Изобретение относится к электротехнике, в частности к области электропроводных материалов, и может быть использовано для изготовления нелинейных резисторов, применяемых, например, в устройствах, предназначенных для защиты от перенапряжений.
Известен резистивный материал [1), содержащий неорганическое связующее - портландцемент и воду, электропроводную фазу - порошок углерода и диэлектрический наполнитель - кварцевый песок и периклаз в следующих соотношениях, мас.%:
Связующее - портландцемент - 23 - 43,
Связующее - вода - 8 - 9
Порошок углерода - 6 - 29
Диэлектрический наполнитель - Остальное
Электрическое сопротивление этого материала 1•104Ом•см.
Недостатком этого материала является низкий коэффициент нелинейности, равный 1,1 - 1,5 и низкое начальное удельное сопротивление.
Известен резистивный материал [2] следующего состава, мас.%:
Портландцемент - 35-50
Диэлектрический наполнитель - 40-60
Технический углерод - 5 - 20
Сульфированный нафталинформальдегидный олигомер - 0,35 -1,5
Вода - Остальное
Резисторы из этого материала имеют хорошие физико-механические и электрофизические характеристики. Недостатком материала является низкий коэффициент нелинейности и низкое начальное удельное сопротивление. Известен резистивный материал [3], принятый за прототип. Он содержит токопроводящую фазу на основе мелкодисперсного углерода и связующее на основе портландцемента или жидкого стекла. Материал дополнительно содержит оксид цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент или жидкое стекло - 34-39,
Мелкодисперсный углерод - 6 - 17
Оксид цинка - 44 - 60
Этот материал имеет коэффициент нелинейности β, равный 5-50. Недостатком материала является низкое начальное удельное сопротивление.
Цель изобретения: обеспечение одновременно высоких значений коэффициента нелинейности и начального удельного сопротивления.
Поставленная цель достигается за счет того, что в резистивном материале, включающем токопроводящую фазу и связующее, новым является то, что в качестве токопроводящей фазы он содержит карбид бора. Компоненты взяты в следующих соотношениях, мас.%:
Карбид бора B4C - 10-70
Связующее - 10 - 30
Диэлектрический наполнитель - Остальное.
Резистивный материал в качестве связующего может содержать неорганическое связующее.
Резистивный материал в качестве связующего может содержать органическое связующее.
Резистивный материал в качестве связующего может содержать неорганическое и органическое связующие.
Резистивный материал в качестве диэлектрического наполнителя содержит, по крайней мере, один компонент из группы, мас.%: ZnO 1 - 65, CuO 0,5 - 50, Fe2O3 (или FeO) 0,5 - 50, MnO2 (или MnO) 0,3 - 2, Co2O3 (или CoO) 0,5 - 5, Bi2O3 0,5 - 5, Sb2O3 0,5 - 50, Cr2O3 0,3 - 50, V2O5 0,5 - 5, K2Cr2 O7 (или Na2Cr2O7, или NH4Cr2O7 0,5 - 3).
Предлагаемый резистивный материал, как и прототип, содержит токопроводящую фазу и связующее. В отличие от прототипа в качестве токопроводящей фазы используется не углерод, а карбид бора В4С в количестве 10 - 70 мас.%.
Связующие могут быть как неорганические, например фосфатные цементы, так и органические, например эпоксидные клеи в количестве 10 - 30 мас.%.
В зависимости от заданных электрофизических, прочностных и технологических свойств в состав предлагаемого материала входит также, по крайней мере, один компонент из группы, мас.%: ZnO 1 - 65, CuO 0,5 - 50, Fe2O3 (или FeO) 0,5 - 50, MnO2 (или MnO) 0,3 -2, Co2O3 (или CoO) 0,5 - 5, Bi2O3 0,5 - 5, Sb2 O3 0,5 - 50, Cr2O3 0,3 -50, V2O5 0,5 - 5, K2Cr2O7 (или Na2Cr2O7, или NH4Cr2O7) 0,5 - 3.
Начальное электрическое сопротивление и коэффициент нелинейности вольт-амперной характеристики заявляемого материала больше, чем у прототипа и в зависимости от состава они достигают значений 1012 Ом•см и до 50 соответственно. При этом высокие значения коэффициента нелинейности и начального удельного сопротивления реализуются в заявляемом материале одновременно. У известных же материалов оба эти параметра (коэффициент нелинейности и начальное удельное сопротивление) существенно меньше [1,2]. Прототип при высоком коэффициенте нелинейности характеризуется низким начальным удельным сопротивлением [3].
Достижение цели предполагаемого изобретения определяется использованием в качестве токопроводящей фазы карбида бора вместо углерода. Замена углерода в прототипе на карбид бора приводит к повышению начального сопротивления без снижения коэффициента нелинейности. Заявляемые пределы содержания карбида бора определяются тем, что при уменьшении его концентрации ниже 10 мас.% коэффициент нелинейности резко снижается, а при содержании карбида бора больше 70 мас.% возрастает вероятность электрического пробоя из-за малого расстояния между токопроводящими частицами.
Использование оксидов ZnO, CuO, Fe2O3 (или FeO), MnO2 (или MnO), Co2O3 (или CoO), Bi2O3, Sb2O3, Cr2O3, V2O5, а также солей К2Cr2O7 (или Na2Cr2O7, или NH4Cr2O7) приводит к увеличению начального электрического сопротивления, но одновременно способствует повышению коэффициента нелинейности. При этом они увеличивают коэффициент нелинейности даже в относительно небольших концентрациях за счет увеличения количества контактов между разнородными частицами, перестраивающими свою электронную структуру в электрическом поле.
