СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОЙ СТЕКЛОЭМАЛИ
METHOD OF PRODUCTION OF ELECTROINSULATING GLASS ENAMEL

Изобретение относится к области силикатов, в частности к способу получения электроизоляционных стеклоэмалей, которые применяются в качестве диэлектрического барьера электродов озонаторного оборудования, работающих в условиях барьерного разряда.
Для создания высокоэффективных установок озонаторного типа необходимо использовать диэлектрический барьер, обладающий высокими значениями диэлектрической постоянной и низкими значениями диэлектрических потерь. По справочным данным, производительность установки зависит от формы получаемого в ней барьерного разряда, которая в свою очередь имеет связь с диэлектрической постоянной используемого в генераторе озона барьера. Также стеклоэмаль должна обладать хорошей кроющей способностью, дилатометрическими характеристиками, близкими к металлической подложке, и высокой прочностью сцепления с металлом.
2
2
2
3
2
2
2
2
6
3
Известен состав электроизоляционной эмали для электродов озонатора из малоуглеродистой стали, мас.% содерж.: SiO 37,6-40; NaO 7,1-8,2; BO 1,2-3,6; KO 0,7-3,3; CaO 2-2,3; LiO 2,9-3,3; SrO 2,0-3,6; ZrO 1,8-4,9; NaSiF 0,6-3,6; CoO 0,6-1,1; SrTiO 28,6-41,2 [Патент РФ №2081070, класс C03C 8/06, 1997 г.].
2
2
2
2
3
3
2
3
-7
-3
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав, мас.% содерж.: SiO 25-35; ВаО 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; МоО 0,5-1; CrO 0,5-1; CoO 0,5-1; NiO 0,5-1 [Патент РФ №2209786, класс C03C 8/02, 2003 г.]. Данный состав имеет диэлектрическую проницаемость 11,3-13,0; ТКЛР (142-154)·10 1/°C, тангенс угла диэлектрических потерь (2,7-4,1)·10, температуру варки эмали 1250°C, температуру обжига эмали 700-720°C. Недостатком такого состава являются пониженные диэлектрические характеристики, в частности низкая диэлектрическая проницаемость.
Техническим результатом изобретения является увеличение значений диэлектрической проницаемости при сохранении остальных физико-химических показателей.
2
2
2
2
3
3
2
3
2
3
3
6
2
2
2
2
2
3
2
3
2
3
2
3
3
6
3
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения электроизоляционной стеклоэмали включает в себя варку фритты состава: SiO, BaO, CaO, SrO, CdO, MnO, KO, NaO, BO, МоО, CrO, CoO, NiO, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит NaAlF и CaF при следующем соотношении компонентов в мас.%: SiO - 20.0-25.0, CaO - 4.5-12.0, SrO - 1.0-2,0, CdO - 2.,0-3.0, MnO - 0.1-0.5, KO - 3.0-4.0. NaO - 1.0-1.5, BO - 5.0-5.5, CaF - 4.0-5.0, MoO - 0.5-0.8, CrO - 0.5-0.8, CoO - 0.1-0.5, NiO - 0.1-1.0, NaAlF - 0.1-0.5, BaO - остальное и тем, что варку проводят при 1150-1200°C; измельчение полученного продукта и введение 5-10% SrTiO от массы фритты.
Метатитанат стронция вводится в количестве 5; 7,5 и 10 мас.% от общей массы фритты.
В качестве сырьевых материалов использовались: кварцевый песок;
борная кислота; карбонаты: бария, кальция, стронция, кадмия, калия, натрия; оксиды: марганца, никеля, молибдена, хрома, кобальта; криолит, флюорит и метатитанат стронция.
Пример 1. Для приготовления стеклоэмалевой фритты сырьевые компоненты взвешивались на технических весах с точностью до 0,01 г согласно химическому составу, приведенному ниже, и тщательно перемешивались до получения однородной шихты.
2
2
2
3
2
3
2
3
2
3
3
6
Состав стеклоэмалевой фритты содержит следующие компоненты, мас.%: SiO - 25,0; CaO - 4,5; SrO - 1,0; CdO - 2,0; MnO - 0,1; KO - 3,0; NaO - 1,0; BrO - 5,5; CaF - 4,0; MoO - 0,5; CrO - 0,5; CoO - 0,1; NiO - 0,1; NaAlF - 0,1; BaO - 52,6.
Варку стекол осуществляли в корундовых тиглях в электрической лабораторной печи с силитовыми нагревателями. Температура варки - 1150°C, выдержка при максимальной температуре - 60 минут. Выработку стекломассы осуществляли путем грануляции расплава стекломассы в воде. Гранулят измельчают в шаровой мельнице. Полученный порошок взвешивали на технических весах с точностью до 0,01 г. Навеску стеклоэмалевой фритты в количестве 500 г смешивали до однородного состояния с предварительно взвешенной добавкой метатитаната стронция в количестве 50 г (10% от массы стеклоэмалевой фритты). Перед нанесением поверхность металлической подложки подвергается предварительной обработке: пескоструйная обработка и обезжиривание. Нанесение проводится методом электростатического осаждения. Покрытие наносится послойно до толщины 0,3-0,5 мм. Обжиг каждого слоя осуществляется при температуре 840°C.
В результате были получены следующие данные: диэлектрическая проницаемость 22; тангенс угла диэлектрических потерь 0,005, прочность эмалевого покрытия на удар составляет 2,3 Дж.
Синтез остальных составов, а также нанесение эмалевых покрытий проводят аналогично вышеуказанному примеру (см. Таблицы 1 и 2).
Заданный технический результат обеспечивается совокупным влиянием добавки метатитаната стронция как материала, принадлежащего к сегнетоэлектрикам и обладающего высокими значениями диэлектрической проницаемости, и компонентов, дополнительно вводимых в состав фритты, которые улучшают плавкие свойства, обеспечивают хорошую растекаемость и прочное сцепление эмали с металлической подложкой. Таким образом, проведенный сопоставительный анализ показал, что предлагаемый способ получения электроизоляционной стеклоэмали отличается от известного более высокими значениями диэлектрической проницаемости, а также достаточной степенью сцепления эмалевого покрытия с металлической подложкой. Это свидетельствует о преимуществе предлагаемой эмали по сравнению с прототипом.
Таблица 1
Химический состав стеклоэмалевой фритты
Компоненты
Составы эмалей, масс.%
Температура варки, °C
1
2
3
Прототип
1150
1150
1200
1250
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
Рецепт электроизоляционной стеклоэмали
Состав
Количество эмалевой фритты, г.
Количество SrTiO<sub>3</sub>
процент введения(в зависимости от массы фритты), масс.%
масса, г
1
500,0
5,0
25,0
2
500,0
7,5
37,5
3
500,0
10,0
50,0
Таблица 3
Свойства предлагаемых стеклоэмалей
Свойства
Единицы измерения
Значения свойств для предлагаемых составов
Прототип
1
2
3
Диэлектрическая проницаемость
-
11
12,2
22
7,1-7,8
Тангенс угла диэлектрических потерь
-
0,01
0,008
0,005
0,0014-0,002
Прочность на удар
Дж
2,33
1,75
1,97
-