ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ СТЕКЛОЭМАЛЬ
ELECTROINSULATING GLASS ENAMEL

Изобретение относится к области силикатов, в частности к электроизоляционным стеклоэмалям, которые могут быть использованы в качестве диэлектрического барьера в установках для синтеза озона при помощи барьерных разрядов.
Для обеспечения высокой производительности установок данного типа необходимо, чтобы покрытие, использующееся в качестве диэлектрического барьера, обладало определенным набором характеристик. В связи с тем, что количество озона напрямую зависит от формы получаемого разряда, диэлектрический барьер (диэлектрическая эмаль) должен иметь значения диэлектрической проницаемости на уровне 10-25, тангенса угла диэлектрических потерь менее 0,01. Кроме того, стеклоэмаль должна обладать хорошей кроющей способностью, дилатометрическими характеристиками, близкими к металлической подложке, и высокой прочностью сцепления с металлом.
2
2
2
2
2
3
3
Известен состав электроизоляционной эмали для нержавеющей стали, мас.%: SiO 29,5-38,7; BaO 15-22; CaO 1,5-7,0; SrO 4-6; CdO 2-8; MnO 0,1-1; KO 9-15; NaO 2-9; LiO 0,5-1,5; BO 9-13; SrO 4-10; MoO 0,5-1; CoO 0,1-1; NiO 0,1-1 [Патент РФ №2203233, класс C03C 8/02, 2003].
2
2
2
2
3
3
2
3
-7
-3
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав, мас.%: SiO 25-35; BaO 35-45; CaO 4-7; SrO 3-8; CdO 4,5-6; MnO 0,2-1; KO 3-5; NaO 1-4; BO 3-75; МоO 0,5-1; CrO 0,5-1; CoO 0,5-1; NiO 0,5-1 [Патент РФ №2209786, класс C03C 8/02, 2003]. Данный состав имеет диэлектрическую проницаемость 11,3-13,0; ТКЛР (142-154)·10 1/°С, тангенс угла диэлектрических потерь (2,7-4,1)·10, температуру обжига эмали 700-720°С. Недостатком данного состава являются недостаточно низкие диэлектрические потери.
Техническим результатом изобретения является уменьшение значений диэлектрических потерь при сохранении остальных физико-химических показателей.
Указанный технический результат достигается тем, что электроизоляционная эмаль имеет следующий состав, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
20,0-25,0
CaO
4,5-12,0
SrO
1,0-2,0
CdO
2,0-3,0
MnO
0,1-0,5
K<sub>2</sub>O
3,0-4,0
Na<sub>2</sub>O
1,0-1,5
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
5,0-5,5
CaF<sub>2</sub>
4,0-5,0
MoO<sub>3</sub>
0,5-0,8
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-0,8
Co<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,1-0,5
NiO
0,1-1,0
Na<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>
0,1-0,5
BaO
остальное
Предлагаемый состав эмали отличается от известного определенным соотношением оксидов щелочноземельных металлов: BaO, CaO, SrO, CdO. Оставляя общую сумму щелочноземельных элементов той же, мы увеличиваем общее содержание оксида бария, вместе с тем содержание оксидов кадмия и стронция уменьшается в 2-4 раза.
2
3
6
Для улучшения технологических характеристик в предлагаемые составы дополнительно вводятся следующие компоненты: CaF и NaAlF. Данные соединения, являясь добавками для улучшения кроющей способности, повышают прочность сцепления эмали с металлической подложкой.
В качестве сырьевых материалов использовались: кварцевый песок; борная кислота; карбонаты: бария, кальция, стронция, кадмия, калия, натрия; оксиды: марганца, никеля, молибдена, хрома, кобальта; криолит и флюорит.
Пример 1. Состав стекла содержит следующие компоненты, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
25,0
СаО
4,5
SrO
1,0
CdO
2,0
MnO
0,1
K<sub>2</sub>O
3,0
Na<sub>2</sub>O
1,0
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
5,5
CaF<sub>2</sub>
4,0
МoО<sub>3</sub>
0,5
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5
Co<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,1
NiO
0,1
Na<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>
0,1
BaO
остальное
Для приготовления сырьевые компоненты взвешивались на технических весах с точностью до 0,01 и тщательно перемешивались до получения однородной шихты. Варку стекол осуществляли в корундовых тиглях в электрической лабораторной печи с силитовыми нагревателями. Температура варки - 1200°C, выдержка при максимальной температуре - 60 минут. Выработку стекломассы осуществляли путем грануляции расплава стекломассы в воде. Гранулят измельчают в шаровой мельнице. Перед нанесением поверхность металлической подложки подвергается предварительной обработке и обезжириванию. Нанесение проводится методом электростатического осаждения. Покрытие наносится послойно до толщины 0,3-0,5 мм. Обжиг каждого слоя осуществляется при температуре 840°C.
-7
-3
В результате были получены следующие данные: ТКЛР 140·10 1/°С, состав имеет диэлектрическую проницаемость 11; тангенс угла диэлектрических потерь 1,5·10, прочность эмалевого покрытия на удар составляет 1,2-2,5 Дж в зависимости от вида обработки поверхности металлической подложки.
Синтез остальных составов, а также нанесение эмалевых покрытий проводят аналогично вышеуказанному примеру (см. Таблицу 1 и 2).
Таким образом, проведенный сопоставительный анализ показал, что предлагаемый состав электроизоляционной эмали отличается от известного меньшими диэлектрическими потерями и высокой прочностью сцепления эмали с металлической подложкой. Это свидетельствует о преимуществе предлагаемой эмали по сравнению с прототипом.
Таблица 1
Составы и значения основных свойств стекол
Компоненты
Составы эмалей, мас.%
1
2
3
Прототип
SiO<sub>2</sub>
25,0
23,0
20,0
25,0-35,0
BaO
52,6
46,5
42,9
35,0-45,0
CaO
4,5
9,0
12,0
5,0-6,0
SrO
1,0
1,5
2,0
4,0-7,0
CdO
2,0
2,5
3,0
4,5-6,0
MnO
0,1
0,3
0,5
0,2-1,0
K<sub>2</sub>O
3,0
3,5
4,0
3,0-3,5
Na<sub>2</sub>O
1,0
1,3
1,5
1,0-2,0
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
5,5
5,5
5,5
3,0-7,0
CaF<sub>2</sub>
4,0
4,5
5,0
-
MoO<sub>3</sub>
0,5
0,65
0,8
0,5-1,0
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5
0,65
0,8
0,5-1,0
Co<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/CoO
0,1
0,3
0,5
0,5-1
NiO
0,1
0,5
1,0
0,5-1,0
Na<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>
0,1
0,3
0,5
-
Таблица 2
Свойства предлагаемых составов
Свойства
Единицы измерения
Значения свойств для предлагаемых составов
Прототип
1
2
3
ТКЛР
10<sup>-7</sup> 1/°С
140
130
125
135-154
Диэлектрическая проницаемость
-
11
12,2
14
10,5-13
Тангенс угла диэлектрических потерь
-
1,5·10<sup>-3</sup>
1·10<sup>-3</sup>
1·10<sup>-3</sup>
(2,7-4,1)·10<sup>-3</sup>
Прочность на удар в зависимости от вида обработки поверхности подложки:
- необработанная поверхность
Дж
1,2
1,1
1,4
-
- дробеструйная обработка
1,6
1,9
1,7
- пескоструйная обработка
2,5
1,65
2,1