Электропроводящий термостойкий фосфатный композиционный материал


 


Владельцы патента RU 2524516:

Научно-исследовательское учреждение "Институт ядерных проблем" Белорусского государственного университета (BY)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) (RU)
Учреждение Белорусского государственного университета "Научно-исследовательский институт физико-химических проблем" (BY)

Изобретение относится к термостойким материалам фосфатного твердения, обладающих высокой электропроводностью, которые могут быть использованы в области электромагнитных, авиационных и космических технологий, а также в строительной отрасли. Изобретения позволяет снизить удельное объемное сопротивление композиционного материала при сохранении высоких показателей по прочности и термостойкости. Электропроводящий термостойкий фосфатный композиционный материал содержит алюмофосфатное связующее, наполнитель- смесь оксида и нитрида алюминия и модифицирующую добавку - углеродные нанотрубки (УНТ), при соотношении компонентов композиционного материала, масс. %: алюмофосфатная связка - 14-16, УНТ - 0,5-2, наполнитель (Аl2О3-AlN) - остальное. 1 табл.

 

Изобретение относится к термостойким материалам фосфатного твердения, обладающих высокой электропроводностью. Могут быть использованы в области электромагнитных, авиационных и космических технологий, в строительной отрасли.

В настоящее время особый интерес представляют термостойкие материалы, обладающие хорошей (высокой) электропроводностью. В большинстве случаев основу (матрицу) термостойких материалов составляют фосфатные вяжущие системы как наиболее эффективные с точки зрения технологии изготовления изделий, так и сточки зрения эксплуатационных характеристик [1. В.А.Копейкин, А.П.Петрова, И.Л.Рашкован. материалы на основе металлофосфатов. // -М. :Химия», 1976, стр 3-200. 2. А.Г.Судакас. Фосфатные вяжущие системы. // -Санкт-Петербург, 2008, стр.227-228]. Термостойкие материалы с повышенной электропроводностью получают путем введения в матрицу металлических или неметаллических проводящих компонентов. Использование металлических и, в большинстве случаев, неметаллических наполнителей приводит к значительному увеличению массы (веса) вещества, что является весьма нежелательным для многих изделий, особенно тех, которые используются в ракетно-космической и авиационной технике. Очень эффективными с этой точки зрения оказались углеродсодержащие волокнистые материалы и углеродные нанотрубки. Кроме хорошей электроводности, они обладают высокой прочностью, химической и радиационной стойкостью.

Известен электропроводящий термостойкий фосфатный материал (вяжущее), включающее ортофосфорную кислоту (27,8-34,8 вес. %), фосфорсодержащее углеродное волокно (16,7-21,7 вес. %) и окись меди (остальное) [3. Авторское свидетельство СССР, №522158, кл. С04В 29/02, 1976].

Введение в состав вяжущего фосфорсодержащего углеродного волокна привело к уменьшению удельного электросопротивления на 7-8 порядков, а коэффициента термического расширения в 25 раз. Кроме того, материалы обладают водостойкостью и высокой прочностью. Недостатком данного материала является невысокая электропроводность и трудоемкий процесс получения фосфорированного углеродного волокна.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электропроводящий термостойкий фосфатный материал (сырьевая смесь для изготовления вяжущего [4. Авторское свидетельство СССР №1701695А1, кл. С04В 28/34, 1991], который содержит (масс. %): ортофосфорную кислоту (28,6-31,0) - связующее, оксид меди (57,5-68,0) - наполнитель, медьсодержащее углеродное волокно (3,4-11,5) - модифицирующая добавка. Изобретение позволило повысить водостойкость указанного материала в 4 раза, а удельное объемное электросопротивление снизить до 10-30 Ом·м. Недостатком этого изобретения является невысокая электропроводность и трудоемкость процесса получения медьсодержащего углеродного волокна. Полученные значения не являются достаточно высокими и ограничивают широкое использование данного материала в промышленности.

Задачей заявляемого изобретения является снижение удельного объемного сопротивления разрабатываемого материала при сохранении его высоких показателей по прочности и термостойкости.

Поставленная задача достигается тем, что электропроводящий термостойкий фосфатный композиционный материал, состоящий из связующего, наполнителя и модифицирующей добавки, содержит в качестве связующего - алюмофосфатное соединение (АФС), в качестве наполнителя - смесь оксида и нитрида алюминия (9,0:1,0), а в качестве модифицирующей добавки - углеродные нанотрубки (УНТ) при следующем соотношении компонентов, масс. %.: алюмофосфатная связка: -14-16, УНТ -0,5-2, наполнитель (Al2O3-AlN): - остальное.

