Металлокерамический материал для изготовления электронагревателей

 

А.С. Погосян, М.Б. Гутман, Л.А. Даниелян, Ф.С. Гарибян, Г.К, Геворкян, Н.Г. Левитский, Г.З. Ар и Г.Г, Мирэоян (72) Авторы изобретения

1 .".:; с

Всесоюзный научно-исследовательский ЙнстйТуТ :; ".- =:-".:";:Я электротермического оборудования и Завод высокотемпературных аг евате ей (7I) Заявители (54) METAËËÎKEÐÀMÈ×ÅÑÊÈÉ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к композицион. ным металлокерамическим материалам длл изготовления электронагревателей с рабочей температурой до 900 С и может быть использовано для изготовления нагревателей для обогрева оборудования по переработке полимеров и для общепромышленных печей различного назначения.

Известны металлокерамические материалы для электронагревателей на основе металлических порошков с различными добавками жаростойких компонентов, в том числе окиси алюминия и каолина f13.

Нагреватели, изготовленные из указанных композиций, имеют большой разброс удельного электросопротивления, низкую максимально допустимую температуру (700оС) и недостаточную термостойкость. Кроме того, электросопротивление таких нагревателей склонно к изменению во времени при работе на воздухе.

Известны также нагреватели для высоких температур (1650 Cj, изготовленные на основе дисилицида молибдена и глины (2).

Однако эти нагреватели имеют низ- кое удельное сопротивление (0,44 Ом-мм /м) и низкую механическую прочность °

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо" му эффекту является керамический материал, содержащий дисилицид молибдена, окись алюминия монокристаллической d.-формы, нитрид алюминия, . сырой и обоженный бентонит (3).

Однако нагреватели,изготовленные из указанного материала, недостаточно прочны, не стойки к термоударам, их удельное сопротивление колеблет" ся в широких пределах и не стабильно во времени при работе нагревателей на воздухе. Одной иэ причин, приводя3 9286 щих к снижению качества нагревателей и уменьшению срока их службы, является наличие в нитриде алюминия остаточного аммиака, разрушающего дисилицид молибдена.

Цель изобретения - улучшение качества нагревателей путем увеличения прочности и термостойкости, повышения стабильности электросопротивления нагревателей при работе в 1в воздушной среде.

Поставленная цель достигается тем, что в состав керамического материала, содержащего дисилицид молибдена, окись алюминия монокристаллической aL -формы, нитрид алюминия, бентонит сырой, бентонит обоженный, дополнительно введены гидроокись алюминия и серная кислота при следующем соотношении компонентов,вес.;: щ

Дисилицид молибдена 30,0-32,0

Окись алюминия монокристаллической *— формы 7,0-10,0

Нитрид алюминия 12,0-15,0 23

Гидроокись алюминия 3,0-5,.0 бентонит сырой 10,0-14,0

Серная кислота, 0,05-0,2

Бентонит обоженный Остальное

Причем пороеюк нитрида алюминия с Зр размером частиц 5-20 мки предварительно подвергает териообработке при

1200-1300 С в среде водорода в течение 1-1,5 ч.

При аналогичных условиях производится и обжиг бентонита.

Введение серной кислоты позволяет избавиться от разрушения остаточным аммиаком дисилицида молибдена, так как она снижает скорость этой реакции и сама взаимодействует с аммиаком. Введение окиси алюминия обусловлено необходимостью поддержания пластичности формуемой .массы.

В дальнейшем при спекании гидроокись алюминия превращается в окись алюминия, являющуюся жаропрочной добавкой материала.

72 ф

Выбор количества дисилицида молибдена менее 30/ обусловлено резким увеличением сопротивления (более

1000 Ом ° мм /м), а при введении

его более 323 удельное сопротивление резко снижается (до 300 Ом мм2/м).

Увеличение количества диэлектрических добавок (бентонита, нитрида алюминия, окиси алюминия и др.) резко увеличивает удельное сопротивление материала, а их снижение ниже указанных пределов ухудшает спекание и снижает стойкость к термоударам, Выбор величины частиц нитрида алюминия меньше 5 мкм увеличивает материальные и трудовые затраты, а при величине их более 20 мкм ухудшаются механические свойства нагревателя из-за увеличения пористости материала.

