Состав для изготовления резистивного капиллярно-пористого порошкового материала

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТОГО ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Агеенко Артем Владимирович Мазюк Виктор Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Состав для изготовления резистивного капиллярно-пористого порошкового материала, содержащий оксид железа , силицированный графит и ортофосфорную кислоту,отличающийся тем, что дополнительно содержит корунд при следующем соотношении компонентов, мас.оксид железа 3,0-59,2 силицированный графит 13,7-34,6 ортофосфорная кислота 16,0-49,0 корунд 5,0-62,5,и мочевину для создания пористости. Изобретение относится к капиллярно-пористым порошковым материалам (ППМ) и может быть использовано при производстве элементов теплообменных устройств, фильтров и других изделий. Известна сырьевая смесь для изготовления электропроводного бетона, включающая неорганическое связующее (портландцемент), углеродный наполнитель (смесь кокса и технического углерода) и воду 1. Недостатками материала являются узкий диапазон стабильных значений удельного электрического сопротивления (0,10-0,50 Омм) и низкая механическая прочность (1025 МПа), а также отсутствие пористости. Известен состав материала, который по технической сущности является композиционным электропроводным материалом, содержащий железофосфатное связующее в виде продуктов взаимодействия оксида железас ортофосфорной кислотой и мелкодисперсного графита 2. Недостатком материала является невозможность повышения удельного электрического сопротивления более 0,1-1,0 Омм при обеспечении стабильности его значений. Объясняется это тем, что из-за низкого сопротивления проводника - мелкодисперсного графита имеет место резкий переход от низкоомной области к области, близкой к порогу протека 14466 1 2011.06.30 ния, где малое изменение объемного содержания проводника вызывает значительное, на порядки, увеличение сопротивления относительно небольшое объемное содержание проводника (удельное сопротивление от 0,01 Омм и выше) предопределяет низкую плотность проводящего каркаса и тем самым уменьшает надежность резистивных свойств материала. Вторым важным недостатком является отсутствие пористости. В качестве прототипа выбран материал со следующим содержанием компонентов оксид железа , силицированный графит, ортофосфарная кислота 2. Задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в увеличении теплопроводности и пористости. Поставленная задача решается тем, что состав для изготовления резистивного капиллярно-пористого порошкового материала, содержащий оксид железа , силицированный графит и ортофосфорную кислоту, дополнительно содержит корунд при следующем соотношении компонентов, мас.оксид железа 3,0-59,2 силицированный графит 13,7-34,6 ортофосфорная кислота 16,0-49,0 корунд 5,0-62,5. и мочевину для создания пористости. Технический результат изобретения - создание резистивного капиллярно-пористого порошкового материала с пористостью 50 и повышенной теплопроводностью. Сопоставление с прототипом, а также анализ известных составов электропроводных композитов показывает, что совместное использование дисперсного силицированного графита, корунда, ортофосфорной кислоты, оксида железаи мочевины неизвестно. Таким образом, предлагаемый композиционный материал имеет новую совокупность свойств, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию новизна. Для экспериментальной проверки влияния составов материала на его свойства было приготовлено 12 смесей компонентов. В качестве порошковой составляющей железофосфатного связующего использовался оксид железа , в качестве жидкости затворения кислота ортофосфорная термическая по ГОСТ 10678-76. Для получения открытой пористости в смесь добавляли мочевину (50 ). Для обеспечения высокой теплопроводности в материал добавляли корунд. Углеродный компонент - порошок из силицированного графита, измельченного до размера частиц менее 40 мкм. Составы смесей выбирались варьированием в широких пределах соотношения силицированный графит - порошковая составляющая связующего (ПС). Вначале смешивали твердые компоненты, затем вводили кислоту (75 -ный водный раствор) и продолжали перемешивание до получения однородной массы. Взаимодействие оксида железа с кислотой дает фосфат железа, являющийся связующим, обеспечивающим механическую прочность. Приготовленную смесь уплотняли прессованием при давлении 50 МПа. Термообработку образцов проводили со скоростью 10-50 С/ч до температуры 250 С. Данная операция проводилась для выжигания мочевины и удаления остаточных жидкостей в материале. Были изготовлены образцы-цилиндры диаметром и высотой по 2,510-2 м. Для определения граничных значений содержания жидкости исследовались различные значенияотношения твердого компонента к жидкому (ТЖ). Максимальное значение ТЖ соответствует минимально требуемому для твердения количеству кислоты, при котором не возникает дефектов при прессовании. Минимальное значение ТЖ - максимально возможному количеству кислоты, при котором смесь не теряет способность к твердению. Получаемую в последнем случае пластичную смесь уплотняли ручным трамбованием. При промежуточных значениях ТЖ 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. 2 14466 1 2011.06.30 Проведенные исследования показали, что варьированием в широких пределах соотношения компонентов в ПС можно получать материал с широким диапазоном значений удельного электрического сопротивления. Максимально возможное количество кислоты ( ТЖ) подобрано для обеспечения максимального давления прессования с учетом следующих факторов отсутствие текучести смеси при прессовании количество жидкости затворения должно обеспечивать схватывание и твердение смеси. Минимальное содержание кислоты ( ТЖ) ограничивается потерей смесью способности к твердению, а также образованием трещин при уплотнении и термообработке из-за избытка жидкой фазы. Использование разработанных материалов позволит изготавливать объемные резисторы-испарители различного назначения и нагревательные элементы с широким диапазоном номинальных значений электрического сопротивления и, следовательно, на различные напряжения питания (для нагревательных элементов), обеспечить повышенную надежность при эксплуатации. Составы и измеренные значения удельного электрического сопротивления образцов разрабатываемого материала приведены в таблице 3. Состав материала, мас. Объемная Удельное элекНомер концентрация трическое сопрооксид силицированный ортофосфорная состава корунд проводника,железа графит кислота тивление, Омм о.е. 1 59,2 15,0 20,8 5,0 0,15 103 2 54,7 15,0 20,8 9,5 0,16 95 3 47,0 17,2 20,8 15,0 0,19 1,87 4 36,8 20 20,8 22,4 0,22 0,29 5 27,6 24,6 20,8 27,0 0,24 0,063 6 17,6 30 20,8 31,5 0,32 0,625 7 4,6 34,6 20,8 40 0,35 0,016 8 3,3 27,0 20,8 48,9 0,28 0,009 9 3,0 13,7 20,8 62,5 0,14 0,0081 10 28,0 28,0 16,0 28,0 0,28 0,051 11 22,0 22,0 34,0 22,0 0,22 0,21 12 17,0 17,0 49,0 17,0 0,17 0,98 Источники информации 1. Володько О.В. Резистивный композиционный материал для нагреваемых строительных конструкций Материалы 27 международной конференции Композиционные материалы в промышленности, 26-30 мая 2008 г. - Крым г. Ялта. - С. 447-449. 2. Патент 2028680, 09.02.95. 3. Агеенко А.В. Резистивный капиллярно-пористый материал для терморегулирования теплообменного и фильтрующего оборудования / А.Л.Рак, В.В.Мазюк, А.В.Агеенко // Порошковая металлургия Сб. - Минск, 2008. -31. - С. 195-199. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3