Файл: Кудрявцев И.Ф. Полупроводниковые пленочные электронагреватели в сельском хозяйстве.pdf

Внедрение предложенной системы требует обоснова­ ния свойств и расчетных параметров пленочного эле­ мента сопротивления, электроизоляционных свойств стеклоэмалевого покрытия и допустимых электротерми-

1

Рис. 2. Принципиальная конструктивная схема пленочного электро­

ческих параметров нагревателя, а также рекомендаций по расчету, конструированию н эксплуатации электро­ тепловых установок с пленочным обогревом. Эти вопро­ сы рассматриваются в последующих главах.

2. Электронагревательные пленки

Пленки на основе окиси олова. Эти пленки при лю­

бом способе получения состоят из двуокиси олова (БпОг), в структуре которых содержатся примеси мо­ ноокиси олова и металлического олова, а также элек­ тропроводные добавки. Удельное сопротивление двуоки­ си олова при температуре 20°С равно 10б—107 Ом • см. Введение добавок окиси меди (СиО) и трехокиси сурь­ мы (SD2O3) при термообработке пленки снижает сопро­ тивление ее на 7—8 порядков. Для увеличения электро­ проводности пленки из двуокиси олова возможна до­ бавка кристаллического флористого аммония (NH4 F) и окиси индия (1п2 0з).

Химическая реакция при термообработке пленки из хлористого олова протекает следующим образом:

10

SnCl2 + H 2 0 = SnO + 2HC1;

-Как видно из формул, в результате распада в струк­ туре пленки появляются примеси атомов металлического олова, повышающие электропроводность олова. Следо­ вательно, при термической обработке полупроводнико­ вой пленки происходят два процесса: 1) распад моно­ окиси; 2) окисление атомов металлического олова кис­ лородом воздуха. В начальный период термообработки преобладает процесс распада, вызывающий уменьшение сопротивления пленки затем процесс окисления, повы­ шающий его. Уменьшением сопротивления пленки в на­ чальный период термообработки при температурах от 400 до 900°С можно пользоваться для корректировки ве­ личины сопротивления получаемых пленок.

Полученные пленки из двуокиси олова обладают электронной проводимостью, достигающей значения при 20°С 10' О м " 1 см - 1 .

Термический коэффициент сопротивления at отрица­ тельный, что характерно для полупроводников. Он за­

°С Наряду с высокой электропроводностью и небольшим

температурным коэффициентом сопротивления электро­ нагревательные пленки на основе двуокиси олова обла­ дают также высокой теплопроводностью; по механиче­ ской прочности они не уступают техническому фарфору, хорошо обрабатываются на шлифовальных кругах. Пленки прозрачны в видимой части спектра, прочно сцепляются с поверхностью стекла, фарфора и керами­ ки, обладают высокой механической прочностью и хи­ мической устойчивостью к действию щелочей и кислот. Пленка, обладая высокой химической устойчивостью, в то же время быстро разрушается от действия электро­ литов (если по ней течет ток), так как при этом проис­ ходит электролиз. При термических воздействиях до 300°С-электрические свойства пленки не изменяются. Пленка выдерживает длительное воздействие перемен­ ного и постоянного тока до 15 А/мм2 . Максимальная

11

стеклом и водой (силикатом натрия) образует жидкую массу, которую можно наносить на различные электро­ изоляционные поверхности в виде электронагреватель­ ной пленки толщиной до 0,2 мм с сопротивлением, до­ статочным для нагрева этой поверхности при подведе­ нии переменного тока.

В зависимости от содержания кремния и примесей ферросилиций изготовляется (по ГОСТу 1415—61) сле­ дующих марок: Си 90, Си 75, Си 25 и Си 18. Для полу­ чения электронагревательных пленок используются марки Си 75, Си 45, Си 25 и содовое натриевое жидкое стекло.

Химический состав этих марок ферросилиция соот­ ветствует нормам, приведенным в табл. 2.

и водой в реакцию с кремнием вступает имеющаяся в

Продукты реакции цементируют пленку, а электро­ проводность ее обусловлена в основном наличием в со­ ставе металлического железа. Электрическое сопротив-

12

ление ферросилицневой пленки зависит от содержания кремния в составе и срока хранения исходных компо­ нентов.

Т а б л и ц а 3. Характеристика и химический состав натриевого жидкого стекла в процентах по ГОСТу 13078—67

ханических

включений

Результаты экспериментальных исследований образ­ цов пленки размером 20x10x0,25 см, изготовленных из состава с различным содержанием ферросилиция по ГОСТу 1415—49, и обработка результатов методом ма­ тематической статистики позволили получить корреля­ ционную функцию, выражающую линейную зависимость между содержанием в пасте смеси ферросилиция раз­ личных марок и сопротивлением, в виде

Значительный интерес представляет изучение изме­ нения удельного сопротивления пленки р от содержания в ее составе химических компонентов. Это тем более важно, что в настоящее время ГОСТом 1415—61 на фер­ росилиций предусматриваются маркиферросилиция с иным содержанием кремния в них в сравнении с ГОСТом 1415—49.

13

Анализ экспериментальных данных показывает, что значение обусловлено содержанием в пленке кремния. Изменение содержания различных марок ферросилиция в составе пленки позволяет изменить р в пределах от

сочетания различных марок ферросилиция. Этот факт позволяет определить влияние общего содержания крем­ ния на удельную электропроводность пленки. Расчеты

менения р пленки и может быть использована для рас­ чета состава пленочного электронагревательного эле­ мента из ферросилиция по ГОСТу 1415—61. Эксперимент тальная проверка сопротивления образцов пленки под­ тверждает полученные результаты.

Для расчета р существенное влияние оказывают не­ которые технологические факторы, в частности, срок хра­ нения ферросилиция после помола. Установлено, что при длительном хранении сплав ферросилиция распа­ дается. Распад не связан с каким-либо химическим из-

14