Діелектрична проникність рідинних діелектриків

Рідинні діелектрики можуть бути побудовані з неполярних молекул або з полярних (дипольних). Значення діелектричної проникності неполярної рідини невелика та близька до значення квадрату показника заломлення світла.

²

Залежність діелектричної проникності неполярної рідини від температури пов’язана з зменшенням кількості молекул в одиниці об’єму (теплове розширення діелектрика).

Залежність для неполярної рідини від частоти

Залежність для неполярної рідини від температури

Значення діелектричної проникності неполярної рідини не перевищує 2,5.

37. Види електропровідності діелектриків (об¢ємна і поверхнева). Залежність питомого об¢ємного і питомого поверхневого опору від структури діелектрика.

У діелектрику, що знаходиться під напругою, відбуваються поляризаційні процеси, зв'язані з переміщенням електричних зарядів. Отже, поляризаційні процеси створюють електричні струми в діелектрику. Струм, який супроводжує електронну й іонну поляризації, називають струмом зсуву і його миттєве значення позначають і_см. Він проходить у дуже малі проміжки часу (10^-13-10^-15 с) і є чисто реактивним (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 – Зміна миттєвих значень струмів в діелектрику після подачі постійної напруги

Релаксаційні види поляризації викликають проходження в діелектрику струму абсорбції і_аб. Наявність у діелектрику невеликого числа вільних зарядів обумовлює виникнення невеликого по величині наскрізного струму і_ск. Таким чином, струм минаючий через діелектрик, являє собою суму струмів зсуву, абсорбції і наскрізного:

(4.7)

Як видно з рисунку 4.5, у перший момент додатка постійної напруги струм значно більше, ніж через деякий час, коли в діелектрику проходить лише наскрізний струм. Це пояснюється тим, що струми зсуву й абсорбції незабаром припиняються оскільки вони обумовлені швидкими процесами поляризації. У випадку перемінної напруги всі три види струмів мають місце протягом усього часу перебування матеріалу в електричному полі. Побудуємо векторну діаграму струмів у діелектрику, до якого прикладене перемінна напруга з ефективним значенням U. Тік зсуву не викликає втрат енергії, носить чисто ємнісний характер і випереджає напруга по фазі на 90°. Тік абсорбції також випереджає напруга, але з огляду на викликувані їм утрати, на кут, менший 90°. Тому вектор струму абсорбції можна розкласти на активну І^'_аб і реактивну І^''_аб складові. Наскрізний струм, зображений вектором І_ск, має чисто активний характер і збігається по фазі з напругою. Повний струм І через діелектрик дорівнює векторній сумі активної І_а і реактивної І_р складових струму:

(4.8)

Отже, провідність діелектрика величина комплексна. При перемінній напрузі активна складова визначається як наскрізним струмом, так і активної складової струму абсорбції, а при постійній напрузі — тільки наскрізним струмом. Питома провідність діелектриків g у нормальних умовах складає 10^-10-10^-16 См/м. Настільки мале її значення визначається дуже малою кількістю вільних носіїв зарядів, якими у діелектриках можуть бути електрони, іони і заряджені колоїдні частки — моліони.

Наявність в технічному діелектрику невеликої кількості вільних зарядів приводить до виникнення незначних за величиною об'ємного та поверхневого наскрізних струмів

Для аналізу твердих електроізоляційних матеріалів розрізняють об'ємну та поверхневу електропровідності.

Для порівняльної оцінки об'ємної та поверхневої електропровідності різних матеріалів користуються значеннями питомих об'ємного_V та поверхневого _S опорів, а також обернено пропорційних їм питомих об'ємної _V та поверхневої провідності _S.

Питомий об'ємний опір _V дорівнює об'ємному опору куба з ребром в 1 [м], подумки вирізаного з діелектричного матеріалу, що досліджується (якщо струм проходить крізь куб, від однієї його грані до протилежної), помноженому на 1 [м].

де: R_V - об'ємний опір зразка матеріалу, [Ом];

S - площа електрода, [м²];

h - товщина зразка, [м].

Питома об'ємна провідність _V вимірюється в [См/м].

Питомий поверхневий опір _S дорівнює опору квадрату (будь-яких розмірів), подумки виділеного на поверхні матеріалу, якщо струм проходить через квадрат від однієї його сторони до протилежної.

[Ом],

де: R_S - поверхневий опір зразка діелектрика, [Ом];

d - ширина електроду, [м];

? - відстань між електродами, [м].

Питома поверхнева провідність _S вимірюється в [См].

Повна провідність твердого діелектрика, яка відповідає його опору ізоляції, складається з об'ємної та поверхневої провідності = _{V + S}.

Електропровідність ізоляційних матеріалів залежить від:

стану речовини (газоподібний, рідинний або твердий);

параметрів навколишнього середовища (вологості і температури);

величини напруженості електричного поля в зразку.

Для конденсаторів добуток опору ізоляції діелектрика R_із на його ємність С називають постійною часу саморозряду конденсатора:

або ₀ = Rіз С = _{0 r}

Поверхнева електропровідність твердих діелектриків обумовлена наявністю вологи або інших забруднень на поверхні діелектриків. Питома поверхнева електропровідність твердих діелектриків буде тим нижчою, чим меншою є полярність речовини та відносна вологість повітря, чим чистішою є поверхня діелектрика та чим краще вона відполірована. Найбільш низькими значеннями питомої провідності володіють неполярні діелектрики, поверхні яких здатні відштовхувати воду.

Втрати в діелектриках виникають в результаті дії як постійної, так і змінної напруги. При постійній напрузі вони обумовлені наскрізним струмом Інаскр, який залежить від величин об'ємного та поверхневого опорів (V, S) або обернених до них об'ємної та поверхневої провідності (V, S) діелектрика та визначають його якість. При змінній напрузі діелектричні втрати обумовлені не тільки наскрізним струмом, а і струмом абсорбції Іабс тому, для їх аналізу використовують інші характеристики, як то:

- кут діелектричних втрат ;

- тангенс кута діелектричних втрат tg .

Кутом діелектричних втрат називають кут, який доповнює до 900 кут фазового зсуву між струмом та напругою в ємнісному колі.

Діелектричні втрати, що обумовлені поляризацією, особливо відчутно спостерігаються в діелектриках:

з релаксаційною поляризацією;

дипольної структури;

іонної структури з нещільною упаковкою іонів.

Діелектричні втрати, що обумовлені неоднорідністю структури спостерігаються в слоїстих діелектриках з пропитаного паперу та тканин, пластмасах з наповнювачем, пористій кераміці і т. і.

Універсальної формули для розрахунку діелектричних втрат цього виду не існує у зв'язку з різноманітністю структури неоднорідних діелектриків та особливостями компонентів, що містяться в них.

38. Електропровідність в твердих діелектриках.

Електропровідність — здатність речовини проводити електричний струм.

Ізолятори

Ізолятори або діелектрики схожі за зонною структурою на напівпровідники, тільки із дуже широкою забороненою зоною. Велика ширина забороненої зони призводить до того, що ймовірність теплового збудження електронів із валентної зони у зону провідності стає нікчемно малим. Фотопровідність можлива, але для цього потрібне світло із частотою, яка лежить в ультрафіолетовому діапазоні.

Проте, якщо інжектуквати електрони у діелектрики, приклавши до них дуже сильне електричне поле, деякі з них чудово поводять струм. Це явище називається пробоєм діелектрика. При цьому зазвичай виділяється настільки велика енергія, що діелектрик починає плавитися.

Крім браку носіїв заряду, причиною низької провідності може служити надзвичайно часте розсіяння електронів завдяки взаємодії з іншими електронами. В дуже забруднених речовинах електрони можуть застрявати у певних пастках, віддалених одна від одної, що приводить до зовсім іншого виду провідності, так званої стрибкової провідності.

Електропровідність ізоляційних матеріалів залежить від:

стану речовини (газоподібний, рідинний або твердий);

параметрів навколишнього середовища (вологості і температури);

величини напруженості електричного поля в зразку.

Для конденсаторів добуток опору ізоляції діелектрика Rіз на його ємність С називають постійною часу саморозряду конденсатора:

або 0 = Rіз С = 0 r

Електропровідність твердих тіл

Електропровідність твердих тіл обумовлена рухом:

- іонів самого діелектрика;

- іонів домішок;

- вільних електронів (характерна для сильних електричних полів, переносу речовини не відбувається).

Вид електропровідності визначається експериментально на підставі законів Фарадея. Іонна електропровідність супроводжується переносом речовини. В процесі проходження електричного струму через твердий діелектрик іони домішок, що містяться в ньому частково видаляються, при цьому, як і в рідинах, це супроводжується їх виділенням на електродах.

Поверхнева електропровідність твердих діелектриків обумовлена наявністю вологи або інших забруднень на поверхні діелектриків. Питома поверхнева електропровідність твердих діелектриків буде тим нижчою, чим меншою є полярність речовини та відносна вологість повітря, чим чистішою є поверхня діелектрика та чим краще вона відполірована. Найбільш низькими значеннями питомої провідності володіють неполярні діелектрики, поверхні яких здатні відштовхувати воду.

39. Залежність питомого опору діелектриків від вологості. Засоби зменшення вологопоглинання пористих діелектриків.

