Композиционный электропроводный материал Советский патент 1992 года по МПК H01B1/18 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике производства неорганических композиционных электропроводных материалов, используемых в виде штучных изделий или заливочных компаундов, применяемых, в частности, для изготовления на их основе строительных изделий, растворов и бетонов, экранирующих электромагнитное излучение, а также мощных объемных резисторов, заземлителей сложной конфигурации и низковольтных нагревательных элементов.

Известен резистивный материал, содержащий неорганическое связующее (портландцемент), углеродный компонент (технический углерод), диэлектрический наполнитель (кварцевый песок) и воду.

Недостатком материала является невозможность достижения высоких значений

электропроводности, если диэлектрический наполнитель вводится путем уменьшения содержания электропроводного компонента. Если вводится диэлектрический наполнитель путем уменьшения содержания связующего, то падает механическая прочность.

Наиболее близкая к изобретению является сырьевая смесь для изготовления электропроводного бетона, включающая неорганическое связующее (портландцемент), углеродный компонент (смесь кокса и технического углерода) и воду.

Этот материал имеет следующие недостатки: невозможность достижения электропроводности выше 10 См/м при сохранении высокой механической прочности, низкая предельная температура нагрева, невозможность изготовления материала

VI

ю

00 00 00 00

со стабильными свойствами по пластичной технологии.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности изделий путем уве- личения электропроводности при сохранении высокой механической прочности, повышение температуры нагрева и расширение технологических возможностей при изготовлении.

Поставленная цель достигается тем, что материал содержит в качестве неорганического связующего железофосфатное связующее в виде- смеси оксида железа и ортофосфорной кислоты, а в качестве углеродного компонента - графит с размерами частиц менее 40 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид железа10.9-71,7

Графит с размерами

частиц менее 40 мкм2,7 - 49,5

Ортофосфорная кислота, 15,8 - 50,7

Положительный эффект обуславливается совокупностью как высоких индивидуальных свойств отдельных компонентов смеси и характерными особенностями смеси именно этих компонентов.

Использование связующего с химическим механизмом твердения позволяет повысить допустимую температуру нагрева. Образующиеся прочные структуры сохраняют ето качество при нагревании до предельно-высоких температур, до 800°С.

Графит по сравнению с другими углеродными материалами имеет более высокое значение электро- и теплопроводности, температуры начала окисления, он инертен к ортофосфорной кислоте. Скорость окисления графита в присутствии фосфорсодержащих веществ уменьшается.

Реологические и физико-химические свойства смеси позволяют получать материал с высокой электропроводностью даже при относительно низкой концентрации проводника как по технологии полусухого прессования, так и пластичным формированием. Значительная механическая прочность композита обуславливается высокой энергией связи частиц связующего, присущей веществам с химическим механизмом твердения, стабильной в широком диапазоне температур, отсутствием воды в качестве жидкости затворения (по сравнению с цементом с гидратационным механизмом твердения), а также малыми размерами частиц графита, что ослабляет негативное действие его слоистой микроструктуры.

Составы и свойства композиционного электропроводного материала, изготовленного прессованием и трамбованием, а также свойства материала по прототипу приведены в таблице.

Каждый состав получали перемешиванием сухих компонентов, а затем перемешиванием с ортофосфорной кислотой с последующим уплотнением и термообработкой.

Сравнение свойств предлагаемого и известного материалов показало, что электропроводность предлагаемого при равных или близких значениях объемной концентрации проводника значительно выше, чем у известного. А в тех составах, где значения элект- ропроводности близки, механическая прочность предлагаемого существенно

больше. Совокупность свойств компонентов и свойств смеси именно этих компонентов обеспечило предлагаемому материалу более высокую предельную температуру кратковременного нагрева, чем у известного материала.

Изобретение позволяет изготавливать штучные строительные изделия, растворы и бетоны, экранирующие электромагнитное излучение, мощные обьемные резисторы

различного назначения, заземлители сложной конфигурации из пластичной смеси, низковольтные нагревательные элементы. Формула изобретения Композиционный электропроводный

материал, содержащий неорганическое связующее и углеродный наполнитель, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности изделий на его основе путем увеличения электропроводности при сохранении высокой механической, прочности, повышения температуры нагрева и расширения технологических возможностей при изготовлении, он содержит в качестве связующего железофосфатное

связующее в виде смеси пиритных огарков и ортофосфорной кислоты, а в качестве углеродного наполнителя -.графит с размерами частиц менее 40 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пиритные огарки35,9 - 82,2

Графит с размерами частиц менее 40 мкм 3,2 - 38,0 Ортофосфорная кислота 9,4-51,3

2,3

2,7

3,2

6,2

11,6

20,0

28,3

37,5

40,0

5,2

Ь.Ь

9,2

13,5

16,4

20,1

27,5

36,0

49,6

72,0 71,7 71,3 69,1 65,1 58,4 52,8 46,1 44,2

44,4 43,6 40,8 35,8 33,3 29,9 23,0 18,9 10,9

25,7 25,6 25,5 24,7 23,3 20,8

18,9 16,8 15,8

50 49 50 50 50

50,0 49,5 45.1 39,Ь

0,035

0,04

0,05

0,09

0,19

0,27

0,3

0,39

0,42

0,05 0,07 0,09 0,12 0,14 0,17 0,22 0,28 0,36

Прессование

ю1,0 10 134 590 800 1550 2130 2300

Трамбование 1 12

33

04

88

122

180

240

55 51 48 30 21 17 14

24

23

21

18

10

13

10

7

3

750

0,07 0,11

0,17 0,21 0,24 0,27 0,30 0,40 0,10

0,14

0,20

0,24

0,34

0,40

0,44

0,51

1

5

17

36

41

57

73

100

1-10

8-Ю 5-101,31

12

35

50

-4.

Г3

10

32

25

23

20

16

13

4

О

25

20

17

14

8

4

О

О

400

J

N5 00

ОЭ 00 00

о

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в строительстве для экранирования электромагнитного излучения, в производстве резисторов и за- землителей. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности изделий на основе композиционного электропроводного материала путем увеличения электропроводности при сохранении высокой механической прочности, повышение температуры нагрева и расширение технологических возможностей при изготовлении. Композиционный электропроводный материал, состоящий из пиритных огарков, графита и ортофосфорной кислоты, имеет электропроводность до 2320 См/м и механическую прочность до 74 МПа. 1 табл.