Отличительными признаками изобретения являются: состав и соотношение компонентов.

Предлагаемый электропроводящий термостойкий композиционный материал состоит из алюмофосфатного связующего, наполнителя, состоящего из смеси оксида алюминия(Al2O3) и нитрида алюминия(AlN) при массовом соотношении, равном 9,0:1,0 соответственно и модифицирующей добавки.

Алюмофосфатное связующее готовится путем растворения гидроксида алюминия в растворе фосфорной кислоты с массовой долей 60%. Мольное отношение H3PO4/Al(ОН)3 равно - 3. Растворение производится при непрерывном перемешивании и слабом нагревании (80-90°С) до получения прозрачного гомогенного раствора. После охлаждения раствора до комнатной температуры (15-25°С) раствор разбавляют до плотности, равной 1,35-1,45 г/см3.

Наполнитель: однородная смесь порошков оксида и нитрида алюминия с массовым соотношением 9,0:1,0.

Модифицирующая добавка - углеродные нанотрубки (УНТ), получены известным способом парофазного осаждения (CVD) с использованием раствора ферроцена (2 масс. %) в толуоле при температуре 800°С, скорость потока 250 см3/мин, продолжительность синтеза - 15 мин. Средний размер УНТ: длина 10-20 мкм, толщина - 9-20 нм.

Приготовление образцов

Алюмофосфатную связку (АФС), смесь основного наполнителя и УНТ в массовых соотношениях в соответствии с таблицей 1 перетирают в агатовой ступке до получения однородной массы, которую затем помещают в пресс-форму с диаметром 15 мм и прессуют при давлении 50 кгс/см2. Полученные образцы (бруски, таблетки) отверждают при комнатной температуре в течение суток, а затем нагревают до 200°С со скоростью 1°С/мин, после выдержки в течение 1 часа образцы охлаждают в печи.

Сочетание качественного и количественного соотношения компонентов позволило повысить функциональные характеристики материала. Результаты измерения удельного объемного электросопротивления (Ом·м) образцов представлены в таблице.

Пример Состав
композиционногоматериала, масс. %
Удельное объемное электросопротивление, Ом·м
Связующее АФС Наполнитель Al2O3-AlN УНТ
1 15 85,0 0 более 1011
2 14 85,5 0,5 8,2 108-9,8 108
3 15 84,5 0,5 3,3 108-4,3 108
4 15 84,0 1,0 9,1 102-1,2 103
5 15 83,0 2,0 9,5 10-2-9,7 10-2
6 16 83,0 1,0 7,1 103-9,2 103
7 прототип 10-30

Термостойкий алюмофосфатный композиционный материал с УНТ характеризуется более низким, в сравнении с прототипом, значением удельного объемного сопротивления (ниже на 1,5-2 порядка) при практически неизменных параметрах по прочности (σсжатия ≥ 30 МПа) и термостойкости (до 600°С). При использовании смеси состава 2, 3 не достигается эффект приобретения композицией максимальных значений электропроводимости. Превышение содержания УНТ над предлагаемым (более 2 масс. %) не позволяет достичь необходимой гомогенности состава при перемешивании компонентов и ухудшает физико-механические свойства композиционного материала.

Таким образом, заявленный электропроводящий термостойкий фосфатный композиционный материал позволяет снизить удельное объемное сопротивление на 1,5-2 порядка и сократить количество введенной дорогостоящей модифицирующей добавки до 2%.

Электропроводящий термостойкий фосфатный композиционный материал, состоящий из связующего, наполнителя и модифицирующей добавки, отличающийся тем, что он содержит в качестве связующего - алюмофосфатное связующее (АФС), в качестве наполнителя - смесь оксида алюминия и нитрида алюминия (9,0:1,0), а в качестве модифицирующей добавки - углеродные нанотрубки (УНТ) при следующем соотношении компонентов, масс.%:

алюмофосфатная связка 14-16
УНТ 0,5-2
наполнитель (Al2O3-AlN) остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к проводящему материалу для покрытия полов, содержащему электропроводящий противодеформационный слой, включающий проводящие волокна, содержащие стеклянные волокна и углеродные волокна, и к способу его получения.
Заявляемое изобретение относится к области электрической техники, в частности к способам создания электропроводящих слоев, применяемых в широких областях техники, в том числе в электронике или электротехнике, и может быть использовано для создания проводящих соединений в микросхемах.

