Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 [ 52 ] 53 54 55 56 57 58 59 60 61

а также полиимиды и фторопласт-4. Они выдерживают длительный нагрев 180 °С и выше.

Большое влияние на свойства диэлектриков оказывают гигроскопичность и влагопроницаемость. Образование то-копроводящих пленок на поверхности и в толще изделий понижает изолирующую способность и может закончиться пробоем. Наиболее гигроскопичны материалы с порами и капиллярами на поверхности-бумага, обычная пористая керамика, слоистые пластики. Проницаемость для водяных паров исключительно важна для пропиточных, заливочных и других защитных материалов. Диаметр молекулы воды равен всего 2,5-10"° м, и водяной пар проходит сквозь мельчайшие поры. Плотные, непористые материалы не пропускают водяные пары и негигроскопичны. К ним относятся ситаллы, малощелочное стекло, вакуумно-плотная керамика, эпоксидные пластмассы и неполярные полимеры. Для изделий из гигроскопичных диэлектриков используют пропитку, защищают поверхности лаками, глазурью и т. п.

Прочность диэлектриков и особенности их механических свойств являются дополнительным критерием выбора материалов. Керамика, стекло и ситаллы-наиболее прочные диэлектрики. Характерной особенностью этих материалов является хрупкость; их прочность на сжатие в несколько раз больше прочности на изгиб. Предел прочности на изгиб равен 30-300 МПа, увеличиваясь до 500 МПа у ряда ситаллов. Для хрупких диэлектриков исключительно важно учитывать тепловое расширение, особенно когда речь идет о работе в условиях быстрых смен температуры или о соединении диэлектриков с металлами. Температурный коэффициент линейного расширения керамики и тугоплавкого стекла не превышают 8-10"*°С", у легкоплавких стекол он равен (1530)-10"* °С"\ а у ситаллов в зависимости от химического со-

става - (-4н-31,5) • 10-б°С-. Особенно велико тепловое расширение органических диэлектриков [а, = = (60100) 10"*"С"], но в пластмассах с неорганическими наполнителями оно примерно такое же, как у металлических сплавов. Кроме того, органические диэлектрики достаточно пластичны, для них термические напряжения не столь опасны.

Стабильность структуры и свойств диэлектриков определяет сроки их эксплуатации; Наибольшую стабильность имеют керамика и ситаллы, в стеклах под влиянием поля мигрируют ионы щелочных металлов и образуются электропроводящие мостики. Добавки РЬО и Вао увеличивают стойкость стекла против электрохимического пробоя, связанного с миграцией ионов щелочных металлов. Органические диэлектрики разрушаются при комбинированном действии нагрева, окисления на воздухе и ионизации, поэтому их срок службы меньше, чем у керамики или стекла. Большинство пластмасс под действием разрядов обугливается и теряет изолирующую способность. Этого недостатка лишены полистирол, органическое стекло, фторопласты и кремнийорганические пластики. Среди диэлектриков самыми важными являются керамические материалы и особенно сегнетокера-мика. Керамика имеет наиболее разнообразные электрические свойства (табл. 17.8), почти не подвержена старению и устойчива к нагреву.

Установочная керамика применяется для изготовления изоляторов, колодок, плат, каркасов, катушек и т. п. Она должна иметь низкие потери, хорошие электроизоляционные свойства и прочность.

Для работы при низких частотах используют электрофарфор, который дешев и имеет неплохие электрические свойства. Его недостатки-большие потери, резко возрастающие при нагреве выше 200 °С, и низкая механическая прочность. Недостатки электрофарфора



ТАБЛИЦА 17.8. Свойства диэлектриков

Материал

tg6 Ш»

р у. Ом м

£проб> МВ/м

Низкочастотные диэлектрики

Керамика:

электрофарфор

сегнетокерамика Т-7500

7500

10"

сегнетокерамика ВК-1 для ва-

(20-100)10-1

1800

рикондов

пьезокерамика Т1700

1700

10«

Пластмассы:

поливинилхлорид

lOfi

16-30

порошковый фенопласт с дре-

11-5

1100-2700

10У-10-1

10-11

весной мукой

1014-1015

то же, с минеральным напол-

10-6

500-1000

нителем

эпоксидные

4-2,6

400-500

10>-1-10й

16-20

Высокочастотные диэлектрики

Керамика:

ультрафарфор

2-10

1014

оксид алюминия

10"

стеатит

1013

цельзиановая

1014

тиконд Т-150

1012

термоконд Т-20

1012

Пластмассы:

полиэтилен

Ю"

полистирол

1017

фторопласт-4

1019

Стекло

3,5-16

18-175

1015 1020

30-100

Ситаллы

3-20

1016-1020

28-48

объясняются свойствами стекла, которого в нем содержится довольно много.

