ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫЙ ПЛАСТИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2014 года по МПК C10M125/04 C10M107/50 H01R4/38 C10N10/16 C10N10/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при ошиновке энергоемких технологических установок, электролизеров химической промышленности, цветной металлургии, силовой преобразовательной техники и может быть использовано в вышеуказанных отраслях.

Известен электропроводный композиционный углеродосодержащий материал на основе малопроводящего материала, смешанного с электропроводной углеродной добавкой и А.С. №2398312, 2008 г. Но использование этого материала возможно только на малых токах и только при добавлении определенной электропроводной углеродной добавки.

Известна пластичная смазка ЦИАТИМ-221 (ГОСТ 9433-80) на основе полиоргансилоксановой жидкости 132-25, загущенной кальциевым мылом стеариновой кислоты, с добавлением церезина-80 и пакета присадок.

Недостаток этого материала заключается в том, что его трибометрические, свойства очень низкие, недостаточен температурный предел работоспособности (+150°C). При его использовании в сильноточных контактных соединениях в условиях агрессивной среды и повышенной влажности со временем происходит окисление материала и пригорание контактных поверхностей, что приводит к повышению сопротивления контактного соединения и изменяются его физико-химические свойства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение долговечности, термостойкости материала, улучшение его электропроводных свойств.

Технический результат достигается тем, что используя материал на основе полиоргансилоксановой жидкости 132-25, загущенной кальциевым мылом стеариновой кислоты, с добавлением церезина-80 и пакета присадок в качестве основы, в него добавляют интерметаллид FeGa₄, полученный в результате смешивания галлий-индиевого расплава с порошком железным распыленным, химический и гранулометрический составы, средний размер частиц которого колеблется от 20 до 400 мкм, содержание основного металла не ниже 98…99%, а насыпная плотность равна 2,3…2,9 г/см. Количественное содержание железа и галлия в интерметаллиде FeGa₄ определяется по формулам

$${\beta }_{Fe}=\frac{{\gamma }_{Fe}}{{\gamma }_{Fe}+{\gamma }_{Ga}\cdot 4}\cdot 100\%$$

$${\beta }_{Ga}=\frac{{\gamma }_{Ga}\cdot 4}{{\gamma }_{Me}+{\gamma }_{Ga}\cdot 4}\cdot 100\%$$

где β_Fe, β_Ga - процентное содержание в интерметаллическом порошке железа и галлия; γ_Fe, γ_Ga - атомные веса железа и галлия. Затем в полученную смесь вводят эвтектический сплав галлий-индий-олово и перемешивают с порошком железным распыленным. Общее соотношение исходного и добавленного материалов: 60% - исходного, 40% - добавленного.

Для приготовления электропроводного пластичного материала сначала получают интерметаллид FeGa₄ путем смешивания галлий-индиевого расплава с порошком железным распыленным. После нескольких минут тщательного медленного перемешивания образуется густая металлическая паста. Количественное содержание железа и галлия в интерметаллиде FeGa₄ определяется по формулам

$${\beta }_{Fe}=\frac{{\gamma }_{Fe}}{{\gamma }_{Fe}+{\gamma }_{Ga}\cdot 4}\cdot 100\%$$

$${\beta }_{Ga}=\frac{{\gamma }_{Ga}\cdot 4}{{\gamma }_{Me}+{\gamma }_{Ga}\cdot 4}\cdot 100\%$$

где β_Fe, β_Ga - процентное содержание в интерметаллическом порошке железа и галлия; γ_Fe, γ_Ga - атомные веса железа и галлия. Коррозия стали в галлий-индиевом расплаве сопровождается образованием бинарного галлида FeGa₄ с объемноцентрированной кубической решеткой. На диаграмме состояния Fe-Ga в области с относительно небольшим содержанием галлия в зависимости от термической обработки может существовать несколько фаз (3…6).

Проведение промежуточной реакции образования интерметаллидов (галлидов) обеспечивает перевод системы в состояние с минимумом свободной энергии. На эту реакцию расходуется дополнительное количество жидкого металла. Однако затраты этого количества жидкого металла на стадии приготовления электропроводного пластичного материала обеспечивают повышение его термодинамической стабильности в режиме эксплуатации.

