Способ изготовления плоского электронагревателя Советский патент 1989 года по МПК H05B3/28 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологии изготовления плоских электронагревателяй, работающих при температуре до 800 с. е

изобретения - повьшение качества электронагревателя с основанием

I ,О

из слюдопласта на фосфатном связующем путем исключения расслоения его при .высокой температуре и повышения |0 механической прочности.

В способе изготовления плоского электронагревателя в изоляционное основание из слюдопласта на фосфатном связующем запрессовывают резис- 5 тивный элемент, на изоляционное основание с запресованныи реэистивным элементом наносят суспензию, содержащую водный раствор фосфатного свя- зукщего 4-10%-ной концентрадии и мел- 20 кодисперсную молотую слюду в соотношении j мас,%:

Водный раствор фосфатного связующего 85-95 Мелкодисперсная моло-25

тая слюда5-15

После нанесения суспензии накладывают 5-6 слоев высушенной слюдобумаги, предварительно пропитанной фосфатным связующим, нанося на каждый слой сл.юдо зо бумаги суспензию. Последний сл.ой слюдобумаги закрывают водоаепромокаемой бумагой (калькой),на кальку устанавлива- ют металлическую сетку.Полученный пакет опрессовывают сначала при комнатной температуре, а затем при 400-700 с при давлении 10-30 МПа.

В случае необходимости изготовления двустороннего электронагревателя резнстивный элемент размещают с двух п сторон, также с двух сторон закрывают п &кетом слюдобумаги. Запрессо1зка ре- зистивного элемента в слюдопластовое основание необходима длк ликвидации зазора между основанием и последующи- t электроизоляционными слоями. Фосфатное связующее (диаммоний-фосфат, алюмохромфосфат,. алюмоборфосфят) поставляется в виде порошков, гранул или водный раствор 50-60%-ной концентрации. Фосфатные связующие в вод-- 0 ной среде диссоциируют с образованием анионов , НРО , последние вступают в химическое соединение со слюдой с образованием кислых фосфор- .

, -f

но-кисль х соединений калия и магния. При повьшении температуры до 400- « 700 С образуются нерастворимые сое динения со слюдой. Количество вводи35

.45

е

|0

5 20

25

зо

п 0

35

5

мого фосфатного связующего необходимо строго регламентировать. При концентрации водного раствора фосфатного связующего менее 4% не удается получить прочное соединение слюдяных материалов. При избытке (концентрация водного раствора фосфатного связующего блока 10%) в системе фосфатное связующее - слюда остаются бодные кислотные радикалы, в резуль- тате в условиях повышенной влажности образуются фосфатные кислоты, разрушающие металл резистивно- го элемента, и снимается сопротивление изоляции за счет полной проводимости. Кроме того, наличие непрореагировавших фосфатных 5СИСЛОТ может привести при вы соких температурах к выделению фосфатного ангидрида (Р Oj-) и, как Следствие, к образованию токсичной атмосферы. Кроме того, реакция фосфорных кислот со слюдой в основном протекз.ет по торцам слюдяных частиц.

Чем более развита площадь торцовой поверхности слюдяных частиц, тем большее количество фосфатного связующего можно ввести и тем прочнее будет соединение.

В предлагаемом способе применяется суспензия из водного раствора фосфатного связующего и мелкодисперсной молотой слюды. При 400-700°С на границах соприкосновения частиц молотой слюды, слюдопласта и слюдобумаги образуются кислые фосфатные нераство-. римые соединения, обеспечивающие npo4Hcse скрепление слюдопластового основанH.fl и слюдобумаги.

Поскольку средний диаметр частицы мелкодисперсной молотой ра- вен 0,01 мм, суммарная ддина торцовых поверхностей равна 31400 мм, т.е. в 100 раз больше чем при пропитке связующим без наполнители.

Суспензия может наноситься пульверизацией, иян кистью. В зависимости от способа нанесения сус пензии выбирается из указанного диа паэона соотношение водного раствора- фосфатного связующего и молотой слю-- ды. Обя.зательным условием при этом является отсутствие непрореагировав- Бшх фосфорных КИСЛОТ. Это обеспечивается тем, что при меньшей концентраЦИИ молотой слюды в суспензии ИСПОЛЬ

зуется менее концентрированньй водный раствор алюм-охромфосфата.

