JPH09171716A - 耐熱電気絶縁材料および耐熱絶縁電線 - Google Patents

耐熱電気絶縁材料および耐熱絶縁電線

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JPH09171716A
JPH09171716A JP7331799A JP33179995A JPH09171716A JP H09171716 A JPH09171716 A JP H09171716A JP 7331799 A JP7331799 A JP 7331799A JP 33179995 A JP33179995 A JP 33179995A JP H09171716 A JPH09171716 A JP H09171716A
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JP
Japan
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heat
silicon oxynitride
inorganic fiber
resistant
tape
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Pending
Application number
JP7331799A
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English (en)
Inventor
Seiji Kamimura
誠二 神村
Kiyoshi Watanabe
清 渡辺
Hideki Yagyu
秀樹 柳生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1,000℃以上の高温雰囲気下においても
使用可能な耐熱電気絶縁材料および耐熱絶縁電線を提供
するものである。 【解決手段】 Si、N、OとTiおよびZrから選択
される金属元素からなる非晶質で形成された酸窒化けい
素無機繊維からなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱電気絶縁材料
および耐熱絶縁電線に係り、特に、1,000℃以上の
高温雰囲気下においても使用可能な耐熱電気絶縁材料お
よび耐熱絶縁電線に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまでの耐熱電気絶縁材料を用いた電
線としては、MIケーブル(無機絶縁ケーブル)のよう
に、導体を酸化マグネシウムなどの無機絶縁材料で被覆
し、さらに、この無機絶縁材料をステンレスなどの金属
シースで被覆したものが挙げられる。また、ガラス、ク
オーツ、アルミナなどのセラミックス繊維を耐熱電気絶
縁材料として用いた無機絶縁電線も存在する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、MIケ
ーブルの耐熱グレードは、長期間連続使用温度が250
℃程度であるため、1,000℃を越える高温雰囲気下
での使用は不可能であった。また、ガラス、クオーツ、
アルミナなどのセラミックス繊維は、1,000℃で1
時間の熱エージングによって、引張強度が著しく低下
し、絶縁体の形状を維持することができず、かつ、絶縁
機能が消失するという問題があった。
【0004】そこで、本発明は、上記課題を解決し、
1,000℃以上の高温雰囲気下においても使用可能な
耐熱電気絶縁材料および耐熱絶縁電線を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1の発明は、Si、N、OとTiおよびZrか
ら選択される金属元素からなる非晶質で形成された酸窒
化けい素無機繊維からなる耐熱電気絶縁材料である。
【0006】請求項2の発明は、上記酸窒化けい素無機
繊維は、大気中、1,000℃で1時間の熱エージング
を施した後の引張強度が、1.0GPa以上、かつ、体
積抵抗率が常温、湿度65%で、1×1013Ω・cm以
上である請求項1記載の耐熱電気絶縁材料である。
【0007】請求項3の発明は、Si、N、OとTiお
よびZrから選択される金属元素からなる非晶質で形成
された酸窒化けい素無機繊維で導体を被覆してなる耐熱
絶縁電線である。
【0008】請求項4の発明は、上記酸窒化けい素無機
繊維を製織してテープ状にし、該テープ状の酸窒化けい
素無機繊維を導体の外周に巻回して被覆した請求項3記
載の耐熱絶縁電線である。
【0009】請求項5の発明は、上記酸窒化けい素無機
繊維は、大気中、1,000℃で1時間の熱エージング
を施した後の引張強度が、1.0GPa以上、かつ、体
積抵抗率が常温、湿度65%で、1×1013Ω・cm以
上である請求項3記載の耐熱絶縁電線である。
【0010】以上の構成によれば、1,000℃以上の
高温雰囲気下での使用においても、高引張強度、高体積
抵抗率、および優れた耐酸化性・耐窒化性を有する耐熱
電気絶縁材料および耐熱絶縁電線を得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0012】本発明の耐熱絶縁材料である酸窒化けい素
無機繊維は、Si、N、OとTiおよびZrから選択さ
れる金属元素からなる非晶質で形成されている。
【0013】また、本発明の耐熱絶縁電線は、酸窒化け
