Способ изготовления плоского электронагревателя

(19) (11) 41 151) 4 Н 05 В 3/28 ИТЕТРЫТИЯМ,ГОСУДАРСТВЕННЪЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ П 1 НТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е д вени утемысокихической ког(21) 4155937/24-07(71) Государственный всесоюзный про ектный и научно-исследовательский институт неметаллорудной промышленности(53) 621.365.480022 (С 88,8) (56) Авторское свидетельство СССР М 811507, кл, Н 05 В 3/28, 1981.Авторское свидетельство СССР И 417923, кл, Н 05 В 3/28, 1973. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛОСКОГО ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к электр технике, а именно к технологи товления плоских электронагре лей, работающих при температу 800 С. Цель изобретения - пов качества электронагревателей исключения расслоения их нри температурах и повышение меха прочности. При изготовлении п электронагревателя размещают резистивный элемент на изоляционном основании из слюдопласта на фосфатйом связующем, запрессовывают его в основание, на полученный узел наносят суспензию, содержащую водный раствор фосфатного связующего 4-103 ной концентрации и мелкодисперсную молотую слюду в соотношении: водный раствор фосфатного связующего 85-957., мелкодисперсная молотая слюда 5-153. После этого основание закрывают нескслькими слоями высушенной бумаги, предварительно пропитанной фосфатными связующими, наносят на каждый слой указанную суспензию, последний слой слюдобумаги закрывают водонепромокаемой бумагой (калькой), на бумагу устанавливают металлическую сетку и полученный пакет опрессовывают вначале при комнатной т-ре а затемоФпри 400-700 С при давлении 10-30 МПа. Предусматривается возможность размещения резистивного элемента и закрытие его слюпобумагой с двух сторон изоляционного основания.Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологии изготовления плоских электронагревателей,о работающих при температуре до 800 С,Цел 1 изобретения - повышение качества электронагревателя с основаниемд из слюдопласта на фосфатном связующем путем исключения расслоения его при высокой температуре и повышения механической прочности.В способе изготовления плоского электронагревателя в изоляционное . основание иэ слюдопласта на фосфатном связующем запрессовывают реэис тиввый элемент, на изоляционное основание с запресованньи реэистивным элементом наносят суспензию, содержащую водный раствор Фосфатного связующего 4-107-ной концентрации и мел-;0 кодисперсную молотую слюду в соотношении, мас.7:Водный раствор Фос"Фатного связующего 85-95Иелкодисперсная моло"тая слюда5-15После нанесения суспензии накладывают 5-6 слоев высушенной слюдобумаги, прецварительно пропитанной Фосфатным связующим, нанося на каждый слой слюдо 30 бума: н суспензию. Последний слой слюдобумаги закрывают водовепромокаемой бу" магой калькой), ва кальку устанавлива. ют металлическую сетку.Полученный пакет опрессовывают сьачала при комнатной., температуре, а затем при 400-700 С при давлении 10-30 ИПа.В случае необходимости изготовле" ния двустороннего электронагревателярезистивный элемент размещают с двухсторон, также с двух сторон закрывают пакетом слюдобумаги. Запрессовка резистивного элемента в слюдопластовое основание необходима -для ликвидации зазора между основанием и последующими электроизоляционными слоями. Фасфатвое связующее (диаммоний-Фосфат алюмохромфосфат алюмоборфосфат) поставляется в виде порошков, гранул или водный раствор 50"б 07-ной концентрации. Эосфатные связующие в водной среде диссоциируют с образованием анионов НРО , НРОпоследние вступают в химическое соединение со слюдой с образованием кислых Фосфор 55во-кислых соединений калия и магния.