Способ получения электроизоляционной стеклоэмали

Изобретение относится к способу получения электроизоляционных стеклоэмалей, которые могут быть использованы в качестве диэлектрического покрытия на металлических подложках различных типов. Технический результат изобретения заключается в повышении диэлектрической проницаемости. Осуществляют варку фритты следующего состава, мас.%: SiO₂ - 20,0-25,0, CaO - 4,5-12,0, SrO - 1,0-2,0, CdO - 2,0-3,0, MnO - 0,1-0,5, K₂O - 3,0-4,0, Na₂O - 1,0-1,5, B₂O₃ - 5,0-5,5, CaF₂ - 4,0-5,0, MoO₃ - 0,5-0,8, Cr₂O₃ - 0,5-0,8, Co₂O₃ - 0,1-0,5, NiO - 0,1-1,0, Na₃AlF₆ - 0,1-0,5, BaO - остальное. Варку проводят при 1150-1200°С. Полученный продукт измельчают, после чего вводят 5-10% SrTiO₃ от массы фритты. 1 пр., 3 табл.

 

Изобретение относится к области силикатов, в частности к способу получения электроизоляционных стеклоэмалей, которые применяются в качестве диэлектрического барьера электродов озонаторного оборудования, работающих в условиях барьерного разряда.

Для создания высокоэффективных установок озонаторного типа необходимо использовать диэлектрический барьер, обладающий высокими значениями диэлектрической постоянной и низкими значениями диэлектрических потерь. По справочным данным, производительность установки зависит от формы получаемого в ней барьерного разряда, которая в свою очередь имеет связь с диэлектрической постоянной используемого в генераторе озона барьера. Также стеклоэмаль должна обладать хорошей кроющей способностью, дилатометрическими характеристиками, близкими к металлической подложке, и высокой прочностью сцепления с металлом.

Известен состав электроизоляционной эмали для электродов озонатора из малоуглеродистой стали, мас.% содерж.: SiO₂ 37,6-40; Na₂O 7,1-8,2; B₂O₃ 1,2-3,6; K₂O 0,7-3,3; CaO 2-2,3; Li₂O 2,9-3,3; SrO 2,0-3,6; Zr₂O 1,8-4,9; Na₂SiF₆ 0,6-3,6; CoO 0,6-1,1; SrTiO₃ 28,6-41,2 [Патент РФ №2081070, класс C03C 8/06, 1997 г.].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав, мас.% содерж.: SiO₂ 25-35; ВаО 35-45; CaO 4-7; SrO 3-8; CdO 4,5-6; MnO 0,2-1; K₂O 3-5; Na₂O 1-4; B₂O₃ 3-75; МоО₃ 0,5-1; Cr₂O₃ 0,5-1; CoO 0,5-1; NiO 0,5-1 [Патент РФ №2209786, класс C03C 8/02, 2003 г.]. Данный состав имеет диэлектрическую проницаемость 11,3-13,0; ТКЛР (142-154)·10^-7 1/°C, тангенс угла диэлектрических потерь (2,7-4,1)·10^-3, температуру варки эмали 1250°C, температуру обжига эмали 700-720°C. Недостатком такого состава являются пониженные диэлектрические характеристики, в частности низкая диэлектрическая проницаемость.

Техническим результатом изобретения является увеличение значений диэлектрической проницаемости при сохранении остальных физико-химических показателей.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения электроизоляционной стеклоэмали включает в себя варку фритты состава: SiO₂, BaO, CaO, SrO, CdO, MnO, K₂O, Na₂O, B₂O₃, МоО₃, Cr₂O₃, Co₂O₃, NiO, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит Na₃AlF₆ и CaF₂ при следующем соотношении компонентов в мас.%: SiO₂ - 20.0-25.0, CaO - 4.5-12.0, SrO - 1.0-2,0, CdO - 2.,0-3.0, MnO - 0.1-0.5, K₂O - 3.0-4.0. Na₂O - 1.0-1.5, B₂O₃ - 5.0-5.5, CaF₂ - 4.0-5.0, MoO₃ - 0.5-0.8, Cr₂O₃ - 0.5-0.8, Co₂O₃ - 0.1-0.5, NiO - 0.1-1.0, Na₃AlF₆ - 0.1-0.5, BaO - остальное и тем, что варку проводят при 1150-1200°C; измельчение полученного продукта и введение 5-10% SrTiO₃ от массы фритты.

Метатитанат стронция вводится в количестве 5; 7,5 и 10 мас.% от общей массы фритты.

В качестве сырьевых материалов использовались: кварцевый песок;

борная кислота; карбонаты: бария, кальция, стронция, кадмия, калия, натрия; оксиды: марганца, никеля, молибдена, хрома, кобальта; криолит, флюорит и метатитанат стронция.

Пример 1. Для приготовления стеклоэмалевой фритты сырьевые компоненты взвешивались на технических весах с точностью до 0,01 г согласно химическому составу, приведенному ниже, и тщательно перемешивались до получения однородной шихты.

