RU2787509C1 - Электропроводный композиционный материал на керамической основе - Google Patents
Электропроводный композиционный материал на керамической основе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787509C1 RU2787509C1 RU2021138061A RU2021138061A RU2787509C1 RU 2787509 C1 RU2787509 C1 RU 2787509C1 RU 2021138061 A RU2021138061 A RU 2021138061A RU 2021138061 A RU2021138061 A RU 2021138061A RU 2787509 C1 RU2787509 C1 RU 2787509C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrically conductive
- composite material
- ceramic
- heaters
- powder
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 claims abstract description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 239000010458 rotten stone Substances 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 abstract description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 10
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 7
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 5
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 3
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002816 nickel compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 iron-chromium-aluminum Chemical compound 0.000 description 2
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N lead(II) oxide Inorganic materials [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 101710014631 CHURC1 Proteins 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000001847 Jaw Anatomy 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N TiO Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005039 chemical industry Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001687 destabilization Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 230000035943 smell Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001929 titanium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к электропроводному композиционному материалу на керамической основе. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационной надежности электрических нагревателей, упрощении технологического процесса. Электропроводный композиционный материал на керамической основе, содержащий смесь компонентов диэлектрической матрицы и электропроводного наполнителя для изготовления нагревателей систем прямого электрического нагрева, при этом в качестве компонентов диэлектрической матрицы используют дисперсный порошок трепела или диатомита, а для электропроводного наполнителя - дисперсный порошок оксида цинка или фехраля или порошок ПРХ 18Н9 при следующем их содержании, мас.%: диэлектрическая матрица – 55-85, электропроводный наполнитель – 15-45, при размере фракций дисперсных порошков не более 1.2 мм. 1 табл.
Description
Изобретение относится к электропроводному (или электропроводящему) композиционному материалу на керамической основе для изготовления нагревателей систем прямого электрического нагрева, например, в бытовых тепловентиляторах, в химической промышленности в условиях агрессивных сред, в обогревателях воздуховодов приточной вентиляции, в системах обогрева промышленного оборудования в сложнодоступных местах в виде нагревателей сложной формы, для обогрева резервуаров с жидкостями или газами, в нагревателях промышленных печей и т.д.
Известна электропроводящая композиция (патент RU 1572305, опубл. 20.05.1995 г.) для изготовления толстопленочных проводников. Композицию готовят смешением стеклосвязки со смесью соединений никеля с бором, причем стеклосвязка имеет состав, мас.%: PbO 61,4-65,7; ZnO 8,2-11,9; B2O311,6-13,8; TiO2 8,0-9,5; Nb2O5 0,2-0,4; CuO 4,9-5,4, а смесь соединений никеля с бором, мас.%: Ni 90-95, B 5-10. Содержание компонентов в электропроводящей композиции, масс%: смесь соединений никеля с бором 75-95, стеклосвязка 5-25. К полученной композиции добавляли органическое связующее на основе этилцеллюлозы. Пасту наносили на подложки и подвергали отжигу при 550-750°С.
Использование электропроводящей композиция в виде пасты наносимой на подложки из стекла, ситалла или керамики ограничивает возможность использования данной композиции по изготовлению нагревателей в системах прямого электрического нагрева.
Изготовление композиции из исходных компонентов с квалификацией «Ч» или «ХЧ» повышает затратную часть по изготовлению данного материала.
Известен электропроводный композиционный материал на керамической основе (патент RU № 2033986, опубл. 30.04.1995 г.) для изготовления запальных свечей поверхностного разряда, применяемых в двигателях внутреннего сгорания. Состав данного материала содержит электропроводящие оксиды металлов и диэлектрическую матрицу на основе тугоплавкого стекла при следующем их содержания мас.%: оксид титана 28 - 30; оксид циркония 8 - 10; тугоплавкий металл VI группы периодической системы 10 - 12; тугоплавкое стекло 48 - 54. Недостатком данного полупроводникового материала является использования оксидов квалификации «Ч» и «ХЧ».
Известен керамический нагревательный элемент и способ его изготовления (патент RU 2154361, опубл. 09.02.1999 г.), представляющий собой подложку из нитрида алюминия и нагревательный проводник с примесями. Нагревательный проводник, контактные и монтажные площадки выполнены из тугоплавкого металла типа вольфрама, и/или молибдена, и/или никеля с примесями из того же материала, что и подложка. Нагревательный проводник наносят и вжигают в подложку, нагревательный проводник, контактные и монтажные площадки вжигают в подложку совместно и одновременно с ее спеканием в защитной газовой атмосфере азота в смеси c водородом или без него при 1700-1900°С.
