Способ изготовления объемных резисторов Советский патент 1984 года по МПК H01C17/00 

Изобретение относится к изготовлению композиционных объемных резисторов на цементном связующем, применяемых в электроэнергетике в качестве токоограничивающих, шунтирующих, разрядных резистивных элементов электрических схем.

Известен способ изготовления объемных композиционных резисторов на цементном связующем, включающий сухое перемешивание электропроводных тонкоизмельченных материалов с портландцементом, затем влаж ное перемешивание смеси с водой, прессование, выдержку распрессованных образцов в нормальных условиях (температура 18-20°С, относительная влажность 98%) в течение 16-24 ч, гидротермальную обработку при 80-200°С в течение 8-16 ч и сущку при 250-200°С 1.

Согласно этому способу твердение цементного связующего происходит на стадии гидротермальной обработки распрессованных образцов.

Недостатком этого способа является большая продолжительность технологического цикла, низкое качество изготовленных резисторов, так как прессование увлажненной смеси обуславливает высокую пористость изделий, а значит снижение механической прочности и ухудшение их электрофизических свойств, в том числе невысокой энергии рассеяния.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления объемных резисторов, включающий приготовление смеси из токопроводящих дисперсных- материалов с портландцементом, сухое перемешивание смеси, прессование сМеси с выдержкой 30-60 мин под давлением 1000- 1500 кгс/см и одновременной пропиткой ее водой, распрессовку и сушку полученной заготовки резистора 2.

Согласно данному способу процесс твердения цементного связующего осуществляется на стадии выдержки смеси под давлением в пресс-форме при одновременном насыщении ее водой, которая подается через каналы в дне пресс-формы и поднимается за счет осмотического подсоса по капиллярам находящейся под давлением смеси.

По сравнению с известным способом 1 время технологического, цикла значительно сокращается, однако выдержка образца в пресс-форме под давлением, в течение которой осуществляется насыщение смеси водой, составляет 30-60 мин, поэтому производительность пресс-формы за смену при массовом производстве резисторов мала, что требует значительного увеличения количества пресс-форм и технологических мест.

Значительная длительность выдержки смеси под давлением при одновременном насыщении ее водой приводит к тому, что процесс .твердения по объему прессуемой смеси идет неравномерно, т. е. в нижней

части смеси, откуда осуществляется подъем воды, уже начинается процесс твердения цементного связующего, а в верхнюю часть прессуемой смеси вода поступает значительно позже, т. е. обеспечивается однородность структуры, а, следовательно, и необходимое количество изготавливаемых таким способом резисторов. Кроме того, вода, в силу своих физических свойств, при нормальных условиях не

способна заполнить все капилляры смеси даже за такое время выдержки, как 30- 60 мин, поэтому остаточная пористость резисторов составляет 5/о, что ухудшает их электрофизические параметры, а также механическую прочность, которая определяет электрическую прочность резистора, т. е. его эксплуатационные характеристики. Цель изобретения - увеличение энергии рассеяния резисторов и повышение производительности их изготовления.

0 Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления объемных резисторов, включающему приютовление смеси из токопроводящих дисперсных материалов с портландцементом, сухое перемешивание смеси, прессование смеси с вы держкой 30-60 мин под давлением 1000- 1500 кгс/см и одновременной пропиткой ее водой, распрессовку и сушку полученной заготовки резистора, пропитку смеси осу-, ществляют пропусканием через нее водяноQ го пара при 132-200°С в течение 5-10 мин, а сушку производят при 300-350°С.

Интенсификация процесса насыщения смеси достигается за счет более высокой способности пара при давлении 0,196- 1,47 МПа избыточных проникать в капил5 ляры находящейся под давлением 1000- 1500 кгс/см смеси, что сокращает время выдержки в шесть раз.

При этом, благодаря высокой проникающей способности, пар заполняет и более мелкие капилляры; Пар, конденсируясь в

0 капиллярах смеси, насыщает ее водой, которая растворяет цемент.

Нижний предел температуры пара обеспечивает поступление несконденсированного пара.

5 Выше указанных пределов температур эффект резко ослабевает, так как смесь разогревается, и пар не успевает конденсироваться в порах смеси, а через отверстие в верхнем пунсоне выбрасывается наружу. При этом смесь недостаточно насыщается