В таблице в качестве примера приведены состав и свойства (логарифм начального электрического сопротивления lg( ρ , Ом•см) и коэффициент нелинейности β) 9 образцов предлагаемого материала и прототипа. В качестве неорганического связующего могут использоваться, например, промышленные фосфатные цементы марок "Висфат" или "Фосфат", которые поставляются в виде порошка и затворяющей жидкости. В качестве органического связующего могут использоваться эпоксидные клеи, состоящие из смолы и отвердителя.
Из таблицы видно, что предлагаемый материал при близких к прототипу значениях коэффициента нелинейности вольт-амперных характеристик обладает на 2-6 порядков более высоким начальным удельным электрическим сопротивлением. Этим и определяется существенное техническое его преимущество.
Достоинством нового резистивного материала является его технологичность. Технология изготовления элементов любой конфигурации проста и не требует высокотемпературного обжига. Сначала производят сухое перемешивание порошков карбида бора и диэлектрических наполнителей. Затем в полученную смесь добавляется связующее.
В случае использования в качестве связующего фосфатного цемента к смеси карбида бора и диэлектрического наполнителя добавляется порошок фосфатного цемента и производят сухое перемешивание. В полученную сухую смесь добавляют затворяющую жидкость фосфатного цемента. Полученная масса тщательно перемешивается.
В случае использования в качестве связующего эпоксидной смолы к сухой смеси карбида бора и диэлектрического наполнителя добавляется эпоксидная смола и отвердитель. Полученная масса тщательно перемешивается.
В случае использования в качестве связующего фосфатного цемента и эпоксидной смолы к смеси карбида бора и диэлектрического наполнителя добавляется порошок фосфатного цемента и производят сухое перемешивание. В полученную смесь добавляются жидкости: сначала эпоксидная смола и отвердитель, затем затворяющая жидкость фосфатного цемента. После этого производится тщательное перемешивание.
Полученная масса укладывается в форму нужной конфигурации и размеров. В форме происходит затвердевание массы при комнатной температуре. Затвердевшая заготовка извлекается из формы и в случае необходимости поверхности ее могут подшлифовываться.
Например, для изготовления образцов резистивного материала N 4 (по таблице) в расчете на 100 г шихты необходимо 24 г порошка карбида бора B4C смешать с 50 г порошкоообразных оксида железа (FeO) и 1 г бихромата калия (K2Cr2O7). К полученной сухой смеси необходимо добавить 20 г эпоксидной смолы и 5 г отвердителя. Полученную массу необходимо тщательно перемешать и уложить в формы. Через сутки смесь полностью затвердевает и заготовки извлекают из форм. Плоскости изделий могут подшлифовываться до заданной толщины.
Список литературы
1. RU, авторское свидетельство N 484573, H 01 С 7/10, 1973 г.
2. RU патент N 2009559, H 01 C 7/00, 1994 г.
3. RU, авторское свидетельство N 978205, H 01 С 7/10, 1981 г.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электропроводным материалам, и может быть использовано для изготовления нелинейных регисторов, применяемых, например, в устройствах, предназначенных для защиты от перенапряжений. Резистивный материал содержит токопроводящую фазу, связующие и диэлектрический наполнитель. Согласно формуле изобретения в качестве токопроводящей фазы он содержит карбид бора. Содержание компонентов следующее, мас.%: карбид бора В4С 10-70, связующее 10-30, диэлектрический наполнитель - остальное. Связующее может быть неорганическим или органическим. В качестве диэлектрического наполнителя содержит, по крайней мере, один компонент из группы, мас. %: ZnO 1-65, CuO 0,5-50, FeO3 (или FeO) 0,5-50, MnO2 (или MnO) 0,3-2, Co2O3 (или CoO) 0,5-5, Bi2O3 0,5-5, Sb2O3 0,5-50, CrO3 0,3-50, V2O3 0,5-5, K2Cr2O7 (или Na2Cr2O7, или NH4Cr2O7) 0,5-3. Техническим результатом является обеспечение одновременно высоких значений коэффициента нелинейности и начального удельного сопротивления. 4.з.п. ф-лы, 1 табл.
Карбид бора В4С - 10 - 70
Связующее - 10 - 30
Диэлектрический наполнитель - Остальное
2. Резистивный материал по п. 1, отличающийся тем, что он в качестве связующего содержит неорганическое связующее.
ZnO - 1 - 65
Fe2O3 (или FeO) - 0,5 - 50
MnO2 (или MnO) - 0,3 - 2
Со2О3 (или СоО) - 0,5 - 5
Bi2O3 - 0,5 - 5
Sb2O3 - 0,5 - 50
Cr2O3 - 0,3 - 50
V2O5 - 0,5 - 5
K2Cr2O7 (или Na2Cr2O7, или NH4Cr2O7) - 0,5 - 3
CuO - 0,5 - 50о
Резистивный материал | 1981 |
|
SU978205A1 |
РЕЗИСТИВНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ | 1991 |
|
RU2009559C1 |
Резистивный материал | 1973 |
|
SU484573A1 |
ГИБКИЙ ПРИВОД ДЛЯ МОЛОКООТСОСА | 2010 |
|
RU2547077C2 |
ОЧКИ ЗАЩИТНЫЕ | 2016 |
|
RU2639042C1 |
US 4477793 A, 16.10.84 | |||
US 4730179 A, 08.08.88. |
Авторы
Даты
2000-06-27—Публикация
1998-05-20—Подача