При повышении температуры до 400- "700 С образуются нерастворимые соеодинения со слюдой. Количество вводимого Фосфатного связующего необходимо строго регламентировать. При концентрации водного раствора фосфатного связующего менее 47. не удаетсяполучить прочное соединение слюдяныхматериалов. При избытке (концентрация водного раствора фосфатного связующего блока 107.) в системе Фосфатное связующее - слюда остаются свободные кислотные радикалы, в резуль"тате чего в условиях повышеннойвлажности образуются фосфатные кислоты, разрушающие металл резистивного элемента, и сиимается сопротивле"ние изоляции за счет полной иоводи 1мости. Кроме того, наличие непрореагировавших Фосфатных кислот можетпривести при высоких температурах квыделению Фосфатного ангидрида Р Ог)и, как следствие к образованию токсичной атмосферы. Кроме того, реакцияфосфорных кислот со слюдой в основномпротекает ио торцам слюдяных частиц.Чем более развита площадь торцовойповерхности слюдяных частиц, тембольшее количество Фосфатного свя-.зующего можно ввести и тем прочнеебудет соединение,Б предлагаемом способе применяетсясуспензия из водного раствора фосфат=ного связующего и мелкодисперсноймолотой слюды. Прн 400-700 С на границах соприкосновения частиц молотойслюды, слюдопласта и слюдобумаги образуются кислые 11 осфатные нерастворимые соединения, обеспечивающиепрочное скрепление слюцопластовогооснования и сладобумаги.Поскольку средний диаметр частицы мелкодисперсной молотой слюды равен 0,01 мм, суммарная ддина торцовых поверхностей равна 31400 мм,т.е, в 100 раэ больше чем при пропитке связующим без ваиопнителя. Суспензия может наноситься пульверизацией, валиком ипи кистью. В зависимости от способа нанесения суспензии выбирается из указанного диапазона :оотношевие водного раствора фосфатного связующего и молотой слюды. Обязательным условием при этом является отсутствие непрореагировавших Фосфорных кислот. Это обеспечивается тем, что при меньшей концентра" ции молотой слюды в суспенэии исполь" зуется менее концентрированный вод" ный раствор алюмохромфосфата.14501 10 путем, исходя из условий надежного соединения слюдопласта и слюдобумаги и отсутствия механических повреждений электронагревателя. При давлении менее 10 МПа остаются отдельные пустоты в соединении, при давлении более 30 МПа наблюдаются механические повреждения электронагревателя. Холодное прессование применяется для ликвидации пустот и гарантированного заполнения суспензией всех гор.П р и м е р 1 (известный) . Нижнее электроизолянионное основание из слюдопласта толщиной 1,2 мм, представляющее собой кольцо с наружным диаметром 175 мм и внутренним диаметром 60 мм предварительно перфорированное,. гомещается на нижнее основание зажим- ного устройства, представляющее собой металлическую плиту с подпружиненными штифтами, расположение кото" рых соответствует перфорации электро- изоляционного основания и конфигурации резистивного элемента. Перфорация сделана в местах, где материал резистивного элемента должен менять направление.На основание укладывается резистивный элемент из нихромовой проволоки диаметром 0,4 мм и фиксируется натяжением вокруг штифтов, Верхнее электроизоляционное основание из слюдопласта толщиной 0,6 мм в виде кольца с наружным диаметром 60 мм покрывается с одной стороны клеящим составом 88 НП при помощи кисти и выдерживается при нормальных условиях 4 ч 30 мин. Затем верхнее элект" роизоляционное основание накладывается на штифты, фикирующие резистивный элемент, и поджимается верхним основанием зажимного устройства. Приэтом происходит склеивание верхнего и нижнего электроизоляционных осно" ваний с окончательной фиксацией ранее уложенного резистивного элемента 20 30 35 40 45 50 55 Металлическая сетка применяется для создания благоприятных условий эвакуации газовых компонентов и па" ров воды. Причем первоначально водо" непромокаемая бумага (калька) не позволяет вытекать суспензии через поры слюдобумаги, в дальнейшем при повышении температуры выше 400 С буо мага обугливается, за счет чего создаются благоприятные условия эвакуации газовых компонентов и паров воды. Давление 10-30 МПа определено опытным 414с одновременным утапливанием штифтов. Усилие поджима 3 МПа, время годжима 60 с. Затем склеенные электро- изоляционные основания с зафиксиро" ванным между ними резистивным элементом помещаются