1

Металлическая сетка применяется для создания благоприятных условий эвакуации газовых компонентов и паров воды. Причем первоначально водо- непромокаемая бумага (калька) не позволяет вытекать суспензии через поры слюдобумаги, в дальнейшем при повышении температуры выше бумага обугливается, за счет чего соз- даются благоприятные условия эвакуации газовых компонентов и паров воды Давление 10-30 М Па определено опытны путем, исходя из условий надежного соединения слюдопласта и слюдобумаги и отсутствия механических повреждений электронагревателя. При давлении менее 10 МПа остаются отдельные пустоты в соединении, при давлении более 30 МПа наблкдаютсл механкчес- кие повреждения электронагревателя. Холодное прессование применяется для ликвидации пустот и гарантированного заполнения суспензией, всех пор.

Пример (известный). Нижнее электроизоляционное основание из слюдопласта толщиной 1,2 мм, представ- лякщее собой кольцо с наружным диаметром 175 мм и внутренним диаметром 60 мм предварительно перфорированное помещается на нижнее основание зажимного устройства, представляющее собой металлическую плиту с подпружиненными штифтами, расположение которых соответствует перфорации электро- кзоляционного основания и конфигурации резистивного элемента. Перфорация сделана в местах, где материал резистивного элемента должен менять направление.

На основание укладывается резис- тивный элемент из нихромовой проволоки диаметром 0,4 мм и фиксируется натяжением вокруг штифтов. Верхнее электроизоляционное основание из слюдопласта толщиной 0,6 мм в виде кольца с наружным диаметром 60 мм покрывается с одной стороны клеящим составом 88НП при помощи кисти и выдерживается при нормальных услови- ях 4 ч 30 мин. Затем верхнее электроизоляционное основание накладывается на штифты, фиксирующие резистив- ный , и поджимается верхним основанием зажимного устройства. При зтом происходит склеивание верхнего и ния него электроизоляционных оснований с окончательной, фиксацией ранее уложенного резистивно.го элемента

п 5

41 . с одновременным утапливанием штиф- тов. Усилие поджиьта 3 МПа, время пожима 60 с. Затем склеенные электроизоляционные основания с зафиксирр- ванным между ними резистивным элементом поме11 ,аются в печь, где производится окончательная сушка клеящег состава при 105 с в течение 3 ч.

П р и м е р 2, Электроизоляционное основание из слюдопласта марки ИТПФЛ толщиной 1,2 мм, представляющее собой кольцо с наружным диаметром 175 мм и внутренним диаметром 60 мм, предварительно перфорированное, помещается на нижнее основание пресс-формы, представляющее собой металлическую плиту со штифтами, расположение которых соответствует перфорации электроизоляционного основания и конфигурации резистивнопо элемента. Перфорация делается в местах, где провод резистивкого элемента должен менять направление. На основание укладывается резистивный элемент из нихроморой проволоки диаметром О,4 мм и фиксируется натяжением вокруг штифтов. Затем производится запрессовка резистивного элемента заподлицо с поверхностью элек роизоляционного основания верхним основанием пресс-формЕ, Усилие прессования 20 НПа, время запрессовки 5 с. После запрессовки плиты пресс- формы размыкаются и извлекается электроизоляционное основание с запрессованным резистивным элементом. Затем на основание со стороны впрес™ сованного резистивйого элемента наносится пульверизатором суспензия, содержащая водный раствор алюмохромфос фатного связующего 4%-ной концентрации и мелкозернистую молотую слюду в соотношении, мас.%

Водный раствор алюмохром- фосфатного связующего 95 Мелкозернистая молотая слюда5

сверху накладывается кольцо из слвдобу маги толщиной 0,1 мм, предварительно пропитанной алюмйхромфосфатным связующим,, наружным диаметром 175 мм и вкутренним диаметром 60 им. На эту слюдобумагу наносится суспензия, сверху накладывается еще одно кольцо из слюдобумаги и т.д. до достижения щести слоев слюдобумаги. На последний слой слюдобумаги наклады.вается круг диаметром 180 мм из водонепромокае 1

ной бумаги (кальки), на кальку - Круг диаметром 180 мм из латунной снетки с размером ячеи1 1,0x1,0 мм. I Далее получеинйй пакет помещается устройство для опрессовки и опрес- doBbmaeTCH вначале при-нормальных ус . -говиях в течение 60 с., а затем при 700 С в течение 60 мин при давлении to КПа. После остывания готовый электронагреватель извлекается из , устройства.

