Емаль

Реферат: Винахід належить до безсвинцевих силікатних емалей для нанесення на алюміній і може бути використаний як електроізоляція при виготовленні плівкових нагрівачів, а також виробів електротехнічного призначення. Емаль містить, мас. %: SiO2 32,5-38,5; ТiО2 12,3-14,6; В2О3 2,73,2; Р2О5 3,6-4,4; ВаО 1,9-2,4; ZnO 3,2-3,8; SrO 1,3-1,6; Li2O 0,1-6,9; Na2O 5,0-28,6; К2О 0,1-25,5; ZrO2 1,0-9,0; МоО3 0,1-0,5. Винахід забезпечує підвищення питомого об'ємного електричного 7,510,8 опору (150 °C 10 7·10 Ом·см), та хімічної стійкості емалі для алюмінію і покриттів на її основі. UA 106166 C2 (12) UA 106166 C2 UA 106166 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонований винахід відноситься до безсвинцевих силікатних емалей для нанесення на алюміній і може бути використаний як електроізоляція при виготовленні плівкових нагрівачів, а також виробів електротехнічного призначення. Необхідна в'язкість розплавів силікатних емалей для алюмінію при температурі випалу 5603 580 °C повинна становити 500-4000 dПа·с, а поверхневий натяг - (200-300)·10 Н/м. Це досягається за рахунок введення до їх складу значної кількості оксидів свинцю та лужних металів. Вказана особливість складів емалей для алюмінію є причиною відносно невисоких значень хімічної стійкості та електроізоляційних властивостей покриттів на їх основі. Для емалей електротехнічного призначення наявність оксиду свинцю у складі небажана через можливість реагування з провідниковою пастою, що наноситься на електроізоляційне покриття, з утворенням металічного свинцю, який сприяє зниженню електричної міцності покриття. Електроізоляційні покриття для алюмінію та його сплавів повинні мати наступні характеристики: температура випалу покриттів 560-580 °C, температурний коефіцієнт лінійного -7 °C-1 розширення (130-170)·10 , температура початку розм'якшення не менше ніж 300 °C та пробивна напруга покриттів при 20 °C - не менше ніж 2000 В. Перш за все треба зазначити, що основним недоліком відомих хімічних складів емалей для алюмінію є вміст оксидів свинцю, кадмію та інших шкідливих та небажаних компонентів. Відома композиція для емалювання алюмінію та його сплавів, що містить, мас.%: SiO2 28,036,0; ТіО2 15,2-19,0; В2О3 6,0-10,0; Na2O 18,0-23,0; Li2O 0,6-3,0; К2О 9,0-14,6; Р2О5 1,1-1,8; Аl2О3 5 1,0-4,0; FeO 3,0-5,8; МnО2 0,1-0,9 [Пат. 2024447 С1 Росія, МКИ С 03 С 8/116, 8/08. Композиция для эмалирования алюминия и его сплавов / Н.И. Беломеря, Н.С. Молчанова, Л.А. Беломеря, Н.Н. Ткаченко, В.А. Ганжела, Э.Ф.Молчанов, В.В. Чернявский, А.А. Ноздренков (Росія). - № 5006598/33; заявл. 08.07.91; опубл. 15.12.94, Бюл. № 23]. Основним недоліком цієї композиції є низьке значення хімічної стійкості покриттів на основі даної емалі та висока температура випалу покриттів 500-650 °C. Також відоме скло для спаїв з алюмінієм та його сплавами, що містить, мас.