Металлокерамический материал получают следующим образом.

Сначала в слабом растворе серной кислоты 10-15 мин и " емешивают окись алюминия монокристаллической с -формы, гидроокись алюминия, бентонит сырой и бентонит обоженный. После этого к массе добавляют нитрид алюминия и дисилицид молибдена в указанных соотношениях. Полученный продукт перемешивают до получения однородной массы. После смешивания массу высушивают в вакууме при 45 С

16-17 ч, при этом влажность массы доводят до 1О-123. Массу каландрируют на вальцах для придания ей пластичности и экструдируют через мундштук требуемого flpoAHllR

Сырые нагреватели сушат в течение

4 сут, постоянно повышая температуру в сушильной камере от 20 до 40 С и снижая в йей влажность от 100; до 20 Затем нагреватели спекают при 1280-1300 С.

В таблице приведены примеры получения и свойства предлагаемого металлокерамического материала по сравнению с известным.

31.30 31 31

Дисилицид молибдена

30 32

12 15

13

Термообработанный нитрид алюминия

928672

Продолжение таблицы

Состав, вес.3, и свойства

Прот тип

Материал по примерам

Г:1

1 2 3

12 13

Нитрид алюминия

Окись алюминия монокристалли ческой с -формы

12 7

0,2 0,1

14 13

23,8 30 9

0,02 0,4 0,05

2 6 - 3

Серная кислота

Гидроокись алюминия

Бентонит сырой

Бентонит обоженный

8 10 13 13 10

38 36,98. 29 34,6 37 95

Удельное электрическое сопротивление при 800 С, Ом мм /м (Требуемое 550+103 Ом мм /м ) 40000+5000+ 20000+ 300001 550

+203 +204 +203 +203 1A 550+ 550183

+83

1100 900 980 890 1180

Предел прочности при изгибе, кГс/см 1190 1240

Количествс термоударов, выдерживаемое нагревателями (нагревание до 900ОС с охлаждением до 50 С) 120 100

60 50 50 40

Изменение величины удельного электросопротивления от начального значения во времени при работе на воздухе в течение 3000 ч, i

25 25 30 20,5 5

Приведенные примеры показывают увеличение механической прочности и стойкости к термоударам, а также повышение стабильности удельного электросопротивления нагревателя во времени при работе на воздухе.

Лабораторные испытания электронагревателей из предлагаемого металлокерамического материала показывают их работоспособность и надежность при длительной эксплуатации при

800 С„

Нагреватели находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Годовой экономический эффект от их внедрения в народном хозяйстве 200 тыс.руб. формула изобретения

Иеталлокерамический материал

45 для изготовления электронагревателей, содержащий дисилицид молибдена, окись алюминия монокристаллической .в.-формы, нитрид алюминия, сырой и обоженный бентонит, о т л и—

50 ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения прочности и термостойкости и повышения стабильности электросопротивления нагревателей при работе в воздушной среде, он дополнительно содержит гидроокись алюминия

55 и серную кислоту при следующем соотношении компонентов, вес.

Дисилицид молибдена ° 30,0-32,0

Окись алюминия 7,0-10,0

7 928672 8

Нитрид алюминия 12,0-15,0 1. Авторское свидетельство СССР

Гидроокись алюминия 3,0-5,0 11 515315, кл. Н 05 В,3/14, Серная кислота 0,05-0,2 1976.

Бентонит сырой 10,0-14,0

Бентонит обоженный Остальное ф 2. Рубин Г.К. Электропечи с причем в качестве нитрида алюминия нагревателями из дисилицида молибвзят его порошок с размерами частиц дена, 1964, с.5-7.

5-20 мкм, предварительно термообработанный в водороде. 3. Авторское свидетельство СССР

«Источники информации © по заявке Р 2626947/24-07, принятые во внимание при экспертизе кл. Н 05 В 3/14, 1981.

Составитель Л . Ходатаева

Редактор Т. Веселова Техред И. Гайду Корректор И. Демчик

Заказ 32 7/77 Тираж 5 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ,l по делам изобретений и открытий

113035, Москва, W "35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал П П Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,