IV.1.11.1.1. Сировина для отримання.
Сировина:
§ спеціальна глина (каолін) - білого кольору, високої чистоти;
§ другі види глини;
§ мінерали кварц SiO2 і польовий шпат.
IV.1.11.1.2. Технологічний процес виготовлення.
Технологія виготовлення:
1. Очищення всіх складників від домішків;
2. Ретельна перетирання і перемішування в однорідну масу з водою;
3. Отримання форм різноманітної конфігурації;
4. Сушіння отфоpмованої заготівлі;
5. Глазурування - (нанесення на поверховість в виді водної СУСПЕНЗІЇ глазурі, матеріалу - близького по своїм параметрам до скла), при цьому a0=aТа, в протилежному випадку можливі тріщини під час обпалення. t пом’якшення < t обпалення щоб добре глазур покривала фарфор.
Властивості глазурі:
§ покриває поверховість гладким блискучим шаром - естетичне оформлення;
§ захищає від влучання вовнутp фаpфоpу вологи скрізь утворені пори;
§ покращує водостійкість;
§ зменшує витік енергії з поверховості, тому що поверховість не забруднюється;
§ загладжує тріщини і іньші дефекти на поверховості фаpфоpу.
Обпалення - придає фарфору:
§ механічну стійкість;
§ тривкість;
§ добрі електроізоляційні властивості.
ОБПАЛЕННЯ проходе в двох типах печей:
а) пеpеpивної дії – горни;
б) безперервної дії - тунельні печі.
Майбутні фарфорові вироби вкладаються в капселі (коробки, захищаючі виріб від безпосереднього впливу полум'я, сприятливі рівномірному нагріванню) і поміщуються в піч. Процес триває t=(20¸70) годин; tобж. =1300¸14100С.
IV.1.11.1.3. Властивості одержуваного матеріалу.
Хімічна суттєвість операції ОБПАЛЕННЯ - польовий шпат розчиняється, утворюючи стклоподібну масу, що заповнює проміжки між зернами опаленої глини і кварцу.
Після обпалення одержується структура Муліт 3Al2О3*2SiО2 і SiО2.
Електротехнічний фарфор утримує: 70% SiО2; 25% Al2O3; 5% (К2О; Na2О; Fe2O3).
Характеристики: r=(2,3¸2.5)Мг/м3; al= (3¸4.5)*10-6К-1; p=(1012¸1013)Ом*м; σсж=(400¸700)МПа; ε=(6¸8); σР=(45¸70)МПа; tgδ=(0, 015¸0.025); σи=(80¸150)МПа.
IV.1.11.2. Класифікація керамічних діелектриків.
Діелектричні керамічні матеріали, по технічному призначенню, можна поділити на:
§ установочні;
§ конденсаторні.
Установочні - перевизначені для виготовлення різноманітних ізоляторів і конструкційних деталей: опорних, прохідних, підвісних, ізоляторів радіо пристроїв, підкладок інтегральних мікросхем, лампові панелі, внутрилампові ізолятори, корпусів резисторів, каркасів котушок індуктивності і пр..
Конденсаторні - перевизначені для виробництва високочастотних і низькочастотних конденсаторів низької і високої напруги По ДГСТ 5458 - 64. Виробляють матеріали наступних типів:
А - високочастотні для конденсаторів;
Б - низькочастотні для конденсаторів;
В - високочастотні для установочних виробів і інших радіотехнічних деталей.
IV.1.11.3. Матеріали з низькою діелектричною проникністю.
IV.1.11.3.А. Установочна кераміка.
1. РАДІОФАРФОР - фарфор скловидна маса яка збагачена введенням окисла ВаО;
2. УЛЬТРАФАРФОР - подальше удосконалення pадіофаpфоpу. Велика кількість Al2O3 збільшує параметри: p^; механічну тривкість, електроізоляційні властивості;
3. АЛЮМІНОКСІД - утримує Al2O3. Вимагає складної технології виготовлення з tобж. =17500C.
§ Характеристики: r=2,4Мг/м3; ε=(6¸8); al=3,8*10-6К-1; rV=1014Ом*м; σсж=(400¸700)МПа; tgδ=(0,005...0.009); σи=80МПа; tроб. =16000С.