Полученный интерметаллид FeGa₄, в виде гутой пасты, добавляется в смазку ЦИАТИМ-221. После нескольких минут тщательного медленного перемешивания в эту смесь добавляется эвтектический сплав галлий-индий-олово и порошок железный распыленный. Перемешивание продолжается до образования однородного пастообразного материала. Вязкость получаемого материала регулируется соотношением добавляемого количества эвтектического сплава галлий-индий-олово и порошка железного распыленного. Общее соотношение исходного и добавленного материалов: 60% - исходного, 40% - добавленного.

Полученный пластичный электропроводный материал наносится на контактирующие поверхности со средней толщиной 0,2 мм.

Проведены стендовые испытания модуля контактного соединения в условиях хлорного производства, работающих в диапазоне температур 100…250°C.

Средние значения падений напряжения по результатам 500 измерений в течение трехлетней эксплуатации для контактов размером 0,05 × 0,1 м и током 2 кА равны 45 мВ для площадок медь-медь и 64 мВ для площадок медь-сталь. Стендовые испытания модуля контактного соединения электролизера с током нагрузки I_H=3000 А показало падение напряжения на контактном соединении с применением материала ЦИАТИМ-221, которое составило 18,3·10^-3 В, что соответствует переходному сопротивлению R_д=6,1·10^-6 Ом, после применения полученного электропроводного пластичного материала в контактном соединении падение напряжения составило 12,3·10^-3 В, что соответствует переходному сопротивлению R_д=4,1·10^-6 Ом.

Испытания показали, что при нормальной температуре переходные сопротивления болтовых медных контактов с использованием пластичного электропроводного материала близки к переходным сопротивлениям сварных контактов. Введение полученного материала в межконтактный промежуток болтовых соединений снижает переходное сопротивление в 2…4 раза. При тех же условиях снижение переходного сопротивления в паре сталь-графит наблюдалось в 10 раз.

Также испытания показали, что переходное сопротивление контактов с нанесенным на них пластичным электропроводным материалом практически не зависит от степени контактного нажатия.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при ошиновке энергоемких технологических установок, электролизеров химической промышленности, цветной металлургии, силовой преобразовательной техники. Предложен электропроводный пластичный материал на основе полиоргансилоксановой жидкости 132-25, загущенной кальциевым мылом стеариновой кислоты с добавлением церезина-80, пакета присадок и интерметаллида FeGa₄, эвтектического сплава галлий-индий-олово и порошка железного распыленного. Технический результат - предложенный материал может использоваться для сильноточных контактных соединений с повышенной электропроводностью, долговечностью и термостойкостью.

Электропроводный пластичный материал на основе полиоргансилоксановой жидкости 132-25, загущенной кальциевым мылом стеариновой кислоты с добавлением церезина-80 и пакета присадок, отличающийся тем, что в него добавляют интерметаллид FeGa₄, полученный путем смешивания галлий-индиевого расплава с порошком железным распыленным, химический и гранулометрический составы, средний размер частиц которого колеблется от 20 до 400 мкм, содержание основного металла не ниже 98…99%, а насыпная плотность равна 2,3…2,9 г/см (количественное содержание железа и галлия в интерметаллиде FeGa₄ определяется по формулам
$${\beta }_{Fe}=\frac{{\gamma }_{Fe}}{{\gamma }_{Fe}+{\gamma }_{Ga}\cdot 4}\cdot 100\%$$
$${\beta }_{Ga}=\frac{{\gamma }_{Ga}\cdot 4}{{\gamma }_{Me}+{\gamma }_{Ga}\cdot 4}\cdot 100\%$$
где β_Fe, β_Ga - процентное содержание в интерметаллическом порошке железа и галлия; γ_Fe, γ_Ga - атомные веса железа и галлия); затем в полученную смесь вводят эвтектический сплав галлий-индий-олово и перемешивают с порошком железным распыленным; общее соотношение исходного и добавленного материалов: 60% - исходного, 40% - добавленного.