Недостатком данного материала является технологическая операция вжигания, а также необходимость создания в процессе спекания бескислородной атмосферы. Керамический нагревательный элемент не предназначен для эксплуатации в системах прямого электрического нагрева.
Известен электропроводный композиционный материал на керамической основе, содержащий диэлектрическую матрицу на основе минерального сырья и электропроводный наполнитель для изготовления нагревателей систем прямого электрического нагрева - патент RU№2106325, опубл. 10.03. 1998 г. В качестве минерального сырья диэлектрической матрицы используют легкоплавкую глину, а в качестве электропроводного наполнителя - графит.
Полученная электропроводящая графитокерамика используется для изготовления нагревателей систем прямого электрического нагрева. Данное техническое решение является ближайшим аналогом настоящего изобретения.
Для производства электропроводящего графитокерамического материала используют сырьевую смесь, содержащую 10 - 30 мас.% кристаллического графита и 70 - 90 мас.% легкоплавкой глины, обжиг изделий ведут в условиях, ограничивающих доступ воздуха, при температуре от 700° до 800°С. Полученный материал имеет электрическое сопротивление от 1,8 ⋅ 102 до 4 ⋅ 10- 3 Ом⋅м.
Обжиг данного электропроводного композиционного материала при изготовлении нагревателей ведут при температуре 600 - 700°С в бескислородной среде для исключения выгорания графита, что усложняет технологический процесс.
Использование электропроводящей графитокерамики технологически ограничено для нагревателей эксплуатируемых в температурной области более 300-400°С, т.к. при превышении данного температурного режима значительное снижается электропроводность графита.
Значительные отличия в физико-механических свойствах используемых компонентов по насыпной плотности, пластичности усложняют процесс получения гомогенности керамической массы при изготовлении нагревателей, При смешивании используемых компонентов в водной среде происходит агломерация частиц и не исключается выход частиц графита на поверхностный слой керамической массы, что может привести к дестабилизации электрической мощности нагревателей при эксплуатации.
Кроме того, высокая тиксотропия глины усложняет технологический процесс на производственных площадях.
В целом указанные обстоятельства свидетельствуют о неэффективности используемых сырьевых компонентов в составе данного электропроводного композиционного материала для изготовления нагревательных элементов систем прямого электрического нагрева по такому показателю как стабильность эксплуатационной надежности нагревателей, особенно, в температурной области, превышающей 400°С.
Технический результат настоящего изобретения заключается в улучшении эксплуатационной надежности используемого в нагревателях электропроводного композиционного материала за счет выбора и подбора количественного состава сырьевых компонентов синергетически совместимых по физико-механическим свойствам и эксплуатационно надежными в широком температурном режиме, а так же в упрощении технологического процесса и его коммерческой целесообразности за счет исключения при обжиге исходной смеси бескислородной среды и использования исходных компонентов без квалификации «Ч» или «ХЧ».
Для достижения технического результата предложен электропроводный композиционный материал на керамической основе, содержащий смесь компонентов диэлектрической матрицы и электропроводного наполнителя для изготовления нагревателей систем прямого электрического нагрева, согласно изобретению, в качестве компонентов диэлектрической матрицы используют дисперсный порошок трепела или диатомита, а для электропроводного наполнителя дисперсный порошок оксидов металла при следующем их содержании, мас.%: дисперсный порошок трепела или диатомита – (55–58), оксиды металлов - (15-45) при размере фракций дисперсных порошков не более 1.2 мм и при удельном электрическом сопротивлении нагревателей от 1,05⋅10-2 до 2,2⋅102 Ом⋅м.
Согласно изобретению, в качестве дисперсного порошка оксидов металла используют оксид цинка или фехраля или порошок ПРХ 18Н9 .
Используемые при реализации изобретения дисперсные порошки трепела (цеолит) или диатомита и названных оксидов металла при указанном их количественном содержании в получаемой композиции для электрических нагревателей улучшают эксплуатационную надежность последних в температурном режиме, превышающем 400°С за счет исключения деградации компонентов матрицы и плавления оксидов металла при высоких температурах эксплуатации. Улучшению эксплуатационной надежности эксплуатируемых электрических нагревателей способствует использование для электропроводного материала фракционного состава названных порошков, пластичность порошков диатомита и цеолита в водной среде, применение порошков оксидов металла по объемному весу, превышающему аналогичные показатели компонентов матрицы, что в целом улучшает гомогенность системы при смешивании компонентов с равномерным распределением фракций порошков оксидов металла во внутреннем объеме диалектрической матрицы.
