RU2089519C1

RU2089519C1 - Glass preferably for manufacturing electric heating elements

Info

Publication number: RU2089519C1
Application number: RU94009319A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Максимов
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Домен"
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1997-09-10

Abstract

FIELD: electrical engineering, more particularly as magnetic and electroconducting elements. SUBSTANCE: glass for manufacturing electric heating elements comprises (mole %): 49.0-57.0 silicon oxide; 18.0-24.0 ferric oxide; 20.0-31.0, lithium oxide; 0.01- 2.0 boron oxide; 0.5-7.0 aluminium oxide; 0.02-5.0 sodium oxide; 0.01-2.0 copper oxide. Properties of glass; specific volume conductance is 10-30 ohm.cm; sharp edge initial melting temperature is higher than 1000 C; welding temperature is 1300-1350 C. EFFECT: improved properties. 3 tbl

Description

Изобретение относится к составам легко кристаллизующихся стекол и может быть использовано в электротехнике для получения магнито- и электропроводящих элементов. The invention relates to compositions of easily crystallizable glasses and can be used in electrical engineering to produce magnetically and electrically conductive elements.

Существенным недостатком широко применяемых металлических нагревательных элементов для бытовой техники является их недостаточная надежность в эксплуатации и высокая стоимость. Более надежными по механической прочности, химической и термической стойкости, а также более дешевыми могли бы быть нагревательные элементы из стеклокристаллического материала с температурой начала оплавления более 1000^oC. Однако удельное объемное электрическое сопротивление известных стекол и стеклокристаллических материалов значительно больше того минимального значения (10-30 Ом•см), при котором они могли бы быть использованы в качестве нагревательного элемента, включаемого в обычную бытовую розетку. Наиболее низким электросопротивлением характеризуется группа так называемых ферромагнитных стекол. Они легко кристаллизуются и обладают вследствие этого высокими температурами начала оплавления.A significant drawback of widely used metal heating elements for household appliances is their lack of reliability in operation and high cost. More reliable in mechanical strength, chemical and thermal resistance, as well as cheaper, could be heating elements made of glass-crystalline material with a melting point of more than 1000 ^o C. However, the specific volumetric electrical resistance of known glasses and glass-crystalline materials is much greater than that minimum value (10- 30 Ohm • cm), in which they could be used as a heating element plugged into a normal household outlet. The lowest electrical resistance is characterized by a group of so-called ferromagnetic glasses. They crystallize easily and, as a result, possess high temperatures of the beginning of reflow.

Известно стекло /1/, включающее, мас. Known glass / 1 /, including, by weight.

Bi₂O₃ 40 60
Fe₂O₃ 25 35
Co₂O₃ 15 25
Основным недостатком известного стекла является его сравнительно высокое удельное объемное электросопротивление 3,5•10⁴ Ом.см из-за большого содержания оксида висмута.Bi ₂ O ₃ 40 60
Fe ₂ O ₃ 25 35
Co ₂ O ₃ 15 25
The main disadvantage of the known glass is its relatively high specific volumetric electrical resistivity of 3.5 • 10 ⁴ Ohm.cm due to the high content of bismuth oxide.

Наиболее близки к предлагаемому по составу и по величине удельного объемного электросопротивления является стекло /2/, включающее, мол. Closest to the proposed in composition and in terms of specific volume electrical resistivity is glass / 2 /, including, mol.

SiO₂ 31,0 41,0
Fe₂O₃ 11,0 18,0
Li₂O 31,0 35,0
B₂O₃ 12,0 17,0
MnO₂ 1,0 5,0
Данный состав выбран в качестве прототипа. Основным недостатком этого стекла или стеклокристаллического материала, получаемого в результате его кристаллизации, является сравнительно высокое удельное объемное электросопротивление (1,5 1,8)•10³ Ом.см вследствие значительного содержания оксида бора. Поэтому оба известных стекла не могут быть использованы в качестве нагревателей бытовых электроприборов.SiO ₂ 31.0 41.0
Fe ₂ O ₃ 11.0 18.0
Li ₂ O 31.0 35.0
B ₂ O ₃ 12.0 17.0
MnO ₂ 1.0 5.0
This composition is selected as a prototype. The main disadvantage of this glass or glass crystalline material obtained as a result of its crystallization is the relatively high specific volume resistivity (1.5 1.8) • 10 ³ Ohm.cm due to the significant content of boron oxide. Therefore, both known glasses cannot be used as heaters for household electrical appliances.

Задачей изобретения является резкое до 10-30 Ом.см снижение удельного объемного электросопротивления. The objective of the invention is a sharp up to 10-30 Ohm.sm reduction in specific volume electrical resistivity.

Эта задача решается тем, что стекло для изготовления электронагревательных элементов, включающее SiO₂, Fe₂O₃, Li₂O и B₂O₃, дополнительно содержит Al₂O₃, Na₂O и Cu₂O при следующем соотношении компонентов, мол.This problem is solved in that the glass for the manufacture of electric heating elements, including SiO ₂ , Fe ₂ O ₃ , Li ₂ O and B ₂ O ₃ , additionally contains Al ₂ O ₃ , Na ₂ O and Cu ₂ O in the following ratio of components, mol .

SiO₂ 49,0 57,0
Fe₂O₃ 18,0 24,0
Li₂O 20,0 31,0
B₂O₃ 0,01 2,0
Al₂O₃ 0,5 7,0
Na₂O 0,02 5,0
Cu₂O 0,01 2,0
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в резком снижении в 50-150 раз удельного объемного электросопротивления стекла. Благодаря этому обеспечивается возможность применения предлагаемого стекла для изготовления стеклокристаллического материала для нагревательных элементов бытовых электроприборов.SiO ₂ 49.0 57.0
Fe ₂ O ₃ 18.0 24.0
Li ₂ O 20.0 31.0
B ₂ O ₃ 0.01 2.0
Al ₂ O ₃ 0.5 7.0
Na ₂ O 0.02 5.0
Cu ₂ O 0.01 2.0
The technical result achieved by the invention is a sharp decrease in the specific volumetric electrical resistivity of glass by 50-150 times. This makes it possible to use the proposed glass for the manufacture of glass crystal material for heating elements of household appliances.

В большинстве случаев введения в состав ферромагнитных стекол с пониженным электросопротивлением оксидов алюминия и натрия электросопротивление повышается, т. к. указанные оксиды способствуют замедлению передвижения основных переносчиков тока катионов железа и лития. При введении же этих оксидов в предлагаемое стекло совместно с закисью меди при отработанном соотношении всех компонентов выявляется, как показало исследование, неожиданная возможность сильно снижать величину удельного электросопротивления при дополнительной термообработке стекла после его отливки в форму, что можно объяснить выделением в кристаллизующемся при этом стекле мелкодисперсных частиц меди. In most cases, the introduction of aluminum and sodium oxides into ferromagnetic glasses with a low electrical resistance increases the electrical resistance, since these oxides help to slow down the movement of the main current carriers of the cations of iron and lithium. When these oxides are introduced into the proposed glass together with copper oxide at the worked out ratio of all components, the study showed that an unexpected opportunity to significantly reduce the electrical resistivity during additional heat treatment of the glass after it was cast into a mold, which can be explained by the release of finely dispersed glass particles of copper.

В табл. 1 приведены конкретные примеры составов предлагаемого стекла, в табл. 2 его свойства: удельное объемное электросопротивление ρ при комнатной температуре, температура начала оплавления острых кромок Т_о и температура варки Т_в.In the table. 1 shows specific examples of the compositions of the proposed glass, in table. 2 of its properties: specific volume electrical resistivity ρ at room temperature, temperature of the beginning of the melting of sharp edges T _about and cooking temperature T _c .

Стекла синтезируются в корундовом тигле при температуре 1300-1350^oC.Glasses are synthesized in a corundum crucible at a temperature of 1300-1350 ^o C.

