Файл: РМ текст лекций.doc

Наиболее высоким комплексом свойств обладает кварцевое стекло, выплавляемое из горного хрусталя и чистых кварцевых песков. При нормальной температуре tgδ=0,0002, ε=3,8, ρ_vпри 200°С около 10¹⁵Ом·м. Кварцевое стекло находит применение для изготовления различных изделий в электрорадиовакуумной промышленности; трубчатых, опорных и проходных изоляторов для электрических газоочистительных установок, высоковольтных изоляторов для высоковольтных линий; различных деталей переменных конденсаторов; катушек самоиндукции; ламп, приборов, аппаратов и др.

Разнообразие и особенности полупроводниковых стекол открывают широкие возможности для их применения в полупроводниковых приборах и устройствах, например в термосопротивлениях, в светофильтрах и фотосопротивлениях, сочетающих избирательное поглощение света с повышенной электропроводностью.

Электротехническая керамика представляет собой материал, получаемый в результате отжига формовочной массы заданного химического состава из минералов и оксидов металлов. При соответствующем выборе состава керамики из нее можно получить материалы, обладающие разнообразными свойствами. В электротехнической и радиоэлектронной промышленности керамическая технология применяется для изготовления диэлектрических, полупроводниковых, пьезоэлектрических, магнитных, металлокерамических и др. изделий. Многие керамические материалы имеют высокую механическую прочность и нагревостойкость, высокие электрические характеристики, отсутствие механических деформаций при длительном приложении нагрузки, большую, чем органические материалы устойчивость к электрическому и тепловому старению. Керамику можно подвергать металлизации обычно методом вжигания серебра и осуществлять герметичные спаи с металлом.

Широкое применение в качестве электроизоляционного материала находит электротехнический фарфор, который является основным керамическим материалом, используемым в производстве широкого ассортимента низковольтных, высоковольтных изоляторов и других изоляционных элементов с рабочим напряжением до 1150 кВ переменного и до 1500 кВ постоянного тока. Электротехнический фарфор, как и любая другая керамика, состоит из кристаллической, аморфной и газовой фаз. Его свойства определяются химическим и фазовым составом, микро- и макроструктурой и технологией изготовления. Основными компонентами фарфора являются сырьевые материалы минерального происхождения: глинистые вещества — каолин и глина, кварц, полевой шпат, гипс, пегматит. Максимальная температура обжига фарфора в зависимости от состава от 1300 до 1410°С. Электроизоляционные свойства фарфора при нормальной температуре удовлетворительные для использования его при низких частотах ε=6-7, tgδ около 0,02. tgδ электротехнического фарфора, однако, быстро растет при увеличении температуры, что затрудняет применение его при высоких температурах и на высоких частотах.

Для изготовления высокочастотных высоковольтных изоляторов применяют стеатитовую керамику, изготовляемую на основе тальковых минералов, основной кристаллической фазой которых является метасиликат магния MgO·Si0₂.

Для применения в радиотехнической и электронной промышленности было разработано большое количество новых керамических материалов, обладающих повышенными свойствами по сравнению с фарфором. Параметры некоторых из них приведены в таблице 3.11.1.

Таблица 3.11.1

Конденсаторная керамика имеет повышенные (ε=10-230) и высокие значения ε (900). В первом случае керамика относится к высокочастотным диэлектрикам и tgδ на частоте 1 МГц не должен превышать 0,0006, во втором случае керамика низкочастотная—на частоте 1000 Гц tgδ=0,002- 0,025. К конденсаторной керамике обычно предъявляется требование возможно меньшего значения температурного коэффициента диэлектрической проницаемости. Многие из этих материалов имеют в своем составе двуокись титана—рутил (ТiO₂). Среди них можно выделить керамику на основе титаната кальция и титаната стронция — СаТiOз иSrTiOз. При высоких частотах у этих материалов температурная зависимость tgb выражена слабо. Основу низкочастотной керамики с высокой ε составляет титанат бария ВаТiOз и твердые растворы на его основе. Эти материалы характеризуются нелинейной зависимостью ε от температуры и напряженности электрического поля.

3.12. Лаки, эмали, компаунды

Электроизоляционные лаки представляют собой коллоидные растворы лаковой основы, образующие после удаления растворителя пленку, обладающую электроизоляционными свойствами.

