Электроизоляционный наполнитель и способ его получения Советский патент 1992 года по МПК H01B3/12 

Изобретение относится к технологии получения электроизоляционных наполнителей на основе оксида магния, применяемых в электротехнической промышленности для изготовления трубчатых электронагревателей сопротивления или электронагревателей штифтовых свечей накаливания.

Известен электроизоляционный материал (наполнитель), содержащий гранулированный оксид магния (92,0 - 99,5 мас.%) и продукт взаимодействия оксида циркония с кремнеземом (0,5 - 8,0 мас.%).

Недостатком данного электроизоляционного наполнителя является низкий ресурс его работы в трубчатых электронагревателях сопротивления, не превышающий 350 - 400 ч. Это связано с введением в состав

наполнителя продукта взаимодействия оксида циркония с кремнеземом, имеющего более низкое удельное электросопротивление, чем спеченный оксид магния.

Наиболее близким является плавленый периклаз, содержащий 97,2 - 99,5 мае % оксида магния, 0,5 - 2,8 мас.% соединений включения (монтичеллит CaMgSiO, мерви- нит СазМдЗЮаОв или другие, в зависимости от химического состава исходного сырья). Способ получения такого наполнителя заключается в совместном расплавлении в электродуговой печи оксидов МдО, СаО, SiOa, Г-е20з и включает последующую их кристаллизацию, измельчение и термообработку кускового материала Известный электроизоляционный наполнитель имеет

2

чэ о

о

высокое удельное электросопротивление и хорошие технологические показатели: кажущуюся плотность, текучесть.

Недостатком известного наполнителя являются высокие токи утечки при эксплуатации трубчатые электронагревателей, составляющие 32,0 - 40,0 мА при нагрузке 10 Вт/см2.

Цель изобретения - снижение токов утечки в электронагревателе.

Для этого электроизоляционный наполнитель, содержащий оксид магния 97,2-99,5 мае.%, соединения включения 0,5 - 2,8 мас.%, в качестве соединений вклю- Хения содержит алюминат магния и диоксид циркония кубической модификации при следующем их соотношении (3 - 4):(1 - 2). Причем электроизоляционный наполнитель получают расплавлением в электродуговой печи шихты на основе оксидов металлов и введением в расплав перед кристаллизацией диоксида циркония.

Сущность изобретения заключается в снижении концентрации линейных дефектов (дислокаций) в кристаллах электроизоляционного наполнителя путем получения совершенной формы зерен материала, близкой к сферической, и снижении массовой, доли легкоплавких примесей в соединениях включения за счет повышения выделяемой электрической мощности для перегрева расплава перед его кристаллизацией.

При плавке шихты, вклющающей оксиды MgO, AlaOs. вначале удаляются летучие и легкоплавкие соединения. Затем образуется магнезиальный расплав, содержащий катионы примесных элементов, которые после кристаллизации образуют соединения включения в оксиде магния. При наличии в соединениях включения алюмината магния и диоксида циркония кубической модификации зерна плавленого материала при кристаллизации приобретают окта- эдрическую форму (две пирамидки, контактирующие одна с другой основаниями) вместо типичной кубической. Во время термообработки порошка происходит стирание вершин пирамидок и зерна приобретают более совершенную форму, близкую к сферической, т.е. с минимальной боковой поверхностью. Таким образом, снижается концентрация линейных дефектов кристалла на единице его поверхности и, следовательно, концентрация носителей электрического тока.

В том случае, когда содержание алю- минита магния в соединениях включения превышает 4, происходит снижение электроизоляционных свойств наполнителя за

счет повышения микротвердости материала и появления металлического железа, об- рзующегося при абразивном истирании оболочки электронагревателя при его изготовлении.

То же самое происходит и при повышенном содержании диоксида циркония кубической модификации (свыше 2).

При содержании алюмината магния ме0 нее 3 снижение электроизоляционных свойств идет за счет повышения концентрации заряженных частиц- на линейных дефектах кристаллов.

Если диоксида циркония в соединениях

5 включения менее 1, то повышаются токи утечки, связанные со снижением кажущейся плотности и текучести порошков, т.е. с качеством изготовления трубчатых электронагревателей.