Данное изобретение относится к электропроводящему тепловыделяющему материалу. Указанный выше электропроводящий тепловыделяющий материал состоит из подложки и электропроводящего тепловыделяющего слоя, практически равномерно нанесенного на указанную выше подложку.
Изобретение может быть использовано для изготовления покрытий, барабанов, вальцев и колес. Способ получения антистатических или электропроводящих деталей из реактопластичных полиуретанов включает примешивание углеродных нанотрубок к соединениям (В), содержащим группы, активные в отношении NCO - групп, и к полиизоцианатам (А), смешение полученных на первой стадии компонентов, нанесение смеси на субстрат или в форму и ее отверждение.

Изобретение относится к электропроводному твердому композиционному материалу, содержащему: твердую матрицу из электроизоляционного материала, и наполнитель из электропроводного материала, где наполнитель включает наночастицы, называемые нитевидными наночастицами, которые имеют: длину, измеряемую в основном направлении удлинения, два размера, называемые ортогональными размерами, располагающиеся в направлениях, пересекающихся и ортогональных друг другу, и ортогональных к основному направлению удлинения, и при этом ортогональные размеры меньше упомянутой длины и составляют менее 500 нм, и два отношения, называемые коэффициентами формы, представляющие собой отношения длины к каждому из двух ортогональных размеров, где коэффициенты формы превышают 50, и при этом нитевидные наночастицы распределены в объеме твердой матрицы в количестве, составляющем менее 10 об.%, в частности менее 5%.

Изобретение относится к способу получения твердых полупроводников, более конкретно к кремнию в форме слитков или полос, используемых для производства субстратов фотогальванических элементов.
Изобретение относится к электропроводящим композиционным материалам и может быть использовано для получения материалов строительного назначения и в качестве высокотемпературных резистивных элементов.
Изобретение относится к производству полупроводящих материалов, используемых для противокоронной защиты высоковольтных обмоток электрических машин. Предложена полупроводящая лента, содержащая волокнистую подложку с нанесенной на нее полупроводящей композицией, включающей (мас.%): хлорсульфированный полиэтилен (6,5-12,0), эпоксидную смолу (0,5-3,0), катализатор отверждения (0,01-0,2), токопроводящий наполнитель (6,0-40,0) и органический растворитель (остальное).
Изобретение относится к производству полупроводящих материалов, используемых для противокоронной защиты высоковольтных обмоток электрических машин. Предложена полупроводящая лента, содержащая волокнистую подложку с нанесенной на нее полупроводящей композицией, включающей токопроводящий наполнитель и полимерное связующее, состоящее из хлорсульфированного полиэтилена в смеси с полифункциональной и монофункциональной эпоксидными смолами, ангидридом и аэросилом.

Полупроводящая лента представляет собой материал с волокнистой подложкой, пропитанной полупроводящей композицией, и токопроводящий липкий слой. Липкий слой выполнен из латекса на основе карбоксилированного акрилового сополимера или сополимера винилацетата и эфира акриловой кислоты с токопроводящим наполнителем, таким как технический углерод, графит, карбид кремния.

Изобретение относится к способу нанесения состава для покрытия, содержащего углерод в форме углеродных нанотрубок, графенов, фуллеренов или их смеси, и металлические частицы, на субстрат с последующей обработкой под давлением и тепловой обработкой покрытия после нанесения на субстрат. Также изобретение относится к полученному способом по изобретению покрытому субстрату и его применению в качестве электромеханического конструктивного элемента. Изобретение обеспечивает низкую механическую изнашиваемость, уменьшение коэффициента трения и хорошую электрическую проводимость покрытия. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 2 пр., 4 ил.

