Электротехническая керамика

Керамика ― поликристаллический гетерогенный твёрдый, плотный материал, получаемый по керамической технологии, основой которой является высокотемпературный обжиг (спекание) исходной массы. К керамике относят не только традиционные глиносодержащие, но и другие неорганические материалы, получаемые по керамической технологии (полупроводниковые, магнитные, проводниковые).

Любая керамика ― материал многофазный, состоящий из кристаллической, амфорной и газовой фаз. Свойства керамики определяются химическим и фазовым составом, макро- и микроструктурой, технологией производства.

Сырьём для получения керамики служат: глинозём (Al₂O₃), кремнезём (SiO₂), алюмосиликаты, кальцит, тальк, магнезит, минералы, оксиды металлов и другие химические соединения.

Керамика перспективный материал будущего в связи с её много функциональностью, доступностью сырья, относительно низкими затратами при получении, безопасностью и экологичностью производства.

По электрическим свойствам установочную и конденсаторную керамику подразделяют на низкочастотную и высокочастотную. По виду используемого сырья выпускаемая керамика делится на десять классов.

С начала развития электротехники и по настоящее время фарфор один из основных материалов для производства малоответственных установочных деталей (розеток, патронов, электрических ламп, изоляторы и др.). Сырьём для низкочастотного изоляторного электрофарфора служат специальные сорта глин, кварц и полевой шпат (tqδ = 10^-2, ρ = 10¹² ÷ 10¹³ Ом∙ м).

Высокочастотный радиофарфор получают введением в стекловидную фазу оксида бария (ВаО) для уменьшения потерь tqδ.

Высококачественный керамический материал ультрафарфор получен добавлением в исходное сырьё большого количества корунда (природная окись алюминия Al₂O₃). Ультрафарфор имеет повышенную прочность и теплопроводность, меньший tqδ. Он применяется для изготовления ответственных установочных деталей сложной конфигурации, высоковольтных конденсаторов, плат и подложек.

Кроме керамических материалов, получаемых из оксидного сырья, существуют безоксидные керамические материалы ― нитриды, карбиды, силициды и их композиции. В микроэлектронике широко применяют нитрид бора (ВN), который является электроизоляционным материалом высокой нагревостойкости.

Достоинства керамики ― высокая нагревостойксть, негорючесть, радиационная и химическая стойкость, неподверженность старению. Недостатком многих видов керамики является пористость. Поэтому керамические изделия часто покрывают глазурью.

Конденсаторная титаносодержащая керамика имеет высокую диэлектрическую проницаемость. Рутил (двуокись титана) имеет , а титанат бария ― .

Электроизоляционные керамические тонкие плёнки получают напылением при изготовлении конденсаторов, полупроводников, интегральных схем.

 

Основные свойства керамических материалов. Таблица 4.2

Материал	Плотность, кг/м3	Удельное, объёмное сопротивление, Ом∙ м	Диэлектрическая проницаемость	tqδ при 20°С	Электрическая прочность при 50Гц, кВ/мм
Электрофарфор		1010÷ 1012	6÷ 7	0, 030	30÷ 32
Радиофарфор		1012	6-6, 5	0, 045	15÷ 20
ультрафафор		1012	6÷ 7	0, 0008	15÷ 20

 

 

Слюда.

Слюды ― природные кристаллические минералы (водные алюмосиликаты) имеющие ярко выраженную слоистую структуру и поэтому ярко выраженную анизотропию свойств. Известно тридцать природных разновидностей слюды. В качестве электроизоляционного и конденсаторного материала применяют два вида:

– Мусковит. Алюмосиликат калия, (K₂O₅∙ 3Al₂O₃∙ 6SiO₂∙ 2H₂O ― бесцветное или с зелёными, розовыми оттенками вещество).

– Флогопит. Магнезиальный силикат калия (.K₂O∙ 6MgO∙ Al₂O₃∙ 6SiO₂∙ 2H₂O ― имеет тёмный цвет).

Мусковит и флогопит легко расщепляются на тонкие, упругие, прочные пластинки, обладающие высокой нагревостойкостью (600° -1000°С). По совокупности свойств, слюды широко применяют при производстве электроизоляционных материалов, имеющих разнообразное применение.

Выпускается и синтетическая слюда ― фторфлогопит, имеющая диэлектрические свойства лучше природных слюд.

Из слюды изготовляют полуфабрикаты для производства изоляционных материалов ― щипаную слюду и слюдяные бумаги.

Из щипаной слюды изготовляют миканиты, а из слюдяной бумаги ― слюдиниты и слюдопласты.

Миканиты ― листовые или рулонные материалы, склеенные из лепестков щипаной слюды с помощью клеящего лака или смолы. Из миканитов делают:

– коллекторный миканит (твёрдые изоляционные прокладки в электрических машинах);

– прокладочный миканит;

–формовочный миканит;

– гибкий миканит;

– микафолий ― гибкий в нагретом состоянии.

Из слюдяной бумаги делают слюдонит, материал аналогичный миканиту, и слюдопласты ― листовой и рулонный материал из флогопита, пропитанного связующими.