Аналіз конкурентоспроможних методів підвищення експлуатаційних властивостей функціональних шарів пласких нагрівальних елементів

Abstract

За умов збільшення дефіциту природних енергоносіїв використання електричного струму в якості джерела теплової енергії набуває все більшої актуальности. Однією із нагальних проблем є розробка екологічно чистого, низькоінерційного електричного обігрівача для обігріву житлових приміщень, рухомого залізничного та міського транспорту. Наразі технологія виготовлення пласких нагрівальних елементів є низькопродуктивною, дороговартісною та енергоємною. Вона ґрунтується на методі багаторазового трафаретного друку з наступним складним термічним обробленням функціональних шарів. Причому діелектричні та резистивні пасти, які застосовуються в даній технології, містять дорогоцінні метали. У статті проаналізовано альтернативні технології виготовлення пласких нагрівальних елементів методами інженерії поверхні. Перша ґрунтується на використанні йонно-плазмового (магнетронного) розпорошення катоди, склад якої відповідає складу функціонального діелектричного або резистивного покриттів на підложжях із неіржавійної сталі, а друга — на розробці технології виготовлення функціональних шарів пласких нагрівальних елементів із діелектричних або резистивних паст на основі ситалоцементів із мінімальним вмістом дорогоцінних металів або без них.

В условиях возрастающего дефицита природных энергоносителей применение электрического тока как источника тепловой энергии приобретает всё большую актуальность. Одной из проблем является разработка экологически чистого, низкоинерционного электрического обогревателя для обогрева помещений, подвижного железнодорожного и городского электротранспорта. Сейчас технология производства плоских нагревательных элементов дорогая, низкопроизводительная, энергоёмкая и основана на методе многократной трафаретной печати с последующей сложной термической обработкой функциональных слоёв. Применяемые при этом диэлектрические и резистивные пасты изготовляются на основе драгоценных металлов. В статье проанализированы альтернативные технологии изготовления плоских нагревательных элементов методами инженерии поверхности. Первая основана на использовании ионно-плазменного (магнетронного) распыления катода, состав которого отвечает составу функционального диэлектрического или резистивного слоя на пластинах из нержавеющей стали, а вторая — на разработке новых диэлектрических и резистивных паст на основе ситаллоцементов с минимальным содержанием драгоценных металлов или без них.

Applying of electric current as a source of thermal energy in the conditions of increasing scarcity of natural energy resources is becoming more important. The development of environmentally friendly electric heaters with low inertia for heating of premises, trains and municipal electric transport vehicles (cabins and carriages for trains, trams, trolleybuses) is one of energy conservation problem. Production technology of flat heaters is currently expensive and low productive. This technology is based on a multiple screen printing method followed by the complicated heat treatment. To product dielectric and resistive pastes, precious metals are used. The article focuses on development of alternative production technologies of flat heating elements via the surface-engineering methods using ion–plasma (magnetron) sputtering of cathode with composition close to the composition of functional dielectric or resistive layer on stainless-steel substrates and the development of new dielectric and resistor pastes based on glass-ceramic sealants with a minimal content of precious metals or without them.