Керамические наполнители различного элементного состава, работающие при температуре до 1000 оС
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-3-19-23Ключевые слова:
трубчатый электрический нагреватель, теплопроводящий изоляционный материал, сопротивление изоляцииАннотация
Рассмотрены твердые керамические изоляционные материалы, которыми наполняются высокотемпературные трубчатые электрические нагреватели промышленной оснастки. Режим работы подобных изделий предполагает работу при температурах до 1000…1200 ℃. Безотказная работа нагревателя, способного обеспечить подобные условия, достигается за счет применения изоляционных материалов с высокой нагревостойкостью. Рынок нагревателей высокой мощности представлен иностранными производителями, при этом средняя температура нагрева составляет 500 ℃. С целью создания отечественных аналогов высокотемпературных трубчатых электрических нагревателей, а также повышения температурного режима до 1000 ℃, авторами проанализированы наиболее распространенные керамические наполнители, отличающиеся элементным составом: оксид алюминия α- Al2O3, оксид магния MgO и нитрид бора BN. Методом измерения сопротивления изоляции изучены диэлектрические характеристики керамик при нагреве от 20 до 1000 ℃ с шагом 100 ℃ с целью выявления температуры, при которой изоляция утрачивает работоспособное состояние. В качестве критерия неработоспособного состояния принято сопротивление изоляции в рабочем состоянии (до 1000 °С) менее 1 МОм, наименьшее допустимое значение сопротивления изоляции нагревателя после изготовления при комнатной температуре должно быть не менее 20 ГОм. В качестве измерительного прибора взят мегаомметр ТМ- 5001 с диапазоном измерений до 5 ТОм (номинальный ток — 1 мА), погрешность ±(3 % измеренной величины + 20 единиц младшего разряда). Измерения проводили при напряжении 5 кВ. Установлено, что оксид магния (потеря работоспособности при температуре ≈ 750 °С) показал худшие результаты по сравнению с оксидом алюминия (потеря работоспособности при температурах ≈ 790 и ≈ 820 °С). Лучшими изоляционными характеристиками обладает нитрид бора (потеря работоспособности при температуре ≈ 970 С). Он может быть рекомендован к применению в высокотемпературных трубчатых электрических нагревателях.
Библиографические ссылки
1. Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. М.: Высшая школа, 2007.
2. ГОСТ 13236—2024. Порошки периклазовые электротехнические. Технические условия.
3. Karato S., Wang D. Electrical Conductivity of Minerals and Rocks // Physics and Chemistry of the Deep Earth. Oxford: John Wiley & Sons, 2013. Рp. 145—182.
4. Hansen K.K. Magnesium-oxide Boards Cause Moisture Damage Inside Facades in New Danish Buildings // Proc. Intern. RILEM Conf. Materials, Syst. and Structures in Civil Eng. 2016. Рp. 151—161.
5. Gasc J. Electrical Conductivity of Polycrystalline Mg(OH)2 at 2 GPa: Effect of Grain Boundary Hydration-dehydration // Phys. Chem. Miner. 2011. V. 38(7). Рp. 543—556.
6. Fuji-Ta K. Electrical Conductivity Measurements of Brucite under Crustal Pressure and Temperature Conditions // Earth, planets and space. 2007. V. 59(6). Рp. 645—648.
7. Kuenzel C. The Mechanism of Hydration of MgO-hydromagnesite Blends // Cement and Concrete Research. 2018. V. 103. Рp. 123—129.
8. Santos Jr.T. Mg(OH)2 Nucleation and Growth Parameters Applicable for the Development of MgO‐based Refractory Castables // J. American Ceramic Soc. 2016. V. 99(2). Рp. 461—469.
9. Gieseke W., Freund F. The Influence of Molecular Hydrogen on the Conductivity of Magnesium Oxide Containing Paramagnetic Surface Defects // J. Phys. and Chem. Solids. 1977. V. 38(2). Рp. 183—186.
10. Precise Ceramic. Alumina (Al₂O₃) [Электрон. ресурс] https://www.preciseceramic.com/products/alumina-al2o3.html (дата обращения 28.05.2025).
11. Сироткин О.С. и др. Проводниковые, полупроводниковые, диэлектрические и магнитные материалы. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2017.
12. Pat. No. 104284460 China. Tube Heater with High Power Electric Heating / Han Qunxia e. a.
13. Pat. No. 101854750 China. Pressurized Hydrogen and Xenon Electric Heating Device / Du Zhigang.
14. Boron Nitride Powders for High Thermal Conductivity Insulation Resin Sheets [Электрон. ресурс] https://www.jfe-steel.co.jp/en/research/report/027/pdf/027-19.pdf (дата обращения 28.05.2025).
