способ изготовления электронагревателя

Формула изобретения

Способ изготовления электронагревателя, включающий размещение слоя электропроводного материала в виде угольных нитей либо угольного волокна между слоями электроизоляционного материала, соединение этих слоев под давлением, отличающийся тем, что в качестве электроизоляционного материала используют пластины из ситаллообразующего стекла, соединение пластин под давлением осуществляют при температуре на 40-70°С выше температуры трансформации стекла, а затем снимают давление и проводят термообработку при температуре на 510-600°С выше температуры трансформации стекла в течение 2-3 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении сухих нагревателей. Они предназначены для обогрева промышленных, жилых помещений и могут быть использованы в термошкафах, термостатах для деревообрабатывающей, медицинской, пищевой и химической отраслей промышленности.

Известен способ изготовления низкотемпературного электронагревателя по авт. св. СССР № 180270, МКИ Н05В 3/14, 1966. Способ включает в себя смешение и формование полимерной электропроводной композиции, состоящей из смеси: 100 в.ч. полиэфирной смолы, отвердителя, 100 в.ч. диизоцианата и 20-200 в.ч. графита. Формование осуществляют при удельном давлении 3 кГс/см² при температуре 105°С в течение 3 ч.

Недостатком данного способа является длительность процесса формования и необходимость использования мощного прессового оборудования. Кроме того, полученные по известному способу электронагреватели имеют низкую температуру эксплуатации (менее 120°С).

Наиболее близким к заявленному является способ изготовления электронагревателя по патенту РФ № 2074521, МПК Н05В 3/28, 1997. Способ включает формование электроизоляционных слоев, размещение между ними слоя электропроводного материала и связующего, соединение этих слоев под давлением. Соединение под давлением выполняют путем установки всех слоев электронагревателя между двумя металлическими пластинами, стягиваемыми швеллерами с болтами на концах.

Недостатком известного способа является то, что формование электроизоляционных слоев предусматривает использование нескольких компонентов: стеклоткань 100-300 мас.ч.; отверждающие агенты, например кремнефтористый натрий, окись цинка; наполнители, например окись алюминия, мел 50-150 мас.ч., что значительно усложняет процесс получения электроизоляционного материала. Использование металлических пластин, стягиваемых швеллерами с болтами на концах, значительно увеличивает трудоемкость процесса изготовления электронагревателей. Кроме того, полученные по известному способу электронагреватели имеют температуру эксплуатации до 900°С и не могут быть использованы в высокотемпературных печах (до 1350°С).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение температуры эксплуатации электронагревателя и упрощение технологии его изготовления.

Для достижения задачи изобретения предложен способ изготовления электронагревателя, включающий размещение слоя электропроводного материала в виде угольных нитей либо угольного волокна между слоями электроизоляционного материала, соединение этих слоев под давлением, отличающийся тем, что в качестве электроизоляционного материала используют пластины из ситаллообразующего стекла, соединение пластин под давлением осуществляют при температуре на 40-70°С выше температуры трансформации стекла, а затем снимают давление и проводят термообработку при температуре на 510-600°С выше температуры трансформации стекла в течение 2-3 ч.

Предложенный способ обеспечивает получение электронагревателя с температурой эксплуатации до 1350°С, что позволяет использовать его в высокотемпературных печах, нагрев пластин из ситаллообразующего стекла до температуры на 40-70°С выше температуры трансформации стекла обеспечивает вдавливание угольных нитей либо угольного волокна в размягченное стекло и плотное соединение пластин даже при незначительном давлении на них 0,05-0,06 кГс/см². Нагрев пластин менее чем на 40°С выше температуры трансформации стекла не обеспечивает плотного соединения пластин между собой. Нагрев пластин до температуры более чем на 70°С выше температуры трансформации стекла также нецелесообразно, так как стекло может неуправляемо частично кристаллизоваться. Термообработка ситаллообразующего стекла при температуре на 500-600°С выше его температуры трансформации в течение 2-3 ч обеспечивает получение стеклокристаллического материала (ситалла) с однородной мелкокристаллической структурой, имеющего максимальную величину температуры эксплуатации. Термообработка ситаллообразующего стекла при температуре менее чем на 510°С выше температуры трансформации стекла в течение 2-3 ч не позволяет получить однородную мелкокристаллическую структуру ситалла, что не обеспечивает достижения максимальной величины его температуры эксплуатации. Термообработка ситаллообразующего стекла при температуре более чем на 600°С выше температуры трансформации стекла в течение 2-3 ч нецелесообразна, так как не дает эффекта повышения величины его температуры эксплуатации. Термообработка ситаллообразующего стекла при температуре на 510-600°С выше температуры трансформации стекла в течение менее чем 2 ч не обеспечивает получения однородной мелкокристаллической структуры ситалла, что не позволяет достигнуть максимальной величины его температуры эксплуатации. Термообработка ситаллообразующего стекла при температуре на 510-600°С выше температуры трансформации стекла в течение более чем 3 ч нецелесообразна, так как при этом какого-либо изменения однородности ситалла не происходит, а величина его температуры эксплуатации не повышается.