Температурний коефіцієнт питомого опору є величиною залежною від температури:

В тілах кристалічної будови з іонною решіткою електропровідність пов'язана з валентністю іонів. Кристали з одновалентними іонами характеризуються більшою електропровідністю ніж кристали з багатовалентними іонами. Також в кристалах провідність є неоднаковою для різних його висей (в кварці питомий об'ємний опір становить1012[Ом • м] вздовж оптичної вісі та більше 2•1014 [Ом • м] поперек неї).

Електропровідність ізоляційних матеріалів залежить від:

стану речовини (газоподібний, рідинний або твердий);

параметрів навколишнього середовища (вологості і температури);

величини напруженості електричного поля в зразку.

Для конденсаторів добуток опору ізоляції діелектрика Rіз на його ємність С називають постійною часу саморозряду конденсатора:

або 0 = Rіз С = 0 r

Залежність питомого поверхневого опору від відносної вологості для 100 7 різних діелектриків. Адсорбція вологи на поверхні діелектрика знаходиться в тісній залежності від відносної вологості навколишнього середовища. Тому відносна вологість є найважливішим чинником, що визначає значення питомої поверхневої провідності діелектрика.

Залежність питомої поверхневого електроопору від відносної вологості для діелектриків 1 - ї групи (нейтральні і полярні, не розчинні у воді. | Залежність питомої поверхневого електроопору від відносної вологості для діелектриків 2 - ї групи (частково розчинні у воді. Адсорбція вологи на поверхні діелектрика знаходиться в тісній залежності від відносної вологості навколишнього середовища.

Залежність питомої поверхневого електроопору від відносної вологості для ді-влектріков 1 - ї групи (нейтральні і полярні, не розчинні у воді. | Залежність питомої поверхневого електроопору від відносної вологості для діелектриків 2 - ї групи (частково розчинні у воді. Адсорбція вологи на поверхні діелектрика знаходиться в тісній залежності від відносної вологості навколишнього середовища.

Адсорбція вологи на поверхні діелектрика знаходиться в тісній залежності від відносної вологості навколишнього середовища. Тому величина відносної вологості є вирішальним чинником, що визначає значення поверхневої електропровідності діелектрика.

Залежність струму На 2 - 10 показаний характер залежність наскрізний електропровідності мости Т0ка наскрізний електропровідності від часу при постійному. Адсорбція вологи на поверхні діелектрика знаходиться в тісній залежності від відносної вологості навколишнього середовища. Тому величина відносної вологості є вирішальним чинником, що визначає значення питомої поверхневої провідності діелектрика.

Залежність питомої поверхневого сопрот .. з .. єп .. я від відносної вологості для. Адсорбція вологи на поверхні діелектрика знаходиться в тісній залежності від відносної вологості навколишнього середовища. Тому відносна вологість є найважливішим чинником, що визначає значення питомої поверхневої провідності діелектрика.

Електричний розряд по поверхні діелектрика може бути в повітрі над ним або по самій поверхні діелектрика з утворенням доріжок.

40. Діелектричні витрати і полярних і неполярних діелектриках. Кут діелектричних втрат.

41. Діелектричні втрати та залежність кута діелектричних втрат від температури і частоти.

42. Електрична міцність діелектриків. Явище пробою діелектриків.

43. Фізичні процеси електричного, теплового і електрохімічного пробою.

44. Залежності пробивної напруги зразка твердого діелектрика від температури, частоти і часу прикладання напруги.

3. Загальна характеристика явища пробою (п.)

Діелектрик, який знаходиться в електричному полі, втрачає властивості електроізоляційного матеріалу, якщо напруженість поля перевищує деяке критичне значення Екр. Це явище носить назву пробою діелектрика або порушення його електричної міцності.

Значення напруги, при якій відбувається пробій діелектрика, називається пробивною напругою, а відповідне йому значення напруженості поля електричною міцністю діелектрика. Пробивна напруга позначається Uпр і частіше всього вимірюється в кіловольтах [кВ].

Електрична міцність визначається пробивною напругою, віднесеною до товщини діелектрика в місці пробою:

Пробій газу обумовлюється явищами ударної та фотонної іонізації. Умовою іонізації газу є:

W Wі або Е q Wі,

де q - заряд; U - спад напруги на довжині вільного пробігу ; Е - напруженість електричного поля; Wі - енергія іонізації. W включає в себе енергію зовнішнього електричного поля та енергію теплового руху невеликої кількості позитивних та негативних іонів і електронів, що містяться в газі.

Енергію іонізації характеризують іонізаційним потенціалом

Ui = Wі / q,

який для більшості газів знаходиться в межах від 4 до 25[В], що відповідає енергії іонізації

Wі = 425 [еВ].

Пробій рідинних діелектриків відбувається в результаті іонізаційних та теплових процесів. Одним з головних факторів виникнення пробою в рідинах є наявність домішок.

Пробій твердих тіл може викликатися як електричними так і тепловими процесами під дією електричного поля.

Розрізняють наступні види пробою твердих діелектриків:

електричний пробій макроскопічних однородних діелектриків;

електричний пробій неоднорідних діелектриків;

тепловий (електротепловий) пробій;

електрохімічний пробій.

Кожний з цих пробоїв може мати місце у одному й тому ж матеріалі в залежності від умов:

постійна або змінна напруга;

частота напруги висока або низька;

наявність дефектів в діелектрику;

температура;

час дії напруги.

Електричний пробій пов'язаний з електричними процесами в діелектрику, які виникають при дії сильного електричного поля та призводять до раптового різкого зростання щільності струму в конкретному локальному місці.

Тепловий пробій - це зменшення активного опору діелектрика під впливом розігріву в електричному полі, що приводить до зростання активного струму та подальшого розігріву з можливим руйнуванням діелектрика.

Пробій може бути викликаний також електрохімічними процесами в діелектрику під впливом електричного поля.

Висновки: Розглянуті параметри та характеристики дозволяють виконати кількісну оцінку властивостей різних типів діелектричних матеріалів.

Електричну міцність характеризують номінальною, випробувальною та пробивною напругами: номінальна – максимальна напруга, при якій допустима експлуатація продовж гарантованого терміну служби; випробувальна – максимальна напруга, яку повинен витримувати конденсатор на протязі регламентованого часу від декількох секунд до декількох хвилин; пробивна – мінімальна напруга, при якій відбувається пробій діелектрика.

Переміщення електронів (пуктірние лина в кристалічній решітці твердого діелектрика при накладенні зовнішнього електричного поля. | Залежність віддається енергії електронами кристалічної решітки від їхньої швидкості. Результати випробувань показують, що пробивні напруженості при постійному струмі виходять завжди більшими, ніж при змінному. Однією з причин цього є відсутність діелектричних втрат при постійному струмі. Зі збільшенням частоти міцність діелектрика зменшується, особливо це помітно у діелектриків з великими діелектричними втратами.

Залежність пробивної напруги твердого діелектрика (електрокартон від часу впливу напруги у відсотках від однохвилинного пробивної напруги U0. | Залежності пробивної напруги промислової частоти 1 / пр від товщини скла h. Зниження пробивної напруги в області С може бути викликано тільки тепловими процесами, що розвиваються порівняно повільно. Це припущення добре узгоджується з зале - 6L мостами пробивної напруги від температури, отриманими для ряду твердих діелектриків. При електричному пробої міцність діелектрика сильно залежить від форми електричного поля.

Діелектрик, перебуваючи в електричному полі, втрачає властивості електроізоляційного матеріалу, якщо напруженість поля перевищить деяке критичне значення. Це явище носить назву пробою діелектрика або порушення його електричної міцності. Значення напруги, при якому відбувається пробій діелектрика, називається пробивним напругою, а відповідне значення напруженості поля-електричною міцністю діелектрика.

45. Механічні властивості діелектриків. Технологія їх обробки.

2. Механічні і технологічні властивості електро ізоляційних матеріалів.

Механічні властивості діелектриків характеризують його здатність витримувати зовнішні статичні і динамічні навантаження без недопустимих змін попередніх розмірів і форми. Статичне навантаження на матеріал при експлуатації або випробовуваннях плавно зростає з обумовленою швидкістю, динамічні-діють миттєво, ривком, ударом та швидко змінюючись за силою, або напрямком.

Здатність діелектрика витримувати статичні навантаження характеризується руйнуючою напругою при розтягу, стиску або згині, межею текучості, відносним видовженням при розриві, відносною деформацією при стисканні та іншими характеристиками. Перераховані параметри визначаються стандартними методами.

Для випробувань використовують зразки певної форми і розмірів.

Здатність діелектрика витримувати динамічні і механічні навантаження характеризують ударною в’язкістю і стійкістю до вібрації. Питома ударна в’язкість - це відношення енергії удару при зломі зразка до площі його поперечного перерізу. Вона характеризує міцність матеріалу при динамічному згині. В такому режимі працює багато вузлів електротехнічного обладнання, виконаних з пластмас, шаруватих пластинів та інших матеріалів.

Стійкість матеріалів і виробів до вібрації визначається відсутністю механічних пошкоджень, порушення герметичності у випадку герметизованих конструкцій, збереженням в заданих межах електричних параметрів ізоляції після дії на протязі певного часу вібрації з заданими параметрами ( амплітудою, прискоренням, діапазон частот та ін.)