Изобретение относится к повышающим теплопроводность или электропроводность частицам оксида цинка. Частицы представлены следующей формулой (1): ZnMn+ xO1+nx/2 · aH2O (1) где Mn+ означает трехвалентный или четырехвалентный металл, x и a удовлетворяют соотношению 0,002<x<0,05 и 0≤a<0,5, соответственно, n означает валентность металла. Частицы характеризуются содержанием столбчатых частиц 80% или более. Также предложены способ получения частиц оксида цинка, обожженные частицы (А) и (В), смоляные композиции (А) и (В). Изобретение позволяет получить частицы оксида цинка, используемые для улучшения электропроводности или теплопроводности смол. 6 н. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил., 5 табл., 3 пр.
Изобретение относится к толстопленочной микроэлектронике. Алюминиевая паста для кремниевых солнечных элементов включает частицы порошка алюминия, органическое связующее и стеклофритту, причем в пасте используют мелкодисперсный алюминиевый порошок, частицы которого имеют сферическую форму, причем используется сочетание алюминиевых порошков со средним размером частиц D50 не более 3,0 мкм и 4,0-6,0 мкм в соотношении (10:50):(90:50) соответственно, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: алюминиевый порошок 70-80; органическое связующее 15-30; стеклофритта 0-5. В качестве стеклофритты может использоваться смесь висмутатного и свинцово-боросиликатного стекла со средним размером частиц D50 не более 10,0 мкм, предпочтительно 2,0-3,0 мкм. Паста может содержать металлоорганическое соединение и/или кремнийорганическое соединение и/или сополимер в количестве 0-2 мас.%. Паста может содержать наночастицы аморфного диоксида кремния, имеющие размер не более 200 нм и удельную поверхность 100-400 м2/г в количестве 0-2 мас.%. Технический результат - повышение тока короткого замыкания, снижение последовательного сопротивления солнечного элемента, что приводит к повышению КПД, снижение затрат при изготовлении пасты и солнечного элемента. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к технологии получения проводов контактной сети из дисперсионно-твердеющего сплава, а также к самим проводам и может быть, в частности, использовано для высокоскоростного железнодорожного транспорта. Способ получения электроконтактных проводов из сплавов на основе меди включает введение в расплав меди переходного металла и фосфора для получения сплава на основе меди, содержащего 0,1-0,3 мас.% фосфида никеля или фосфида кобальта стехиометрического состава, подачу сплава в кристаллизатор, кристаллизацию сплава в виде непрерывнолитой заготовки, прокатку упомянутой заготовки непосредственно за кристаллизацией на катанку в условиях, обеспечивающих закалку сплава, старение при 400-500°C и последующее формирование электроконтактного провода. Изобретение обеспечивает повышение прочностных свойств проводов за счет применения для легирования фосфидов Ni и Co, образующих квазибинарные разрезы на диаграммах состояния с медью и лучше, чем железо, растворяющихся в меди и имеющих меньшее сродство к кислороду. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к способу получения электропроводящих эластомерных металлсодержащих композиций. Способ включает введение формиата меди в этиленпропиленовый каучук и последующее высокоскоростное термическое разложение формиата меди в каучуке. Процесс разложения формиата меди в каучуке осуществляют в присутствии ПАВ. Кроме того, в состав композиции дополнительно вводят технический углерод и вулканизующую группу, включающую оксид цинка и пероксид. Полученные на основе этиленпропиленового каучука композиции обладают повышенными электропроводящими и прочностными характеристиками и применяются для получения электропроводящих эластомерных и резинотехнических изделий. 1 табл., 1пр.

