Склофрита для електроізоляційного покриття на маловуглецевій сталі

Склофрита для електроізоляційного покриття на маловуглецевій сталі, що містить SiO2, В2О3, CaO, BaO, ZnO, P2O5, MgO і СоО, яка відрізняється тим, що вона додатково містить ZrO2, ТіО2 і Fe2O3 при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: SiO2 24,0-33,2; В2О3 5,8-10,9; СаО 1,9-3,2; ВаО 44,6-53,9; ZnO 6,2-12,1; Р2О5 0,1-0,6; MgO 0,10,6; СоО 0,5-1,2; ZrO2 0,1-4,0; ТіО2 0,1-3,0; Fe2O3 0,1-0,7. (19) (21) a201005033 (22) 26.04.2010 (24) 26.04.2011 (46) 26.04.2011, Бюл.№ 8, 2011 р. (72) ГОЛЕУС ВІКТОР ІВАНОВИЧ, ШУЛЬГА ТЕТЯНА ФЕДОРІВНА, КОЗИРЄВА ТЕТЯНА ІВАНІВНА (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД "УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ" (56) UA 38900 U 26.01.2009 UA 46862 C2 17.06.2002 UA 29864 A 15.11.2000 3 сова, Л.Ф. Папко, В.М. Абдусаламов и Т.А. Зверева (СССР). - № 4764500/33; заявл. 05.12.89; опубл. 30.08.91. Бюл. № 32] та характеризується питомим об'ємним електричним опором при 400°С 109 Ом·см і температурним коефіцієнтом лінійного розширення (ТКЛР) в інтервалі температур 20300°С (105-122)·10-7 град-1. Недоліком цього скла є те, що покриття на його основі одержують на легованій сталі методом трафаретного друку та випалюють при відносно низьких температурах (700-740°С), що обумовлює відповідно низьку його жаростійкість (температура початку розм'якшення 580-620°С). Відома склофрита для склокерамічного покриття на підкладинках з маловуглецевої сталі, стабілізованої титаном, що містить мас. %: ВаО 10-60; В2О3 5-10; SiO2 25-40; Аl2О3 0-15; СаО 0-15; MgO 10-35; ZnO 0-16 [Пат. 4385127 США, МКИ С03С 3/22. Glass-ceramic coatings for use on metal substrates / Inventor: Kenneth Chyung, Painted Post, N.Y.; Assignee: Corning Glass Works, Corning, N.Y. (США). - № 323879; заявл. 23.11.81; опубл. 24.05.83]. При цьому сумарний вміст Аl2О3, СаО і ZnO повинен дорівнювати 5-20 мас. %. Покриття на основі цієї склофрити отримують випалом при 880-1000°С і характеризуються значеннями ТКЛР (75-150)·10-7 град-1. Недоліком цієї фрити для склокерамічного покриття є надмірно висока температура випалу (880-1000°С). Відомий склад емалевого покриття для використання у мікроелектроніці для емалювання стальних пластин, що містить, мас. %: SiO2 25,4-31,4; ВаО 43,1-48,5; СаО 9,2-15,2; В2О3 2,3-7,4; Аl2О3 2,8-5,0; ТiO2 1,5-2,5; СоО 0,4-0,7; МnО2 0,2-1,8; Сr2О3 0,7-0,9; SO3 0,2-0,8 [Пат. 2052398 С1 РФ, МПК6 С03С 8/02. Состав эмалевого покрытия / Ковалев Б.И., Верховец М.Н., Варламов С.А., Иванов И.С. (РФ). - № 93044936/33; заявл. 13.09.93; опубл. 20.01.96]. На основі цього скла електроізоляційні покриття на жаростійкій сталі 15Х25Т одержують при температурі випалу 830°С. Недоліком цього покриття є те, що для його одержання запропоновано малопродуктивний метод трафаретного друку з паст на основі в'яжучого з органічних речовин. Відомий склад скла для одержання жаростійких покриттів на маловуглецевій сталі, що містить, мас. %: SiO2 37,5; ВаО 44,0; СаО 3,5; В2О3 6,5; Аl2О3 1,0; ZrO2 2,5; ZnO 5,0 [Варгин, В.В. Эмалирование металлических изделий [Текст] / В.