в печь, где производится окончательная сушка клеящего состава при 105 С в течение 3 чП р и и е р 2. Электроизоляционное основание из слюдопласта марки ИТПФЛ толщиной 1,2 мм, представляющее собой кольцо с наружным диаметром 175 мм и внутренним диаметром 60 мм, предварительно перфорированное, помещается на нижнее основание пресс-формы, представляощее собой металлическую плиту со штифтами, расположение которых соответствует перфорации электроизоляционного основания и конфигурации резистивново элемента, Перфорация делается в местах, где провод резистивного элемента должен менять направление, На основание укладывается резистивньй элемент из нихромовой проволоки диа" метром 0,4 мм и Фиксируется натяжением вокруг штифтов. Затем производится запрессовка резистивного элемента заподлицо с поверхностью элеи роизоляционного основания верхним основанием пресс-Формы. Усилие прессования 20 МПа, время запрессовки 5 с После запрессовки плиты пресс" формы размыкаются и извлекается электроизоляционное основание с запрессованным резистивным элементом. Затем на основание со стороны впрессованного реэистивного элемента нано" сится пульзеризатором суспензия, содержащая водный раствор алюмохромфосфатного связующего 4 Е-ной концентрации и мелкозернистую молотую слюду в соотношении, мас.71 Водный раствор алюмохромФосфатного связующего 95 Мелкозернистая молотаяслюда 5 сверху накладывается кольцо из слюдобумаги толщиной 0,1 мм, предварительно пропитанной алюмохромфосфатным свя" зующим,. наружным диаметром 175 мм и внутренним диаметром 60 мм, На эту слюдобумагу наносится суспензия, сверху накладывается еще одно кольцо из слюдобумаги и т.д, до достижения шести слоев слюдобумаги, На последний слой слюдобумаги накладывается круг диаметром 180 мм из водонепромокае"9 изводитс мой бумаги (кальки), на кальку " круг диаметром 180 мм из латунной цетки с размером ячеи 1 1,0 х 1,0 мм.Далее полученнйй пакет помещаетсяустройство для опрессовки и опрес" с 1 овывается вначале при нормальных ус. овиях в течение 60 с, а затем приа00 С в течение 60 мин при давлении 10 ИПа. После остывания готовый Олектронагреватель извлекается из устройства.П р и м е р 3. Изготовлен электронагреватель согласно прчмеру 2 со с едующими изменениями, 15Используется суспензия, содержаая водный раствор алюмохромфосфатно" го связующего 77-. ной концентрации и мелкозернистую молотую слюду в соо ношении, мас.% 20 Водный раствор алюмохромфосфатного связующего 0 Мелкозернистая молотая слюда 10 Опрессовка пакета производится 25 п и давлении 20 МПа.П р и м е р 4. Изготовлен электро нагреватель согласно примеру 2 со следующими изменениями.Используется суспензия, содержа;Уя водный раствор алюмохромфосфатно гс связующего 1 ОХ-ной концентрации имелкозернистую молотую слюду в соо ношении мас.,1:а Водный раствор алюмохромфосфатного связующего 85 Мелкозернистая молотая слюда 15 Опрессовка про я при давлении 30 ИПа: П р и и е р 5. На электроизоляци" онное основание из слюдопласта толциной 0,6 мм, представляющее собой круг диаметром 80 мм, на намоточном станке наматывается резистивный эле" мент из нихромовой проволоки диаметром 0,2 мм (двусторонняя намотка). Затем электроиэоляционное основание с намотанным резистивным элементом помещается между плитами прессового устройства й производится запрессовка резнстивного элемента заподлицо с поверхностью электроизоляционногоэ основания. Усилие прессования 10 МПа, время прессовки 5 с. Далее на одну нз сторон электроизоляционного осно 55 ванин с впресованным резистивным элементом с помощью кисти наносится сус" . пензия, содержашая водный раствор алюмохромфосфатного связующего 107,ной концентрации и мелкозернистуюмолотую слюду в соотношении, мас.7Водный раствор алюмохромфосфатного связующего 85Иелкозернистая молотаяслюда 15После нанесения суспензии накладывается высушенная слюдобумага толщиной 0,1 мм, предварительно пропитанная алюмокромфосфатным связующим ипредставляющая сббой круг диаметром90 мм так чтобы разница в радиусах между слюдобумагой и электроизо"ляционным основанием составляла5 мм. На слюдобумагу наносится сус"пензия, далее накладывается еще одщкруг из слюдобумаги.