Основным материалом, используемым для изготовления деталей, предназначенных для работы при высоких частотах, является стеатит, который получают из талька. Стеатиты не содержат вредных примесей, их свойства стабильны до 100 °С. Они легко прессуются, при обжиге дают усадку всего 1-2% и используются для деталей с плотной и пористой структурой и точными размерами. В отличие от других видов керамики стеатит удовлетворительно режется (после предварительного обжига). Недостатки стеатита - растрескивание при быстрых сменах температуры и трудность обжига.

Конденсаторная керамика должна

иметь большую е, обеспечивающую повышенную удельную емкость, низкие потери и малый ТКе. Применение такой керамики увеличивает надежность работы и теплостойкость конденсаторов, уменьшает их размеры.

Конденсаторная керамика, применяемая при высоких частотах, не должна иметь очень большие значения е во избежание потерь. Для высокочастотных конденсаторов применяют ультрафарфор, стеатит, станнатную керамику, но лучшие свойства имеет керамика на основе TiOj. Эту керамику подразделяют на две группы: тиконды (Т-60, Т-80, Т-150) и термоконды (Т-20, Т-40), цифра в них указывает значение е. В тикондах основным видом кристаллов является рутил-наиболее плотная модификация




-ВО -го

60 t.C

Рис. 17.27. Температурная зависимость е у двух сегнетоэлектриков:

СМ-1 с небольшой нелинейностью Е; T-7S00 с большой нелинейностью е.

TiOj. Чем больше содержание TiOi в керамике, тем вьппе значения е и ТКе. Основная область применения тикон-дов - теромкомпенсируюшие конденсаторы. Термоконды наряду с TiOi содержат ZrOj и другие добавки. Они имеют низкие значения ТКе и используются для конденсаторов высокой стабильности.

Лучшая конденсаторная керамика, применяемая при низких частотах,-сег-нетокерамика, так как велики значения е. Недостатками сегнетокерамики являются сравнительно большие потери и невысокая электрическая прочность. Сегнетокерамику подразделяют на материалы с небольшой и большой нелинейностью. У материалов первой группы е во всем интервале рабочих температур и напряженностей поля изменяется не более чем на 30% (рис. 17.27). Различные марки керамики этой группы отличаются друг от друга значением е=1000-ь75(Ю и положением температурного максимума е. У материалов второй группы зависимость е от напряженности поля характеризуется коэффициентом нелинейности К. Он равен отношению е„а, к Ела,, опрсделснному в слабом поле (2-5 В/м).

Материалы с большой нелинейностью используют в варикондах-конденсаторах переменной емкости. При одновременном действии постоянного и переменного полей е становится изменчивой (ее назьшают реверсивной

и обозначают и ее значение определяется соотношением напряженностей полей. Чем больше напряженность постоянного поля, тем лучше ориентированы домены и слабее действие переменного поля на поляризацию. Заданное значение е получают соответствующим выбором постоянного и переменного напряжений, приложенных к конденсатору. Изменяя постоянное или переменное напряжение, можно изменить емкость конденсатора в несколько раз (в пределах, определяемых коэффициентом нелинейности). Вариконды используют в усилителях, делителях, умножителях частоты и других устройствах.

Пьезоэлектрмкм-вещества, у которых под действием механических напряжений возникает поляризация (прямой пьезоэффект) и под действием электрического поля изменяются размеры (обратный пьезоэффект). К пьезоэлек-трикам относятся поляризованные сег-нетоэлектрики с остаточной поляризацией, а также кристаллы, не имеющие центра симметрии. В основе пьезоэф-фекта лежит смещение ионов в кристаллической решетке при упругой деформации. Пьезоэффект анизотропен и характеризуется пьезомодулем-зарядом, который появляется на поверхности гша-стин пьезоэлектрика под действием единичной силы. Обычно измеряют так называемый продольный пьезомодуль (?зз по заряду на поверхности, перпендикулярной направлению поляризации, когда нагрузка приложена перпендикулярно этой же поверхности. От пьезо-электриков требуются высокие значения пьезомодуля и малые потери. Сегнето-керамика имеет пьезомодули около 6-10* Кл/Н, что на один-два порядка больше, чем у кварца. Структура пьезо-керамики-твердые растворы на основе титаната бария (ТБС и ТБКС), ниобата бария (НБС), ниобата и титаната свинца (НТС).



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 [ 52 ] 53 54 55 56 57 58 59 60 61