Реализация изобретения упрощает процесс изготовления нагревателей, снижает коммерческие затраты за счет исключения из процесса бескислородной среды при обжиге исходной смеси используемых компонентов без квалификации их по индексам «Ч» или «ХЧ», а также за счет использования в электропроводном композиционном материале таких физических свойств компонентов, как сыпучесть, что существенно при транспортировке, хранении, смешивании компонентов и технологической безопасности.
При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений с совокупностью признаков, соответствующих заявляемому техническому решению и обеспечивающему описанный выше технический результат, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям изобретения «новизна», «изобретательский уровень», «промышленная применимость».
Для изготовления электропроводного композиционного материала на керамической основе используют следующие сырьевые материалы.
Компоненты для диэлектрической матрицы на основе трепела (цеолит) или диатомита:
Трепел (цеолит) химического состава: SiO2 – 73,2-86,1%; Al2O3 – 5,9-10,2%, Fe2O3 – 1,2-4,5%, CaО – 0,4-6,7%, MgO – 0,6-1,2%, прочее 4,7-8,5%. Используется для получения конструкционных материалов, предпочтительно, с областью применения от минус 100°С до плюс 700°С. Фракционный состав порошка цеолита 0,3-0,7; 0,7-1,5; 1,5-3,0 (или под заказ). Внешний вид: гранулы светло – серого цвета, белого цвета; без запаха. Пористость: 37,25 – 55,72% Плотность: 2,03 – 2,37 г/см3. Механическая прочность на раздавливание: при 20°С - 46 кг/см2, при 250°С - 59 кг/см2.
Диатомит - рыхлые или сцементированные кремнистые отложения, осадочная горная порода белого, светло-серого или желтоватого цвета, состоящая более чем на 50% из панцирей, химический состав: SiO2 – 78,55%; Al2O3 + TiO2 – 8,68%, Fe2O3+ FeO – 4,34%, CaО – 0,57%, MgO – 0,83%, прочее 6,6 % - химического состава: SiO2 – 78,55 %; Al2O3 + TiO2 – 8,68%, Fe2O3+ FeO – 4,34%, CaО – 0,57%, MgO – 0,83%, прочее 6,6%. Технологические особенности: химическая инертность, пористость низкая плотность (насыпная плотность 0,4 г/см3), усиление огнеупорных качеств продукции, способен выдерживать циклические изменения температур, не подвержен воздействию газов, металлов, шлака.
Электропроводный наполнитель на основе дисперсных порошков оксидов металла:
Оксид цинка: Содержание соединений Zn при пересчете на ZnO (массовая доля) не менее 99,7%; Содержание соединений Pb при перерасчете на PbO (массовая доля) не более 0.01%; Содержание водорастворимых веществ (массовая доля) не более 0.06%;
Фехралевый порошок Х15Ю5 или Х15Ю5Г (сплав железо-хром-алюминий, прецизионный сплав); химический состав: Cr 12-27%; Al (3,5-5,5%); Si (1%); Mn (0,7%); Fe – остальное. Размер частиц: до 100 мкм, порошок серебристого цвета, температура плавления 1490°С, плотность 7,2 г/см3;
Порошок ПРХ 18Н9 по ГОСТ 14086-68. Порошки, распыленные из нержавеющих хромоникелевых сталей и никеля. Химический состав С до 0,12%; Mn до 1%, Ni – 8-11%; S до 0,02; Р – до 0,035%, Cr – 16-20%; Fe – остальное. Размер фракций 0,1-0,8 (мм), Плотность (насыпная) - 2,2-4,0 г/см3.
Изготовление электропроводного композиционного материала на керамической основе с использованием данного композиционного материала для электрических нагревателей осуществляли следующим образом: трепел или диатомит с карьерной влажностью 39-40% подсушивают до остаточной влажности 15-20%, дробят на щековой дробилке до крупности 10 мм, и далее на валковой дробилке с отбором фракции 3-8 мм. Фракция менее 3 мм подается на центробежную мельницу, где измельчается до фракции 1,0-0,7 мм. Полученный порошок смешивается с электропроводящим наполнителем в пропорциях от 15 до 45 мас.% наполнителя и 85-55 мас.% трепела или диатомита в барабанных смесителях с перемешивающим устройством. Полученную смесь замачивают водой из расчета получения формовочной влажности трепела или диатомита в пределах 30-35% и выдерживают в течение 2 суток. Формование образцов проводят при давлении 20-25 МПа. Сушат образцы в сушильной камере при 35-80°C, обжигают в печах при температуре 750-950°C.
Заданные по изобретению фракционные параметры используемых дисперсных порошков обеспечивает равномерное распределение частиц электропроводящих металлов, оксидов металлов или металлических сплавов с образованием непрерывной фазы между частицами трепела или диатомита. Обжиг трепела или диатомита формирует керамическую матрицу и фиксирует электропроводящий наполнитель в керамической матрице без нарушения его сплошности, образуя электропроводящие каналы в виде разветвленной сетки.
Электропроводные свойства керамического композита иллюстрируются образцами, полученными по указанной методике. Изготавливались цилиндрические образцы диаметром 40 мм и высотой 20 мм с использованием составов приведенных в таблице 1, в которой также приведены технические характеристики образцов по их удельному электрическому сопротивлению.
Таблица 1. Составы электропроводного композиционного материала на керамической основе и удельное электрическое сопротивление образцов на их основе.
| Трепел | Диатомит | Фехраль | Порошок ПРХ 18Н9 | Оксид цинка | Удельное сопротивление, Ом⋅м |
|
| Образец 1 | 85 | 15 | 7,6⋅10-1 | |||
| Образец 2 | 55 | 45 | 1,2⋅10-2 | |||
| Образец 3 | 85 | 15 | 2,3⋅10-1 | |||
| Образец 4 | 55 | 45 | 1,05⋅10-2 | |||
| Образец 5 | 85 | 15 | 8,1⋅10-1 | |||
| Образец 6 | 55 | 45 | 1,4⋅10-2 | |||
| Образец 7 | 85 | 15 | 2,2⋅102 | |||
| Образец 8 | 55 | 45 | 7,1⋅101 |
Удельное электрическое сопротивление образцов измеряли при помощи мультиметра, прикладывая пластинчатые электроды к основаниям цилиндрических образцов по всей площади основания.
Удельное сопротивление образцов рассчитывали по формуле:
где R – сопротивление образца, Ом;
S – площадь поперечного сечения образца, м;
l – длина образца, м.
При реализации изобретения установлено, что использование в электропроводном композиционном материале заданного мас.% соотношения используемых компонентов оптимально для изготовления электрических нагревателей систем прямого электрического нагрева Уменьшение количественного содержания в композиционном материале дисперсных порошков оксидов металла приводит к значительному увеличению удельного электрического сопротивления, снижается электропроводность нагревателей, их энергетическая мощность. Увеличение количественного содержания в композиционном материале дисперсных порошков оксидов металла приводит к ухудшению диэлектрических свойств керамической матрицы и к снижению ее прочности.
При реализации изобретения изготовленные образцы оценивались по их эксплуатационной надежности при температурном режиме испытаний выше 450°С с многократным циклом испытаний и в течение 12 ч для каждого цикла. Для проведений испытаний использовалось жаропрочные камеры с температурой эксплуатации выше 500°С. Испытанные образцы оценивались по внешнему виду и по их удельному электрическому сопротивлению. При оценке внешнего вида нарушений не выявлено, оценочные показатели по удельному электрическому сопротивлению для всех образцов совпали с данными таблицы 1, что свидетельствует об эффективности электропроводного композиционного материала на керамической основе для изготовления нагревателей систем прямого электрического нагрева в широком диапазоне температурных режимов эксплуатации, в том числе при температурах выше 400°С.
Таким образом, приведенные исследования в целом подтверждают, что электропроводный композиционный материал для изготовления нагревателей систем прямого электрического нагрева при выборе и подборе количественного состава сырьевых компонентов для диэлектрической матрицы и электропроводного наполнителя, улучшает эксплуатационную надежность нагревателей в широком диапазоне температурных областей, в том числе при температурах выше 400°С.
Выбор и подбор количественного состава сырьевых компонентов упрощает процесса изготовления нагревателей на их основе.
