10 Ом-м. Удаление воды из бетона высушиванием при температуре 373 К сопровождается увеличением его сопротивления до 10 Ом-м [45].

Нестабильность электрической проводимости обычного бетона делает практически невозможным широкое использование этого его свойства. Лишь на начальном этапе твердения бетона в целях разогрева бетонной смеси можно использовать ее способность пропускать электрический ток и тем самым ускорять процесс образования искусственного камня [50]. Попытки же использовать проводяшие свойства бетона, в частности, при отводе токов с железобетонных опор ЛЭП [49], не дали положительных результатов, так как, находясь даже во влажном состоянии, он не вьщерживал больших импульсов тока, а при низких температурах, когда находяшаяся в нем вода превращалась в лед, его сопротивление резко возрастало.

Дпя того чтобы бетон независимо от условия окружающей среды обладал стабильной электрической проводимостью, ее характер необходимо изменить с ионного на электронный. Исходя из положений теории гетерогенных систем, эта задача решена путем введения в состав композиции наряду с традиционными компонентами специальных заполнителей с электронным характером электрической проводимости - электропроводной фазы. Ее объемная концентрация 6 должна превышать некоторый минимум (порог протекания 6о), начиная с которого возможно образование коагуляционной структуры из ее дискретных контактирующих частиц и обеспечение стабильной воспроизводимости электрической проводимости композиции. Необходимо, чтобы этот параметр у остальных фаз бьш на несколько порядков меньше общей электрической проводимости системы, что становится возможным при удалении свободной влаги из бетона для исключения ионной составляющей его интегральной электрической проводимости и защите его от последующего увлажнения. Механическая прочность кристаллизационной структуры, образующейся в результате твердения вяжущего, должна сохраняться при повышенных температурах, которые могут возникать в материале при технологическом нагреве, а также при протекании электрического тока.

Как будет показано далее, в качестве электропроводной фазы при получении бетэла наиболее целесообразно использовать тонкомолотые разновидности технического углерода, полученные в результате переработки природных углей и их пеков, а также некоторые виды саж.

Следовательно, бетэл - это искусственный композиционный материал с электронным характером электрической проводимости, полученный в результате твердения рационально составленной смеси минерального вяжущего вещества, воды, тонкомолотого или дисперсного технического углерода и прочных заполнителей с высокими диэлектрическими свойствами.

3.2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ РЕЗИСТОРОВ

Электропроводная фаза. Многолетний отечественный и зарубежный опыт получения и применения композиционных неметалликских проводников позволяет сформулировать основные общие требования к электропроводной фазе, которые распространяются и на бетэл.

Электропроводная фаза должна обдадать необходимой электрической проводимостью электронного характера, достаточной механической прочностью, темпера ту ростойкостью, высокими теплоемкостью и теплопроводностью, а также и способностью противостоять окислительным процессам при локальных перегревах композиций. Она не должна вступать в химические реакции с вяжущими, которые могли бы привести к новым качественным состояниям, вызывающим изменение электрической проводимости системы. Значения коэффициентов линейного расщирения электропроводной фазы и вяжущего должны быть близки между собой- Собственная электрическая проводимость ее должна иметь минимальную зависимость от температуры-Кроме того, в зависимости от особенностей электрических схем, в которых используются бетзловые резисторы, они наряду с постоянно протекающим через них электрическим током долж}1ы выдерживать сравнительно короткие импульсы последнего, па порядок и более превьппающие его первоначальное значение. Поэтому электропроводная фаза бетэла также должна быть способна вьщерживать импульсные нагрузки электрического тока большой гшотности.

Установлено, что наилучшей способностью образовывать с цементным камнем композиции, способные пропускать токи наибольшей плотности как в постоянном, так и в импульсном режимах, обладают переходные формы технического углерода: кокс пековый электродный и графит, размолотые до удельной поверхности более 600 м/кг, некоторые сажи, например ПМ-15, а также смесь пекового кокса с сажей. При этом электротехнические свойства бетэла (термическая стойкость, электрическая прочность и т.п.) повышаются по мере по-вьппения содержания сажи.

Известно, что различные разновидности технического углерода: нефтяной и пековый коксы, сажи, натуральный и искусственный графиты - очень близки по своему химическому составу и могут быть вьщелены в отдельный класс предельно обуглероженных структур, характеризующихся наличием у них ядра из двухмерной сетки шести-углеродных колец с той или иной степенью развития периферийных боковых связей- Вместе с тем в зависимости от исходного сырья и условий образования дисперсные частицы их имеют резко различные свойства [56, 57].

Сажа (продукт неполного сгорания или термического разложения углеродистых веществ) представляет собой темный порошок, состоящий из высокодисперсных частиц. Размеры частиц сажи составляют 118

10"- 10 м. Вследствие высокой дисперсности сажу иногда называют коллоидным углеродом.

В качестве сырья для производства сажи служат газообразные, жидкие и твердые углеводороды (ацетилен, природные газы, антраценовое масло, антрацен, нафталин и др-)- Общей технологической операцией в производстве сажи из различных исходных материалов является сжигание сырья при недостатке воздуха или его термическое разложение при отсутствии воздушной среды. Образующиеся частицы са>ки осаждаются на металлических поверхностях, собираются специальными приспособлениями или улавливаются электрофильтрами неносредствешю из обьема, \ котором происходит сжигание. Далее сажа проходит обработку, зaкJпoчaющyюcя в удалении посторонних включений, уплотнении и гранулировании для уменьшения объема и перевода в непылящее состояние.

Наибольшее распространение в технологии производства переменных композиционных резисторов получили ацетиленовые, диффузионные газовые и турбулентные печные сажи (табл. 3.5).

Диффузионные газовые сажи осаждаются из диффузионного пла-мечи природного газа на движущихся охлаждаемых каналах при свободном доступе воздуха, характеризуются высокой дисперсностью, а также большим содержанием летучих компонентов (10-15%), поскольку осаждение сажи происходит в камерах, соойцающихся с атмосферой. Различные партии саж знатательно отличаются друг от друга по свойствам, так как состав природного газа меняется со временем, а естественная тяга, используемая в рабочих камерах, не обеспечивает постоянства условий осаждения. В целях стабилизации свойств диффузионные сажи перед введением в суспензии подвергают специальной термообработке.

Са>ки КГ-200 и КГ-ЗОО обладают высокой дисперсностью и используются для композиционных проводящих элементов, рассчитанных на большие рабочие градиенты напряжений, сажа ДГ-100 обладает средним структурообразованием и используется в композициях с высоким сопротивление м.

Турбулентные сажи (ПМ-15, ПМ-ЗО, ТМ-70) получают осаждением на стенах камер при неполном сгорании жидких углеводородов (мазута, керосина, зеленого масла) или их смеси с природным газом. Выход турбулентной сажи самый высокий из известных способов производства, за исключением производства ацетиленовой сажи.

Турбулентные сажи отличаются малым количеством примесей и средней степенью структурообразования, имеющей тенденцию к возрастанию с увеличением удельной поверхности. Наиболее грубодисперсные сажи ПМ-15 и ПМ-ЗО используются в производстве композиций с низким сопротивлением, а более дисперсная сажа ТМ-70 - в композициях с высоким сопротивлением, работающих при небольпшх градиентах рабочих напряжений.