesto de fibras, precipitandose, para la aplicacion del material de carbono, carbono (16) de manera pirolltica sobre el compuesto de fibras (11).
- 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5,caracterizado porque el carbono (16) se precipita por medio de un procedimiento CVI sobre el compuesto de fibras (11).
- 7. Procedimiento segun la reivindicacion 6,caracterizado porque el carbono (22) se precipita por medio de un procedimiento CVD sobre el compuesto de fibras (11).
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