4. ПОЛІКОР (люкалокс) - утримує Al2O3, його щільність близька до теоретичної. Речовина прозора. Застосовується для виготовлення колб і деяких спеціальних джерел світла.
§ Характеристики: rV=1015Ом*м; σсж=600МПа; tgδ=(0,0005¸0.0009); tроб. =16000С.
5. СТЕАТИТ - на основі мінералу тальку 3MgO*4SiO2*Н2О, складається з силікатів магнію (кліноенстантиту). Тальк - м'який, легко розчиняється у порошок. Виробляють стеатит обжиманням маси з суміші талькового порошку з деякими домішками. Характеристики: tg@=2*10-4
6. ІНШІ КЕРАМІЧНІ матеріали:
| На основі мінералів | e | tgd | |
| Цельзіан Анортит Шпінель Веластоній Циркон | 6.5 …7, 0 7.0 …7, 5 7.5 …8, 0 6.0 …6, 5 7.0 …8, 0 | (1... 2) *10-4 (2... 3) *10-4 (4... 6) *10-4 (5... 6) *10-4 (50... 60) *10-4 |
Характеристики, супутні застосуванню ізоляторів.
А) Розрядне напруження:
§ сухоpазpядне (повеpхове);
§ вологоpазpядне;
§ пробивне - пробій скрізь товщину діелектрика.
Б) Різноманітні керамічні діелектрики.
§ недолік - tgδ- збільшується при - tоС ;
§ утруднене влаштування фарфору на ВЧ;
§ утруднене влаштування фарфору на високих температурах.
Основні види виробів – ІЗОЛЯТОРИ. Види ізоляторів:
§ Штиреві;
§ Підвісні;
§ Стрижневі;
§ Опорні;
§ Опорно-штиреві;
§ Прохідні;
§ Прохідні, що наповнені олією;
§ Установочні.
ШТИРЕВІ - перевизначені для ізоляції ліній електропередач на напруги 6 і 35 кВ. Основні марки, що випускаються: ШЛ-6; ШС-6; ШС-10; ШД-20; ШД-35(число в маркуванні - напруга в кВ). Дані ізолятори нагвинчиваються на металеві штирі і зміцнюються на опорі ЛЕП.
ПІДВЕСНІ - забезпечують шарнірне кріплення проводу на опорі ЛЕП в виді гірлянд, для забезпечення ізоляції аж до самих високих напружень.
Гірлянди бувають:
§ підтримуючи- для підвісу дротів між проміжних опор;
§ натяжні- закріплюючи дріт до анкерних опор.
Окремий ізолятор має жорстко з'єднані з фарфоровим корпусом металеві деталі арматури - шапку і маточка. Шапка виробляється з ковкого чавуну або криці, маточка зі стали. Деталі арматури покриті цинком.
Класи підвісних ізоляторів: ПФ-6; ПФ-9; ПФ-12; ПФ-16; ПФ-20; ПФ-25. П - підвісний; Ф – фарфоровий. Число в маркуванні вказує на найменше значення механічної напруги, що руйнує в тонах (1тс ~ 104H) сили при одночасному впливі на сухій ізолятор 75% випробуваної напруги (електромеханічне навантаження). Пробивна напруга U=(120-130)кВ;
СТРИЖНЕВІ - мають суцільний порцеляновий стрижень з шапками, посадженими на цементі. Довжина ізолятора залежить від напруги, що прикладається. Наприклад: U=110кВ; довжина L=1235мм.
ОПОРНІ - застосовуються в якості ізоляційних опор для шин і контактів в електричних апаратах (роз’єднувачі і ін.) і приладах розподілу високої напруги в закритих приміщеннях.
ОПОРНО-СТРИЖНЕВІ - застосовуються в якості ізоляційних опор в зовнішніх приладах розподілу високої напруги. Вони мають крила, що виступають і захищають від дощу розташовані під ними частини поверховості ізолятора. Цим забезпечується необхідна величина мікроразрядної напруги ізолятора.