%: SiO2 31,833,5; В2О3 6,1-9,2; К2О 11,8-12,4; Na2O 6,2-8,2; Li2O 3,8-4,0; ZrO2 0,1-0,6; CdO 8,0-10,2; ZnO 1,14,0; BaO 10,4-12,2; Fe2O3 0,1-0,6; CaO 0,1-4,0; Al2O3 0,1-1,3; SnO2 0,2-1,0; TiO2 0,1-4,2; SrO 2,77,2; La2O3 0,34-0,7; CeO2 0,6-1,25; Nd2O5 0,17-0,4; Pr2O3 0,06-0,1; Sm2O3 0,03-0,05; V2O3 0,1-0,7 5 [A.c. 1662965 A1 СССР, МКИ С 03 С 8/24. Стекло для спаев с алюминием и его сплавами / Е.С. Козельская, Г.А. Королева, В.И. Артемьев, Л.А. Мусина, Д.М. Юнусов (СССР). - № 4605834/33; заявл. 14.11.88; опубл. 15.07.91, Бюл. № 26]. Суттєвим недоліком цього скла є низьке значення ТКЛР в інтервалі температур 20-300 °C -1 133,4-145,0 град та вміст рідкоземельних та високовартісних компонентів. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є склад емалі для алюмінію, що містить, мас.%: SiO2 34,30-41,57; ТіО2 13,04-15,81; В2О3 2,84-3,90; Р2О5 3,86-4,68; ВаО 2,08-2,46; ZnO 3,32-4,02; SrO 1,41-1,71; Li2O 0-9,85; Na2O 5,28-33,25; К2О 0-26,79 [Голеус, В.И. Электроизоляционные эмали для алюминия / В.И. Голеус, Т.Ф. Шульга // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». - 2009. - № 22. - С. 14-19] - прототип. Основною перевагою цих емалей є достатньо високі значення ТКЛР в інтервалі температур -1 20-300 °C 130-170 град . Однак головним недоліком прототипу є низькі значення питомого електричного опору при 6 10 150 °C 10 -10 Ом·см та водостійкості (кількість 0,01 н НСl, яка пішла на титрування водяної 3 витяжки 0,5-9,7 см /г). В основу винаходу поставлена задача розробка хімічного складу безсвинцевої силікатної емалі для алюмінію з високим питомим електричним опором і хімічною стійкістю, при цьому ТКЛР емалі повинно бути близьке до ТКЛР металу, шляхом додаткового введення до складу ZrO2 і МоО3. Поставлена задача вирішується тим, що відома емаль, яка включає SiO 2, В2О3, Р2О5, ТіО2, BaO, ZnO, SrO, Li2O, Na2O і К2О відповідно до винаходу додатково містить ZrO2 і МоО3 при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: SiO2 32,5-38,5; ТіО2 12,3-14,6; В2О3 2,7-3,2; Р2О5 3,6-4,4; ВаО 1,9-2,4; ZnO 3,2-3,8; SrO 1,3-1,6; Li2O 0,1-6,9; Na2O 5,0-28,6; K2O 0,1-25,5; ZrO2 1,09,0; МоО3 0,1-0,5. Відмінними ознаками винаходу, що пропонується є наявність у його складі ZrO 2 і МоО3 при такому співвідношенні інших компонентів, яке забезпечує підвищенням значень питомого 7,5 10,8 об'ємного електричного опору (при 150 °C - 10 -10 Ом·см) та збільшення хімічної стійкості 3 покриття (кількість 0,01 н НСl, яка пішла на титрування водяної витяжки 0,4-1,7 см /г) при збереженні значені) ТКЛР близьких до ТКЛР алюмінію. 1 UA 106166 C2 5 Вміст компонентів, що входять до хімічного складу безсвинцевих силікатних емалей наведено в табл. 1. Для приготування шихти стекол використовують наступні сировинні матеріали: кварцовий пісок, борну кислоту, карбонати стронцію, літію, калію, барію, кальциновану соду, дванадцяти водний ортофосфат натрію, оксиди титану, цинку, цирконію та молібдену. Властивості запропонованих емалей для алюмінію наведено у табл. 2. Таблиця 1 Хімічний склад запропонованих емалей мас.