Материал для электронагревателя на основе углеродного волокна Советский патент 1980 года по МПК H05B3/14 H01B1/04 

(54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА Изобретеьше относится к электротехнике, в частноети к материалам для электронагревателей, применяемым при повышенных темпера турах (до 2500°С и более), в вакууме или инертной среде. Известны токопроводящие материалы для электронагревателей, содержащие углеродное в локно и нитроуглерод 1. Недостатком их являются низкие физикомеханические показатели. Известен материал для электронагревателя н основе углеродного волокна и коксополимеряого связующего, взятых в соотношении 1:1 (вес.%) 2. Недостатком указанного материала является его высокая пористость (до 90%) и 1шэкая плотность (0,06-0,18 г/см) получаемого нагревательного элемента и, как следствие этого, низкая эксплуатационная стойкость элек тронагревателя. Целью изобретения является повышение прочности Материала для изготовления электро нагревателей. Она достигается тем, что в материал на ос- нове углеродного волокна и коксополимерного связующего введен пироуглерод, а компоненты взяты в соотношении, вес.%: Углеродное волокно51-70 Коксополимерное связующее15-30 ПироуглеродОстальное Указанные пределы содержания коксополимерного связующего обеспечивают равномерную связь углеродных волокон меячду собой, создавая при этом определенйое количество открытой пористости. При содержанш в материале коксопояимерного связующего менее 15 вес.% не обеспечивается создание прочного каркаса композиции вследствие неполного связывания углеродных волокон межд} собой в объеме материала. В свою очередь, при содержании коксополнмерного связующего более 30 вес.% резко увеличивается пористость материала, в результате чего снижается объемная плотность композиции. Введение пироуглерода в количестве 10-20 вес.% позволяет заполнить открытую пористость КОКСОПОЛИМерНОГО СВЯЗКУ)3щего и тем самым обеспечить высокую плотность и прочность коксопироуглеродной мат. рицы. При привесе пироуглерода менее 10 вес.% в композиции остаются незаполненные поры, что отрицательно сказывается на качестве матрицы. Привес более 20 вес.% неоправдан ввиду того, что появляются излишки пироуглерода, которые осаждаются на поверхности материала и блокируют транспортные поры, пре пятствуя процессу отложения углеродного мате риала из газовой фазы внутри тела материала. Пироуглерод, отложенный на поверхности, резк6 уменьшает термостойкость изделия вследствие высокой текстуры и большой разницы в коэффициентах термического расширения связующего и пироуглеродного покрытия. Указанное количество коксопопимерного связующего связывает углеродное волокно, оптимальное количество которого лежит в пределах 51-70 вес.%, придавая композиции высокие физико-механические характеристики. При содержании углеродного волокна менее 51 вес.% наблюдается дефицит армирующего материала основы, следствием чего является снижение прочностных характеристик материала. При содержании углеродных волокон более 70 вес. не может быть обеспечено создание прочного каркаса из-за появления определенного количества углеродных волокон, не связанных между собой (дефицит связующего вещества). Технология изготовления материала за- ключается в следующем. Предварительно дозированное количество углеродного волокна в виде непрерывного жгута пропитывают дозированным количеством полимерного связующего с выходом кокса при пиролизе 50-55%, например фенолформальдегидного, и, укладывая жгуты в определештом порядк.е, формуют, например, в виде пластин при 160-200°С и давлении 5070 кг/см, затем карбонизуют в нейтральной или восстановительной среде при 900-1300° С и скорости подъема температуры 10-17 град/ч, после чего в поры полученного материала осаждают Пироуглерод в колотестве 10-20 вес.% с помощью обработки в среде уг 1 водородов, например метане, при 950-980°С. Далее композицию в зависимости от температуры эксплуатации электронагревателя термообрабатывают, например, при 2500°С, По описанной технологии были изготовлены четыре композиции 1-4, состав которых приведен в табл. 1. . Физйко-механические свойства известной и предлагаемой композиций приведены в табл. 2. Из данных табл. 2 следует, что предлагаемый материал обладает более высокими физико-механическими показателями по сравнению с известными материалами. Кроме того, в условиях промыщленного опробования при пропускании через материал электронагревателя электрического тока плотностью до 150 А/см и напряжением 10-20 В в вакууме 10 мм рт.ст. обеспечивалась надежная работа электронагревателя при 2000°С в течение 600 циклов.

Углеродное волокно

51

Коксополимерное

29 20 связующее

Пироуглерод

Таблица 1

60

65

75

20

30

15

10

10

20

Формула изобретения

Материал для электронагревателя на основе углеродного волшсна с коксополимерным свя:зующим, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности электронагревателя, он дополнительно содержит пироуглерод, а компоненты вэяты в следующем соотнощении, вес.%:

Углеродное волокно51-70

Таблица 2

Коксополимерное связующее15-30Пироуглерод Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Патент Англии № 144446), кл. Н 5 Н, 1976.