Состав стеклоэмалевой фритты содержит следующие компоненты, мас.%: SiO₂ - 25,0; CaO - 4,5; SrO - 1,0; CdO - 2,0; MnO - 0,1; K₂O - 3,0; Na₂O - 1,0; BrO₃ - 5,5; CaF₂ - 4,0; MoO₃ - 0,5; Cr₂O₃ - 0,5; Co₂O₃ - 0,1; NiO - 0,1; Na₃AlF₆ - 0,1; BaO - 52,6.

Варку стекол осуществляли в корундовых тиглях в электрической лабораторной печи с силитовыми нагревателями. Температура варки - 1150°C, выдержка при максимальной температуре - 60 минут. Выработку стекломассы осуществляли путем грануляции расплава стекломассы в воде. Гранулят измельчают в шаровой мельнице. Полученный порошок взвешивали на технических весах с точностью до 0,01 г. Навеску стеклоэмалевой фритты в количестве 500 г смешивали до однородного состояния с предварительно взвешенной добавкой метатитаната стронция в количестве 50 г (10% от массы стеклоэмалевой фритты). Перед нанесением поверхность металлической подложки подвергается предварительной обработке: пескоструйная обработка и обезжиривание. Нанесение проводится методом электростатического осаждения. Покрытие наносится послойно до толщины 0,3-0,5 мм. Обжиг каждого слоя осуществляется при температуре 840°C.

В результате были получены следующие данные: диэлектрическая проницаемость 22; тангенс угла диэлектрических потерь 0,005, прочность эмалевого покрытия на удар составляет 2,3 Дж.

Синтез остальных составов, а также нанесение эмалевых покрытий проводят аналогично вышеуказанному примеру (см. Таблицы 1 и 2).

Заданный технический результат обеспечивается совокупным влиянием добавки метатитаната стронция как материала, принадлежащего к сегнетоэлектрикам и обладающего высокими значениями диэлектрической проницаемости, и компонентов, дополнительно вводимых в состав фритты, которые улучшают плавкие свойства, обеспечивают хорошую растекаемость и прочное сцепление эмали с металлической подложкой. Таким образом, проведенный сопоставительный анализ показал, что предлагаемый способ получения электроизоляционной стеклоэмали отличается от известного более высокими значениями диэлектрической проницаемости, а также достаточной степенью сцепления эмалевого покрытия с металлической подложкой. Это свидетельствует о преимуществе предлагаемой эмали по сравнению с прототипом.

Таблица 1
Химический состав стеклоэмалевой фритты
Компоненты	Составы эмалей, масс.%
Температура варки, °C	1	2	3	Прототип
1150	1150	1200	1250
SiO2	25,0	23,0	20,0	25,0-35,0
BaO	52,6	46,5	42,9	35,0-45,0
CaO	4,5	9,0	12,0	5,0-6,0
SrO	1,0	1,5	2,0	4,0-7,0
CdO	2,0	2,5	3,0	4,5-6,0
MnO	0,1	0,3	0,5	0,2-1,0
K2O	3,0	3,5	4,0	3,0-3,5
Na2O	1,0	1,3	1,5	1,0-2,0
B2O3	5,5	5,5	5,5	3,0-7,0
CaF2	4,0	4,5	5,0	-
MoO3	0,5	0,65	0,8	0,5-1,0
Cr2O3	0,5	0,65	0,8	0,5-1,0
Co2O3/CoO	0,1	0,3	0,5	/0,5-1
NiO	0,1	0,5	1,0	0,5-1,0
Na3AlF6	0,1	0,3	0,5	-

Таблица 2
Рецепт электроизоляционной стеклоэмали
Состав	Количество эмалевой фритты, г.	Количество SrTiO3
процент введения(в зависимости от массы фритты), масс.%	масса, г
1	500,0	5,0	25,0
2	500,0	7,5	37,5
3	500,0	10,0	50,0

Таблица 3
Свойства предлагаемых стеклоэмалей
Свойства	Единицы измерения	Значения свойств для предлагаемых составов	Прототип
1	2	3
Диэлектрическая проницаемость	-	11	12,2	22	7,1-7,8
Тангенс угла диэлектрических потерь	-	0,01	0,008	0,005	0,0014-0,002
Прочность на удар	Дж	2,33	1,75	1,97	-

Способ получения электроизоляционной стеклоэмали путем варки фритты состава SiO₂, BaO, CaO, SrO, CdO, MnO, K₂O, Na₂O, B₂O₃, MoO₃, Cr₂O₃, Co₂O₃, NiO, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит Na₃AlF₆ и CaF₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ - 20,0-25,0, CaO - 4,5-12,0, SrO - 1,0-2,0, CdO - 2,0-3,0, MnO - 0,1-0,5, K₂O - 3,0-4,0, Na₂O - 1,0-1,5, B₂O₃ - 5,0-5,5, CaF₂ - 4,0-5,0, MoO₃ - 0,5-0,8, Cr₂O₃ - 0,5-0,8, Co₂O₃ - 0,1-0,5, NiO - 0,1-1,0, Na₃AlF₆ - 0,1-0,5, BaO - остальное, и варку проводят при 1150-1200°С, полученный продукт измельчают, после чего вводят 5-10% SrTiO₃ от массы фритты.