RU12744U1 - Нагревательный элемент - Google Patents

Description

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная людель относится к области электротехник/г и может быть использована при производстве толстопленочных резистентных элементов, работающих под большЪй токовой нагрузкой при температурах до 500°С.

Известен нагревательный элемент, который содержит стальную подложку, последовательно нанесенные на нее методом трафаретной печати два стеклосодержащих изолирующих слоя, резистор, выполненный из ленты нихрома, и защитный стеклоэмалевый слой (см. Заявку Японии № 62-59 21, -кл. Н 01 С 7/00, 1987 г.). Стекла, используемые для формирования изолирующего и защитного слоев, в данном содержат в своем составе оксиды щелочных металлов в количестве до 19 мас./ что обуславливает низкое качество электроизоляции при повышенных температурах поскольку ионы щелочных ;-..1еталлов слабо связаны в структурной сетке стекла.

Полезная модель направлена на повышение надежности толстопленочного резистивного элемента путем увеличения величины сопротивления изоляции при рабочих температурах до .

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в нагревательном элементе, содержащем стальную подложку с последовательно размещенными на ней изолирующим и защитным стеююсодержащими слоями, между коМР. Н 01 с 7/00

- 2 -

торными расположен резистивный слой «согласно голезной модели,изолирующий слой выполнен из толстопленочной пасты на основе бесщелочного кристаллизирующего стекла, защитный слой выполнен из толстопленочной пасты, которая содержит бесщелочное стекло о керамическим наполнителем, а в качестве материала резистивного слоя использована толстопленочная паста на основе порошка никеля с добавкаМ),. порошка хрома или нихрОй а л стеклосвнзующего, при следующим соотноо1ении reoivieTpH4ecKMX пара;«1етров:

SH (2«)Sp -,

§, ()p ,

где: Qu толщина изолирующего слоя, п- толщина резистивного слоя; - толщина защитного слоя,

кроме того, толщина резистивного слоя составляет ОР25i-75 мкм.

1/1спользоваг1ие бесщелочных стекол в составе изолирующего и защитного слоев приводит к укреплению структурной сетки стекла и улучшает элекХричсскую изоляцию при повышенных температурах. При вжигании изолирующего слоя происходят одновременно процессы оплавления стекла и его кристаллизации. Выделение кристаллической фазы в изолирующе;.- слое имеет следующее и о ложи тельные стороны: во-первых, дополнительно снижается при повышенных температурах подвижность ионов-моди.рикаторов, входящих в состав стекла, во-вторых, становится возМОЖНОЙ многократная термообработка изолирующего слоя без его размягчения, что снижает процессы взаимной диффузии изолирующего и резистивных слоев.

В заявленном натревательном элементе в качестве материала резистивного слоя использована паста на основе порощка никеля с добавками порошка хрома или ниЬфома и стеклосвязующего, что позволяет повысить надежность толстопленочного нагревательного элемента как за счет отсутствия ионов щелочных металлов, так и за счет снижения подвижности ионов других элементов в присутствии керамического наполнителя, использование композиционной тодстоплёночной пасты позволяет сформировать резистивный слой, не препятствующий удалению воздушных включений из-под резистивного слоя, вследствие чего улучшается электрическая прочность изоляции. Кроме того, спай двух слоев - изолирующего и резистивного, полученных по единой технологии композиционных толстопленочных материалов, повышает устойчивость нагревательного элемента к циклической смене температур,

Варьирование соотношения никеля и хрома или никеля и нихрома в проводящей фазе позволяет изменять в широких пределах удельное сопротивление резистивного слоя. Дополнительное изменение удельного сопротивления резистивного слоя достигается как за счет изменения его толщины, так и при изменении соотношения проводящей с&азы и стедлосвязующего.

- 3 вают следующим образом.

Первоначально изготавливают диэлектрическую, резистивную и защитную пасты. Пасты изготавливают по известной технологии: производят помол основной функциональной части пасты до величины частиц 3-15 мкм, смешивают полученный порошок ё органическим связующим до йЬлучения гомогенной массы, после чего пасту тщательно перетирают на валковой пастотерке.

В качестве подложки толстоплеыочного нагоевательного элем-ента берут жаропрочную сталь марок I3X25T или 20X1-3.

