Способ изготовления тепловой изоляции для теплового литиевого источника тока

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве тепловых литиевых источников тока. Предлагается способ изготовления изоляции для теплового литиевого источника тока путем прессования теплоизоляционных прокладок из композиции, включающей высокодисперсный оксид кремния с удельной поверхностью частиц более 250 м²/г, оксид хрома, супертонкие кремнеземные волокна и фенолформальдегидную смолу. Предложенный способ изготовления тепловой изоляции позволяет получать теплоизоляционные прокладки с теплопроводностью ниже теплопроводности "спокойного воздуха" и высокой механической прочностью, не позволяющей разрушаться под воздействием ударных нагрузок и, тем самым, обеспечивающей жесткость всей конструкции источника тока. 1 пр.

 

Настоящее изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в производстве тепловых источников тока с литийсодержащим электродом.

Использование в тепловых источниках тока литийсодержащих электродов позволяет достичь высоких удельных характеристик.

Поддержание этих характеристик достаточно продолжительное время обеспечивается эффективной тепловой изоляцией. В тепловых литиевых источниках тока тепловая изоляция устанавливается в зазоре между стенками корпуса и блоком электрохимических элементов, а также по торцам блока электродов. Помимо низкой теплопроводности тепловая изоляция должна быть достаточно плотной, чтобы предотвращать смещение блока, а также прочной, чтобы выдерживать воздействие на источник тока значительных механических перегрузок (ударных, вибрационных и линейных ускорений).

Известен способ изготовления тепловой изоляции [Патент RU 2091350, кл. С04В 35/14, 1997 г.] из композиции, содержащей высокодисперсный диоксид кремния с удельной поверхностью частиц более 250 м²/г, оксид хрома, супертонкое кремнеземное волокно и химически распушенный асбест.

Из полученной композиции отливаются гибкие листы с теплопроводностью в интервале температур (100-600)°С, равной (0,035-0,08) Вт/м·град.

При производстве тепловых источников тока подобная теплоизоляция укладывается между боковой поверхностью блока и внутренними стенками корпуса.

Недостатком подобной теплоизоляции является ее низкая прочность. При воздействии механических нагрузок такая теплоизоляция смещается относительно блока, что приводит к снижению надежности работы источника тока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ изготовления тепловой изоляции из композиции, включающей окись кремния с удельной поверхностью частиц более 250 м²/г, экранирующие добавки Si, Cr₂O₃, ТiO₂ и т.п., уплотняющие волокна и фенолформальдегидную смолу [Патент US №2808338, кл. 252/6, 1957 г.].

Подобная композиция характеризуется низким насыпным весом, что позволяет изготавливать из нее эффективную тепловую изоляцию. Однако при запрессовке ее в корпус источника тока с целью формирования слоя изоляции между внутренними стенками корпуса и блоком электрохимических элементов возникают серьезные технологические затруднения. Подобная теплоизоляция обладает низкой механической прочностью.

Целью настоящего изобретения является упрощение технологического процесса изготовления высокоэффективной тепловой изоляции, стойкой к воздействию механических нагрузок.

С этой целью предлагается способ изготовления тепловой изоляции для теплового литиевого источника тока путем прессования теплоизоляционных прокладок из композиции, включающей высокодисперсный оксид кремния с удельной поверхностью частиц более 250 м²/г, оксид хрома, супертонкое кремнеземное волокно и фенолформальдегидную смолу, отличающийся тем, что прессование композиции производится давлением (1,5-2,5) МПа, с выдержкой под прессом в течение (8-20) мин при температуре (150-250)°С и последующей термообработкой при температуре (700-800)°С в течение (150-180) мин.

Предложенный способ изготовления тепловой изоляции позволяет получать теплоизоляционные прокладки с теплопроводностью 0,027 Вт/м·град при температуре 100°С, что ниже теплопроводности "спокойного воздуха". Получаемая подобным способом теплоизоляция обладает достаточной механической прочностью, не позволяющей разрушаться под воздействием ударных нагрузок и, тем самым, обеспечивающей жесткость всей конструкции источника тока.

Тепловая изоляция может быть выполнена как в виде полуцилиндров, вставляемых в корпус источника тока, так и отдельных конструктивных деталей различной конфигурации. Оптимальная толщина прокладок составляет (4-10) мм.

Нижний интервал давления прессования 1,5 МПа определен необходимостью обеспечения оптимальной плотности прокладки, при которой обеспечиваются требуемые механические характеристики при сохранении низких значений теплопроводности. Верхний интервал давления прессования 2,5 МПа определен необходимостью сохранения значений теплопроводности, близких к значениям, получаемым при прессовании усилием 1,5 МПа.

Время выдержки опрессованной прокладки при совместном воздействии температуры и давления должно обеспечить удаление из опрессованного образца воздуха и отверждения фенолформальдегидной смолы. При времени менее 8 мин этот процесс не успевает произойти, и после снятия давления с образца происходит его разрыв под давлением воздуха. Время 20 мин определено гарантированным процессом отверждения фенолформальдегидной смолы. Температура 150°С является нижней границей, при которой начинается процесс отверждения фенолформальдегидной смолы, при температуре свыше 250°С возможно выгорание смолы в приграничном слое материала и, тем самым, изменение структуры теплоизоляционной прокладки.

Высокотемпературная обработка полученных прессованием теплоизоляционных прокладок необходима для удаления фенолформальдегидной смолы с целью получения необходимой структуры, обеспечивающей сочетание низкой теплопроводности, прочности и размерной стабильности.

Температура термообработка 700°С является нижней границей, при которой запускается процесс выгорания фенолформальдегидной смолы, обеспечивающий должные характеристики материала.

При температуре свыше 800°С происходит усадка материала, приводящая к изменению заложенных размерных характеристик прокладок. Время термообработки определено необходимостью прогрева прокладки и надежностью завершения процесса выгорания фенолформальдегидной смолы.

Пример конкретного исполнения

Компоненты тепловой композиции, включающие высокодисперсный оксид кремния 75 мас.%, оксид хрома 15 мас.%, супертонкое кремнеземное волокно 5 мас.% и фенолформальдегидную смолу 5 мас.%, измельчались и перемешивались.

Навеска полученной смеси, рассчитанная для обеспечения необходимой плотности теплоизоляционной прокладки, помещалась в прессформу и подавалась на операцию прессования. Прессование полуцилиндров для боковой теплоизоляции блока электрохимических элементов производилось давлением 2 МПа с выдержкой под прессом 12 мин при температуре 200°С. После прессования образцы подвергались термообработке при температуре 750°С в течение 160 мин. Полученные полуцилиндры толщиной 5 мм и плотностью (300±60) кг/м³ вставлялись в цилиндрический корпус источника тока, образуя боковую изоляцию. Подобным образом изготавливались теплоизоляционные прокладки для теплоизоляции торцов источника тока.

Способ изготовления тепловой изоляции для теплового литиевого источника тока путем прессования теплоизоляционных прокладок из композиции, включающей высокодисперсную смесь оксида кремния с удельной поверхностью частиц более 250 м²/г, оксида хрома, супертонкого кремнеземного волокна и фенолформальдегидной смолы, отличающийся тем, что прессование композиции производится давлением 1,5-2,5 MПa, с выдержкой под прессом в течение 8-10 мин при температуре 150-200°С и последующей термообработкой при температуре 700-800°С в течение 150-180 мин.