Материал «ЭКОМ» для резисторов и обогревателей

⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 28Следующая ⇒

Производственное научное предприятие “Болид” разрабатывает и изготавливает высоковольтные заземляющие резисторы, нагреватели бытового и промышленного применения на основе промышленно - выпускаемых резистивных элементов из композиционного материала “ЭКОМ”.

Материал “ЭКОМ” составляется из трех мелкодиспергированных компонентов: силицированный графит, окись железа, корунд и одного жидкого компонента: ортофосфорная кислота. Каждый из компонентов обеспечивает определенную функцию. Графит обеспечивает электропроводность материала за счет контактов частичек графита между собой и получения, тем самым, сплошного проводящего мостика от одного электрода к другому. Изменяя концентрацию графита, можно менять, в значительных пределах электропроводность композиционного материала. Корунд обеспечивает его теплопроводность, ввиду того, что теплопроводность корунда достаточно велика и составляет примерно 30 Вт/(м К). Для сравнения, это значение равно теплопроводности нержавеющей стали. Взаимодействие окиси железа с кислотой дает фосфат железа, являющийся связующим, обеспечивающим механическую прочность. Материал имеет следующие параметры:

Параметры материала	Значения
Плотность	2.6-2.7 т/м³
Механическая прочность на сжатие	50-100 МПа
Теплопроводность	3-4 Вт/(м× К)
Электропроводность	10^-6¸ 3000 Ом× м
Температурный коэффициент удельного сопротивления	- (1.5¸ 2)× 10^-3 1/К
Температурный коэффициент линейного расширения	10^-5 1/К
Теплостойкость	1100 °С
Температуростойкость	300 °С

Одиночный элемент резистора из материала ЭКОМ выпускается в виде нескольких типоразмеров. Наиболее часто применяется в изделиях элемент ЭНГФ-15х15х1 с размерами 150х150х10 мм, весом 0.6 кг, номинальным сопротивлением R=2¸ 20 Ом.

В каждом конкретном случае осуществляется выбор необходимого номинала и изготовление элементов в нужном количестве. В зависимости от допустимой длительности включения и способов организации теплоотвода допустимая мощность на элемент может меняться в пределах от 50 Вт до 200 Вт.

В конструкции панели ПЭГ-500 предусмотрено использование 12 элементов ЭНГФ соединенных последовательно. В конструкции электроконвектора ЭЛКОН -600 - 8 последовательно соединенных элементов. Можно показать, что при таком типе соединения происходит выравнивание мощности по элементам, что обусловлено отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. При увеличении мощности на каком-то элементе его сопротивление уменьшается, что приводит к уменьшению падения напряжения на этом элементе, что приводит, в свою очередь, к уменьшению мощности на этом элементе.

В процессе разработки материала было перепробовано большое количество компонентов. Стоит упомянуть о подборе электропроводного компонента. Были испробованы порошки металлов, начиная с нержавеющей стали, меди и т.п. Выяснилось, что композит на основе металлических порошков меняет свое сопротивление после каждого эксперимента с протеканием более-менее значительного тока, а именно, сопротивление уменьшается. Когда разобрались, оказалось, что частички металла сплавляются в месте контактов за счет повышенной плотности тока и повышенной температуры в контактах. Перешли на материал, который теоретически плавится при температуре 3500 °С - графит.

Однако не всякий графит подходит - красивый, блестящий коллоидный графит имеет слишком высокую электропроводность, низкую адгезию к материалу (низкая прочность материала) и повышенный температурный коэффициент сопротивления. Изготовленные на основе этого материала нагреватели «разбегаются» по температуре, т.е. по мере нагревания сопротивление материала уменьшается, значит увеличивается мощность, это приводит к дополнительному нагреву, увеличению мощности и т.д. Чтобы предотвратить выход из строя, пришлось ставить термодатчики, которые отключали прибор после достижения определенной температуры.

Здесь важно также выбрать концентрацию графита. Дело в том, что сопротивление сильно зависит от его содержания. На рисунке 7.1. приведены результаты измерения сопротивления материала в зависимости от объемного содержания графита. Видно, что даже в логарифмических координатах, электропроводность меняется в значительных пределах, причем имеется пороговое значение концентрации, при котором резко увеличивается электросопротивление.

Рис.7.1. Поведение электропроводности композита ЭКОМ при изменении содержания силицированного графита.

Электропроводящие полимеры

Как известно, полимеры являются диэлектриками. Однако можно их сделать и проводниками. Для чего такие проводники? Они, в отличие от металлов, имеют высокую коррозионную стойкость, легкую обрабатываемость, малый удельный вес, эластичность, дешевизну и т.п. Для того, чтобы из диэлектрика сделать проводник используются два пути. После введения в полимер дисперсной электропроводной фазы, тем самым получается композит, в котором матрицей является полимер, а наполнителем - электропроводная добавка. Обычно используют один из видов технического углерода, чаще сажу. Трудности - плохая адгезия полимера и наполнителя. Значит трудно ввести достаточно много наполнителя, чтобы достичь высокой электропроводности. Характерное значение удельного электросопротивления при 20% содержании ацетиленовой сажи составляет 10² Ом·м.

Второй вариант электропроводящих полимеров заключается в модифицировании их структуры. Оказывается, если сделать полимер не из насыщенных углеводородов, а из ненасыщенных, то в таком полимере может быть электронная, либо дырочная электропроводность. Первым электропроводным полимером был полиацетилен, в котором чередуются одинарные и двойные связи в линейной молекуле полимера. Пока электрополимеры такого типа не вышли за пределы лабораторий. Но несомненно, у них есть будущее. В частном разговоре с создателем проводящих полимеров профессором Иошино из Японии я выяснил, что к настоящему времени (2002 год) достигнутые значения электропроводности составляют 100 - 1000 См/м, т.е. примерно на уровне графита.

⇐ Предыдущая 10 11 12 13 141516 17 18 19 Следующая ⇒