Следует отметить, что по предложенному способу не используется какое-либо специальное устройство для создания давления на пластины из электроизоляционного материала, как это предусмотрено в известном изобретении.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Между слоями электроизоляционного материала, используемого в виде пластин из ситаллообразующего стекла с заданным химическим составом и геометрическими размерами, размещают слой электропроводного материала в виде угольных нитей либо угольного волокна с заданным удельным сопротивлением. После этого нагружают верхнюю электроизоляционную пластину керамической или металлической пластиной с созданием давления величиной 0,05-0,06 кГс/см². Осуществляют нагрев полученной композиции до температуры на 40-70°С выше температуры трансформации стекла и выдерживают при этой температуре в течение 20-30 мин. В дальнейшем нагрузку снимают, а соединенные между собой пластины из ситаллообразующего стекла нагревают до температуры на 510-600°С выше температуры трансформации стекла, и проводят термообработку при указанной температуре в течение 2-3 ч. После термообработки полученный электронагреватель охлаждают до комнатной температуры и используют в электронагревательных приборах или в устройствах.

Пример 1. Между пластинами из ситаллообразующего стекла, содержащего, % масс: SiO₂- 43,8; Аl₂ О₃- 29,8; MgO - 11,8; TiO₂- 12,7; Аs ₂О₃ - 1,8; фторопол - 0,1, имеющего температуру размягчения температуры трансформации стекла - 730°С, с геометрическими размерами 150×400×5 мм размещают угольное волокно толщиной 0,5 мм с удельным электросопротивлением 40 Ом×м. Нагружают верхнюю пластину из ситаллообразующего стекла через один слой стеклоткани керамической пластиной 150×400 мм весом 35 кг (удельное давление 0,058кГс/см²). Нагревают полученную композицию до температуры 770°С (на 40°С выше температуры трансформации стекла) и выдерживают при указанной температуре в течение 30 мин. После этого керамическую пластину из ситаллообразующего стекла нагревают до температуры 1240°С (на 510°С выше температуры трансформации стекла) и выдерживают при этой температуре в течение 3 ч. После окончания выдержки электронагреватель охлаждают до комнатной температуры и используют для нагрева какого-либо объекта.

Пример 2. Между пластинами ситаллообразующего стекла того же состава и с теми же геометрическими размерами, что и в примере 1, размещают угольное волокно толщиной 0,4 мм с удельным сопротивлением 40 Ом×м. Нагружают верхнюю пластину из ситаллообразующего стекла через два слоя стеклоткани металлической пластиной того же размера, что и в примере 1, весом 32 кГс (удельное давление 0,053 кГс/см ²). Нагревают полученную композицию до температуры 785°С (на 55°С выше температуры трансформации стекла) и выдерживают при указанной температуре в течение 25 мин. Металлическую пластину удаляют с верхней пластины из ситаллообразующего стекла, нагревают до температуры 1285°С (на 555°С выше температуры трансформации стекла) и выдерживают при этой температуре в течение 2,5 ч. После охлаждения до комнатной температуры полученный электронагреватель может быть использован для нагрева соответствующего объекта.

Пример 3. Между пластинами ситаллообразующего стекла того же состава и с теми же геометрическими размерами, что и в примере 1 размещают угольные нити толщиной 0,3 мм с удельным сопротивлением 40 Ом×м. Нагружают полученную композицию через один слой стеклоткани керамической пластиной того же размера, что и в примере 1, весом 30 кГс (удельный вес 0,05 кГс/см ²). Полученную композицию нагревают до температуры 800°С (на 70°С выше температуры трансформации стекла) и выдерживают при указанной температуре в течение 20 мин. Керамическую пластину удаляют с верхней пластины из ситаллообразующего стекла вместе со стеклотканью. Соединенные между собой пластины из ситаллообразующего стекла нагревают до температуры 1350°С (на 600°С выше температуры трансформации стекла) и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч. После охлаждения до комнатной температуры полученный электронагреватель может быть использован для нагрева соответствующего объекта.

Полученные по примерам 1-3 электронагреватели имеют температуру эксплуатации до 1350°С и могут быть использованы в высокотемпературных печах. При этом нет необходимости использовать специальное устройство для создания давления на электроизоляционные пластины, как это предусмотрено в известном способе. По предложенному способу соединение электроизоляционных пластин осуществляют при удельном давлении 0,05-0,06 кГс/см², что легко решается простым нагружением верхней электроизоляционной пластины с помощью, например, металлической или керамической пластин с заданным весом.

Источники информации

1. Авт. св. СССР № 180270, МКИ Н05В 3/14, 1966.

2. Патент РФ № 2074521, МКИ Н05В 3/14, 1997.