Материал для электронагревателя на основе углеродного волокна

Материал для электронагревателя на основе углеродного волокна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

йАТЕ11 г - ". А<И l";ÑÊËü чбриотенй МБ »

О П И (= А-Н И а

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (i i;792612

К АВТОРСКОМУ - СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.11.78 (21) 2685516/24-07 с присоединением заявки K (23) Приоритет 3 (53)M. Кд.

Н 05 В 3/14

Н 01 В 1/04

Гооудеротееннмй комнтет

СССР ао делам нзооретеннй н открытнй (53) УДК 6213, .036.662.9: 365. .43 (088.8) Опубликовано 30.12.80 Бюллетень .% 48

Дата опубликования описания 30.12.80

Л. Л. Разумов, В. Г. Нагорный и В. И. Костиков (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МАТЕРИАЛ ДЛЧ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ

УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА

Изобретение относится к электротехнике, в частности к материалам для электронагревателей, применяемым при повышенных температурах (до 2500 С и более) в вакууме илн инертной среде.

Известны токопроводящие материалы для электронагревателей, содержащие утлеродное волокно и нитроуглерод (11.

Недостатком их являются низкие физикомеханические показатели.

Известен материал для электронагревателя на основе утлеродного волокна и коксополимерлого связующего, взятых в соотношении

1:1 (вес.%) (2).

Недостатком указанного материала является его высокая пористость (до 90%) и низкая 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 йа ос- нове углеродного волокна и коксополимерного связующего введен пироуглерод, а компоненты взяты в соотношении, вес.%:

Углеродное волокно 51 — 70

Кок сополимерное связующее 15-30

Пироуглерод Остальное

Указанные пределы содержания коксополимерного связующего обеспечивают равномерную связь углеродных волокон между собой, создавая при этом определенйое количество открытой пористости. При содержании в материале коксололимерного связующего менее 15 вес.% не обеспечивается создание прочного каркаса композиции вследствие неполного связывания углеродных волокон между собой в объеме материала. B свою очередь, при содержании коксополимерного связующего более 30 вес% резко увеличивается пористость материала, в результате чего снижается объемная плотность композиции. Введение пироутлерода в количестве 10-20 вес.% позволяет заполнить открытую пористость коксополимерного связую792612

Таблица 1

Компоненты

Углеродное волокно

60

75

Коксополимерное связующее

30

15

Пироуглерод.

10

l0 щего и тем самым обеспечить высокую плотность и прочность коксопироуглеродной матрицы. При привесе пироуглерода менее 10 весЯ 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, препятствуя процессу отложения углеродного мате- 1О риала из газовой фазы внутри тела материала.

Пироуглерод, отложенный на поверхности, резко уменьшает тсрмостойкость изделия вследствие высокой текстуры и болыпой разницы в коэффициентах термлческого расши- д рения связующего и пироуглеродного покрытия. Указанное количество коксополимерного 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 заключается 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 определенном порядке, формуют, например, в виде пластин при 160 — 200 С и давлении 50—

70 кг/см, затем карбониэуют B нейтральной

2 или восстановительной среде при 900-1300 С и скорости подъема температуры 10- 17 град/ч, после чего в поры полученного материала осаждают пироуглерод в количестве 10 — 20 вес.% с помощью обработки в среде угреводородов, 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.

Физико-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 промышленного 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.

792612

Таблица 2 ность,г/смэ

Композиция сопротивление. м /м

1,35

2500

2900

1,42

3000

1,45

1,37

2500

5 (прототип) 1,25

1500

Составитель А. Ходатаева

Техред С. Мигунова

Корректор М. Коста

Редактор А. Купрякова

Тираж 885

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Заказ 9623/66

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

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

Углеродное волокно 51 70

Коксополимерное связующее 15-30

Пнроуглерод ОстальноеИсточники информации, 25 принятые во внимание при экспертизе

1. Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Под ред. В. П. Соседова„

1975, с. 325, 327.

2. Патент Англии N 1444461, кл, H 5 Н, 30 1976.