Електропровідний матеріал

Изобретение относится к области электропроводных материалов, и может быть использовано для нагревательных изделий специального назначения. Известны электропроводные материалы, полученные на основе портландцемента и электропроводящей добавки, представленной различными углеродистыми продуктами: сажей, графитом и др. - размолотыми продуктами высокотемпературной обработки углей [1]. Недостатком таких материалов является невысокая прочность и электропроводность, а также нестабильность электропроводности в результате гидратации цемента. Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является электропроводный материал, содержащий, мас.%: 50 - 75 портландцемента, 0 40 заполнителя, 5 - 30 опилок железа, 1 - 3 ацетиленового угля [2]. Недостатками такого материала являются низкие электрическая проводимость и ее стабильность, высокая средняя плотность. Цель изобретения - повышение электрической проводимости и обеспечение ее стабильности, снижение средней плотности материала. Поставленная цель достигается тем. что электропроводный материал, содержащий силикатное вяжущее, заполнитель и электропроводный компонент, в качестве силикатного вяжущего он содержит гидратированное силикатное вещество нестабильной кристаллической структуры, а в качестве электропроводного компонента шлифовально-доводочный шлам при следующем соотношении компонентов, мас.%: В известном материале в процессе гидратации портландцемента на поверхности электропроводных частиц, входящи х в состав электропроводного материала, образуется гелевидная пленка, толщиной 10 - 20мкм, уменьшающая количество металлических контактов, обеспечивающих протекание процессов электропереноса, тем самым уменьшая электрическую проводимость и ее стабильность. Достижение поставленной цели в предлагаемом материале, связано с принципом контактного твердения (Щелочные и щелочнощелочноземельные гидравлические вяжущие и бетоны / Под общ. ред. В.Д. Глуховского. - К., 1979. - 231с.). Процессы структурообразования в заявляемом материале не связаны с гидратацией компонентов, а определяются физическим контактным взаимодействием между гидратированным силикатным веществом и частицами металла с сохраненном их химического своеобразия при совместном уплотнении сухой смеси компонентов. В результате этого, количество металлических контактов, образующи хся при упаковке металлических частиц, остается неизменным, что повышает, по сравнению с прототипом, электрическую проводимость композита. При длительном хранении материала отсутствие гидратационных процессов исключает изменение электрических свойств композиций. Снижение средней плотности материала достигается тем, что используемые гидравлические силикатные вещества характеризуются более низкими значениями плотности (Горшков B.C., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физикохимического анализа вяжущих ве ществ. - М.: Высш. шк., 1981. - 335с.) по сравнению с безводными аналогами. Использование веществ с пониженными значениями истинной плотности обеспечивает снижение средней плотности материалов на их основе. Электропроводный материал, содержащий менее 10мас.% шлифовально-доводочного шлама характеризуется низкой электрической проводимостью в пределах 109 - 1013Ом × см и практически является диэлектриком, а содержащий более 70мас.% шлифовально-доводочного шлама, имеет низкую структурную прочность. При этом формовочная смесь теряет свою пластичность, в результате чего, прессование затруднено ввиду повышенной склонности к перепрессовке и трещинообразованию. В качестве силикатной составляющей электропроводного материала используют силикатные соединения, получаемые на основе следующих ве ществ: 1) безводных веществ нестабильной кристаллической структуры, представленных щелочными, щелочно-щелочноземельными и щелочноземельными минеральными системами. К ним принадлежат известные вяжущие гидратационного твердения, а также побочные продукты производства типа гранулированных доменных и электротермофосфорных шлаков, нефелиновых шламов, топливных зол от сжигания сланцев и другие вещества, обладающие в дисперсном состоянии контактноконденсационными свойствами, и, кроме того, способные самостоятельно гидратироваться водой с образованием системы водных образований нестабильной структуры; 2) безводных минеральных образований естественного происхождения: гранитом, нефелином, мариуполитом, перлитом, липаритом, базальтом, кремнеземом, опокой, трепелом и т.п., а также отходами производств: топливными шлаками, и золами, горелыми породами и т.п., способными вступать во взаимодействие с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов с образованием гидросиликатов этих металлов, обладающих контактноконденсационными свойствами после частичного или полного обезвоживания (Щелочные и щелочнощелочноземельные гидравлические вяжущие и бетоны / Под общ. ред. В.Д. Глуховского. - К., 1979. - 231с.). В качестве электропроводной составляющей используют шлифовально-доводочный шлам (ШДШ). ШДШ представляет собой отход шлифовки металлических изделий, содержащий в составе твердой части порошок металла с размером частиц не более 300мкм в количестве 60 - 70мас.% и частицы абразива (в основном представленного оксидами алюминия и кремния) в количестве 30 40мас.%. Жидкую часть составляют компоненты смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Влажность шлама после фильтрации 40 - 46%. В качестве заполнителя используют любой из традиционно применяемых в бетоноведении заполнителей. Фракционный состав заполнителя определяется в каждом отдельном случае, исходя из размеров изготавливаемого изделия. Диэлектрический наполнитель аккумулирует выделяемую в материале тепловую энергию. Технологический процесс получения электропроводного металлосиликатного материала состоит из следующи х операций: смешение компонентов и формование методом прессования. Формование осуществляют методом холодного двухстороннего прессования в металлических пресс-формах со шлифованной внутренней поверхностью при давлении не менее 20МПа. Частички металла под давлением образуют каркас проводимости, а гидратированное силикатное вещество , распределяясь при прессовании, заполняет пространство между ними, создавая конгломерат кластерного строения. С целью демонстрации преимуществ предложенного изобретения был изготовлен металлосиликатный электропроводный материал, содержащий в качестве металлической составляющей - ШДШ, а в качестве силикатного вещества нестабильной кристаллической структуры: дисперсные гидросиликаты кальция (ГСК) состава природный анальцим состава нефелиновый шлам Ачинского глиноземного комбината при термовлажностной обработке при температуре 90 - 95°C. В качестве заполнителя использован кварцевый песок с размером частиц не более 5мм, соответствующий ГОСТу 6139 - 78, с содержанием окиси кремния не менее 98%; содержанием илистых, глинистых и пылевидных примесей не более 1%. Образцы-цилиндры электропроводного материала, получены двухсторонним холодным прессованием сухой смеси компонентов при давлении 100МПа, размером 32 ´ 32мм. Электрическое сопротивление материала измерено на модифицированном мосту переменного тока Р 577. Составы сырьевых смесей и результаты испытаний приведены в таблице. Представленные результаты свидетельствуют о том, что полученный электропроводный материал характеризуется высокой, электрической проводимостью в пределах 10-1 - 107Ом × см, стабильностью ее значений во времени и пониженной средней плотностью материала 1,23 2,54кг/см 3 по сравнению с прототипом.