Растворители — летучие жидкости, применяемые для растворения лаковых основ и улетучивающиеся в процессе образования пленки. Растворителями могут служить ароматические углеводороды, спирты, сложные и простые эфиры, скипидар и др. В состав лака, кроме того, могут входить следующие дополнительные вещества. Сиккативы — вещества, ускоряющие процесс высыхания растительных масел и лаков. Пластификаторы — вещества, придающие эластичность и ударную прочность лаковой пленке. Отвердители — соединения, способствующие отверждению пленки лака. Инициаторы и ускорители — вещества ускоряющие процесс образования полимеров.

Электроизоляционные эмали представляют собой лаки, в составе которых имеются пигменты — высокодисперсные неорганические вещества, повышающие твердость и механическую прочность лаковой пленки, теплопроводность, дугостойкость. В качестве пигментов часто применяют двуокись титана, железный сурик и др. По способу сушки электроизоляционные лаки делятся на три основные группы: 1) масляные; 2) смоляные; 3) эфироцеллюлозные. По назначению и выполняемым функциям электроизоляционные лаки принято подразделять на три основные группы: пропиточные, покровные и клеящие.

Электроизоляционные компаунды — в основном состоят из тех же веществ, которые входят в состав лаковой основы электроизоляционных лаков, но, в отличие от лаков, не содержат растворителей. В момент применения при нормальной и повышенной температуре компаунды находятся в жидком состоянии и твердеют после охлаждения или в результате происходящих в них химических процессов. Кроме того, в состав компаундов могут входить активные разбавители, понижающие вязкость компаунда, пластификаторы, отвердители, инициаторы и ингибиторы—назначение которых тоже, что и в лаках. В состав компаунда могут также входить наполнители — неорганические и органические порошкообразные или волокнистые материалы, применяемые для уменьшения усадки, улучшения теплопроводности, уменьшения температурного коэффициента расширения и снижения стоимости. В качестве наполнителей применяют пылевидный кварц, тальк, слюдяную пыль, асбестовое и стеклянное волокно и ряд других. По химическому составу электроизоляционные компаунды делятся на компаунды, изготовляемые на основе нефтяных битумов, растительных масел и канифоли, и компаунды на основе синтетических смол. Компаунды на основе синтетических смол изготовляются на основе полиэфирных, эпоксидных, эпоксидно-полиэфирных, кремнийорганических и прочих смол и композиций. По отношению к нагреву электроизоляционные компаунды делятся на термопластичные и термореактивные.

Электроизоляционные лаки и компаунды широко применяются в электроизоляционной и кабельной технике, в производстве электрических машин, турбо- и гидрогенераторов, аппаратов, трансформаторов, распределительных устройств, в высокочастотной технике. После пропитки повышается электрическая прочность материала и всей конструкции в целом, улучшается теплопроводность, теплоотдача обмоток, что позволяет увеличить мощность электрических машин и аппаратов при тех же габаритах, увеличивается механическая прочность, влагостойкость, срок службы всей конструкции.

3.13. Слюда и слюдяные материалы

Слюды представляют собой группу материалов, относящихся к водным алюмосиликатам с ярко выраженной слоистой структурой, которая обусловливает высокую анизотропию свойств, то есть неодинаковость физико-механических и электрических параметров в направлении вдоль и поперек слоев. В качестве электрической изоляции в настоящее время применяют два вида минеральных слюд: мусковит и флогопит. Кроме природных слюд применяются также и синтетические. Слюда является весьма ценным природным минеральным электроизоляционным материалом. Использование ее в качестве изоляции крупных турбо- и гидрогенераторов, тяговых электродвигателей и в качестве диэлектрика в некоторых конденсаторах связано с ее высокой электрической прочностью, нагревостойкостью, механической прочностью и гибкостью. Сравнение свойств мусковита, флагопита и фторфлогопита—синтетической слюды приведено в таблице 3.13.1.

Фторфлогопит находит применение в качестве изоляционных материалов в электронных лампах, для окон волноводов, в качестве диэлектрика конденсаторов, работающих до температуры 600-700°С и для др. изделий, применяемых в радиоэлектронике. Кроме того, на основе природной слюды, также как и на основе синтетической слюды может быть изготовлено много различных интересных для техники материалов. Многочисленные новые слюдинитовые и слюдопластовые материалы обеспечивают в настоящее время повышение надежности электротехнического оборудования, улучшения качества и повышение удельной мощности электрических машин.

Таблица 3.13.1