Для вібраційних випробувань матеріалів і виробів використовуються спеціальні вібраційні стенди.

46. Термічні властивості діелектриків. Технологія їх обробки.

Термічні властивості діелектриків. Поведінка діелектриків при нагріванні характеризується рядом властивостей, які в сукупності визначають його допустиму робочу температуру. До найважливіших термічних властивостей матеріалу відносяться теплопровідність, теплоємність, плавлення і розм’якшення матеріалу, теплове розширення, нагрівостійкість та стійкість до термоударів.

Теплопровідність визначає процес відводу тепла від нагрітих провідників і магнітопроводів через шар електричної ізоляції, а також відвід тепла з товщі електричної ізоляції, нагрітої за рахунок діелектричних втрат.

Теплоємність С речовини визначає та кількість тепла Q, яка необхідна для нагрівання тіла масою m, від температури То до Т, то виходить рівняння Q=Cm (T-To). Час нагрівання або охолодження електроізоляційних конструкцій залежить від теплоємності використаних в них матеріалів. Теплоємність визначає кількість тепла, необхідного для їх нагрівання в ході технологій виготовлення та інших процесів.

Нагрівостійкість електричної ізоляції визначається по змінах її Еміцн., tg b, втраті маси, механічної міцності, а також інших параметрів в процесі витримки при підвищених по зрівняно з робочою температурах. Наприклад, при температурі розм’якшення сильно знижується механічна міцність діелектрика і деформація виробів збільшується до небезпечних меж, вони виходять з ладу.

Холодостійкість електричної ізоляції визначається в результаті порівняння механічних характеристик при нагативній і нармальній температурах.

Стійкість до термоударів визначається для крихких матеріалів та виробів з них. Наприклад ізолятори з електротехнічного фарфору повинні витримувати трьохкратне нагрівання без замітного погіршення основних властивостей. При визначенні стійкості до термоударів нагріті ізолятори погружаються в льодяну воду, де витримуються певний час. Після витримки ізолятори кондиціонуються на повітрі при кімнатній температурі. Потім цикл нагрівання – охолодження повторяють. Після трьох циклів ізолятори кондиціонуються і піддаються електричним випробовуванням.

Фізико-хімічні властивості діелектриків. Електроізоляційні матеріали мають різну стійкість до руйнування (корозії) при контактуванні з водою, кислотами, лугами, соляними розчинами, маслами, паливом, газами. При визначенні хімічної стійкості зразки тривалий час витримуються в певних умовах, найбільш близьких до експлуатаційних, після чого визначають зміну їх зовнішнього виду, маси, електричних та інших параметрів. Наприклад в нафтових маслах при експлуатації проходить корозія погружених в масло ізоляції; металів, в процесі якої утворюються кислотні і масло старіє.

Вологостійкість діелектрика визначається його здатністю спробувати вологу з навколишнього середовища (вологого повітря). В процесі витримки у вологій атмосфері контролюють зміну таких параметрів діелектрика, як опір ізоляції виробу та інші. Паралельно визначають вологопоглинання зразка, %.

47. Фізико-хімічні властивості діелектриків. Технологія їх забезпечення.

1. Призначення та класифікація електроізоляційних матеріалів, їх фізико-хімічні властивості.

Діелектричні матеріали називають клас електротехнічних матеріалів, призначених для використання їх діелектричних властивостей (великий опір проходження електричного струму і здатність поляризувати)

Електроізоляційними матеріалами називають діелектричні матеріали, призначені для створення електричної ізоляції струмоведучих частин в електротехнічних і радіоелектронних пристроях. Електрична ізоляція являється невід’ємною частиною електричного кола і передусім потрібна для того, щоб не пропускати струм по непередбачених електричною схемою колах.

Діелектрики, які використовуються в якості електроізоляційних матеріалів називають пасивними. Широко використовується так звані активні діелектрики, параметри, яких можна регулювати, змінюючи напруженість електричного поля, температуру, механічне напруження, та інші параметри факторів, що впливають на них. Наприклад конденсатор, діелектричним матеріалом в якому служить п’єзоелектрик, під дією прикладеного змінного струму змінює свої лінійні розміри і стає генератором механічних коливань.

За агрегатним станом діелектричні матеріали діляться на газовидні, рідкі і тверді. За походженням розрізняють діелектричні матеріали природні, котрі можуть бути використані без хімічної переробки та штучні, котрі виготовляються хімічною переробкою природної сировини і синтетичні, котрі отримуєм в ході хімічного синтезу.

За хімічним складом їх поділяють на органічні, що являють собою з’єднання вуглецю з воднем, азотом, киснем та іншими елементами; елементоорганічні; в молекули яких входять атомикремнію, магнію, алюмінію, титану, заліза та інших елементів; неорганічні – не містять в своєму складі вуглецю.

З великої кількості властивостей діелектричних матеріалів, що визначають їх технічне застосування, головними являються електричні властивості-електропровідність, поляризація і діелектричні втрати, електрична міцність і електричне старіння.

Техніка, технологія виробництва і експлуатації електротехнічного і радіоелектронного обладнання ставить самі різноманітні вимоги до властивостей діелектричних матеріалів. Крім потрібних електричних властивостей діелектричні матеріали повинні володіти ще потрібними термічними, механічними та іншими властивостями.

48. Газоподібні діелектрики. Контроль параметрів.

Газоподібні діелектрики – повітря, азот та деякі інші інертні гази.

Повітря – натуральний діелектрик з невеликою електричною міцністю. Він заповнює простір між частинами електричних установок, між проводами електричних ліній.

Електровід’ємні гази. Це гази, які містять у своєму складі атоми фтору, брому та хлору. Застосовуються у кабельній продукції та інших..

Азот – інертний газ, використовується при заповненні колб або інших посудин в електротехнічних та електронних приладах.

Основні характеристики газів, як діелектриків, це діелектрична проникність, електропровідність, електрична міцність. Крім того, часто важливі теплофізичні характеристики, в першу чергу теплопровідність.

Газоподібні діелектрики застосовуються для наповнення багатьох радіоелектронних пристроїв (електронні прилади - іонні прилади, рентгенівські трубки, хвилеводи, вимикачі, трансформатори). У відповідних пристроях використовується їх основна властивість: відсутність постійного обсягу і структури, отже, вони здатні розширюватися і займати весь об'єм, в якому вони знаходяться. Можна перерахувати деякі типи газів, що знаходять застосування в радіоелектроніці

Повітря

Інертні гази (гелій (He), неон (Ne), аргон (Ar), ксенон (Xe), криптон (K2))

Елегаз (SF6)

Нонандекан (C19H40)

Азот

Кослород

Водень

Вуглекислота

Хлороформ

Гексафтород селену

Фторфелантрен

Діелектричну проникність газів дуже просто розрахувати за формулою e = 1 + n (a + m 2 ¤ 3 kT) / e 0, де n - число молекул з полярізуємостью a і дипольним моментом m в одиниці об'єму. Зазвичай значення e близько до 1, відмінність від одиниці можна виявити в 3-4 знаку після коми. Причина цього - мале число молекул у газовій фазі n.

Електропровідність газів зазвичай не гірше 10-13 См / м, причому, як було показано у другому розділі, основним чинником викликає провідність в не дуже сильних полях, є іонізуюче випромінювання. Вольт-амперна характеристика має три характерні зони - омічний поведінка, насичення, експонентний ріст. Діелектричні втрати незначні і їх варто враховувати тільки в третій області.

Електрична міцність у газів, порівняно з міцністю рідин і твердих діелектриків, невелика і сильно залежить як від зовнішніх умов, так і від природи газу. Зазвичай пробивні характеристики різних газів зіставляють при нормальних умовах (н.у.). Ці умови - тиск 1 атм, температура 20 ° С, електроди, що створюють однорідне поле, площею 1 см2, міжелектродний зазор 1 см. Повітря при н.у. має електричну міцність 30 кВ / см. Коефіцієнт до, що показує відношення електричної міцності газу до електричної міцності повітря становить для деяких газів, що використовуються в техніці: водень-к = 0.5, гелій-к = 0.2, елегаз к = 2.9, фреон-12-к = 2.4, перфторовані вуглеводневі гази до = (4-10),.

Теплопровідність газів l також невелика в порівнянні з теплопровідністю твердих тіл і рідин, найбільше її значення l = 0.2 Вт / (м · К) - у водню. Для найбільш популярних газів l = 0.03 Вт / (м · К) - повітря, l = 0.012 Вт / (м · К) - елегаз. Для порівняння - в алюмінію l = 200 Вт / (м · К).

Максимальні температури експлуатації газів визначаються або розкладанням молекул газу (характерно для складних молекул), або збільшенням електропровідності до переходу з діелектричного до резистивного стану за рахунок іонізації та дисоціації молекул газу під дією теплової енергії. Характерні температури для другого варіанту - порядку і більше тисячі градусів.

Перевагами газів перед іншими видами електроізоляційних матеріалів є високий питомий електричний опір, малий тангенс кута діелектричних втрат, мала, близька до одиниці діелектрична проникність. Найбільш ж цінною властивістю газів є їх здатність відновлювати електричну міцність після розряду. Крім повітря як електричної ізоляції широко використовують двох-і трьохатомні гази - азот, водень, вуглекислий газ. Значення електричної міцності цих газів при нормальних умовах мало відрізняються один від одного і можуть з достатньою точністю прийматися рівними міцності повітря.