い素無機繊維を製織して形成されるテープを導体に巻回
してなるものである。本発明の耐熱絶縁電線に用いられ
る導体としては、タングステン線、モリブデン線、白金
線などが挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。また、酸窒化けい素無機繊維は、単体で用いてもよ
く、耐熱性を生かして電気絶縁以外の用途に用いてもよ
いことは言うまでもない。
【0014】本発明の耐熱絶縁電線においては、被覆材
として酸窒化けい素無機繊維を製織してテープ状に形成
したものを用いているが、他のセラミックス材料と複合
させたものを使用してもよいことは勿論であり、例え
ば、マイカテープを組み合わせた酸窒化けい素マイカテ
ープや、酸窒化けい素無機繊維の上層または下層にセラ
ミックス層を形成したものなどが挙げられる。
【0015】次に、本発明の作用を説明する。
【0016】例えば、金属元素としてTiを含む化1に
示すポリチタノカルボシラン樹脂を溶融紡糸したポリチ
タノカルボシラン繊維に、熱処理あるいは電離放射線照
射によって不融化処理を施す。この不融化したポリチタ
ノカルボシラン繊維を、500℃以上のアンモニア雰囲
気中で窒化処理し、その後、1,200℃〜1,400
℃の不活性ガス雰囲気中で焼成処理することにより、酸
窒化けい素無機繊維を得ることができる。
【0017】
【化1】
【0018】化1中のR1 、R2 、R3 は、それぞれア
ルキル基を示しており、それぞれ同じもの、あるいは異
なるものであってもよい。また、アルキル基は、炭素数
が1〜4までのものが好ましく、例えば、メチル基であ
ってもよい。
【0019】また、このポリチタノカルボシランの他
に、金属元素としてZrを含むポリジルコノカルボシラ
ンを用いた場合においても同様に、酸窒化けい素無機繊
維を得ることができる。
【0020】これらの酸窒化けい素無機繊維をサイジン
グ処理した後、製織してテープを作製する。このテープ
状に作製した酸窒化けい素無機繊維を、導体の外周に巻
回すことにより耐熱絶縁電線を得ることができる。
【0021】
【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。
【0022】(実施例1)紡糸装置を用いて得られたポ
リチタノカルボシラン繊維を、空気中、200℃以下の
温度で加熱処理を施して不融化した。不融化されたポリ
チタノカルボシラン繊維をアンモニア雰囲気中で室温か
ら800℃まで300℃/hrの速度で昇温した後、1
時間保持する。その後連続して窒素ガス雰囲気に切替
え、800℃から1,200℃まで300℃/hrの速
度で昇温した後、1時間保持する。その後、室温まで徐
冷して直径8.5μmのSi−N−O−Ti系酸窒化け
い素無機繊維を得た。この酸窒化けい素無機繊維をポリ
ビニルアルコールでサイジング処理した後、縦方向20
本/インチ、横方向20本/インチの目付で平織りし、
厚さ0.25mmの平織りテープを作製した。また、こ
の平織りテープをタングステン導体(断面積5.5mm
2 )の外周に1/2ラップで巻回し、絶縁体厚さ1.2
mm、外径5mmφの耐熱絶縁電線を作製した。
【0023】(実施例2)紡糸装置を用いて得られたポ
リチタノカルボシラン繊維を、ヘリウムガス雰囲気中で
10MGyの電子線を照射して不融化した。不融化され
たポリチタノカルボシラン繊維をアンモニア雰囲気中で
室温から800℃まで300℃/hrの速度で昇温した
後、1時間保持する。その後連続して窒素ガス雰囲気に
切替え、800℃から1,200℃まで300℃/hr
の速度で昇温した後、1時間保持する。その後、室温ま
で徐冷して直径9.0μmのSi−N−O−Ti系酸窒
化けい素無機繊維を得た。また、この酸窒化けい素無機
繊維を、実施例1と同様にして厚さ0.26mmの平織
りテープを作製し、同じく実施例1と同様にして耐熱絶
縁電線を作製した。
【0024】(実施例3)紡糸装置を用いて得られたポ
リチタノカルボシラン繊維を、空気中、200℃以下の
温度で加熱処理を施して不融化した。不融化されたポリ
チタノカルボシラン繊維をアンモニア雰囲気中で室温か
ら800℃まで300℃/hrの速度で昇温した後、1
時間保持する。その後、窒素ガス雰囲気に切替え、80
0℃から1,200℃まで300℃/hrの速度で昇温
した後、1時間保持する。その後、室温まで徐冷して直
径8.5μmのSi−N−O−Ti系酸窒化けい素無機
繊維を得た。また、この酸窒化けい素無機繊維を、実施
例1と同様にして厚さ0.25mmの平織りテープを作
製し、同じく実施例1と同様にして耐熱絶縁電線を作製
した。
【0025】(比較例1)Cu導体(断面積5.5mm
2 )の外周に、1.4mmの厚さで酸化マグネシウム層
を形成し、その酸化マグネシウム層の上にステンレスシ
ースを被覆して、外径6mmφのMIケーブルを作製し
た。
【0026】(比較例2)直径9μmのSi−O系無機
繊維を用い、実施例1と同様にして厚さ0.26mmの
平織りテープを作製し、同じく実施例1と同様にして絶
縁電線を作製した。
【0027】(比較例3)直径10μmのAl−O系無
機繊維を用い、実施例1と同様にして厚さ0.28mm
の平織りテープを作製し、同じく実施例1と同様にして
絶縁電線を作製した。
【0028】実施例1〜3および比較例1〜3の無機繊