П р и м е р 3. Изготовлен электронагреватель согласно примеру 2 со спедующими-изменениями.

Используется суспензия, содержащая водный раствор алюмохромфосфатно го связующего 7%7-ной концентрации и мел.ксзернистую молотую слюду в соотношении, мас.%г

Водный раствор алюмохрон- фосфатного связующего 90 Мелкозернистая молотая слюда1 о

Опрессовка пакета производится давлении 20 МПа.

П р и м е р 4. Изготовлен электро нагреватель согласно примеру 2 со следующими изменениями.

Используется суспензия, содержа- ,л.ря ВОДНЫЙ раствор алюмохромфосфатно Г(Ь связую даго 10%-ной концентрации и I мелкозернистую молотую слюду в согношенш;, мае. %: .

Водный раствор алюмо- хромфосфатного связующего 85 : Мелкозернистая молотая

слюда.15

Опрессовка производится

при давлении30 МПа.

40

: П р И М е Р 5. На электроизоляци- оМное основание из слюдопласта тол- ш|иной 0,6 мм, представляющее собой круг диаметром 80 мм, на намоточном . станке наматывается резистивный эле- 45 непт из нихромовой проволоки диамет ром 0,2 мм (двусторонняя намотка), 31атем электроизоляционное основание с намотанным резистивным элементом помещается между плитами прессового устройства и производится запрессовка резистивного элемента заподлицо с поверхностью электроизоляционного основания. Усилие прессования 10 МПа, время прессовки 5 с« Далее на одну из сторон злектроизоляциониого осно вания с виресованньм резистивным элеентом с помощью кисти наносится сус-. пёнзия, содержагадя водный раствор

50

о

5

20

5

0

5

0

А16

алюмохромфосфатного связующего 10%- ной концентрации и мелкозернистую молотую слюду в соотношении, мас.%: Водный раствор алюмохромфосфатного связующего85Мелкозернистая молотая слюда15- После нанесения суспензии накладывается высушенная слюдорумага толщиной О, 1 мм, предварительно пропитанная алюмохромфосфатным связующим и представляющая собой круг диаметром 90 мм так, чтобы разница в радиусах между слюдобумагой и электроизоляционным основанием составляла 5 мм. На слюдобумагу наносится суспензия, далее накладывается еще одиц круг из слюдобумаги.и т.д. до достижения шести слоев слюдобумагой. Последний слой слюдобумаги закрывается кругом из водонепроницаемой бумаги (кальки) диаметром 90 мм.

На кальку .устанавливается круг диаметром 90 мм из латунной сеткк с размером ячеи 1,0x1,0 mi. Затем полученный пакет переворачивается и проводится закрытие электроизоляционного оснонания с впресованным резис- тивньм эл(гментом изоляцией со второй стороны аналогичным образом. Полу- ченный пакет помещается в устройство для опрессовки и опрессовыиается виа чале при нормальных условиях в течение 60 с, а затем при в течение 60 мин при давлении 30 МПа. После остывания Готовый электронагрева- тель извлекается из устройства.

Электронагреватели, изготовленные по предлагаемому способу (примеры 2-5) в количестве 24 шт., были подвергнуты испытаниям на расслоение и механическую прочность (потеря формы электронагревателем за счет изгиба), Для сравнения аналогичным испытаниям подвергались шесть электронагревателей, изго.товленных по известному способу (припер 1) .

При ис тытаниях на электронагреватели ступенчато подавалось напряжение питающей сети, пропорциональное удельной ваттной нагрузке от 0,5 до 4 Вт/см с дискретностью 0,5 Вт/ск с выдержкой в течение 5 мин при каж-. дом значении напряжения.

В качестве критериев отказов при испытаниях приняты расслоения электронагревателей или их деформация,

приводящие к потере формы и механической прочности электронагревателей

Все представленные на испытания электронагреватели рассчитаны на номинальное значение удельной ваттной нагрузки 2,0 Вт/см2 при номиналБном значении напряжения питающей сети.