0 водой, снижается степень гидратации цемента, значит нужно увеличить время действия пара на смесь компонентов, т. е. увеличивать время выдержки смеси под давлением, что приводит к еще большему разогреву и ухудшению свойств резисторов - увеличивается пористость, снижается механическая прочность, увеличивается разброс величины сопряжения и резко уменьшается энергия рассеяния. Поскольку в процессе насыщения смесь находится под давлением 1000-1500 кгс/см а объем конечных продуктов взаимодействия цемента с водой в 2,0-2,5 раза превышает объем сухого цемента, то в результате остаточная пористость спрессованных резисторов снижается до , что повышает плотность, которая определяет их тепловые свойства (теплоемкость и теплопроводность), и механическую прочность. Улучшение же механической и термической прочности приводит к увеличению электрической прочности, в частности удельной энергии рассеяния. Кроме того, интенсификация процесса твердения цементного связующего достигается за счет того, что температура конконцентрированной в порах смеси влаги достаточна высока, поэтому на стадии выдержки смесь под давлением в течение 5- 10 мин насыщается паром, образцы резнеторов набирают механическую прочность на сжатие 1500- 2000 кгс/см и на растяжение 150-200 кгс/см, увеличивая при этом энергию рассеяния в 1,5-2 раза. В прототипе при твердении цемента образуются низкотемпературные продукты твердения цементного камня (например, гидроалюминаты), температура дегидрации (т. е. разрущения новообразований) которых находится в интервале 110-140°С, что и обуславливает температуру сушки в прототипе не выше 1 Ю°С. Согласно изобретению под действием пара при 132-200°С при твердении цемента продукты гидратации белее закристаллизованной формы, .в, основном тобермориты и кубический гидроалюминат кальция, температура дегидратации которых свыше 300- 350°С, что и обуславливает температуру сущки 300-350°С. Для осуществления предлагаемого способа используется пресс-форма, обычно применяемая для прессования порошковых материалов. На чертеже схематически изображена пресс-форма, разрез. Пресс-форма имеет матрицу 1, закрепленную в обойме 2, пунсон 3 с центральным отверстием 4 для выхода вытесняемого из смеси поднимающимся снизу паром воздуха и избыточнойвлаги и фильтрами 5 и 6. Обойма; 2 имеет канал 7, один конец которого соединен с помощью трубопровода с источником пара, а другой - с полостью 8, образойанной нижним основанием матрицы 1 и.обоймой 2 и способствующей более равномерному и интенсивному насыщению смеси паром. Пример. Согласно предлагаемому способу изготавливаются резисторы с диаметром и высотой 5 см. Состав прессуемой смеси - тонкомолотый технический углерод, например пековый электродный кокс, 30 об % порт шндцемен 70%; при необходимости в смесь может быть введен наполнитель, в основном оксиды металлов и полупроводников (5Юг, ZnO, NijOj; AUO,, Bij,O, и, т. д.). Исходные компоненты после тшательного перемешивания в сухом состоянии укладывают в пресс-форму и устанавливают давление в пределах 1000-1500кгс/см2. Сразу же после установления заданного давления через канал 7 в обойме 2 прессформы, соединенной трубопроводом с камерой сжатого под давлением 0,196- 1,47 МПа избыточных пара, через систему нижних фильтров 5, 6, уложенных под слоем прессуемой смеси, осуществляют подачу в смесь пара. Температура пара, выходяшего из камеры, составляет 132-200°С. Избыток пара и сконденсированной влаги удаляется через систему фильтров 5, 6, уложенных на слой записанной смеси, и через отверстие 4 в пуансоне 3. Выдержку под давлением и насыщение паром осуществляют 5-10 мин, по истечении заданного времени давление снимают, резистор извлекают из пресс-формы и производят сушку при 300-350°С. Свойства полученных согласно предлагаемому способу резисторов приведены в табл. 1. Наиболее приемлемые режимы предлагаемого способа, при которых получены лучшие характеристики резисторов, соответствуют давлению насыщенного пара 0,196- 1,47 МПа избыточных, температуре 132- 200°С. Дальнейший подъем давления пара свыше 0,98 МПа избыточных и температуры свыше 180°С нецелесообразны, так как значительного улучшения свойства не происходит. В табл. 2 приведены сравнительные параметры резисторов, полученных -согласно способу-прототипу и предлагаемому способу. Технико-экономическая эффективность от применения изобретения обусловлена получением резисторов с высокой удельной энергией рассеяния, что непосредственно влияет на улучшение эксплуатационных характеристик резисторов, а также повышением производительности способа за счет значительного сокращения всего процесса изготовления резисторов, так как в шесть сокращается время выдержки прессуемой смеси под давлением - наиболее важной и длительной операции, в процессе которой происходит гидратация цементного связующего. Сокращение времени выдержки под давлением увеличивает производительность пресс-формы, значительно сокращает количество технологических мест и, соответственно, затраты на изготовление резисторов.

Таблица 1

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБЪЕМНЫХ РЕЗИСТОРОВ, включающий приготовление смеси из токопроводящих дисперсных материалов с портландцементом, сухое -перемешивание смеси, прессование смеси с выдержкой 30;-60 мин под давлением 1000- 1500 кгс/см и одновременной пропиткой ее водой, распрессовку и сушку полученной заготовки резистора, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергии рассеяния резисторов и повышения производительности их изготовления, пропитку смеси осушествляют пропусканием через нее насыщенного водяного пара при 132- 200°С в течение 5-10 мин, а сушку производят при температуре 300-350°С. S