Способ изготовления супертонкой тепловой изоляции для теплового источника тока

Способ изготовления супертонкой тепловой изоляции для теплового источника тока

Реферат

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока (в дальнейшем ТХИТ), а также в приборостроении.

Тепловая изоляция в ТХИТ является важнейшим конструктивным элементом, определяющим энергетические параметры источника тока. Однако существующие в промышленности виды теплоизоляции не всегда могут быть использованы как по своим физико-механическим и теплофизическим свойствам, так и из-за особенностей конструкции и работы ТХИТ.

Известен способ изготовления тепловой изоляции [Патент RU №2475897, кл. Н01М 6/36, 06.07.2011 г.] путем прессования теплоизоляционных прокладок из композиции, включающей высокодисперсный оксид кремния, оксид хрома, супертонкое кремнеземное волокно и фенол-формальдегидную смолу. Способ позволяет получить теплоизоляционные прокладки с теплопроводностью 0,027 Вт/м⋅град. Тепловая изоляция обладает высокой механической прочностью, выдерживает воздействие ударных нагрузок.

Недостатком такой теплоизоляции является то, что конструкционные детали из нее отличаются хрупкостью и низкой технологичностью. Способ не позволяет изготовить прокладки с толщиной и радиусом изгиба менее 1 мм. Это усложняет сборку и надежность ТХИТ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ изготовления тепловой изоляции [Патент RU №2091350, кл. С04В 35/14, 1997], заключающийся в осаждении на форму водной суспензии, содержащей химически распушенный хризотиловый асбест, порошок оксида хрома, супертонкое кремнеземное волокно и высокодисперсный оксид кремния.

Способ позволяет получить тепловую изоляцию с достаточно низкой теплопроводностью, равной 0,03-0,07 Вт/м⋅град в интервале температур 100-600°С.

Однако данный способ изготовления не позволяет получить тонкую тепловую изоляцию толщиной менее 0,4 мм, сочетающую высокую гибкость и достаточную для работы прочность, тогда как для теплоизоляции блоков электрохимических элементов малогабаритных и миниатюрных источников тока требуется гибкая изоляция толщиной менее 0,1 мм. Это объясняется использованием большого количества высокодисперсных компонентов, в разной степени по величине и направленности влияющих на ее физико-механические свойства, а также тем, что химически распушенный асбест не обеспечивает надлежащую скрепляющую связь между высокодисперсными компонентами изоляции вследствие наличия на поверхности волокон асбеста остатков поверхностно-активных веществ. В технологическом плане известный способ требует значительной емкости оборудования, имеет длительный производственный цикл и отличается низкой экологичностью.

Целью настоящего технического решения является получение гибкой, обладающей низкой теплопроводностью тепловой изоляции для малогабаритных и миниатюрных ТХИТ.

Для этого предлагается способ изготовления гибкой тепловой изоляции путем осаждения водной суспензии компонентов твердой фазы (Т) из гидромеханически расчесанного хризотилового асбеста и порошка дихром триоксида (Cr₂O₃), отличающийся тем, что твердую фазу (Т) в соотношении массовых процентов:

гидромеханически расчесанного хризотилового асбеста	75±1%
порошка дихром триоксида (Cr2O3)	25±1%

растворяют в воде (Ж) при отношении масс Т:Ж как 1:1000 и осаждают на поверхность фильтровального материала из расчета 0,003 г/см² сухого вещества.

Предложенное соотношение сухих компонентов в теплоизоляционном материале является оптимальным для получения изоляции, сочетающей механическую прочность, гибкость и низкую теплопроводность.

Содержание гидромеханически расчесанного хризотилового асбеста, определенное в пределах 74-76 масс. %, вызвано необходимостью получения минимально возможной толщины и высокой гибкости изоляции, при сохранении ее прочностных характеристик, а также способности удерживать в своем составе экранирующий порошок окиси хрома Cr₂O₃.

Увеличение содержания окиси хрома свыше 26 масс. % приводит к снижению гибкости, повышению хрупкости и общей теплопроводности за счет роста контактной составляющей теплопередачи между частицами окиси хрома.

Уменьшение доли окиси хрома ниже 24 масс. % уменьшает экранирующую составляющую теплопередачи и тем самым ведет к росту теплопроводности теплоизоляции.

Величина поверхностной плотности сухой твердой фазы, равная 0,003 г/см², является параметром, позволяющим получить минимально возможную толщину теплоизоляции в пределах 0,05-0,06 мм, при которой обеспечиваются необходимые физико-механические свойства.

С увеличением поверхностной плотности сухой твердой фазы выше 0,003 г/см² толщина материала растет, гибкость ухудшается.

При уменьшении поверхностной плотности сухой твердой фазы ниже 0,003 г/см² теплоизоляция теряет свою механическую прочность.

Важную роль в получении вышеуказанных свойств теплоизоляции играет концентрация твердой фазы в водной суспензии, приготовленной для фильтрации. Массовое соотношение твердой фазы и воды в суспензии, определенное как 1:1000, является технологическим фактором, обеспечивающим равномерное распределение компонентов твердой фазы теплоизоляции, однородность толщины по всей площади отливки. Указанное количество воды на единицу массы твердой фазы является нижней границей, позволяющей получить необходимые физико-механические свойства теплоизоляции.

В качестве практической реализации данного способа ниже приведена краткая последовательность операций изготовления теплоизоляции:

Предварительная подготовка хризотилового асбеста (гидромеханическое расчесывание, отливка и сушка).

Предварительная подготовка порошка оксида хрома Cr₂O₃ (сушка, измельчение).

Приготовление рецептуры твердой фазы из подготовленных материалов согласно заявленному соотношению для обеспечения поверхностной плотности 0,003 г/см².

Приготовление в мешалке суспензии из твердой фазы и воды в соотношении по массе, как 1:1000.

Получение отливки теплоизоляции путем осаждения суспензии на поверхность фильтровального материала.

Предложенный способ позволил впервые получить тепловую изоляцию, сочетающую такую совокупность свойств, как гибкость, эластичность и прочность. Теплопроводность предлагаемой изоляции составляет 0,05-0,08 Вт/м⋅град в интервале температур от 100° до 500°С, что находится на уровне показателей для подобных типов теплоизоляционных материалов. Эффективность предлагаемой теплоизоляции существенно повышается при ее многослойном применении.

В отличие от известных, предлагаемый способ обладает простым технологическим оснащением, коротким производственным циклом, компактностью, лучшей экологичностью, а также возможностью замкнутого технологического цикла по воде и отсутствием вредных выбросов.

Способ изготовления гибкой тепловой изоляции путем осаждения водной суспензии компонентов твердой фазы (хризотиловый асбест и порошок дихром триоксида (Сr₂O₃)), отличающийся тем, что при приготовлении твердой фазы (Т) хризотиловый асбест проходит гидромеханическое расчесывание, после чего упомянутые компоненты берут по массе:

гидромеханически расчесанный хризотиловый асбест	75±1%
порошок дихром триоксида (Сr2O3)	25±1%

растворяют в воде (Ж) при отношении масс Τ:Ж как 1:1000 и осаждают на поверхность фильтровального материала из расчета 0,003 г/см² сухого вещества.