§ 22. Электроугольные материалы и изделия.
К электроугольным изделиям относятся щетки для электрических машин, электроды для электрических печей, контактные детали, высокоомные угольные сопротивления и некоторые другие изделия.
Электроугольные изделия изготавливают из смеси углеродистых материалов. К углеродистым материалам относятся природный графит, нефтяной и угольный кокс, сажа, антрацит и древесный уголь. Кроме углеродистых материалов, в состав электроугольных изделий входят металлические порошки (медный, свинцовый, оловянный и др.). Металлические порошки применяют для изготовления электрощеток и контактных деталей, предназначенных для работы при больших плотностях тока.
Кроме перечисленных порошкообразных материалов, в производстве электроугольных изделий применяют также связующие и пластифицирующие вещества – каменноугольные смолы и пленки. Каменноугольные смолы представляют собой жидкости, а нефтяные и каменноугольные пленки являются твердыми материалами, размягчающимися при температурах 50 – 140°С. Пеки очень похожи на битумы.
В качестве связующих веществ применяют синтетические смолы (резольные, кремнийорганические и др.). Синтетические и каменноугольные смолы и пеки применяют также для пропитки готовых электроугольных изделий с целью повышения их плотности, механической прочности и уменьшения коэффициента трения (у электрощеток и контактных деталей). В качестве пропиточных составов могут применяться воскообразные вещества (парафин, церезин) и металл (олово, свинец и др.).
Все углеродистые материалы (за исключением графита и сажи) подвергают прокаливанию при температуре 1200 – 1300°С. Предварительное прокаливание имеет целью удалить из углеродистых материалов летучие вещества и тем самым уменьшить объемную усадку электроугольных изделий.
Прокаленные углеродистые материалы измельчают в дробилках до порошкообразного состояния.
Взятые в определенном соотношении исходные порошкообразные материалы (углеродистые и металлические) тщательно смешивают друг с другом в смесителях. Затем в смесь вводят связующие вещества (смолы, пеки), которые смешивают с порошкообразными материалами при температуре 80 – 150°С, пропуская их через нагретые вальцы.
Полученную после смешивания исходную электроугольную массу выгружают из смесителя и после остывания до комнатной температуры размалывают и просеивают через сито. В результате этого получают прессованный порошок (пресспорошок). Из пресспорошка изготавливают прессованием в стальных разъемах пресс-формах различные электроугольные изделия или заготовки (блоки), из которых механической обработкой (распиливанием и шлифованием) получают электрощетки и другие изделия.
Прессование электроугольных изделий производится при комнатной температуре или при 100 - 150°С (в зависимости от взятого связующего). В случае связующего, размягчающегося или полимеризующегося при повышенных температурах, прессование электроугольных изделий производится также при повышенных температурах. Прессуют электроугольные изделия при удельных давлениях от 1000 до 3000 кг/см2.
Изготовление изделий с большой линейной протяжностью (электроосветительные угли, блоки и др.) производят методом выдавливания пластичной исходной массы через мундштук винтового пресса.
Полученные электроугольные изделия или их заготовки (блоки) подвергают высокотемпературной обработке – обжигу в специальных печах. Обжиг производится при температурах 200 - 1300°С.
В процессе обжига происходит спекание – соединение частиц исходных материалов и цементация их коксом, образующимся из связующих органических веществ.
В результате обжига электроугольные изделия приобретают механическую прочность и способность к механической обработке. При этом уменьшается величина их удельного электрического сопротивления. Электроугольные изделия, содержащие сажу, кокс и другие неграфитовые компоненты, после обжига подвергают дополнительной термической обработке (при 2500 - 3000°С), называемой графитизацией. При этом неграфитовые компоненты в изделиях превращаются в графит, а большинство примесей испаряется.
Рис. 18. Конструкции щеток с арматурой
и токопроводящими проводами.
В результате графитизации электрощетки и другие изделия приобретают некоторую мягкость, уменьшается коэффициент трения и резко снижается удельное электрическое сопротивление изделий. Полученные после обжига и графитизации электроугольные изделия подвергаются пропитке расплавленными пеками, смолами или воскообразными веществами, а в некоторых случаях и расплавленными металлами (олово, свинец и др.). Перед пропиткой электроугольные изделия сушат, чтобы удалить из них влагу.
Пропитка электроугольных изделий производится при температурах 90 - 200°С и выше, когда пропитывающее вещество находится в жидком состоянии. Пропитка имеет целью устранить пористость и уменьшить гигроскопичность электроугольных изделий и ввести в них смазочные вещества (воскообразные). Пропитка электроугольных изделий металлами резко увеличивает их механическую прочность и повышает их проводимость.
Пропитанные и непропитанные электроугольные изделия подвергают механической обработке для придания им окончательной формы и чистоты поверхности. Заготовки (блоки) электрощеток и других изделий разрезают на мелкие части с помощью фрез или тонких карборундовых кругов на специальных станках. Затем изделия обрабатывают карборундовыми кругами и резцами из быстрорежущих сталей.
Некоторые типы электрощеток после механической обработки покрывают тонким слоем меди для создания надежного электрического контакта между токоподводящим проводом и телом электрощетки, а также между телом электрощетки и щеткодержателем (в электрической машине).
Гибкие (многопроволочные) провода крепятся в теле электрощетки посредством развальцовки, конопатки, пайки или запрессовки. Лучшим способом является конопатка, при которой достигается наилучший контакт между токопроводящим проводом и электрощеткой.
У готовых электрощеток проверяют размеры, твердость механическую прочность, удельное электрическое сопротивление, падение напряжения между щеткой и коллектором, коэффициент трения, переходное сопротивление между токопроводящим проводом и электрощеткой и другие характеристики.
На (рис. 18) показаны основные конструкции электрощеток