ПРОХІДНІ - перевизначені для ізоляції дротів з високою напругою від стін будинків, стен баків трансформаторів і олійних вимикачів. Для зовнішніх установ ІЗОЛЯТОРИ мають виступаючи крила. Кожний ізолятор має чавунний фланець і струмоведучий стрижень з Cu; Al. Випускають на напругу до 35 кВ.
ПРОХІДНІ МАСТИЛОНАПОВНЕНІ ВВОДИ - перевизначені для ізоляції дротів з високою напругою: U=110¸500кВ.
Струмоведучий стрижень - трубка з Cu, яка має ізоляцію в виді паперового обмотування з кабельного паперу, шари якої поділені фольгою з Al. В наслідок маємо систему циліндричних конденсаторів, послідовно з'єднаних друг з друг і заповнених трансформаторним мастилом. Даний тип ізоляції дозволяє створювати вводи з рівномірним розподілом напруги.
ВСТАНОВОЧНІ - перевизначені для настанови в різноманітних приладах, працюючих при високих напругах. До них відносяться: ролики; деталі штепсельних розеток і виделок; лампові патрони; плавкі запобіжники і те ін. Якість характеристик їх нижче, у порівнянні з електрофарфором.
IV.1.11.4. Матеріали з високою діелектричною проникністю.
КОНДЕНСАТОРНА кераміка, або кераміка з високою діелектричною пронизливістю. Виграє в масі, обсязі і по ряду діелектричних характеристик.
§ основа - ТiО2 – РУТІЛ, e =173.
Характеристики: tgδ=23*10-4 при f=102; tgδ=3*10-4 при f=106.
Застосування - сполучення, що додаються в виді крищталевої фази.
§ Б) сполучення: CaO*TiO2 – пеpовскіт e=168; tgδ=(14*10-4¸2*10-4);
SrO*TiO2 - титанат стpонция e=233; tgδ=(2¸21)*10-4
BaO*4TiO2 - тетpатитан барію.
СИГНЕТОКЕРАМІКА - володіє сегнето - електричними властивостями:
§ різка залежність:e=f (toC);e=f (Е) від напруженості електричного поля;
§ наявність діелектричного гістеpезісу: e=500 - сигнетова сіль; e=9000 - титанат баpія з домішками.
Залежність e=f(t0C) використовується в ваpікондах (варіація і конденсатор) типу: ВК-1; ВК-2; ВК-3; ВК-4; ВК-5 і пр.
КЕРАМІКА ОСОБЛИВОЇ НАГРІВОСТІЙКОСТІ - влаштовуються при різких перепадах toC (теpмоудаpах) на основі:
§ коpдpіту 2MgO*2Al2O3*5SiO2
t=200C => rV=(1011¸1013);
t=6000C => rV=108¸109); al =3*10-6*К-1;
§ двоокису цирконію ZrO2 ; al=4*10-6*К-1;
§ титанату алюмінію Al2O3*TiO2; al=0,1*10-6*К-1;
§ чистих оксидів різноманітних металів: BeO; MgO; Al2O3.
BeО - теплопровідність вище ніж у чистого Be.
tпл=26700С; e =7,4; t=10000С; rv=10-5Ом*м;
t=200С <->r v= (2-5)*10-4Ом*м; at =10-5*К-1
MgО - має щільність r=3, 6Мг/м3; tпл=26800С; e =9, 8; at=16*10-6*К-1
Al2O3- має щільність r=3Мг/м3; t пл =20500С; e =10; at=10*10-6*К-1
БЕЗОКСИДНА КЕРАМІКА - (Деякі з них являються діелектриками і напівпровідниками) - нітриди, карбіди, боpиди.
Нітрид боруBN - БОРАЗОН одержують чинністю аміаку NH3 наB2O3.
Характеристики: tпл=30000С; al=7, 5*10-6*К-1; tпл=8000С;
rv =2*1011Ом*м; tp=200С; tgδ=7*10-4; Yt=28Вт/(м*К); e =4,15;
rv =2*108Ом*м, tp=5000С; rv =3*1012Ом*м, tp=10000С.
Кипляча вода і слабкі кислоти руйнують його з утворенням H2BO3 і NH3.