Пример. Составляют смесь сырьевых материалов состава 1 из оксидов кремния, железа, алюминия и меди квалификации не ниже ч.д.а. и углекислых солей лития и натрия, а также борной кислоты той же квалификации. Смесь тщательно перемешивают и проваривают в корундовом тигле в электрической или пламенной печи при температуре 1350^oC. После засыпки в тигель последней порции сырьевой смеси расплав выдерживают при этой температуре в течение 1 ч и выливают в металлическую форму. Полученную отливку переносят в муфельную печь и выдерживают при температуре 600^oC в течение 1 ч, после чего охлаждают вместе с печью.Example. Compose a mixture of raw materials of composition 1 from oxides of silicon, iron, aluminum and copper qualification not lower than the analytical grade. and carbonic salts of lithium and sodium, as well as boric acid of the same qualification. The mixture is thoroughly mixed and boiled in a corundum crucible in an electric or flame furnace at a temperature of 1350 ^o C. After filling the last portion of the raw mixture into the crucible, the melt is kept at this temperature for 1 h and poured into a metal mold. The resulting casting is transferred to a muffle furnace and kept at a temperature of 600 ^o C for 1 h, after which it is cooled together with the furnace.

Отливки (электронагреватели) из вариантов предлагаемого стекла других составов изготавливаются таким же образом, отличие может быть лишь в температуре синтеза. Castings (electric heaters) from variants of the proposed glass of other compositions are made in the same way, the difference can only be in the synthesis temperature.

В табл.1 приведены также составы стекол с запредельным содержанием компонентов, в табл.3 характерные для них недостатки. Table 1 also shows the compositions of glasses with a prohibitive content of components, and in Table 3 their disadvantages are characteristic.

Удельное объемное электросопротивление предлагаемого стекла существенно увеличивается, если содержание оксидов алюминия, натрия и меди, а также железа и лития оказывается ниже 0,5; 0,02; 0,01; 18,0 и 20,0% соответственно. При содержании Al₂O₃, Na₂O, Cu₂O и Fe₂O₃ сверх соответственно 7,0; 5,0; 2,0 и 24,0% также имеет место заметное повышение удельного электросопротивления. При увеличении содержания Li₂O сверх 31% существенно снижается механическая прочность стекла.The specific volume electrical resistivity of the proposed glass increases significantly if the content of aluminum, sodium and copper oxides, as well as iron and lithium, is below 0.5; 0.02; 0.01; 18.0 and 20.0%, respectively. When the content of Al ₂ O ₃ , Na ₂ O, Cu ₂ O and Fe ₂ O _{3 in} excess of 7.0, respectively; 5.0; 2.0 and 24.0% there is also a noticeable increase in electrical resistivity. With an increase in Li ₂ O content in excess of 31%, the mechanical strength of the glass significantly decreases.

Механическая прочность предлагаемого стекла существенно снижается также, если содержание стеклообразователей оксидов кремния и бора становится менее 49,0 и 0,01% соответственно. Если же их количество в стекле оказывается более 57,0 и 2,0% соответственно, заметно повышается электросопротивление. The mechanical strength of the proposed glass is also significantly reduced if the content of glass-forming oxides of silicon and boron oxides becomes less than 49.0 and 0.01%, respectively. If their number in the glass is more than 57.0 and 2.0%, respectively, the electrical resistance increases markedly.

Описание предложенного стекла, примеры его изготовления и результаты испытания свидетельствуют о промышленной осуществимости изобретения. Description of the proposed glass, examples of its manufacture and test results indicate the industrial feasibility of the invention.

Claims

Glass, mainly for the manufacture of electric heating elements, including SiO ₂ , Fe ₂ O ₃ , Li ₂ O, B ₂ O ₃ , characterized in that it additionally contains Al ₂ O ₃ , Na ₂ O, Cu ₂ O in the following ratio of components, pier

SiO ₂ 49 57
Fe ₂ O ₃ 18 24
Li ₂ O 20 31
B ₂ O ₃ 0.01 2
Al ₂ O ₃ 0.5 7
Na ₂ O 0.02 5
Cu ₂ O 0.01 2 $