Claims (4)
- Электропроводный композиционный материал на керамической основе, содержащий смесь компонентов диэлектрической матрицы и электропроводного наполнителя для изготовления нагревателей систем прямого электрического нагрева, отличающийся тем, что в качестве компонентов диэлектрической матрицы используют дисперсный порошок трепела или диатомита, а для электропроводного наполнителя - дисперсный порошок оксида цинка или фехраля или порошок ПРХ 18Н9 при следующем их содержании, мас.%:
- диэлектрическая матрица - 55-85,
- электропроводный наполнитель - 15-45,
- при размере фракций дисперсных порошков не более 1.2 мм.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2787509C1 true RU2787509C1 (ru) | 2023-01-09 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3011297A1 (de) * | 1979-03-24 | 1980-10-02 | Kyoto Ceramic | Keramische erhitzungsvorrichtung |
| RU2066514C1 (ru) * | 1993-09-14 | 1996-09-10 | Научно-исследовательский центр прикладных проблем электродинамики Объединенного института высоких температур РАН | Способ изготовления резистивного нагревательного элемента |
| UA18282A (ru) * | 1991-06-28 | 1997-12-25 | Київський Інженерно-Будівельний Інститут | Электропроводный материал |
| RU2106325C1 (ru) * | 1994-08-09 | 1998-03-10 | Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых | Способ получения электропроводящей графитокерамики |
| RU2154361C1 (ru) * | 1999-02-09 | 2000-08-10 | Челноков Евгений Иванович | Керамический электронагревательный элемент и способ его изготовления |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3011297A1 (de) * | 1979-03-24 | 1980-10-02 | Kyoto Ceramic | Keramische erhitzungsvorrichtung |
| UA18282A (ru) * | 1991-06-28 | 1997-12-25 | Київський Інженерно-Будівельний Інститут | Электропроводный материал |
| RU2066514C1 (ru) * | 1993-09-14 | 1996-09-10 | Научно-исследовательский центр прикладных проблем электродинамики Объединенного института высоких температур РАН | Способ изготовления резистивного нагревательного элемента |
| RU2106325C1 (ru) * | 1994-08-09 | 1998-03-10 | Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых | Способ получения электропроводящей графитокерамики |
| RU2154361C1 (ru) * | 1999-02-09 | 2000-08-10 | Челноков Евгений Иванович | Керамический электронагревательный элемент и способ его изготовления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE60221973T2 (de) | Im sol-gel-verfahren hergestellte widerstands- und leitfähige beschichtung | |
| CN102869966A (zh) | 包括热敏元件的温度传感器 | |
| EP2454788B1 (en) | Spark plug including high temperature performance electrode | |
| KR920000219B1 (ko) | 점화 및 가열기구용 도전성 세르메트조성물 및 그의 제조방법 | |
| RU2787509C1 (ru) | Электропроводный композиционный материал на керамической основе | |
| CA1100749A (en) | Pre-glassing method of producing homogeneous sintered zno non-linear resistors | |
| US3037140A (en) | Electrically semi-conducting ceramic body | |
| JPH08268760A (ja) | セラミックヒータ及びその製造方法 | |
| JP5780620B2 (ja) | Ｐｔｃサーミスタ部材 | |
| US6426586B1 (en) | Contact glass composition for use in spark plugs | |
| CN111869317A (zh) | 包含铬合金化二硅化钼的加热元件及其用途 | |
| FR2717471A1 (fr) | Revêtement haute température, monocouche, sur substrat céramique, son obtention et applications. | |
| JP2004247175A (ja) | スパークプラグ | |
| US2975145A (en) | Semi-conductive ceramic composition | |
| JPH11240755A (ja) | 酸素センサ素子の製造方法 | |
| CN113924631B (zh) | 高附着性电阻器组合物 | |
| US2944910A (en) | Ceramic spark plug insulator | |
| JPH1053459A (ja) | アルミナ磁器組成物 | |
| JPH09227221A (ja) | アルミナ磁器、及びスパークプラグ用の絶縁碍子 | |
| JP3618369B2 (ja) | セラミックス製発熱体 | |
| SU1636400A1 (ru) | Шихта дл изготовлени электронагревателей | |
| JPH11117001A (ja) | 耐熱性・導電性複合粉末及びその用途 | |
| JPH1036168A (ja) | セラミックス直線抵抗体の製造方法 | |
| JP2013189332A (ja) | 焼結体、焼結体の製造方法および温度センサ | |
| JPH05174948A (ja) | セラミック発熱体 |