и т,д. до достижения шести слоев слюдобумаги. Последний слой слюдобумаги закрываетсякругом из водонепроницаемой бумаги(кальки) диаметром 90 мм,На кальку, устанавливается кругдиаметром 90 мм из латунной сетки сразмером ячеи 1,0 х 1,0 мм, Затем полученный пакет переворачивается ипроводится зкрытие электроизоляционного основания с впресованным резистивным элементом изоляцией со второйстороны аналогичным образом, Полученный пакет помещается в устройстводля опрессовки и опрессовывается вначале при нормальных условиях в течение 60 с, а затем при 400.С в течение 60 мин при давлении 30 ИПа, После остывания готовый электронагрева-"тель извлекается из устройства.Электрэнагреватели, изготовленныепо предлагаемому способу (примеры2"5) в количестве 24 шт. были подвергнуть 1 испытаниям на расслоение имеханическую прочность (потеря формыэлектронагревателем за счет изгиба).Для сравнения аналогичным испытаниямподвергались шесть электронагревателей, изготовленных но известному способу (пример 1).При испытанияхна электронагреватели ступенчато подавалось напряженчепитающей сети, пропорциональноеудельной ваттной нагрузке от 0,5 до4 Вт/см с дискретностью 0,5 Вт/см 2с выдержкой в течение 5 мин при каж- .дом значении напряжения.В качестве критериев отказов прииспытаниях приняты расслоения электронагревателей или их деформация,Формула изобретенияСпособ изготовления плоскогоэлектронагревателя, при котором разСоставитель А,Ходатаева Редактор Г.Волкова Техред Л.Сердюкова Корректор А.дбручарПодписное Заказ 6979/56 Тираж 832 ВИКА Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 У 145 приводящие к потере формы и механической прочности электронагревателей,Все представленные на испытания электронагреватели рассчитаны на номинальное значение удельной ваттной нагрузки 2,0 Вт/см при номинальном значении напряжения питающей сети.Все электронагреватели, изготовленные по предлагаемому способу, успешно выдержали нагрузки, соответствующие номинальным значениям и выдерживают нагрузки, превышающие номинальное значение в 1,25 - 1,75 раза. В то же время электронагреватели, изготовленные по известному способу разрушаются или деформируются при нагрузках, составляющих 0,5 - 0,75. от номинального значения. Электронагреватели, изготовленные по предлагаемому способу, предназначены для замены широко распространенных нагревателей и прессованных керамических нагревателей для электроконфорок, электроплит и других промышленных и бытовых электроприборов.За счет применения указанных электронагревателей будет сокращено применение металла от 0,05 до 0,2 кг и периклаза до 0,1 кг на один электроприбор. Себестоимость электронагревателя будет снижена ориентировочно на 10-202, Ожидаемая потребность до 2 млн.шт. в год. 0141 8мещают резистивный элемент на изоляционном основании из слюдопласта,укладывают поверх изоляционное покрытие, наносят скрепляющий состав изакрепляют резистивный элемент в основании, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качестваэлектронагревателя с основанием изслюдопласта на фосфатном связующемпутем исключения расслоения его привысокой температуре и повышения механической прочности, по меньшей мерена одну из плоскостей изоляционногооснования,с запрессованным резистив"ным элементом наносят суспензию, содержашую водный раствор фосфатногосвязующего 4- 103-ной концентрации имелкодисперсную молотую слюду в соот" 20 нойении, мас,Б: Водный раствор фосфатного связующего 85-95 Иелкодисперсная молотаяслюда 5-5 основание закрывают несколькими слоя- ми высушенной слюдобумаги, прецвари" тельно пропитанной фосфатными связующими, нанося на каждый слой указан" ную суспензию, последний слой слюдобумаги закрывают водонепромокаемой бумагой (калькой), на бумагу устанавливают металлическую сетку и полученный пакет опрессовывают сначала при ,комнатной температуре и затем приотемгературе 400-700 С при давлении 10-30 ИПа.