0 Добавление диоксида циркония в расплав перед его кристаллизацией повышает выделение электрической мощности и способствует его перегреву. За счет этого при кристаллизации расплава происходит объ5 емная диффузия примесных соединений. Рафинирование наплавляемого блока идет не только от центра к периферии, но и в направлении перемещения электродов руд- нотермической печи.

0 Если диоксид циркония вводить совместно с шихтой, т.е плавить совместно оксиды магния, алюминия и циркония, то процесс пойдет как и при известном способе, и повышения электрической мощности в

5 расплаве не произойдет. Диффузионный процесс удаления легкоплавких примесей наблюдается только в направлении от центра к периферии блока, что повышает концентрацию легкоплавких примесей в

0 сортовом материале, в результате чего увеличиваются токи утечки при эксплуатации наполнителя.

Пример. Для получения электроизоляционного наполнителя, содержащего 99,0

5 мас.% оксида магния и 1,0 мас.% соединений включения (алюминат магния и диоксид циркония кубической модификации при их соотношении 3,25:1,75) используют шихту состава, мас.%: MgO 98.0; А1аОз 0,8;

0 ZrOz 1,2.

В руднотермическую печь ОКБ - 955Н загружают порцию шихты, содержащую оксиды MgO и А12Оз, и расплавляют. После получения жидкой ванны и выхода элект5 родов в расплав вводят ZrOa в количестве 1,2 мас.% от порции шихты. Затем загружают новую порцию шихты, содержащую MgO и АЬОз. В расплавленной предыдущей порции шихты с введенным в нее ZrOa начина- ется кристаллизация оксидов MgO, АЛаОз.

Zr02. Одновременно идет процесс расплавления новой порции шихты. После расплавления этой порции снова поднимают электроды над ванной расплава и вводят в него ZrOa. В такой последовательности ведут наплавление блока до заполнения ванны печи. Полученный блок извлекают из ванны, измельчают до требуемого зернового состава. Полученный порошок термооб- рабзтывают во вращающейся печи.

При изготовлении электроизоляционного наполнителя по известному способу производят расплавление всех оксидов одновременно, а затем осуществляют их кристаллизацию.

Приемы выполнения других примеров аналогичны приведенному.

Свойства электроизоляционного наполнителя приведены в таблице.

Как видно из таблицы, ток утечки электроизоляционного наполнителя при нагрузке 6 Вт/см2 меньше в 8,8 - 32,5 раза, при нагрузке 8 Вт/см2 меньше в 8,9 - 22,9 раза, при нагрузке 10 Вт/см2 - в 8,6 - 22,2 раза,

0

5

0

5

чем ток утечки известного электроизоляционного наполнителя.

Формула изобретения

1.Электроизоляционный наполнитель для электронагревателя, содержащий, мас.%: оксид магния 97,2 - 99,5 и оксидные соединения включения 0,5 - 2.8, отличающийся тем, что, с целью снижения токов утечки в электронагревателе, он в качестве соединений включения содержит алюминат магния и диоксид циркония кубической модификации при соотношении соответственно (3,0 - 4,0):(1,0 - 2,0).

2.Способ получения электроизоляционного наполнителя для электронагревателя, при котором шихту на основе оксидов металлов расплавляют в электродуговой печи, кристаллизуют, измельчают и термообраба- тывают, отличающийся тем, что, с целью снижения токов утечки путем снижения концентрации носителей электрического тока, в расплавленную шихту перед кристаллизации вводят диоксид циркония.

Электроизоляционный наполнитель и способ его получения. Использование: для изготовления трубчатых электронагревателей сопротивления или электронагревателей штифтовых свечей накаливания. Сущность изобретения: электроизоляционный наполнитель содержит, мас.%: оксид магния 97,2..,99,5 и соединения включения 0,5...2,8, последние содержат, мас.%: алюминат магния 60,0,.,80,0 и диоксид циркония кубической модификации 20,0...40,0, В шихту на основе оксидов магния и алюминия, расплавленную в электродуговой печи, перед кристаллизацией вводят оксид циркония, затем наполнитель измельчают и тер- мообрабатывают, Полученный наполнитель в составе изделия имеет удельное объемное сопротивление при температуре 1000°С