% Оксиди SiO2 ТіО2 В2О3 р2о5 ВаО ZnO SrO Li2O Na2O K2O ZrO2 МоО3 1 35,6 13,5 2,0 3,9 2,2 3,4 1,4 0,1 22,6 13,3 1,0 0,1 2 37,5 14,2 3,1 4,2 2,3 3,6 1,5 2,2 28,6 0,1 2,4 0,3 Номер склофрити 4 5 6 33,4 32,5 35,7 12,6 12,3 13,5 2,8 2,7 3,0 3,7 3,6 4,0 2,0 1,9 2,2 3,2 3,2 3,4 1,4 1,3 1,4 3,0 1,9 6,3 9,0 8,8 5,3 18,6 24,4 20,0 9,0 7,0 4,7 0,4 0,4 0,5 3 38,4 14,6 3,2 4.4 2,4 3,8 1,6 6,0 15,0 7,0 2,4 0,3 Прототип 34,3-41,57 13,04-15,81 2,84-3,00 3,86-4,68 2,08-2,46 3,32-4,02 1,41-1,71 0-9,85 5,28-33,25 0-26,79 7 34,0 12,0 2,8 3,8 2,0 3,3 1,4 4,0 5,0 25,5 4,8 0,5 Таблиця 2 Властивості прототипу та запропонованих емалей Властивості склофрит Температура варки скла, °C Температура випалу покриттів, °C ТКЛР при 20-300 °C, 7 -1 α·10 , град Питомий об'ємний електричний опір при 150 °C Дилатометрична температура початку розм'якшення, °C Хімічна стійкість (кількість 0,01 н НСl, яка пішла на титрування водяної 3 витяжки), см /г 10 15 1 2 Номер склофрити 4 5 6 3 7 Прототип 1050-1100 560-580 148 8,2 130 7,5 1130-1200 560-580 133 134 8,8 10 10 480 500 470 1,35 0,69 10,8 10 10 0,55 160 9,7 150 10 154 10,1 10 130-170 10 10 6-10 480 470 450 450 390-490 0,4 1,7 0,85 1,58 0,5-9,7 Варку емалей проводять в шамотних тиглях при 1050-1100 °C протягом 30 хвилин. За цей час шихта розплавляється та утворює гомогенний розплав скла, який потім гранулюють у холодну воду. Для одержання покриттів на алюмінію емалеві шлікера готують мокрим помелом у фарфорових барабанах. Отриманий шлікер наносять на алюмінієві підкладки методом обливу у 1-2 шари. Підготовку поверхні алюмінію та його сплавів здійснюють одним з відомих методів обробки, що приведені у літературі (наприклад, у лужному розчині хромовокислих солей при температурі 50 °C протягом 4 хвилин). 2 UA 106166 C2 5 10 15 Використання запропонованої емалі дозволить підвищити значення питомого об'ємного 7,5 10,8 електричного опору покриттів на її основі (при 150 °C - 10 -10 Ом·см) та хімічну стійкість 3 покриттів (кількість 0,01 н HCl, яка пішла на титрування водяної витяжки 0,4-1,7 см /г). До того ж -7 -1 одержані емалі характеризуються високими значеннями ТКЛР (130-160·10 град в інтервалі 20-300 °C) і разом з тим забезпечує отримання якісною безсвинцевого склоемалевого покриття при температурі випалу 560-580 °C, що сприятиме розширення галузей використання емальованих виробів на підкладках з алюмінію, в тому разі і електротехнічного призначення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Емаль для алюмінію, що містить SiO2, В2О3, Р2О5, TiO2, BaO, ZnO, SrO, Li2O, Na2O і К2О, яка відрізняється тим, що вона додатково містить ZrO2 і МоО3 при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: SiO2 32,5-38,5; ТiО2 12,3-14,6; В2О3 2,7-3,2; Р2О5 3,6-4,4; ВаО 1,9-2,4; ZnO 3,2-3,8; SrO 1,3-1,6; Li2O 0,1-6,9; Na2O 5,0-28,6; K2O 0,1-25,5; ZrO2 1,0-9,0; MoO3 0,1-0,5. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3