49. Рідкі діелектрики. Контроль параметрів.

Рідкі діелектрики. Трансформаторне масло. Це найпоширеніший діелектрик мінерального походження. Використовується при заповненні баків трансформаторів, щоб ізолювати їх обмотки між собою та від стінок бака. Маслом заповнюють баки вимикачів великої напруги, де воно відіграє роль ізоляції, а також бере участь у гашенні електричної дуги великої потужності при роботі вимикача.

Рідких діелектриків - молекулярні рідини з електропровідністю s [10-8 См.м-1, в яких електрони пов'язані ковалентними зв'язками в молекулах, а між молекулами діють ван-дер-ваальсові сили. Ж. д. є насичені (CnH2n + 2), ароматичні (бензол - С6Н6, толуол - С6Н5СН3, ксилол - С6Н4 (СН3) 2, дурола - С6Н2 (СН3) 4), хлоровані і фторовані вуглеводні, ненасичені парафінові і вазелінові масла, кремнійорганіч. з'єднання (поліорганосілоксани), зріджені гази, дистильована вода, розплави нек-яких халькогенідів та ін Близький порядок Ж. д. визначається переважно. тими ж структурними елементами, що й у відповідних кристаліч. або аморфних фазах (див. Далекий і ближній порядок). У нек-яких із них (бензол, орто-і парадіхлорбензол, толуол, нафталін та ін) при переході з твердого стану в рідкий зберігається форма молекул і мало змінюється їх взаємне розташування. В інших (н-парафіни) при нагріванні плавлення передують полімфорние перетворення, а саме плавлення супроводжується сильними змінами упаковки молекул. Інертні гази, що мають у твердому стані гранецентрированную грати з координаційним числом Z = 12, в рідкому стані мають Z = 8,5. У Ж. д. при підвищенні температури Т можливі структурні зміни (зміни ближнього порядку). Вони можуть надавати істот. вплив на властивості Ж. д.; напр., в'язкість і електропровідність рідкої сірки в інтервалі Т ~ 433-453 До змінюються в 104 разів, що обумовлено руйнуванням високомолекулярних і появою низькомолекулярних утворень сірки Sx (x = 2, 3). У електрич. полях Ж. д. властиві електронна та орієнтації. поляризації (див. Діелектрики), їх діелектрична проникність (статіч.) може досягати значень e ~ 102 (для частоти ~ 104 Гц). Собств. провідність Ж. д. має електронну та іонну складові. Вона обумовлена автоелектронної емісією з катода, електролітич. дисоціацією молекул, іонізацією молекул (в результаті впливу радіоактивних. забруднень, космич. променів та ін.) У насичених вуглеводнях найвищої хім. чистоти власна провідність s ~ 10-17 См.м-1. Забруднення Ж. д. (включаючи радіоактивні) збільшують s за рахунок зростання кол-ва іонів і заряджений. колоїдних частинок. За величиною рухливості m іонів Ж. д. близькі до електролітів: для вуглеводнів типу СnН2n +2 (n = 5-9) рухливість пов'язана з в'язкістю h співвідношенням: m = Ah-3 / 2 (А - константа речовини). У сильних електричні. полях відбувається електричні. пробою Ж. д., механізм до-pогo (тепловий чи електронний) залежить від природи рідини, її чистоти, температури, матеріалу електродів і ін Забруднення, як правило, знижують електричну міцність Ж. д. Підвищення температури супроводжується зниженням пробивної напруги внаслідок зменшення щільності й в'язкості і збільшення рухливості електронів та іонів. Ж. д. застосовуються в електроізоляційні. техніки як просочуючих і заливальних складів при виробництві електро-і радіотехніч. апаратури.

50. Рідкі діелектрики на основі кремнійорганічних та фторорганічних сполук. Технологічні особливості обробки.

Синтетичні рідкі діелектрики

Найбільше застосування отримали синтетичні рідини на основі хлорованих вуглеводнів (Соволя, совтола), що пов'язано з їх високою термічною стійкістю, електричної стабільністю, негорючістю. Однак у зв'язку з токсичністю хлорованих вуглеводнів їх застосування спочатку обмежувалася, а в даний час майже повсюдно заборонено.

Рідкі діелектрики на основі кремнійорганічних сполук (полиорганосилоксанов) є нетоксичними та екологічно безпечними. Вони не викликають корозії металів, мають дуже низькою гігроскопічністю і морозостійкістю. Ці рідини є полімери з низьким ступенем полімеризації, в молекулах яких міститься повторювана силоксан угруповання: Кремній-киснева зв'язок має високу термічну та хімічну стійкість, тому кремнійорганічні сполуки стійкі при високих температурах (до 250оС). За своїми діелектричним характеристикам поліорганосілоксановие рідини наближаються до неполярних діелектриків. При 20 ° С і 100 Гц = 2,4-2,8, = 1011-1012Ом.м, Епр = 14-18 кВ / мм. Поліорганосілоксановие рідини використовують в імпульсних трансформаторах, спеціальних конденсаторах, що працюють при підвищеній температурі, блоках радіо-та електронної апаратури і в деяких інших випадках. Їх недолік - порівняно швидка займистість, крім того, вони значно дорожче нафтових масел.

Рідкі діелектрики на основі фторорганічних сполук відрізняються негорючістю, високою хімічною, окисної і термічною стабільністю, високими електрофізичними і теплопередаючих властивостями. Молекули фторорганічних рідин складаються з атомів вуглецю і фтору, при цьому молекулярну ланцюг утворюють атоми вуглецю. Фторорганические рідини - неполярні діелектрики. При 20 ° С і 100 Гц = 2,2-2,5, = 1012-1014Ом.м, Епр = 12-19 кВ / мм. Вони забезпечують більш інтенсивне відведення тепла від охолоджуваних обмоток і магнітопроводів трансформатора, ніж нафтові олії та кремнійорганічні сполуки. Застосовуються для наповнення невеликих трансформаторів, блоків електронного устаткування і інших електричних апаратів в тих випадках, коли робочі температури великі для інших видів рідких діелектриків. Деякі перфторовані рідкі діелектрики можуть використовуватися для створення випарного охолодження в силових трансформаторах. Недоліки - токсичність деяких видів фторорганічних рідин, висока вартість.

51. Тверді діелектрики. Технологічні особливості обробки.

Тверді діелектрики - це надзвичайно широкий клас речовин, що містить речовини з радикально відрізняються електричними, теплофізичними, механічними властивостями. Наприклад, діелектрична проникність змінюється від значення, незначно перевищує 1, до більш ніж 50000, у залежності від типу діелектриків: неполярний, полярний, сегнетоелектрик. У розділі 1 наводилися визначення різних типів діелектриків. Коротенько торкнемося цих визначень стосовно до твердих діелектриків.

Неполярний діелектрик - речовину, що містить молекули з переважно ковалентним зв'язком.

Полярний діелектрик-речовина, яка містить дипольні молекули або групи, або має іони в складі структури.

Сегнетоелектрик - речовина, що має в складі області зі спонтанною поляризацією.

Механізми поляризації у них різко розрізняються:

- Чисто електронна поляризація у неполярних діелектриків типу поліетилену, полістиролу, при цьому e-мала, не більше 3, діелектричні втрати теж малі;

- Іонна поляризація у іонних кристалів типу NaCl або дипольна у полярних діелектриків типу льоду, при цьому e може перебувати в межах від 3-4 до 100, діелектричні втрати можуть бути дуже значні, особливо на частотах обертання диполів та інших резонансних частотах;

- Доменна поляризація у сегнетоелектриків - при цьому e максимальна і може досягати 10000-50000, діелектричні втрати можуть бути дуже значні, особливо на резонансних частотах і в області підвищених частот.

Особливості механізмів провідності в твердих діелектриках - концентрація носіїв дуже мала, рухливість іонів в гомогенних матеріалах дуже мала, рухливість електронів в чистих матеріалах велика, в технічно чистих - мала. Механізми електропровідності різні в різних речовинах. Іонна провідність реалізується у полідисперсних діелектриків (картон, папір, гетинакс, дерево) і іонних кристалів. У першому випадку іони пересуваються по межах розділу, утвореним злиплими дисперсними частинками. Поява носіїв заряду сильно пов'язане з вологістю цих матеріалів і визначається, як розглядалося в лекціях 2 і 9 дисоціацією домішок і полярних груп основної речовини на поверхні розділу. У випадку іонних кристалів, в провідності беруть участь іони основної речовини, домішок, дефекти структури. Електронна провідність реалізується у титанатів барію, стронцію і т.д., електронна, діркова і іонна провідність у полімерів.

Електропровідність твердих тіл зумовлена як пересуванням іонів самого діелектрика, так і іонів випадкових домішок, а у деяких матеріалів може бути викликана наявністю вільних електронів.

Вид електропровідності встановлюють експериментально, використовуючи закон Фарадея. Іонна електропровідність супроводжується перенесенням речовини на електроди. При електронній електропровідності це явище не спостерігається.

52. Технологічні особливості переробки термопластичних і термореактивних полімерів.