15. Пат. № 563429 СССР. Керамический наполнитель для фрикционных материалов / Чумичев Б.М. // Бюл. изобрет. 1977. № 24.
16. Pat. No. 3993562 Europe. Heizpatrone mit Keramischer Vergussmasse / Patrick Le Coent.
17. Правила устройства электроустановок [Электрон. ресурс] https://en-res.ru/wp-content/uploads/2020/02/pue.pdf (дата обращения 28.05.2025).
---
Для цитирования: Степаненко А.Д., Лукьянов В.В., Демченко М.В. Керамические наполнители различного элементного состава, работающие при температуре до 1000 оС // Вестник МЭИ. 2026. № 3. С. 19—23. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-3-19-23
---
Работа выполнена в рамках программы Министерства науки и высшего образования Российской Федерации «Приоритет 2030»
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Kolesov S.N., Kolesov I.S. Materialovedenie i Tekhnologiya Konstruktsionnyh Materialov. M.: Vysshaya Shkola, 2007. (in Russian).
2. GOST 13236—2024. Poroshki Periklazovye Elektrotekhnicheskie. Tekhnicheskie Usloviya. (in Russian).
3. Karato S., Wang D. Electrical Conductivity of Minerals and Rocks. Physics and Chemistry of the Deep Earth. Oxford: John Wiley & Sons, 2013:145—182.
4. Hansen K.K. Magnesium-oxide Boards Cause Moisture Damage Inside Facades in New Danish Buildings. Proc. Intern. RILEM Conf. Materials, Syst. and Structures in Civil Eng. 2016: 151—161.
5. Gasc J. Electrical Conductivity of Polycrystalline Mg(OH)2 at 2 GPa: Effect of Grain Boundary Hydration-dehydration. Phys. Chem. Miner. 2011;38(7):543—556.
6. Fuji-Ta K. Electrical Conductivity Measurements of Brucite under Crustal Pressure and Temperature Conditions. Earth, Planets and Space. 2007;59(6):645—648.
7. Kuenzel C. The Mechanism of Hydration of MgO-hydromagnesite Blends. Cement and Concrete Research. 2018;103:123—129.
8. Santos Jr.T. Mg(OH)2 Nucleation and Growth Parameters Applicable for the Development of MgO‐based Refractory Castables. J. American Ceramic Soc. 2016;99(2):461—469.
9. Gieseke W., Freund F. The Influence of Molecular Hydrogen on the Conductivity of Magnesium Oxide Containing Paramagnetic Surface Defects. J. Phys. and Chem. Solids. 1977;38(2):183—186.
10. Precise Ceramic. Alumina (Al₂O₃) [Elektron. Resurs] https://www.preciseceramic.com/products/alumina-al2o3.html (Data Obrashcheniya 28.05.2025).
11. Sirotkin O.S. i dr. Provodnikovye, Poluprovodnikovye, Dielektricheskie i Magnitnye Materialy. Kazan': Kazan. Gos. Energ. Un-t, 2017. (in Russian).
12. Pat. No. 104284460 China. Tube Heater with High Power Electric Heating. Han Qunxia e. a.
13. Pat. No. 101854750 China. Pressurized Hydrogen and Xenon Electric Heating Device. Du Zhigang.
14. Boron Nitride Powders for High Thermal Conductivity Insulation Resin Sheets [Elektron. Resurs] https://www.jfe-steel.co.jp/en/research/report/027/pdf/027-19.pdf (Data Obrashcheniya 28.05.2025).
15. Pat. № 563429 SSSR. Keramicheskiy Napolnitel' dlya Friktsionnyh Materialov. Chumichev B.M. Byul. Izobret. 1977;24. (in Russian).
16. Pat. No. 3993562 Europe. Heizpatrone mit Keramischer Vergussmasse. Patrick Le Coent.
17. Pravila Ustroystva Elektroustanovok [Elektron. Resurs] https://en-res.ru/wp-content/uploads/2020/02/pue.pdf (Data Obrashcheniya 28.05.2025). (in Russian)
---
For citation: Stepanenko A.D., Lukyanov V.V., Demchenko M.V. CCeramic Fillers of Various Elemental Compositions Operating at Temperatures up to 1000 °C. Bulletin of MPEI. 2026;3:19—23. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-3-19-23
---
The Work was Carried Out as part of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation's «Priority 2030» Program
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