維および絶縁電線における、各種試験の試験・評価結果
を表1に示す。試験方法は、以下のような方法で行っ
た。
【0029】(1) 無機繊維の引張強度 JIS R7601に準じ、モノフィラメント法によ
り、常温下、チャック距離25mm、引張速度2mm/
minの条件で無機繊維の引張強度初期値を測定した。
尚、大気中、1,000℃で1時間の熱エージングを施
した後の無機繊維の引張強度値も同時に示す。
【0030】(2) 無機繊維(平織りテープ)の体積
抵抗率 平織りテープ形状に作製した無機繊維に、SUS電極を
用いて、1,000Vの直流電流を1分間印加して、無
機繊維の体積抵抗率初期値を測定した。尚、大気中、
1,000℃で1時間の熱エージングを施した後、常
温、湿度65%における平織りテープ形状にした無機繊
維の体積抵抗率値、および、窒素中、1,000℃で1
時間放置した後、常温、湿度65%における平織りテー
プ形状に作製した無機繊維の体積抵抗率値も同時に示
す。
【0031】(3) 無機繊維(平織りテープ)の耐熱
性 平織りテープ形状に作製した無機繊維を、窒素ガス雰囲
気中、1,000℃で1時間放置し、その後の無機繊維
の形状の変化を目視により観察して耐熱性を判断した。
形状に変化が認められないものは○、若干の変化が認め
られたものは△、無機繊維に亀裂発生などの変化が認め
られたものは×とした。
【0032】(4) 絶縁電線の可とう性 耐熱絶縁電線の外径の5倍の外径を有するマンドレルへ
の巻付性により判断した。
【0033】(5) 絶縁電線の体積抵抗率 絶縁体の外層に1,000℃の耐熱性を有するステンレ
ス電極を設け、ステンレス電極と導体との間に1,00
0Vの直流電圧を1分間印加して、耐熱絶縁電線の絶縁
体の体積抵抗率を測定した。尚、測定は、1,000℃
の窒素ガス雰囲気中に試料を置いて行った。
【0034】(6) 絶縁電線の形状健全性 絶縁電線を、窒素ガス雰囲気中、1,000℃で1時間
放置し、その後の絶縁体の形状の変化を目視により観察
して健全性を判断した。形状に変化が認められないもの
は○、若干の変化が認められたものは△、絶縁体に亀裂
発生などの変化が認められたものは×とした。
【0035】
【表1】
【0036】表1に示すように、実施例1〜3の酸窒化
けい素無機繊維を用いた本発明の耐熱電気絶縁材料は、
大気中、1,000℃で1時間の熱エージングを施した
後の引張強度が、1.0GPa以上、かつ、体積抵抗率
が常温、湿度65%で、1×1013Ω・cm以上の特性
値を示す。また、本発明の耐熱電気絶縁材料は、1,0
00℃の窒素ガス雰囲気下で使用しても体積抵抗率の低
下が小さく、1×1011Ω・cm以上の特性値を示すと
共に、耐熱電気絶縁材料の形状に何ら変化が認められな
かった。
【0037】また、本発明の耐熱電気絶縁材料を用いた
耐熱絶縁電線は、実用上、十分な可とう性を有し、1,
000℃の窒素ガス雰囲気下で使用しても体積抵抗率の
低下が小さく、1×1011Ω・cm以上の特性値を示す
と共に、絶縁体の形状に何ら変化が認められなかった。
【0038】これに対して、比較例1は、電線時の可と
う性が不十分であると共に、窒素ガス雰囲気下で使用し
た場合の体積抵抗率の低下が著しいため絶縁機能が不十
分であり、比較例2は、窒素ガス雰囲気下で使用した場
合、無機繊維および絶縁電線の絶縁体共に亀裂が発生
し、比較例3は、窒素ガス雰囲気下で使用した場合の体
積抵抗率の低下が著しいため絶縁機能が不十分である。
【0039】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、1,00
0℃以上の高温雰囲気下での使用においても、高引張強
度、高体積抵抗率、および優れた耐酸化性・耐窒化性を
有する耐熱電気絶縁材料および耐熱絶縁電線を得ること
ができるという優れた効果を発揮する。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si、N、OとTiおよびZrから選択
    される金属元素からなる非晶質で形成された酸窒化けい
    素無機繊維からなることを特徴とする耐熱電気絶縁材
    料。
  2. 【請求項2】 上記酸窒化けい素無機繊維は、大気中、
    1,000℃で1時間の熱エージングを施した後の引張
    強度が、1.0GPa以上、かつ、体積抵抗率が常温、
    湿度65%で、1×1013Ω・cm以上である請求項1
    記載の耐熱電気絶縁材料。
  3. 【請求項3】 Si、N、OとTiおよびZrから選択
    される金属元素からなる非晶質で形成された酸窒化けい
    素無機繊維で導体を被覆してなることを特徴とする耐熱
    絶縁電線。
  4. 【請求項4】 上記酸窒化けい素無機繊維を製織してテ
    ープ状にし、該テープ状の酸窒化けい素無機繊維を導体
    の外周に巻回して被覆した請求項3記載の耐熱絶縁電
    線。
  5. 【請求項5】 上記酸窒化けい素無機繊維は、大気中、
    1,000℃で1時間の熱エージングを施した後の引張
    強度が、1.0GPa以上、かつ、体積抵抗率が常温、
    湿度65%で、1×1013Ω・cm以上である請求項3
    記載の耐熱絶縁電線。
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