- •4.1. Общие сведения о магнитных свойствах материалов
- •4.2. Процессы технического намагничивания и перемагничивания ферромагнитных материалов
- •4.3. Магнитомягкие материалы
- •4.4. Магнито-твердые материалы
- •5. Материалы с особыми электрическими свойствами
- •5.1. Элементы зонной теории
- •5.2. Проводниковые материалы
- •5.3. Полупроводниковые материалы
- •Термоэлектрические явления в полупроводниках. К важнейшим термоэлектрическим явлениям в полупроводниках относятся эффекты Зеебека, Пельтье и Томпсона.
- •5.4. Диэлектрики
- •Электроизоляционные пластмассы
- •Стекло и керамика
- •Активные диэлектрики
Стекло и керамика
Стекламиназывают аморфные тела, получаемые в результате переохлаждения расплава независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, приобретающие в результате постепенного увеличения вязкости механические свойства твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в твердое является обратимым.
По химическому составу имеющие практическое значение стекла делятся на три основных типа:
оксидные -на основе оксидов (SiO2,GeO2, В2О3, Р2О5, Аl2О3),галогенидные -на основе галогенидов (BeF2, фторбериллатные стекла),халькогенидные -на основе сульфидов, селенидов и теллуридов. Наиболее широко применяются оксидные стекла, которые в зависимости от состава делятся на ряд классов и групп:
- по виду оксида-стеклообразователя - силикатные, боратные, фосфатные, германатные, алюмосиликатные и т.д;
- по содержанию щелочных оксидов - бесщелочные (могут содержать щелочно-земельные оксиды MgO,CaO, ВаО), малощелочные, многощелочные.
Электрические свойства стекла сильно зависят от состава стекла. Большинство стекол характеризуется ионной проводимостью. Некоторые специальные виды стекол - халькогенидные, ванадиевые (полупроводниковые) - имеют электронную или смешанную проводимость. Наименьшую электропроводность имеет кварцевое стекло, а наибольшую - высокощелочное. Электропроводность стекол очень быстро возрастает при увеличении температуры из-за увеличения подвижности ионов. Удельное объемное сопротивление промышленных стекол при невысоких температурах колеблется в пределах 108...1015Ом·м. Существенное влияние на электропроводность стекол имеет поверхностная проводимость, сильно зависящая от адсорбированной водяной пленки.
Диэлектрические потери в стеклах складываются из потерь проводимости и потерь релаксационных и структурных; tgδстекол увеличивается с ростом содержания щелочных оксидов. Самую низкую диэлектрическую проницаемость имеет кварцевое стекло [εr= (3,7... 3,8)]. При наличии в составе стекол оксидов металлов свинца и бария, обладающих высокой поляризуемостью, εrстекол увеличивается примерно до 20.
Пробой стекол вызывается электрическими и тепловыми процессами. При постоянном напряжении электрическая прочность стекла весьма велика и достигает 500МВ/м,а при увеличении температуры резко снижается. В переменном электрическом поле электрическая прочность стекол 17... 80 МВ/м.
Полупроводниковые стекла применяются в электронных приборах и устройствах, например, в термосопротивлениях, светофильтрах и фотосопротивлениях, сочетающих в себе избирательное поглощение света с повышенной электропроводностью.
Электротехническая керамика.
Это материал, получаемый в результате обжига формовочной массы заданного химического состава из минералов и оксидов металлов. Многие керамические материалы имеют высокую механическую прочность и нагревостойкость, высокие электрические характеристики, отсутствие механических деформаций при длительном приложении нагрузки, большую, чем у органических материалов, устойчивость к электрическому и тепловому старению.
В качестве электроизоляционного материала находит электротехнический фарфор, используемый в производстве изоляционных элементов с рабочим напряжением до 1150 кВ переменного и до 1500 кВ постоянного тока. Электротехнический фарфор, как и любая керамика, состоит из кристаллической, аморфной и газовой фаз. Основными компонентами фарфора являются сырьевые материалы минерального происхождения - глинистые вещества (каолин и глина, кварц, полевой шпат, гипс, пегматит). Электроизоляционные свойства фарфора при нормальной температуре позволяют использовать его при низких частотах: еr= 6...7,tgδ= 0,02;tgδэлектротехнического фарфора, однако быстро растет при увеличении температуры, что затрудняет применение его при высоких температурах и на высоких частотах.
Стеатитоваякерамика изготовляется на основе тальковых минералов, основной кристаллической фазой которых является метасиликат магнияMgO·SiO2,. Стеатитовые материалы характеризуются высокими значениями ρ, в том числе при высокой температуре, малымtgδ.
Радиофарфорпредставляет собой фарфор, стекловидная фаза которого облагорожена введением в нее тяжелого оксида ВаО.
Ультрафарфорразличных марок характеризуется большим содержанием Аl203и является усовершенствованным радиофарфором. Ультрафарфор имеет по сравнению с обычным фарфором повышенную механическую прочность и теплопроводность.
Поликор,имеющий особо плотную структуру (близкую к теоретической для Аl203), обладает оптической прозрачностью и применяется для изготовления колб некоторых специальных источников тока.
Конденсаторная керамикаимеет диэлектрическую проницаемость εr= 10...230 или εr = 900. В первом случае керамика относится к высокочастотным диэлектрикам;tgδна частоте 1 МГц не должен превышать 0,0006. Во втором случае имеет место керамика низкочастотная; на частоте 1000 Гцtgδ= (0,002... 0,025). К конденсаторной керамике обычно предъявляется требование возможно меньшего значения температурного коэффициента диэлектрической проницаемости. Многие из конденсаторных материалов имеют в своем составе диоксид титана - рутил (TiO2) и называютсятикондами.Среди них можно выделить керамику на основе титаната кальция и титаната стронция – СаТiO3иSrTiO3. При высоких частотах у этих материалов температурная зависимость tgδ выражена слабо, однако эти виды материалов характеризуются пониженной электрической прочностью (8... 12 МВ/м).
Для повышения температурной стабильности в керамику вводят компоненты с положительным значением температурного коэффициента εr. Такие материалы часто называют термокомпенсированными. К этой группе относятся титано-циркониевая керамикаTiO2-ZrO2;CaTiO3-CaZrO3; лантановая керамикаLaAlO3-CaTiO3.
Основу низкочастотной керамики составляют титанат бария BaTiO3и твердые растворы на его основе. Эти материалы отличаются высокими значениями диэлектрической проницаемости и ее нелинейной зависимостью от напряженности электрического поля.