В. Варгин. - Л.: Машиностроение, 1972. - 496 с]. Покриття на основі цього скла наносять на сталь з водних суспензій. Суттєвим недоліком даного складу скла є те, що покриття на його основі одержують випалом при температурі понад 950°С та мають ТКЛР 76·10-7 град-1, який суттєво відрізняється від ТКЛР маловуглецевої сталі (140-155)·10-7 град-1. Вказане приводить до утворення в покритті значних термічних напружень і, як наслідок, злущення його з стального підкладу. Також відомий склад скла для нанесення на сталь, що містить, мас. %: SiO2 28,8-38; ВаО 41,846,7; СаО 3,5-12,6; В2О3 5,1-9,3; Аl2О3 1,0-5,6; ТiO2 94355 4 1,1-5,6; СоО 0,4-0,6 [А. с. 1537653 А1 СССР, МКИ5 С03С 8/02. Стекло для покрытия стали / Н.М. Бобкова, Л.Ф. Папко, И.М. Егорова (СССР). - № 4383113/23-33; заявл. 25.02.88; опубл. 23.01.90. Бюл. № 3]. Дане скло має діелектричну проникність 6,85-7,1, відноситься до І гідролітичного класу і забезпечує отримання покриття випалом при 750°С. Недоліком цього скла є те, що покриття на його основі одержують методом трафаретного друку та випалюють при відносно низькій температурі (750°С), що обумовлює відповідно низьку його жаростійкість. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є склад електроізоляційного склокристалічного покриття для нанесення на маловуглецеву сталь, що містить, мас. %: SiO2 24-34; В2О3 5-11; СаО 1-4; ВаО 45-54; ZnO 6-12; (Р2О5, Аl2О3, MgO, CoO) 0-2 [Голеус, В.І. Електроізоляційні склокристалічні покриття для стальних підкладинок плівкових нагрівачів [Текст] / В.І. Голеус, Т.Ф. Шульга, Т.І. Нагорна, Т.І. Козирєва, М.О. Ісхакова // II наук.практ. конфер.: тези допов. II науково-практична конференція "Сучасні тенденції розвитку і виробництва силікатних матеріалів" / Нац. унів. "Львівська політехніка". - Л., 2008. - c. 93-94.] (прототип). Недоліком найближчого аналога є низька температура розм'якшення скла (560°С), а також відносно низьке значення питомого об'ємного електричного опору скла. В свою чергу треба зазначити, що важливим недоліком усіх вищеназваних складів склофрит, а також прототипу є високі температури їх варки (≥1400°С) і в зв'язку з цим потребують використання платинових, корундових або кварцових тиглів замість більш дешевих та доступних шамотних. Задачею винаходу є вдосконалення хімічного складу склофрити з метою зниження температури її варки, а також підвищення значень температури розм'якшення і питомого об'ємного електричного опору покриттів на її основі шляхом виключення зі складу тугоплавкого компонента Аl2О3 та додаткового введення оксидів ТіО2, ZrO2 і Fe2O3 при раціональному співвідношенні між іншими компонентами склофрити. Поставлена задача вирішується тим, що відомий склад склофрити для електроізоляційного покриття, який включає SiO2, В2О3, СаО, ВаО, ZnO, Р2О5, MgO і СоО відповідно до винаходу додатково містить ZrO2, TiO2 і Fe2O3 при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: SiO2 24,0-33,2; В2О3 5,8-10,9; СаО 1,9-3,2; ВаО 44,6-53,9; ZnO 6,212,1; Р2О5 0,1-0,6; MgO 0,1-0,6; СоО 0,5-1,2; ZrO2 0,1-4,0; ТiО2 0,1-3,0; Fe2O3 0,1-0,7. Відмінними ознаками винаходу, що пропонується, від прототипу є наявність в його складі ZrO2, TiO2 і Fe2O3 при такому співвідношенні інших компонентів, яке забезпечує збільшення температури розм'якшення запропонованого складу скла (605690°С) разом з підвищенням їх значень логарифму питомого об'ємного електричного опору (10,8...12,0). Вміст компонентів, які входять до хімічного складу без лужних склофрит наведено в табл. 1. 