Все электронагреватели, изготов1450141

мещают резистивный элемент на изоля ционном основании из слюдопласта, укладьшают поверх изоляционное покр тие, наносят скрепляющий состав и закрепляют резистивный элемент в ос новании, отличающийся тем, что, с целью повьпиения качеств электронагревателя с основанием из

ленные по предлагаемому способу, ус- ,„ слюпоп з пешно вьщержали нагрузки, соответст- Фосфатном связующем вующие номинальньп. значениям и вьвдер- исключения расслоения его при живают нагрузки, превышающие номинальное значение в 1,25 - 1,75 раза. В то же время электронагреватели, изготовленные по известному способу разрушаются или деформируются при нагрузках, составляющих 0,5 - 0,75 от номинального значения. Электронагреватели, изготовленные по предлагаемому способу, предназначены для замены широко распространенных нагревателей и прессованных керамических нагревателей для электроконфорок, электроплит и других -промышленных и бытовых электроприборов.

За счет применения указанных электронагревателей будет сокращено применение металла от 0,05 до 0,2 кг и периклаза до 0,1 кг на один электроприбор. Себестоимость электронагревателя будет снижена ориентировочно на 10-20%. Ожидаемая потребность до

. в год.

Формула изобретения Способ изготовления плоского

высокой температуре и повьшения мех нической прочности, по меньшей мере на одну из плоскостей изоляционного

t5 основания .с запрессованным резистив- ным элементом нанося-п суспензию, содержащую водный раствор фосфатного связующего 4-10%-ной концентрации и мелкодисперсную молотую слюду в соот

20 ношении, мас.%:

Водный раствор фосфатного связующего 85-95 Мелкодисперсная молотая слюда5-15

основание закрывают несколькими слоя ми высушенной слюдобумаги, предварительно пропитанной фосфатными связующими, нанося На каждый слой указанную суспензию, последний слой слюдобумаги закрывают водонепромокаемой бумагой (калькой), на бумагу устанав ливают металлическую сетку и получен ный пакет опрессовывают сначала при .комнатной температуре и затем при

25

3D

35

электронагревателя, при котором раз-10-30 МПа.

температуре 400--700°С при д авлении

1450141

мещают резистивный элемент на изоля- ционном основании из слюдопласта, укладьшают поверх изоляционное покрытие, наносят скрепляющий состав и закрепляют резистивный элемент в основании, отличающийся тем, что, с целью повьпиения качества электронагревателя с основанием из

слюпоп з « Фосфатном связующем исключения расслоения его при

,„ слюпоп з Фосфатном связующем исключения расслоения его при

высокой температуре и повьшения меха нической прочности, по меньшей мере на одну из плоскостей изоляционного

t5 основания .с запрессованным резистив- ным элементом нанося-п суспензию, содержащую водный раствор фосфатного связующего 4-10%-ной концентрации и мелкодисперсную молотую слюду в соот20 ношении, мас.%:

Водный раствор фосфатного связующего 85-95 Мелкодисперсная молотая слюда5-15

основание закрывают несколькими слоя- ми высушенной слюдобумаги, предварительно пропитанной фосфатными связующими, нанося На каждый слой указанную суспензию, последний слой слюдобумаги закрывают водонепромокаемой бумагой (калькой), на бумагу устанав-- ливают металлическую сетку и полученный пакет опрессовывают сначала при .комнатной температуре и затем при

25

D

5

10-30 МПа.

температуре 400--700°С при д авлении

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологии изготовления плоских электронагревателей, работающих при температуре до 800 С. Цель изобретения - повышение качества электронагревателей путем исключения расслоения их при высоких температурах и повышение механической прочности. При изготовлении плоского электронагревателя размещают резис- тивный элемент на изоляционном основании из слюдопласта на фосфатйом связующем, запрессовывают его в ос- нование, на полученный узел наносят суспензию, содержащую водный раствор фосфатного связующего 4-10%- ной концентрации и мелкодисперсную молотую слюду в соотношении: водный раствор фосфатного связующего 85-95%, мелкодисперсная молотая слюда 5-15%. После этого основание закрывают несколькими слоями высушенной бумаги, предварительно пропитанной фосфатными связующими, наносят на каждый слой указанную суспензию, последний слой слюдобумаги закрывают водонепромокае- мой бумагой (калькой), на бумагу устанавливают металлическую сетку и полученный пакет опрессовывают вначале при комнатной т-ре,а затем при 400-700°С при давлении 10-30 МПа. Предусматривается возможность разме- щ ения резистивного элемента и закрытие его слюдобумагой с двух сторон изоляционного основания. S (Л 4:: Oi