Файл: метод МЭТ 12345 раб.doc

Государственный комитет по делам науки и высшей школы

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра электронных приборов

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО КУРСУ «МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ И МЕТОДЫ

ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ»

ВЛАДИКАВКАЗ

О Г Л А В Л Е Н И Е

стр.

Лабораторная работа № 1

Определение относительной диэлектрической прони-

цаемости материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Лабораторная работа № 2

Измерение коэффициента термического расширения

электровакуумных стёкол . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Лабораторная работа № 3

Электрические свойства проводниковых материалов . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Лабораторная работа № 4

Определение удельных электрических сопротивлений твёрдых

диэлектриков. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Лабораторная работа № 5

Исследование параметров сегнетоэлектриков. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Северо-кавказский горно-

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра электронные приборы

Лаборатория материалов электронной техники

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

«Определение относительной диэлектрической

проницаемости материалов»

ВЛАДИКАВКАЗ 2010

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Овладение методикой измерения относительной диэлектрической про-ницаемости материалов, а также изучение свойств ряда диэлектриков, широ-ко применяемых в электронике.

2.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Относительная диэлектрическая проницаемость характеризуется сте-пенью поляризации диэлектрика и оценивается приращением ёмкости кон-денсатора при замене вакуума между его пластинами данным материалом

где С_д - ёмкость конденсатора с данным диэлектриком,

С₀ – ёмкость конденсатора с вакуумом.

Абсолютная диэлектрическая проницаемость представляет собой про-изведение:

ε_а = ε₀ · ε (2)

где ε₀ – электрическая постоянная или абсолютная диэлектрическая прони-

цаемость вакуума. В системе СИ её значение составляет

10^-9/113.04 [Ф/м], что составляет 8.85·10^-12 [Ф/м].

Величина постоянной диэлектрической проницаемости различных ма-териалов определяется механизмами поляризации.

Поляризацией называют состояние диэлектрика, характеризующееся тем, что диэлектрический момент некоторого макроскопического объёма ве-щества имеет значение, отличное от нуля, что вызвано ограниченным смеще-нием связанных зарядов или ориентации их дипольных моментов под влия-нием электрического поля. Подробно механизмы поляризации рассмотрены в книге П. П. Богородицкого и В. В. Пасынкова /1/, /стр. 38-45/.

В электрических конденсаторах целесообразно применять диэлектрики с большой ε, т.к. ёмкость конденсатора определяется выражением

где S и d, соответственно, площадь пластин и расстояние между ними в метрах.

Очевидно, что диэлектрики с большим значением ε позволяют изгото-вить малогабаритные конденсаторы большой ёмкости.

При выборе диэлектрика для межэлектродной изоляции, наоборот, не-обходимо стремиться к минимальным значениям ε, т.к. с увеличением ём-кости в этом случае растут потери электрической мощности в изоляции в со-ответствии с выражением:

P = U² ·2·π·f ·C·tg δ, (4)

где U – напряжение, В

f – частота, Гц

tg δ - тангенс угла диэлектрических потерь.

3. Основные свойства диэлектриков, исследуемых в данной работе

1. Керамика «поликор» представляет собой поликристаллический ди-электрик с содержанием окиси алюминия Al₂O₃  100%. Имеет высокую тем-пературу плавления 2050 ºС, высокую твёрдость – 9 баллов по минералогиче-ской шкале (10 баллов у алмаза), сравнительно высокую для диэлектриков теплопроводность 28.3 Вт/(м·град), очень низкие диэлектрические потери tg δ = (1-2)·10^-4.

Керамика данного типа применяется для изготовления некоторых дета-лей приборов СВЧ, в качестве подложек плёночных микросхем.

2. Слюда. Слюда представляет собой кристалл, характерной особен-ностью которого является способность легко расщепляться на пластинки, вплоть до очень тонких (3-5 мкм) по параллельным друг другу плоскостям – «плоскостям спайности».

По химическому составу слюды представляет собой водные алюмоси-ликаты. Важнейшие из них:

мусковит K₂O·3Al₂O₃·6SiO₂·2H₂O

флагопит K₂O·6MgO·Al₂O₃·6SiO₂·2H₂O

Слюда является хорошим диэлектриком, удельное сопротивление составляет 10¹² – 10¹⁴ Ом·м для мусковита и 10¹¹ – 10¹² Ом·м для флагопита. Температур-ный диапазон деталей из слюды ограничивается так называемой температу-рой кальцивации, при которой происходит выделение кристаллизационной воды, что приводит к «вспучиванию» слюды, резкому ухудшению механи-ческих и электрических свойств. Нагревостойкость слюды составляет 500-600 ºС.

Слюда широко применяется для изготовления конденсаторов, из неё штампуют фасованные детали для электронных ламп (межэлектродные изо-ляторы, установочные детали) и т.д.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) или фторопласт-4 представляет собой полимер, полученный путём полимеризации политетрафторэтилена. Он име-ет строение

Фторопласт-4 относится к числу термостойких пластиков: его нагревостой-кость составляет 320 ºС, а температура разложения 415 ºС. Этот материал об-ладает исключительной стойкостью к действию химических реагентов, пре-восходя в этом отношении золото и платину. На него не действуют никакие кислоты и щёлочи, не растворяется ни в одном растворителе, не смачивается водой и другими жидкостями.

По своим электроизоляционным свойствам фторопласт-4 относится к лучшим из известных диэлектриков: удельное сопротивление 10¹⁴ -10¹⁶ Ом·м и tg δ = (2-3)·10^-4. Существенными недостатками ПТФЭ являются низкая технологичность и высокая стоимость.

Основное применение фторопласта: изоляция кабелей для высоких час-тот, изоляторы в цепях с очень высокими требованиями к сопротивлению изоляции, уплотнители в вакуумных установках (благодаря низкому давле-нию насыщенных паров и высокой рабочей температуре), конструкционный материал для химически агрессивных сред и т.д.

4.Полиэтилентерефталат (лавсан) – термопластичный

полимер, имеющий строение

Лавсан выделяется среди других полимеров высокой прочностью (предел прочности на растяжение (1-2)·10⁸ Н·м^-2 по сравнению с (1-4)·10⁷ Н·м^-2 у по-лиэтилена и фторопласта). Нагревостойкость 200 ºС. Удельное сопротивле-ние лавсана 10¹²-10¹⁴ Ом·м. Лавсан относится к полярным диэлектрикам с повышенными диэлектрическими потерями tg δ = (2-20)·10^-3 и не применим на высоких частотах.

Лавсановая плёнка широко применяется для изготовления конденсато-ров, межслойной изоляции в обмотках трансформаторов, в качестве основы магнитных лент и т.д.