ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫЙ ПЛАСТИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ
CONDUCTIVE PLASTIC MATERIAL

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при ошиновке энергоемких технологических установок, электролизеров химической промышленности, цветной металлургии, силовой преобразовательной техники и может быть использовано в вышеуказанных отраслях.
Известен электропроводный композиционный углеродосодержащий материал на основе малопроводящего материала, смешанного с электропроводной углеродной добавкой и А.С. №2398312, 2008 г. Но использование этого материала возможно только на малых токах и только при добавлении определенной электропроводной углеродной добавки.
Известна пластичная смазка ЦИАТИМ-221 (ГОСТ 9433-80) на основе полиоргансилоксановой жидкости 132-25, загущенной кальциевым мылом стеариновой кислоты, с добавлением церезина-80 и пакета присадок.
Недостаток этого материала заключается в том, что его трибометрические, свойства очень низкие, недостаточен температурный предел работоспособности (+150°C). При его использовании в сильноточных контактных соединениях в условиях агрессивной среды и повышенной влажности со временем происходит окисление материала и пригорание контактных поверхностей, что приводит к повышению сопротивления контактного соединения и изменяются его физико-химические свойства.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение долговечности, термостойкости материала, улучшение его электропроводных свойств.
4
4
Технический результат достигается тем, что используя материал на основе полиоргансилоксановой жидкости 132-25, загущенной кальциевым мылом стеариновой кислоты, с добавлением церезина-80 и пакета присадок в качестве основы, в него добавляют интерметаллид FeGa, полученный в результате смешивания галлий-индиевого расплава с порошком железным распыленным, химический и гранулометрический составы, средний размер частиц которого колеблется от 20 до 400 мкм, содержание основного металла не ниже 98…99%, а насыпная плотность равна 2,3…2,9 г/см. Количественное содержание железа и галлия в интерметаллиде FeGa определяется по формулам
<mrow><msub><mi>β</mi><mrow><mi>F</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>F</mi><mi>e</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>F</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>G</mi><mi>a</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>β</mi><mrow><mi>G</mi><mi>a</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>G</mi><mi>a</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mn>4</mn></mrow><mrow><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>M</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>G</mi><mi>a</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow>
Fe
Ga
Fe
Ga
где β, β - процентное содержание в интерметаллическом порошке железа и галлия; γ, γ - атомные веса железа и галлия. Затем в полученную смесь вводят эвтектический сплав галлий-индий-олово и перемешивают с порошком железным распыленным. Общее соотношение исходного и добавленного материалов: 60% - исходного, 40% - добавленного.
4
4
Для приготовления электропроводного пластичного материала сначала получают интерметаллид FeGa путем смешивания галлий-индиевого расплава с порошком железным распыленным. После нескольких минут тщательного медленного перемешивания образуется густая металлическая паста. Количественное содержание железа и галлия в интерметаллиде FeGa определяется по формулам
<mrow><msub><mi>β</mi><mrow><mi>F</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>F</mi><mi>e</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>F</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>G</mi><mi>a</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>β</mi><mrow><mi>G</mi><mi>a</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>G</mi><mi>a</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mn>4</mn></mrow><mrow><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>M</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>G</mi><mi>a</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow>
Fe
Ga
Fe
Ga
4
где β, β - процентное содержание в интерметаллическом порошке железа и галлия; γ, γ - атомные веса железа и галлия. Коррозия стали в галлий-индиевом расплаве сопровождается образованием бинарного галлида FeGa с объемноцентрированной кубической решеткой. На диаграмме состояния Fe-Ga в области с относительно небольшим содержанием галлия в зависимости от термической обработки может существовать несколько фаз (3…6).
Проведение промежуточной реакции образования интерметаллидов (галлидов) обеспечивает перевод системы в состояние с минимумом свободной энергии. На эту реакцию расходуется дополнительное количество жидкого металла. Однако затраты этого количества жидкого металла на стадии приготовления электропроводного пластичного материала обеспечивают повышение его термодинамической стабильности в режиме эксплуатации.
4
Полученный интерметаллид FeGa, в виде гутой пасты, добавляется в смазку ЦИАТИМ-221. После нескольких минут тщательного медленного перемешивания в эту смесь добавляется эвтектический сплав галлий-индий-олово и порошок железный распыленный. Перемешивание продолжается до образования однородного пастообразного материала. Вязкость получаемого материала регулируется соотношением добавляемого количества эвтектического сплава галлий-индий-олово и порошка железного распыленного. Общее соотношение исходного и добавленного материалов: 60% - исходного, 40% - добавленного.
Полученный пластичный электропроводный материал наносится на контактирующие поверхности со средней толщиной 0,2 мм.
Проведены стендовые испытания модуля контактного соединения в условиях хлорного производства, работающих в диапазоне температур 100…250°C.
H
д
д
-3
-6
-3
-6
Средние значения падений напряжения по результатам 500 измерений в течение трехлетней эксплуатации для контактов размером 0,05 × 0,1 м и током 2 кА равны 45 мВ для площадок медь-медь и 64 мВ для площадок медь-сталь. Стендовые испытания модуля контактного соединения электролизера с током нагрузки I=3000 А показало падение напряжения на контактном соединении с применением материала ЦИАТИМ-221, которое составило 18,3·10 В, что соответствует переходному сопротивлению R=6,1·10 Ом, после применения полученного электропроводного пластичного материала в контактном соединении падение напряжения составило 12,3·10 В, что соответствует переходному сопротивлению R=4,1·10 Ом.
Испытания показали, что при нормальной температуре переходные сопротивления болтовых медных контактов с использованием пластичного электропроводного материала близки к переходным сопротивлениям сварных контактов. Введение полученного материала в межконтактный промежуток болтовых соединений снижает переходное сопротивление в 2…4 раза. При тех же условиях снижение переходного сопротивления в паре сталь-графит наблюдалось в 10 раз.
Также испытания показали, что переходное сопротивление контактов с нанесенным на них пластичным электропроводным материалом практически не зависит от степени контактного нажатия.