5 94355 6 Таблиця 1 Хімічний склад без лужних склофрит, мас. %. Номер склофрити Оксиди SiO2 В2О3 СаО ВаО ZnO Р2О5 MgO СоО ZrO2 ТіО2 Fe2O3 Аl2О3 1 30,2 8,0 1,9 48,5 9,2 0,6 0,1 1,2 0,1 0,1 0,1 2 3 4 5 6 7 Прототип 33,2 5,8 2,5 48,2 8,1 0,4 0,2 0,6 0,1 0,1 0,6 29,0 8,1 3,2 45,6 12,1 0,4 0,2 0,5 0,1 0,1 0,7 24,0 10,9 2,9 53,9 6,2 0,3 0,6 0,9 0,1 0,1 0,1 30,1 6,3 2,4 45,6 10,0 0,1 0,1 0,8 4,0 0,2 0,4 30,1 6,4 2,4 45,5 10,0 0,4 0,2 1,1 1,9 1,9 0,1 29,5 6,3 2,4 44,6 9,8 0,4 0,1 0,8 3,0 3,0 0,1 24,0-34,0 5,0-11,0 1,0-4,0 45,0-54,0 6,0-12,0 0-2,0 0-2,0 0-2,0 0-2,0 Для приготування шихти скла використовують наступні сировинні матеріали: кварцовий пісок, борну кислоту, крейду, вуглекислий барій, оксиди цинку, магнію, кобальту, цирконію, титану, заліза і фосфорнокислий кальцій. Властивості запропонованих електроізоляційних склофрит наведені у табл. 2. Таблиця 2 Властивості прототипу та запропонованих склофрит Номер склофрити Властивості склофрит Температура варки скла, °С Температура випалу покриттів, °С ТКЛР при 20-400°С, 107, град-1 Питомий об'ємний електричний опір при 300°С, lg Дилатометрична температура початку розм'якшення, °С В'язкість емалевого розплаву при 850°С, , пуаз 7 Прототип 83 83 1400 850 90 11,2 11,7 12,0 10,5 615 660 690 670 560 102,4 103,1 102,8 102,7 103,3 2 3 95 91 1300-1350 840-880 93 107 94 10,8 11,1 11,2 10,8 605 615 605 102,9 103,1 102,6 1 Компоненти шихти відважують на терезах та ретельно перемішують. Готову шихту завантажують у шамотні тиглі та направляють у попередньо нагріту електричну піч. Варку склофрит проводять при 1300-1350°С протягом 30-40 хвилин. За цей час шихта розплавляється та утворює гомогенний розплав скла, який потім гранулюють виливанням у холодну воду. Для одержання електроізоляційних покриттів емалеві шлікера на основі запропонованих склофрит готують мокрим помелом у фарфорових барабанах за наступним рецептом (мас. част.): фрита безлужна 80-95; промислова фрита ЕСГ-21 5-20; пісок кварцовий 0-30; глина вогнетривка 4-6; NaNO2 0,15; Na2MoO42H2O 0,1; Вода 45-55. 4 5 6 Отриманий за таким рецептом шлікер наносять на стальні підкладинки методом пульверизації у 2-3 шари. Причому для нанесення першого шару використовують шлікер, який вміщує 5-20 мас. частин промислової фрита ЕСГ-21 (або іншої ґрунтової фрити), кожен шар окремо закріплюється на стальному підкладу випалом при 840-880°С протягом 5-20 хвилин. Використання запропонованого складу склофрити дозволить знизити температуру варки емалі на 50-100°С, що, в свою чергу, суттєво позначиться на зниженні собівартості готових виробів. До того ж одержані покриття за показниками жаростійкості та питомого електричного опору задовольняють вимогам, що надаються до електроізоляційних покриттів для стальних підкладинок плівкових нагрівачів і можуть успішно використовуватися у їх виробництві. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 94355 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601