Нітрид кремнію - Si2N24 - одержують чинністю аміаку NH3 на H2BO3.
Характеристики: tпл=16000С; al=17*10-6*К-1; tпл=8000С; rv=1012Ом*м; tp=200С ; Yt=17Вт/(м*К); e =9; rv =2*107Ом*м, tp=5000С; rv =2*108 Ом*м, tp=10000С.
Джерела:
Л1-стор. 252-255, 258-259
Л2-стор. 195-205
Л3-стор. 233-255
Тема ІV.2. Активні діелектрики.
ПЛАН
ІV.2.1. Поняття активний діелектрик.
ІV.2.2. Класифікація активних діелектриків:
ІV.2.3. Сегнетоелектрики:
ІV.2.3.а. Класифікація;
ІV.2.3.б. Опис і властивості;
ІV.2.3.в. Механізм спонтанної поляризації;
ІV.2.3.г. Застосування сегнетоелектриків.
ІV.2.3.г.1. Конденсаторна сегнетокераміка
ІV.2.3.г.2. Матеріали для варикондів
ІV.2.3.г.3. Сегнетоелектрики з ППГ.
ІV.2.3.г.4. Електрооптичні кристали.
ІV.2.3.г.5. Матеріали нелінійної оптики
ІV.2.4. П’єзоелектрики.
ІV.2.5. Піроелектрики.
ІV.2.6. Електрети.
ІV.2.7. Рідкі кристали.
ІV.2.8. Матеріали для лазерів.
ІV.2.8.1. Вимога до матеріалу лазера.
ІV.2.8.2. Вимоги до активатору.
IV.2.1. Поняття активний діелектрик.
АКТИВНІ ДІЕЛЕКТРИКИ - це матеріали, властивостями яких можна управляти з допомогою зовнішніх збурень. З допомогою даних матеріалів можна здійснити:
§ генерацію сигналу;
§ підсилення сигналу по амплітуді і частоті;
§ модуляцію (електричних і оптичних сигналів);
§ пам'ять;
§ перетворення одних сигналів в інші і т. ін.
Ці властивості покладені в основу створення функціональних елементів електроніки.
Головна вимога до даних матеріалів - ніж ширше змінюються його властивості при зовнішніх змущенях, тим краще може виконувати активний елемент функції управління і перетворення енергії.
IV.2.2. Класифікація активних діелектриків:
До даних діелектриків відносяться сигнето, п'єзо, піро - електрики; електрети; матеріали квантової електроніки; рідкі кристали; електро, магніто і акустооптичні матеріали; діелектричні кристали з нелінійними оптичними властивостями.
Речовина, яка має данні властивості, може знаходитися в різноманітних станах виду матерії.
По хімічному складу дані матеріали можуть бути:
§ органічні;
§ неорганічні;
По будівлі і властивостям:
§ кристалічні;
§ аморфні;
§ полярні;
§ неполярні.
Точна класифікація активних діелектриків надто невизначена, тому що різкої межі між активними і пасивними діелектриками немає.
IV.2.3.В. Механізм спонтанної поляризації.
Найбільш наочний приклад - титанат барію BaTiO3.
§ При t=1200С - речовина володіє структурою перовскит. Іон титану має деяку свободу переміщення в межах кисневого октаедра.
§ При t>1200С - іон Ti+4 весь час перекидається від одного кисневого іону до іншого так, що середнє його положення в часу співпадає з центром - завдяки чому осередок не володіє електричним моментом.
§ При t<1200С - іон Ti+4 не має достатньо енергію щоб перекидатись від одного кисневого іону до іншого і локалізується поблизу одного з них. В наслідок порушується кубічна симетрія, відбувається викривлення форми осередку і розташування заряджених частинок - осередок набуває електричного моменту.
В деяких кристалах електричні моменти сусідніх елементарних осередків можуть орієнтуватися в протилежний бік. Речовини з антипаралельними електричними моментами - АНТИСЕГНЕТОДІЕЛЕКТРИКИ.
До них слід віднести:
§ цирконат свинцю PbZrO3;
§ ниобат натрия NaNbO3.
Дата добавления: 2015-06-10; просмотров: 838;