В даний час відомо дуже багато способів формування пластмасових виробів, які застосовують залежно від їх конструкцій, типу та розмірів, технічних вимог, що пред'являються до використання виробів. Найбільш поширеними є:

- Пресування, що застосовується для переробки термореактивних пластмас (реактопластів);

-Лиття під тиском - для обробки термопластичних матеріалів (термопластів);

-Формування - переказ необхідної форми листовим термопластичних матеріалів.

Сутність всіх цих способів обробки полягає в тому, що вихідна сировина піддається обробці в спеціальних формах, які називаються прес-формами, під тиском при відповідному нагріванні в процесі формування формоутворення або після нього.

Ливарне виробництво - галузь машинобудування, що займається виготовленням фасонних заготовок або деталей шляхом заливання розплавленого металу в спеціальну форму, порожнина якої має конфігурацію заготовки (деталі). При охолодженні залитий метал твердне і в твердому стані зберігає конфігурацію тієї порожнини, в яку він був залитий. Кінцеву продукцію називають відливанням. У процесі кристалізації розплавленого металу і наступного охолодження формуються механічні та експлуатаційні властивості виливків.

Для виготовлення виливків застосовують безліч способів лиття: в піщані форми, в оболонкові форми, по виплавлюваних моделях, в кокіль, під тиском, відцентрове лиття та інших Область застосування того чи іншого способу лиття визначається обсягом виробництва, вимог до геометричної точності і шорсткості поверхні виливків , економічною доцільністю та іншими факторами.

1.1 Технічні властивості пластмас

Пластмасами називаються матеріали, отримані на основі природних і синтетичних високомолекулярних сполук (полімерів), здатні внаслідок своєї пластичності приймати необхідну форму під впливом тепла і тиску.

За технологічної класифікації пластмаси поділяються на термореактивні пластмаси і термопластичні пластмаси.

Термореактивні пластмаси під дією тепла і тиску розм'якшуються, заповнюють прес-форму і переходять в неплавкое і нерозчинний стан. Матеріал виробу стає незворотнім, тобто при повторному нагріванні він в пластичний стан не повертається. Припускають розвантаження прес-форм в нагрітому стані. До них відносяться: фенолформальдегід, селіконопласти, і т.д.

Термопластичні пластмаси під дією тепла і тиску набувають плинність, заповнюючи прес-форму, після охолодження тверднуть, але не переходять в неплавкое і нерозчинний стан.

При повторному нагріванні вони повертаються в пластичний стан (полістирол, поліетилен, поліуретан і т.д.) розвантаження прес-форм може проводитися тільки після охолодження. За способом переробки пластмаси можуть бути розділені на наступні групи:

1. Термореактивні прес-порошки та прес-матеріали гарячого пресування;

2. Термораеактівние прес-порошки та прес-матеріали холодного пресування;

3. Термопластичні порошки;

4. Рідкі литьевие термореактивні смоли;

5. Листові і фасонні шаруваті матеріали;

6. Плівкові матеріали - стирофлекс, ефіроцеллюлозние плівки та ін

Для вибору раціонально способу виготовлення виробів із пластмас, необхідне знання їх технологічних властивостей. Такими властивостями пластмас є: питома обсяг, плинність, швидкість твердіння, летючість, усадка.

Питома обсяг прес-матеріалу розраховується в см3 / г або м3/кг. Знання питомої обсягу необхідно для визначення обсягу прес-форми.

Плинність прес-матеріалу - здатність матеріалу заповнювати прес-форму під тиском при певній температурі: визначається в мг / с. Чим менше плинність прес-матеріалу, тим більше має бути тиск пресування і навпаки.

Швидкість твердіння - характеризує тривалість переходу пластмаси з пластичного стану в твердий. Вона виражається в секундах або хвилинах на 1 мм товщини зразка (с / мм).

Летючість - (вміст летких речовин і вологи) - визначається з різниці у вазі до і після висушування прес-матеріалу в термостаті при температурі (103-105) º С протягом 30 хв; визначається% і коливається в різних матеріалах 1,5-5% .

Усадка - характеризує зменшення розмірів деталі з моменту лікуванні її з нагрітої прес-форми до повного охолодження.

Існує кілька способів формування пластмасових виробів. Побудова типового технологічного процесу залежить від конструкцій і призначення деталі. При виборі операцій і переходів виготовлення деталей з пластмас вирішуються наступний питання:

1. Підбір і дозування компонентів: полімер, стабілізатор, пластифікатор, барвник, ініціатор, парообразователь та ін;

2. Освіта вихідного матеріалу (пластмаси): змішання; гранулювання; розчинення і т.д.;

3. Виготовлення вироби (переробка матеріалу): пресування, лиття під тиском, видування, напилення, занурення і т.д.;

4. Доопрацювання вироби: декоративна обробка, термообробка, механічна обробка і т.д.

1.2 Технологічні особливості переробки полімерних матеріалів у вироби методом гарячого пресування

Пряме (компресійне) гаряче пресування. При компресійному пресуванні попередньо підігрітий матеріал завантажують безпосередньо в формующую порожнину нагріту до високої температури прес-форми, після чого проводиться змикання прес-форми, витримка матеріалу під тиском і затвердіння.

Технологічний процес складається з наступних операцій:

1. Попереднє нагрівання матеріалу

2. Завантаження матеріалу

3. Змикання прес-форми

4. Подпрессовка

5. Витяг під тиском і затвердіння

6. Розмикання прес-форми

7. Витяг вироби

8. Очищення прес-форми

53. Ознаки поділу діелектриків на низькочастотні і високочастотні.

Розвиток радіотехніки зажадало створення матеріалів, у яких специфічні високочастотні властивості поєднуються з необхідними фізико-механічними параметрами. Такі матеріали називають високочастотними. Для розуміння електричних, магнітних і механічних властивостей матеріалів, а також причин старіння потрібні знання їх хімічного і фазового складу, атомної структури і структурних дефектів.

Полярність сильно впливає на властивості полімерів. Так; неполярні полімери (В основному на основі вуглеводнів) є високоякісними високочастотними діелектриками. Фізико-механічні властивості, а у неполярних полімерів при низьких температурах погіршуються незначно, такі матеріали мають гарну морозостійкість (наприклад, поліетилен не охрупчивается до температури - 70 ° С). Полярність, збільшуючи сили міжмолекулярної тяжіння, надає полімеру жорсткість, теплостійкість.

Однак діелектрики на основі полярних полімерів можуть працювати без втрат тільки в обмеженій області частот (є низькочастотними). Крім того, полярні полімери характеризуються низькою морозостійкістю (наприклад, поліхлорвініл до температури -10 - -20 ° С).

54. Неполярні високочастотні полімери. Методи забезпечення властивостей.

За полярності полімери поділяють наполярні і неполярні. У неполярний молекули електронне хмара, що скріплюютьатоми, розподілено між ними в однаковій мірі; у таких молекул центритяжкості різнойменних зарядів збігаються. У полярної молекули загальне електроннехмара зрушено у бік більш електронегативного атома; центри тяжіннярізнойменних зарядів не збігаються. Полярність речовини оцінюється дипольниммоментом і., рівним твору елементарного заряду (заряд електрона) q на відстань/між центрами тяжіннявсіх позитивних і всіх негативних зарядів. Таким чином, (. I = ql. Заряд електрона q = 4,8-10 -10 ел.-ст. одиниць; відстань l близько 10 -18 см (1 А).Значення дипольного моменту мають порядок 10 -18 ел.-ст. одиниць-см.Цю величину іноді називають одиницею Дебая (Д). Наприклад, для зв'язків С - Н, С- N, С - О, С - F, С - С1 m одно відповідно 0,2; 0,4 '; 0,9;1,83; 2,05 Д.

Першою умовою полярності полімерівє присутність в них полярних зв'язків (угруповань - С1, - F, - ОН), другий - несиметрія в їхструктурі. Неполярні полімери мають симетричне розташування функціональнихгруп, і тому дипольні моменти атомів взаємно компенсуються,наприклад:

1) неполярні:

поліетилен [- СН2 - СН2-] "- Молекула симетрична;

поліпропілен [- СН2 - СНСН3-] "- Дипольні моменти С - Н і С -

- СН3 рівні;

фторопласт-4 [- CF2 - CF2 -] "--дипольний момент зв'язку С - F значний, сума моментів дорівнює нулю, так як вони компенсуютьдруг. одного.

2) полярні:

полівінілхлорид [- СН2 - СНС1-] "- Молекула несиметрична, дипольні моменти З-Н (0,2 Д) і С - Про (2,05 Д)взаємно не компенсуються.

Полярність сильно впливає на властивостіполімерів. Так; неполярні полімери (в основному на основі вуглеводнів)є високоякісними високочастотними діелектриками.Фізико-механічні властивості, а у неполярних полімерів при низьких температурахпогіршуються незначно, такі матері?? ли мають гарну морозостійкість(наприклад, поліетилен НЕ охрупчивается до температури - 70 ° С). Полярність,збільшуючи сили міжмолекулярної тяжіння, надає полімеру жорсткість,теплостійкість. Однак діелектрики на основі полярних полімерів можуть працюватибез втрат тільки в обмеженій області частот (є низькочастотними).Крім того, полярні полімери характеризуються низькою морозостійкістю(наприклад, поліхлорвінілу до температури -10 - -20 ° С).