Перед нанесением изолирующего слоя поверхность подложки протравливают в соляной кислоте или подвергают пескоструйной обработке, тщательно промывают и сушат. На подготовленную таким образом стальную подложку наносят диэлектрическую пасту трафаретной печати. Пасту сушат в сушильном щкафу при температуре I307l60°C в течение IOfI5 мин. После сушки пасту вжизгают в конвейерной печи при температуре 800-7820°С. Длительность цикла вжигания составляет 55-770 мин, время нахождения при максимальной температуре 10-15 мин. Для обеспечения надежной электрической изоляции стеклосодержащий изолирующий слой наносят в 3-4 слоя до толщины I30-fI50 мкм.

После завершения формирования изолирующего слоя наносят резистивную пасту по известной технологии. Нанесенную резистивную пасту сушат в сушильном шкафу при

- 4

- 5 - температуре 130т160 С в течение IOfI5 мин. Резистивный слой наносят толщиной 25i-75 мкм. Для обеспечения заданной толщины нанесение проводят за один или два цикла трафаретной печати с промежуточной сушкой по указанному режиму, после чего проводят совместное вжигание. Вжигание резистивного слоя проводят в конвейер ной печи в атмосфере азота при температуре 800г820°С. Длительность цикла вжигания составляет 25-30 мкм, время нахождения при максимальной температуре Зт мин. Защитную пасту наносят в один слой толщиной ЗОг 70 мкм,-сушат в сушильном шкафу при температуре I30-:1бО С в течение 10-т15 мин и вжигают в.-конвейерной печи на воздухе. Максимальная температура вжигания зависит от типа используемого в защитной пасте стекла (см. таблЛ) и находится в диапазоне 590т800°С. Длительность цикла вжигания ЗгбО мин, времй нахождения при максимальной температуре lOrlS мин. Для формирования изолирующего слоя используют преимущественно стекла бариевомагниевоборосиликатной системы. В табл.1 представлены составы кристаллизующихся стекол для стеклосодержащего изолирующего слоя и составы диэлектрических паст. В табл.2 представлены составы паст для формирования резистивного слоя и их параметры. В табл.3 представлены составы стекол для защитных паст.

ответствующие им температуры вжигания защитного слоя. Б табл.5 пре7Дставлены сравнительные данные по величине сопротивления изоляции заявленного нагревательного элемента для различных составов паст.

- 6 Таблица I Рези- Состав иррводящей.р,, фазы, мас. - остав СТИВ HSaQLi i,,Qri JL.UOoi Защит} ная fпаста j ваО i MgO C3-I -C3-2 33 25 C3-3 - CPI 67,2 AлЮМ0оксидная ПЗ-I керамика (ВК

- 7 Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4 94-1) Состав стекла, iviac.i .1-1-|, j SiOgi BgO-jjCo O iCi : PbOj TiOgi CdO 23 - 20 - - 55 - 18 5,7 18 0,3 - - 20J 2,0 8,5 - 1,0 6,6 5,1 пасты, шс./ Ударное , 2,8

-|- - -

.J

Тип изоляТип резне ционного тивного

слоя слоя

11ДМ-1 ПДМ-2 ПДМ-3 11ДМ-4 11ДМ-2

- 8 Таблица 5

{Сопротивление jизоляции межi y резистивi ™ слоем и {ПОДЛОЖКОЙ при |5000С,

ПЗ-1

90 70 60 70 50

3 2 ПЗ-1 1 ПР-2 4 ПЗ-1 5 ПЗ-3

Claims (2)

1. Нагревательный элемент, содержащий стальную подложку с последовательно размещенными на ней изолирующим и защитным стеклосодержащими слоями, между которыми расположен резистивный слой, отличающийся тем, что изолирующий слой выполнен из толстопленочной пасты на основе бесщелочного кристаллизирующего стекла, защитный слой выполнен из толстопленочной пасты, которая содержит бесщелочное стекло с керамическим наполнителем, а в качестве материала резистивного слоя использована толстопленочная паста на основе порошка никеля с добавками порошка хрома или нихрома и стеклосвязующего при следующем соотношении геометрических параметров:
δ_и = (2÷5)δ_p;
δ_з = (1÷2)δ_p,
где δ_и - толщина изолирующего слоя;
δ_p - толщина резистивного слоя;
δ_з - толщина защитного слоя.

2. Нагревательный элемент по п.1, отличающийся тем, что толщина резистивного слоя составляет δ_p = 25^oC 75 мкм.