состав для композиционного электропроводного материала
Классы МПК: | H01B1/18 электропроводящие материалы, содержащие углеродо-кремниевые соединения, углерод или кремний |
Автор(ы): | Зиновьев С.И., Сарин Л.И. |
Патентообладатель(и): | Зиновьев Сергей Иванович, Сарин Леонид Иванович, Сибирский научно-исследовательский институт энергетики |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-06-24 публикация патента:
09.02.1995 |
Использование: для производства неорганических композиционных материалов, применяемых, в частности, для изготовления объемных резисторов различного назначения и нагревательных элементов. Сущность изобретения: с целью расширения функциональных возможностей за счет расширения диапазона электрического сопротивления в высокоомную область и повышения надежности резистивных свойств состав содержит оксид железа /Ш/, ортофосфорную кислоту, силицированный графит. Использование изобретения позволит расширить диапазон номинальных значений электрического сопротивления резистивных изделий и повысить надежность при эксплуатации. 2 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
СОСТАВ ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО МАТЕРИАЛА, содержащий оксид железа (III), углеродный компонент и ортофосфорную кислоту, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем расширения диапазона электрического сопротивления в высокоомную область и повышения надежности резистивных свойств изделий на основе материала, он содержит в качестве углеродного компонента силицированный графит при следующем содержании компонентов, мас.%:Оксид железа (III) - 6,0 - 63,7
Силицированный графит - 15,5 - 73,2
Ортофосфорная кислота - 16,0 - 50,0
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологии производства неорганических композиционных электропроводных материалов, применяемых, в частности, для изготовления объемных резисторов различного назначения и нагревательных элементов. Известна сырьевая смесь для изготовления электропроводного бетона, включающая неорганическое связующее (портландцемент), углеродный наполнитель (смесь кокса и технического углерода) и воду [1]. Недостатком материала является узкий диапазон стабильных значений удельного электрического сопротивления (0,10-0,50 Ом![состав для композиционного электропроводного материала, патент № 2028680](/images/patents/445/2028011/729.gif)
![состав для композиционного электропроводного материала, патент № 2028680](/images/patents/445/2028015/8776.gif)
Сопоставление с прототипом, а также анализ известных составов электропроводных композитов, показывает, что использование дисперсного силицированного графита в качестве электропроводного наполнителя неизвестно. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Силицированный графит получают пропиткой пористых графитовых заготовок парами кремния. В результате готовые изделия представляют собой конгломераты из графита, кремния и карбида кремния - продукта высокотемпературного взаимодействия графита и кремния. Положительный эффект в предлагаемом изобретении обуславливается структурными особенностями силицированного графита и связанными с ними его индивидуальными свойствами. 1. Удельное электрическое сопротивление силицированного графита существенно выше (в зависимости от степени пропитки), чем у чистого графита (сравниваются материалы в монолитном состоянии при температуре 400К):
Силицированный графит (марки СГ-Т) (42-50)10-6 Ом.м
Графит (разных марок) (5,8-20,5)10-6 Ом.м
2. Пропитка парами кремния мелкопористой графитовой заготовки приводит к заполнению пор карбидной фазой и тем самым к уменьшению общей пористости материала. Подобная структурная особенность силицированного графита существенно влияет на следующие его свойства:
механическая прочность значительно возрастает за счет заполнения поровой структуры карбидной фазой, обладающей высокой твердостью, с образованием армирующего каркаса. Это обстоятельство позволяет увеличить содержание силицированного графита в композиционном материале без потери прочности;
уменьшение открытой пористости препятствует доступу кислорода воздуха внутрь материала и замедляет процесс окисления графита. В системе графит-кремний последний из-за более низкой электроотрицательности будет окисляться в первую очередь. Таким образом, силицированный графит имеет повышенную стойкость к окислению и не окисляется на воздухе до температуры 1250оС. В дисперсном состоянии силицированный графит сохраняет структуру конгломерата и соответствующий набор свойств. Перечисленные выше свойства силицированного графита способствуют повышению надежности резистивных свойств композиционного материала на его основе. Силицированный графит как материал, обладающий электропроводностью, может быть использован в качестве материала для изготовления резисторов. Однако из-за относительно низкого удельного сопротивления монолитных изделий это назначение утрачивает практическую значимость. Таким образом, предлагаемый композиционный материал имеет новую совокупность свойств, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия". Для экспериментальной проверки предлагаемого материала было приготовлено 12-ть смесей компонентов. В качестве порошковой составляющей железофосфатного связующего использовался оксид железа (III) по ГОСТу 4173-77, в качестве жидкости затворения - кислота ортофосфорная термическая по ГОСТу 10678-76. Углеродный компонент - бой изделий из силицированного графита, измельченного до размера частиц менее 40 мкм. Составы смесей выбирались варьированием в широких пределах соотношения силицированный графит - порошковая составляющая связующего (Г:С) при фиксированном значении отношения твердые компоненты смеси - жидкие (Т:Ж). Вначале смешивали твердые компоненты, затем вводили кислоту (75%-ный раствор) и продолжали перемешивание до получения однородной массы. Приготовленную смесь уплотняли прессованием при давлении 50 МПа. Для определения граничных значений содержания жидкости затворения исследовались различные случаи отношения Т:Ж при фиксированном соотношении Г: С. Максимальное значение Т: Ж соответствует минимально требуемому для твердения количеству кислоты и при котором не возникает дефектов при прессовании. Минимальное значение Т:Ж - максимально возможному количеству кислоты, при котором смесь не теряла способность к твердению. Получаемую в последнем случае пластичную смесь уплотняли ручным тромбованием. При промежуточных значениях Т:Ж способы уплотнения также будут иметь переходный характер от прессования при максимальном давлении к ручному трамбованию. Свойства материала также будут находиться в диапазоне свойств для данных крайних случаев. Термообработку образцов проводили со скоростью 10-50оС/ч до температуры 250оС. Были изготовлены образцы-цилиндры диаметром и высотой по 2,5
![состав для композиционного электропроводного материала, патент № 2028680](/images/patents/445/2028011/729.gif)