Всі полімери по відношенню до нагріванняпідрозділяють на термопластичні і. термореактивні.

Термопластичні полімери при нагріваннірозм'якшуються, навіть плавляться, при охолодженні тверднуть; цей процес звернемо,тобто ніяких подальших хімічних перетворень матеріал не зазнає.Структура макромолекул таких полімерів лінійна або розгалужена. Представникамитермопластів є поліетилен, полістирол, поліаміди та ін

термореактивні полімери на першій стадіїосвіти мають лінійну структуру і при нагріванні розм'якшуються, потімвнаслідок протікання хімічних реакцій тверднуть (утворюється простороваструктура) і надалі залишаються твердими. Затверділі стан полімеруназивається термостабільним. Прикладом термореактивних смол можуть служитифенолоформальдегідная, гліфталева та інші смоли.

55. Основні властивості воскоподібних матеріалів.

Воскоподобние речовини - цінний група речовин, супутніх Тріацілгліцеріни. Природні воски є досить складні суміші різних сполук з переважаючим вмістом в них складних ефірів високомолекулярних аліфатичних одноатомних (рідше двоатомний) спиртів і кислот. У воскову фракцію ліпідів також входять високомолекулярні вільні жирні кислоти і алкоголі, вуглеводні, стероли, стеридами, лактони, естоліди і деякі інші речовини / 37 - 40 /.

Молекули восків відрізняються від триацилгліцеринів лінійною структурою, тому що в їх склад входять в основному жирні кислоти і спирти з неразветвленной ланцюгом / 38 /.

Для воскових ефірів найбільш характерними є високомолекулярні жирні кислоти: карнаубовая С24Н48О2, церотіновая С27Н54О2 і монтановий С29Н58О2. До складу ефірів рослинних восків входять спирти з парними і непарними числом вуглецевих атомів від 12 до 34, з них найбільш вивчені гексадеканол С16Н34О, н-гексдокозанол С2бН540, н-октадокозанол Сгвй ^ О, н-триаконтанол СзоН6гО і деякі інші. Склад восків в основному визначає їх фізико-хімічні властивості / 39 /.

Температура плавлення відомих насичених воскових ефірів коливається від 32 до 98 С / 40 /.

Воски гірше розчиняються в органічних розчинниках, ніж глиця-Ріди, проте все ж таки їх розчинність в нагрітих глицеридах і органічних розчинниках істотна. При охолодженні таких розчинів воскові ефіри поступово випадають з них у вигляді сиплеся або тонкодисперсних опадів / 41 /.

У звичайних умовах воски важко піддаються лужному гідролізу, в промислових умовах гідроліз проводять в жорстких умовах.

Так як до складу воскових ефірів входять, в основному, насичені вищі жирні кислоти і спирти, то завдяки цьому воски в хімічному відношенні виявляються досить інертними речовинами і важко окисляються киснем повітря / 42 /.

Воски за рахунок наявності в середині ланцюга складноефірний угруповання мають деякою полярністю. Вважають / 40, 43-45 /, що при температурі вище 40 - 45 воски знаходяться в олії в розчиненому стані і полярність їх виражена слабо. При охолодженні масла змінюється енергетичний стан восків, зменшується свобода їх пересування в масляній фазі, знижуються ліпофільні властивості восків і в інтервалі від 40-45С до 15 - 20С воски перебувають у проміжному або мезаморфному стані, що збільшує їх полярність.

Встановлено / 46 - 48 /, що кристали воску в маслі здатні поляризуватися під дією однорідного або неоднорідного електричного полів і концентруватися в областях з високою напруженістю поля.

У соняшниковому насінні воскоподобние речовини локалізовані в основному в плодової оболонці і насіннєвої оболонках / 18, 50, 51 /. У високоолійних насіння соняшнику зміст воскоподібних речовин коливається від 0,99% до 3,0% / 51 /. Із загального змісту воскоподібних речовин в насінні, утримання їх у лушпинні становить 83%, в плівці 16% і ядрі тільки 1% / 18 /.

До складу восків оболонки соняшникового насіння входять насичені жирні кислоти від Cg до С24-Присутність жирних кислот, таких як Сі: о, С16: о> С18: про 5 а також, мабуть, оксикислот надає воскам тверду при кімнатній температурі консистенцію / 42 /.

Збільшення синтезу воскоподібних речовин і ліпідів у плодової оболонці насіння соняшнику сучасних сортів, а також зміна будови тканин насіння, зумовили істотне збільшення вмісту

22 восків і воскоподібних речовин у складі супутніх ліпідів соняшникових олій. Це, у свою чергу, стало причиною прогресуючого погіршення якості соняшникових олій за показником прозорості / 17, 52, 53 /.

З літературних даних відомо, що зміст воскоподібних речовин в соняшниковій олії пресовому, отриманому з високоолійних соняшникового насіння, становить 0,05 - 0,1% восків, а в екстракційному 0,08 - 0,4% / 39 /.

Воскоподобние речовини практично не виводяться з масла при звичайній рафінації, що включає гідратацію, лужну нейтралізацію, відбілювання і дезодорацію. Тому наявність воскоподібних речовин у рафінованій олії не дозволяє отримати конкурентоспроможні якісні масла, до того ж це викликає труднощі при подальшій переробці соняшникової олії.

Воскоподобние речовини знижують активність каталізаторів при гідруванні, ускладнюють процес фільтрації масел і саломас. Кристали восків в силу особливостей своєї структури сплющуються під дією різниці тисків і закупорюють пори фільтроткані, різко знижуючи швидкість процесу / 54-57 /.

Враховуючи викладене, процес виведення воску і воскоподібних речовин з соняшникових олій стає необхідним не тільки для отримання якісного конкурентоспроможного продукту, призначеного для безпосереднього вживання в їжу, але також і для забезпечення нормальних технологічних режимів подальшої переробки рафінованих соняшникових олій.

Таким чином, ефективна рафінація масел насіння соняшнику сучасних сортів передбачає розробку нових методів більш глибокого виведення воскоподібних речовин з олій з метою поліпшення його товарного вигляду і поліпшення умов його подальшої переробки.

56. Слабополярні низькочастотні полімери. Методи забезпечення властивостей.

57. Електроізоляційні лаки та емалі. Технологія нанесення і контролю поверхні.

Електроізоляційні емалі та лаки розділяють, в залежності від призначення і властивостей, на склеювальні, покривні і просочувальні. Виготовляються ці вироби для пічної і для повітряної сушки.

У виробничих цілях найчастіше використовуються олійно-бутімние лаки. Вони створюють гнучку і водовідштовхувальну плівку, а по нагрівостійкості відносяться до класу А. Масляно-гліфталевих лаки створюють гнучку і еластичну плівку, а по нагрівостійкості відносяться до класу В.

Лаки - це розчини пленкообразующих речовин: смол, бітумів, висихаючих масел, ефірів целюлози або композицій цих матеріалів в органічних розчинниках. В процесі сушки лаку з нього випаровуються розчинники, а в лаковій основі відбуваються физико-хімічні процеси, що приводять до утворення лакової плівки.

По своєму призначенню електроізоляційні лаки ділять на просочувальні, покривні і склеювальні.

Просочувальні лаки застосовуються для просочення обмоток електричних машин і апаратів з метою закріплення їх витків, збільшення коефіцієнта теплопровідності обмоток і підвищення їх вологостійкості. Покривні лаки дозволяють створити захисні вологостійкі, маслостойкие і інші покриття на поверхні обмоток або пластмасових і інших ізоляційних деталей.

Склеювальні лаки призначаються для склеювання листочків слюди один з одним або з папером і тканинами з метою отримання слюдяних електроізоляційних матеріалів (міканіти, мікалента і ін.).

Емалі є лаки з введеними в них пігментами - неорганічними наповнювачами (окисел цинку, двоокис титану, залізний сурик і ін.). Пігменти вводяться з метою підвищення твердості, механічної міцності, вологостійкості, дутостойкості і інших властивостей емалевих плівок. Емалі відносяться до покривних матеріалів.

За способом сушки розрізняють лаки і емалі гарячіше (пічною) і холодної (повітрям) сушки. Перші вимагають для свого отвержденія високої температури - від 80 до 200° З, а другі висихають при кімнатній температурі. Лаки і емалі гарячої сушки, як правило, володіють вищими діелектричними, механічними і іншими властивостями.

З метою поліпшення характеристик лаків і емалей повітряної сушки, а також для прискорення отвержденія їх сушку іноді проводять при підвищених температурах - від 40 до 80° З.

Основні групи лаків мають наступні особливості. Масляні лаки утворюють після висихання гнучкі еластичні плівки жовтого кольору, стійкі до вологи і до нагрітого мінерального масла. По нагревостойкості плівки цих лаків відносяться до класу А.

У масляних лаках використовують дефіцитні льняне і тунгове масла, тому вони замінюються лаками на синтетичних смолах, стійкішими до теплового старіння.

масляно-бітумні лаки утворюють гнучкі плівки чорного кольору, стійкі до вологи, але що легко розчиняються в мінеральних маслах (трансформаторне і змащувальне). По нагревостойкості ці лаки відносяться до класу А (105° З). Гліфтальовиє і масляно-гліфтальовиє лаки і емалі відрізняються хорошою склеювальною здатністю по відношенню до слюди, паперів, тканин і пластмас.