Изобретение относится к изделию, а именно к силовому кабелю, включающему полупроводниковый слой, содержащий полупроводниковую полиолефиновую композицию. Композиция содержит графеновые нанопластинки, где средняя толщина графеновых нанопластинок находится в диапазоне от 1 нм до 50 нм, а их боковой диаметр составляет 200 мкм или менее, и олефиновую полимерную смолу основы. Композиция для силового кабеля может также дополнительно содержать твердый электропроводный наполнитель, отличный от графеновых нанопластинок. Описано также применение полупроводниковой полиолефиновой композиции в полупроводниковом слое силового кабеля. Технический результат - шероховатость поверхности полупроводниковой полиолефиновой композиции для экструдированных образцов составляет 100 мкм и менее. Улучшение электрических эксплуатационных характеристик в ходе отжига при температурах меньших, чем температура плавления полимера и температурной зависимости удельного объемного сопротивления по сравнению с тем, что имеет место для соответствующих полупроводниковых полиолефиновых композиций на основе углеродной сажи. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке электролитов для химических источников тока. Состав электролита включает по крайней мере одну соль электролита и растворитель, где в качестве соли электролита содержится литиевая соль додецилбензолсульфоновой кислоты в количестве 25-55% (мас.) и в качестве растворителя содержится вода 75-45% (мас.) либо натриевая соль додецилбензолсульфоновой кислоты в количестве 70-88% (мас.) и вода 30-12% (мас.). Применение доступных по цене анионных поверхностно-активных веществ делает предлагаемые ионные жидкокристаллические электролиты экономически привлекательными. Получают электролит с высокой удельной проводимостью при наличии упорядоченной внутренней структуры и сохранении текучести. 2 ил., 2 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области электротехники, а термореактивный полимерный «электроактивный» материал может найти широкое применение при создании преобразователей внешнего воздействия физических полей в электрический сигнал. Изобретение относится к термореактивному полимерному «электроактивному» материалу, который представляет собой результат поверхностного контакта «электроактивного» полимера термореактивного типа с металлом и/или полупроводником, а строение «электроактивного» полимера термореактивного типа соответствует сополимерной структуре, в полимерной цепи которой неравномерно распределены «электроактивные» фрагменты (фрагменты диарилфлуорена и/или диарилантрона), соединенные между собой через соответствующие промежуточные элементы молекулярной цепи термореактивных сополимеров: фенолформальдегидных резолов и сшитых сополимеров после их отверждения. Также описан материал на основе указанных полимеров, выполненный в виде пленок, нанесенных на металл или полупроводник. Технический результат - создание термореактивного полимерного «электроактивного» материала, обладающего повышенной чувствительностью электропроводности к внешним воздействиям в широком интервале толщин полимерных пленок. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к поливинилсульфоновой кислоте, используемой в качестве легирующей высокомолекулярной добавки, к способу получения поливинилсульфоновой кислоты, к композиту, к вариантам дисперсии, к вариантам способа получения дисперсии, а также к вариантам электропроводного слоя. Поливинилсульфоновая кислота включает звенья винилсульфоновой кислоты общей формулы: где R1, R2 и R3, Z представляют собой атом водорода. При этом молярное количество сульфокислотных групп, образованных мономерной винилсульфоновой кислотой, относительно общего молярного количества мономерных звеньев составляет от 50,0 до 98,0 моль. %. Поливинилсульфоновая кислота имеет оптическую плотность от 0,1 до 2,0 (водный раствор, 0,2 масс. %, длина ячейки 10 мм) в диапазоне длин волн от 255 до 800 нм. Способ получения поливинилсульфоновой кислоты заключается в том, что проводят полимеризацию мономерной винилсульфоновой кислоты общей формулы: где R1, R2 и R3, Z представляют собой атом водорода. Затем нагревают полученную поливинилсульфоновую кислоту при температуре в диапазоне от 90°C до 120°C в течение от 0,5 до 500 часов. Композит включает вышеуказанную поливинилсульфоновую кислоту и электропроводный полимер. Способ получения дисперсии заключается в том, что растворяют и/или диспергируют вышеуказанную поливинилсульфоновую кислоту в растворителе. Затем проводят полимеризацию мономера для получения электропроводного полимера в растворителе, в котором растворен и/или диспергирован полианион - поливинилсульфоновая кислота. Дисперсия образует электропроводный слой, который включает поли(3,4-этилендиокситиофен) и полианион - поливинилсульфоновую кислоту. При измерении методом рентгеновской дифракции отношение площадей пиков между пиком К, в котором угол 2θ составляет от 8° до 10°, и пиком L, в котором угол 2θ составляет от 24° до 28° (площадь пика К / площадь пика L), составляет от 1,0 до 10,0. Изобретение позволяет повысить стабильность дисперсии и получить электропроводный слой с высокой электропроводностью и физическими свойствами. 9 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл., 48 пр.

Изобретение относится к электрическому проводу и электрическому проводу с контактным наконечником, способному уменьшить регулировку высоты обжатия. Предусмотрен электрический провод 1, включающий в себя проводящую часть 11, которая выполнена из дисперсно-упрочненного медного сплава с площадью поперечного сечения сечением 0,13 квадрата по стандарту ISO 6722 и подвергнута сжатию, причем проводящая часть 11 имеет степень удлинения 7% или более и предел прочности на растяжение 500 МПа или более. Кроме того, удельная электропроводность проводящей части составляет 70% IACS или более. Изобретение обеспечивает создание электрического провода с контактным наконечником с уменьшенной регулировкой высоты обжатия. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх