Способ получения электропроводящей графитокерамики

 

Использование: изобретение относится к области производства композиционных материалов на основе природного минерального сырья и может быть использовано в производстве нагревательных элементов различного назначения. Сущность изобретения: для производства электропроводящего графито-керамического материала с широким диапазоном величин удельного электрического сопротивления используют сырьевую смесь, содержащую 10 - 30 мас.% кристаллического графита и 70 - 90 мас.% легкоплавкой глины, а обжиг изделий ведут в условиях, ограничивающих доступ воздуха, при температуре от 700 до 800oС. Полученный материал имеет электрическое сопротивление от 1,8 102 до 4 10-3 Омм. 4 табл.

Изобретение относится к производству композиционных материалов на основе природного минерального сырья - легкоплавкой глины и графита, с получением графито-керамики, обладающей электропроводностью и удельным сопротивлением, позволяющим использовать электропроводящий графито-керамический материал в качестве нагревательных элементов, работающих в широком интервале температур.

Известен способ получения электропроводящих полимерных материалов с наполнителем углеродной сажей [1].

Недостатком исходных смесей компонентов - органического полимеризующегося вещества и получаемой из угля или графита специальной тонкодисперсной сажи является их дефицит и дороговизна, недостаток получаемых электропроводящих полимерных материалов - их разрушение при нагреве до температур выше 180-200oC.

Известен графито-керамический состав для фасонных изделий литейного оборудования [2] , который содержит 25-45% натурального графита, 50-20% синтетического графита или графитовых отходов, 20-40% огнестойкой глины или каолина, 5-20% карбида кремния или ферросилиция и 0,2% обожженной огнеупорной глины.

Недостатком сырьевой смеси является большое число дорогих и дефицитных компонентов, а получаемый материал не обеспечивает устойчивое значение электропроводности.

Известен графито-керамический состав для резистивных элементов печей, обладающих устойчивым и регулируемым электросопротивлением и характеризуемый тем, что содержит 35-45% графита, 10-25% каолина, 0-15% огнеупорной глины, 1-5% кристаллического кремния, 0,5-3% алюминия, 10-20% карбида кремния, 0-5% стекольного песка и 0-10% оксида алюминия. Обжиг сформованных масс ведут в бескислородной атмосфере при 1300-1400oC [3].

Недостатком этого технического решения является сложность состава, дефицитность и дороговизна исходных компонентов, большое содержание графита, получают материалы и изделия на его основе обжигом при очень высоких температурах - 1300-1400 oC и только в бескислородной среде, что удорожает технологию изготовления, материалы и изделия обладают низкой электропроводностью и высоким удельным сопротивлением, что исключает возможность их использования в качестве нагревательных элементов. Наиболее близким техническим решением является способ получения электропроводящей графито-керамики [4].

Задачей изобретения является получение электропроводящего графито-керамического материала с широким диапазоном величин удельного электрического сопротивления и его удешевление.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения графитосодержащего материала, включающем смешение компонентов сырьевой смеси, формование или прессование изделий, обжиг, используют сырьевую смесь, содержащую мас.%: графит 5-30 и глину легкоплавкую - 70-95, а обжиг изделий ведут в условиях, ограничивающих доступ воздуха, при температуре 600-800oC.

В предлагаемом техническом решении используют в составе сырьевой смеси кристаллический графит, равномерно распределенный между частицами легкоплавкой глины при доле графита 5-30 мас.%, что обеспечивает образование в объеме изделий единой сетки из кристаллитов графита. Легкоплавкая глина в обожженном состоянии образует прочную керамическую матрицу, в которой такие сетки графита создают необходимую электропроводность во всем объеме материала, и при задаваемом удельном электрическом сопротивлении изделие работает как нагревательный элемент. Обжиг изделий в интервале температур 600-800oC переводит глину в керамический материал без разрушения сетчатой структуры из кристаллов графита и без заметного выгорания графита в объеме изделия, поскольку интенсивное горение графита начинается при температуре выше 700oC, а обжигаемые образцы размещают под кожухом, защищающим изделия от доступа воздуха.

В прототипе используют такой состав компонентов сырьевой смеси, для которого образование прочной керамической матрицы достигается только при обжиге материала при температуре 1300-1400oC, для уменьшения выгорания графита обжиг ведут в бескислородной среде, однако при этом трудно исключить структурные изменения в кристаллах графита и сохранить единую сетчатую структуру его кристаллов в объеме керамического изделия, т.е. имеет место новая совокупность признаков решения - новый состав сырьевой смеси и новые условия обжига изделий, приводящие в совокупности к новому свойству получаемой графито-керамики - приобретению ее повышенной электропроводности с удельным сопротивлением, соответствующим использованию изделий в качестве нагревательных элементов, что отвечает критерию "существенные отличия" и свидетельствует о наличии изобретательского уровня.

Изобретение является промышленно применимым, т.к. оно может быть использовано в производстве нагревательных элементов, питаемых электрическим током различной силы и напряжения.

Химический состав природных материалов для сырьевой смеси, представленных легкоплавкой глиной и графитом, может меняться в пределах, указанных в табл. 1.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Легкоплавкую глину (Гл) и графит (Г) смешивают в весовом соотношении, мас.%: ГЛ + Г + 96+4; 95+5; 94+6; 88+12; 70+30; 60+40, подготовленные порошки сырьевых смесей увлажняют до полусухого состояния и прессуют, изделия-цилиндры размером 15х18 мм сушат при 105oC, помещают в печь, закрывают керамическим кожухом и нагревают до температуры 700oC, выдерживают в течение 10 мин, изделия извлекают из печи и охлаждают на воздухе. Свойства полученных изделий приведены в табл. 2.

В примере 1 показана существенность выбранного соотношения компонентов сырьевой смеси Гл: Г = 95-70 - 5-30, поскольку при соотношении 96:4 графито-керамический материал имеет более 104 Омм, при соотношении 60:40 прочность изделия менее 50 кг/см2.

Пример 2.

Легкоплавкую глину (Гл) и графит (Г) смешивают в весовом соотношении Гл: Г = 94:6, подготовленные порошки сырьевых смесей увлажняют до полусухого состояния и прессуют, изделия-цилиндры размером 15х18 мм сушат при 105oC, помещают в печь, закрывают керамическим кожухом и нагревают каждый набор образцов до одной из указанных температур: 500, 600, 700, 800, 900oC, выдерживают в течение 10 мин, охлаждают в печи.

Пример 3.

Легкоплавкую глину (Гл) и графит (Г) смешивают в весовом соотношении, мас.%: Гл:Г = 70:30, подготовленные порошки сырьевых смесей увлажняют до полусухого состояния и прессуют, изделия-цилиндры размером 15х18 мм сушат при 105oC, помещают в печь, закрывают керамическим кожухом и нагревают каждый набор образцов до одной из указанных в табл. 3 температур.

В примерах 2 и 3 показана существенность выбранного интервала температур обжига 600-800oC, поскольку при температуре обжига 500oC не достигается необходимая прочность графито-керамического материала - более 50 кг/см2, а при температуре обжига 900oC графито-керамический материал с содержанием графита 6% теряет способность проводить электрический ток, что иллюстрируется данными таблицы 2, а при содержании графита 30% недостаточна прочность графито-керамического материала, что иллюстрируется табл. 4.

Использование заявляемого изобретения позволяет: получить изделия с широким диапазоном удельного электрического сопротивления и использовать их в качестве нагревательных элементов в интервале температур 30-550oC; удешевить изделия из графито-керамики, за счет сокращения затрат на сырье, снижения энергозатрат на обжиг и упрощения технологии изготовления изделий.

Формула изобретения

Способ получения электропроводящей графитокерамики, включающий смешение компонентов сырьевой смеси, содержащей графит и глину, прессование порошков или формование пластичных масс, сушку и обжиг изделий, отличающийся тем, что используют сырьевую смесь, содержащую графит кристаллический 10 - 30 мас.% и легкоплавкую глину 70 - 90 мас.%, а обжиг изделий ведут в условиях, ограничивающих доступ воздуха, при температуре 600 - 700oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области композиционных материалов

Изобретение относится к области производства жаростойких конструкционных материалов и может быть использовано в производстве теплоизоляции для высокотемпературной техники, в металлургической промышленности и авиационной технике

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к литейному производству и касается составов, применяемых для защиты теплоизоляционной кладки тепловых агрегатов (плавильно-раздаточных печей, литейных ковшей и т.д.) от воздействия расплавов

Изобретение относится к производству конструкционных материалов на основе графита, в частности силицированного графита, который находит применение в машиностроении, преимущественно в конструкционных элементах насосов для транспортирования различных жидких сред, и может быть использовано в изготовлении опорных, упорных подшипников скольжения и торцовых уплотнений насосов и других гидравлических аппаратов

Изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды и может быть использовано в химической, нефтяной и металлургической промышленности, а также в авиатехнике для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред, в частности футеровки камер нейтрализации экологически вредных веществ, форсунок, тиглей, деталей тепловых двигателей, высокотемпературных турбин, испытывающих значительные механические нагрузки при эксплуатации

Изобретение относится к области получения композиционных материалов и может быть использовано для изготовления нагревателей, в частности, используемых при синтезе сверхтвердых материалов для обеспечения электроввода в реакционный объем и теплоизоляции реакционного объема от металлических деталей аппаратов высокого давления (АВД)

Изобретение относится к производству углеродных изделий и материалов и предназначено для защиты от окисления изделий, работающих в условиях окислительной среды при высоких температурах

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий по безобжиговому методу

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий по безобжиговому методу

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в процессе формования керамических изделий

Изобретение относится к производству из керамзитовых глин пористой керамики "Редоксид", которая может быть использована как для загрузки биологических фильтров, применяемых в технологиях по глубокой очистке сточных вод, так и в качестве теплоизоляционного строительного материала

Изобретение относится к производству керамических изделий, в частности к производству кирпича

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к составам масс на основе алюмосиликатной керамики, используемым для изготовления электрофарфора

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к составам масс на основе алюмосиликатной керамики, используемым для изготовления электрофарфора

Изобретение относится к способу активирования смектитных глин и активированным смектитным глинам, полученным данным способом

Изобретение относится к изготовлению пористых керамических изделий и может быть использовано при получении фильтров и носителей катализаторов в металлургии, химической промышленности и машиностроении

Изобретение относится к технологии получения порошкообразного бентонита, применяемого в машиностроении, буровой промышленности, процессах адсорбции и катализа

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к сырьевым массам для изготовления керамических поризованных изделий, и может быть использовано при производстве строительных керамических поризованных изделий, например дырчато-поризованного кирпича, керамических камней, черепицы, крупноразмерных блоков
Наверх