Плівки цих лаків володіють підвищеною нагревостойкостью (клас В). Вони стійкі до нагрітого мінерального масла, але вимагають гарячої сушки при температурах 120-130° С. Чисто гліфтальовиє лаки на основі немодифікованих гліфтальових смол утворюють тверді негнучкі плівки, вживані у виробництві твердої слюдяної ізоляції (тверді міканіти).

Масляно-гліфтальовиє лаки після висихання дають гнучкі еластичні плівки жовтого кольору.

Кремнійорганічні лаки і емалі відрізняються високою нагревостойкостью і можуть тривало працювати при 180-200° З, тому вони застосовуються у поєднанні з скловолокнистою і слюдяною ізоляцією. Окрім цього, плівки володіють високою вологостійкістю і стійкістю до електричних іскр.

Лаки і емалі на основі поліхлорвінілових і перхлорвінілових смол відрізняються стійкістю до води, нагрітих масел, кислих і лужних хімічних реагентів, тому вони застосовуються як покривні лаки і емалі для захисту обмоток, а також металевих деталей від корозії. Слід звернути увагу на слабке прилипання поліхлорвінілових і перхлорвінілових лаків і емалей до металів

Останні спочатку покривають шаром грунту, а потім ласий або емаллю на основі поліхлорвінілових смол. Сушка цих лаків і емалей проводиться при 20, а також при 50-60° З. До недоліків такого роду покриттів відноситься їх невисока робоча температура, складова 60-70° З.

Лаки і емалі на основі епоксидних смол відрізняються високою склеювальною здатністю і декілька підвищеною нагревостойкостью (до 130° З). Лаки на основі алкидних і фенолових смол (фенолоалкидниє лаки) мають хорошу висихаємость в товстих шарах і утворюють еластичні плівки, що можуть тривало працювати при температурах 120-130° С. Пленки цих лаків володіють влаго- і маслостойкостью.

водний-емульсивні лаки - це стійкі емульсії лакових основ у водопровідній воді. Лакові основи проводять з синтетичних смол, а також з висихаючих масел і їх сумішей. Водний-емульсивні лаки пожаро- і вибухобезпечні, тому що в їх складі немає легкозаймистих органічних розчинників. Із-за малої в′язкості такі лаки мають хорошу просочуючу здатність.

Їх застосовують для просочення нерухомих і рухомих обмоток електричних машин і апаратів, що тривало працюють при температурах до 105° З.

58. Компаунди та технологічні особливості забезпечення необхідниїх параметрів.

Компаунд - термоактивне, термопластична полімерна смола (затвердіння яких в природних умовах) і еластомірні матеріали з наповнювачами і (або) добавками або без них після затвердіння. Використовується в якості електроізоляційного матеріалу і як засіб вибухозахисту.

Вибухозахист виду «герметизація компаундом (m)» - вибухозахист, при якій частини електрообладнання, здатні запалити вибухонебезпечне атмосферу за рахунок іскріння або нагрівання, полягають в компаунд таким чином, щоб вибухонебезпечна атмосфера не могла спалахнути.

Температурний діапазон компаунда - діапазон температур, в межах якого властивості компаунда в процесі використання або зберігання забезпечують відповідність вимогам стандарту ГОСТ Р 51330.17-99 Частина 18. Вибухозахист виду «Герметизація компаундом (m)».

Найбільша робоча температура компаунда - максимальна температура, впливу якої може безперервно піддаватися компаунд згідно з даними, представленим виробником компаунда.

Герметизація компаундом - процес нанесення компаунда для захисту будь-якого електротехнічного пристрою (пристроїв) методом занурення або заливки.

Занурення в компаунд - процес укладення в компаунд електротехнічного пристрою (пристроїв) шляхом заповнення компаундом форми з розташованим в ній пристроєм і подальшого витяг залитого пристрою (пристроїв) з форми після затвердіння компаунда.

Заливка компаундом - процес занурення, в якому форма залишається скріпляє з залитим пристроєм (пристроями).

Полімерні компаунди також використовуються для усунення резонансних коливань електронних блоків, однак при цьому різко погіршуються теплові режими, ремонтопридатність. [1] Останнє часом робиться свідомо: для перешкоди реінжинірингу або для стимулювання продажів запасних частин.

Компаунд ПОЛІМЕРНІ (від англ, compound - суміш, з'єднання), композиції, призначений. для заливання і просочення окремих елементів і блоків електронної, радіо-і електроапаратури з метою електричні. ізоляції, захисту від зовн. середовища і хутро. впливів. До їх складу входять сполучна - полімер. олігомер або мономер. наприклад епоксидна і (або) поліефірна смола. рідкий кремнійорг. каучук, або вихідні речовини для синтезу поліуретанів - олігоефір і діїзоцианат, а також пластифікатор. модифікатор, затверджувач. наповнювач. барвник і ін Осн. вимоги до компаунди полімер.ие: відсутність летких речовин, достатня життєздатність, мала усадка при затвердінні, затвердіння без виділення побічних продуктів, певні реологіч., електроізоляційні. і теплофізичних. характеристики, наприклад rv 1012-1013 Ом.м. tgd 0,01-0,02 (50 Гц), електричні. міцність 25-30 МВ / м, С0p 1,0-1,5 кДж / (кг.К), коеф. теплопровідності 0,4-0,2 Вт / (м.), температурний коефіцієнт. лінійного розширення 10-6 oС-1. У залежності від складності виробів і деталей, а також від в'язкості заливальних компаунди полімер.ие заливку проводять своб. литтям, литтям під тиском або без нього в вакууміруемую форму, відцентровим литтям і методом автоматич. гелеутворення під тиском (метод АГД). Отверждение за останнім методом відбувається в гарячій формі (130-180 ° С) при підживленні компаунди полімер.ие під тиском 0,1-0,3 МПа. Остання компенсує усадку, знижує можливість утворення порожнин у литві, знижує залишкові напруги (точне лиття). У деяких випадках використовують таблетований порошкоподібний компаунди полімер.ие, який при нагр. форми розплавляється і заповнює її, а також захищають вироби обволікання тиксотропними компаундами. Просочення виконують найчастіше зануренням у низьков'язких компаунди полімер.ие, поперемінно чергуючи вакуумування та надлишковий тиск. Тверднуть компаунди полімер.ие в результаті охолодження або від-ження. наиб. широке поширення одержали компаунди полімер.ие на основі епоксидних смол. Для затвердіння таких компаунди полімер.ие при кімнатній температурі в якості затверджувача найчастіше використовують поліетиленполіамін або гексаметилендіамін. для гарячого затвердіння - ангідриди дикарбонових кислот; пластіфікатор.мі служать, наприклад, дибутилфталат. трікрезілфосфат, модифікаторами - поліефіри, поліаміди. каучуки і т. п. Для зниження усадки і температурного коеф. лінійного розширення, підвищення теплостійкості та теплопровідності до складу епоксидних і ін компаунди полімер.ие вводять дисперсні наповнювачі, наприклад мелений кварц, каолін, доломіт, Аl2О3, Аl (ОН) 3, техн. вуглець (сажу), графіт. Епоксидні компаунди полімер.ие холодного затвердіння можна експлуатувати при температурах до 120 ° С, отверждаемие при нагр .- при температурах до 140 ° С (короткочасно - до 200 ° С). Найчастіше компаунди полімер.ие готують безпосередньо перед вживанням, ретельно змішуючи вихідні компоненти і вакууміруя отриману суміш. компаунди полімер.ие гарячого затвердіння м. б. приготовлені завчасно і навіть можуть поставлятися замовнику у готовому вигляді. При просочуванні зануренням перевагу зазвичай віддають низьков'язких поліефірним компаунди полімер.ие, наприклад на основі ненасичених поліефірних смол, хоча їх фіз.-мех. і електричні. характеристики декілька нижче, ніж епоксидних. Поліуретанові компаунди полімер.ие (суміш диизоцианатом з полиола та поліефірів, що містять групи ОН) відрізняються високою еластичністю і морозостійкістю (-80 ° С), але малостійкі до хутро. навантажень і нагріванню вище 100 ° С. Для термо-(200-250 ° С) і вологостійкої ізоляції використовують кремнійорг. компаунди полімер.ие (напр., на основі рідких кремнійорг. каучуків). Зберегли деяке застосування бітумні компаунди полімер.ие, які перед вживанням нагрівають, переводячи в рідкий стан

59. Види волокнистих діелектричних матеріалів та технологія їх переробки.

Волокнисті діелектрики складаються з природних, штучних (синтетичних) волокон, які зазвичай опрацьовано просочувальними лаками і складами, що підвищує нагревостойкость і знижує гігроскопічність волокнистих діелектриків. До волокнистим діелектриків відносять папір, картон, фібру, тканини і стрічки.

60. Властивості шарових склопластиків, технологія обробки.

Опис склопластиків

Склопластик - композиційний матеріал, що складається з скляного наповнювача і синтетичного полімерного пов'язує. Наповнювачем служать в основному скляні волокна у вигляді ниток, джгутів (роввінгов), тканин, матів, рубаних волокон; сполучною - поліефірні, феноло-формальдегідні, епоксидні, кремнійорганічні смоли, полиимид, аліфатичні поліаміди, полікарбонати та ін Для склопластику характерно поєднання високих міцнісних , діелектричних властивостей, порівняно низької щільності та теплопровідності, високою атмосферо-, водо-і хімстойкостью. Механічні властивості склопластику визначаються переважно характеристиками наповнювача і міцністю зв'язку його зі сполучною, а температури переробки й експлуатації - сполучною. Найбільшою міцністю і жорсткістю володіють склопластики, що містять орієнтовано розташовані безперервні волокна. Такі склопластики поділяються на односпрямовані і перехресні; у перших волокна розташовані взаємно паралельно, у других - під заданим кутом один до одного, постійним або змінним по виробу. Змінюючи орієнтацію волокон, можна в широких межах регулювати механічні властивості склопластиків.

Більшої изотропией механічних властивостей володіють склопластики з неорієнтованим розташуванням волокон: матеріали на основі рубаних волокон, нанесених на форму методом напилення одночасно зі сполучною, і на основі полотен (матів). Діелектрична проникність склопластиків 4-14, тангенс кута діелектричних втрат 0,01-0,05.

Вироби з склопластику з орієнтованим розташуванням волокон виготовляють методами намотування, пошарової викладення або протягання з подальшим автоклавним, вакуумним або контактним формуванням або пресуванням, з прес-матеріалів - пресуванням і литтям.

Приклади виробів зі склопластику

Склопластик застосовують як конструкційний і теплозахисний матеріал при виробництві корпусів човнів, катерів, суден і ракетних двигунів, кузовів автомобілів, цистерн, рефрижераторів, радіопрозорих обтічників, лопатей вертольотів, вихлопних труб, деталей машин і приладів, корозійностійкого обладнання і трубопроводів, невеликих будинків, басейнів для плавання та інші, а також як електроізоляційний матеріал в електро-і радіотехніці.

Властивості склопластиків

Склопластик володіє багатьма дуже цінними властивостями, що дають йому право називатися одним із матеріалів майбутнього. Нижче перераховані деякі з них.

Мала вага. Питома вага склопластиків коливається від 0,4 до 1,8 і в середньому становить 1,1 г/см3. Нагадаємо, що питома вага металів значно вище, наприклад, сталі - 7,8, а для міді - 8,9 г/см3. Навіть питома вага одного з найбільш легкого сплаву, застосовуваного в техніці, - дуралюмина становить 2,8 г/см3. Таким чином, питома вага склопластику в середньому в п'ять-шість разів менше, ніж у чорних і кольорових металів, і в два рази менше, ніж у дуралюмина. Це робить склопластик особливо зручним для застосування на транспорті. Економія у вазі на транспорті переходить в економію енергії; крім того, за рахунок зменшення ваги транспортних конструкцій (літаків, автомобілів, суден тощо) можна підвищити їх корисне навантаження і за рахунок економії палива збільшити радіус дії.

Діелектричні властивості. Склопластики є прекрасними електроізоляційними матеріалами при використанні як змінного, так і постійного струму.

Висока корозійна стійкість. Склопластики як діелектрики абсолютно не піддаються електрохімічної корозії. Існує цілий ряд смол (деякі поліефірні смоли, смоли Norpol DION), що дозволяють отримати склопластики стійкі до різних агресивних середовищ, в тому числі і до впливу концентрованих кислот і лугів.

Гарний зовнішній вигляд. Склопластики при виготовленні добре забарвлюються в будь-який колір і при використанні стійких барвників можуть зберігати його необмежено довго. Прозорість. На основі деяких марок світлопрозорих смол можна виготовити склопластики, по оптичних властивостях трохи поступається склу.

Високі механічні властивості. При своєму невеликому питомій вазі склопластик володіє високими фізико-механічними характеристиками. Використовуючи деякі смоли, наприклад Norpol Dion, і певні види армуючих матеріалів, можна отримати склопластик, за своїми характеристиками міцності властивостями перевершує деякі сплави кольорових металів і сталі.

Теплоізоляційні властивості. Склопластик відноситься до матеріалів з низькою теплопровідністю. Крім того, можна значно підвищити теплоізоляційні властивості шляхом виготовлення склопластикової конструкції типу "сендвіч", використовуючи між шарами склопластику пористі матеріали, наприклад пінопласт. Завдяки своїй низькій теплопровідності, склопластикові сендвічеве конструкції з успіхом застосовуються в якості теплоізоляційних матеріалів у промисловому будівництві, в суднобудуванні, у вагонобудуванні і т.д.

Простота у виготовленні. Існує багато способів виготовлення склопластикових виробів, більшість з яких потребує мінімальних вкладень в устаткування. Наприклад, для ручного формування потрібні тільки матриця і невеликий набір ручних інструментів (прікаточние валики, кисті, мірні судини і т.д.). Матриця може бути виготовлена практично з будь-якого матеріалу, починаючи з дерева і закінчуючи металом. У теперішній час широке розповсюдження отримали склопластикові матриці, які мають порівняно невелику вартість і тривалий термін служби.

Виробництво склопластиків

Склопластик отримують шляхом гарячого пресування скловолокна, перемішаного з синтетичними смолами. У стеклопластиках скловолокно грає роль армуючого матеріалу, що додає виробам високу механічну міцність при малій щільності.

В даний час існує цілий ряд різних смол, використовуваних у виробництві склопластикових виробів. Найбільшого поширення набули поліефірні, вінілові та епоксидні смоли. Залежно від методу формування, хімскладу і області застосування всі смоли можна розділити на наступні групи:

а) за методом формування:

для ручного формування

для вакуумного інжекції

для гарячого пресування

для процесів намотування

для пултрузії

б) по області застосування:

звичайні конструкційні

хімстійки

вогнестійкі

теплостійкі

світлопрозорі

Основні методи виготовлення склопластикових виробів

1. Ручне (контактна) формування

2. Метод напилення рубаного роввінга

3. Метод RTM

4. Метод пултрузії

5. Метод намотування

6. Метод RFI (Resin Film Infusion)

7. Метод препрегів

61. Властивості керамічних матеріалів, технологія обробки.

1. Властивості і примінення керамічних матеріалів. Керамічні матеріали використовують у всіх галузях народного господарства. Вони мають високу механічну міцність, хімічну стійкість, високу ізносостійкість і вогнетривкість. З кераічних матеріалів, які використовують в ортопедичній стоматології приміняється: фарфор і сітали. З них виготовляють штучні зуби, вкладки, штучні коронки і покриття для металевих конструкцій зубних протезів (метарокераміка). Ці керамічні матеріали для стоматологів випускає завод "Полімер" в Санкт-Петербурзі.

При випалюванні сирцю відбуваються складні фізико-хімічні процеси, зокрема при температурі 1000-1250 ° С відбувається інтенсивне утворення муллита (по реакції перекристалізації силіманіту в муліт).

Чим більше утворюється муллита, тим вище стійкість вироби до високих температур. При подальшому нагріванні вільний кремнезем з аморфного стану переходить у кристалічний з утворенням кристобалита, так, наприклад, освіта, шпінель MgAl204, супроводжується усадкою, а при температурі 1300 ° С і вище шпінель зовсім розчиняється в розплаві.

При досягненні кожною системою температури плавлення утворюється розплав, що містить не повністю розчинилися тугоплавкі мінерали. У системі А1203-Si02 найбільш низкоплавкие точкою (1595 ° С) служить евтектика між кристобалита і муллітом (при утриманні за масою 94% Si02). При інших співвідношеннях цих оксидів у з'єднаннях температура плавлення від евтектичної швидко підвищується, наприклад у муллита (28% Si02 за масою) вона дорівнює 1850 ° С. Між температурами 1595-1850 ° С у рідкому розплаві міститься твердий муліт. Введення в формувальну суміш плавнів істотно знижує точку плавлення цієї системи. Керамічний розплав складається з великої кількості простих і складних хімічних сполук.

При охолодженні керамічних розплавів утворюються в першу чергу кристали А1203 і Si02 відповідно у вигляді корунду і альфа-кристобалита, при більш низьких температурах йде процес мулітизації, а при температурі 1595 ° С утворюється тверда евтектика між кристобалита і муллітом. Однак при прийнятому режимі охолодження повної кристалізації системи не відбувається і велика чи менша частина розплаву з випали в ньому кристалами стає переохолодженої рідиною, тобто склом. Подальше охолодження супроводжується переходом альфа-кристобалита в (3-кристобаліт, а потім в бета-кварц і альфа-кварц.

Отверділий розплав представляє собою мікроконгломерат, в якому кристали муллита, кремнезему різних модифікацій та інших кристалізуються при охолодженні сполук (в основному алюмосилікатів) зцементувати аморфною масою отверділого розплаву. Якщо при підготовці формувальної суміші вводити вогнетривкі наповнювачі, то зазначений мікроконгломерат обволікає зерна заповнювача і заповнює міжзернові порожнечі. Таким чином, після охолодження утворюється ІБК, в якому є контактні шари на кордоні в'яжучого речовини з заповнювачiв. Чим більшою Здатність має сировину і більше в ньому пороутворюючих і вигоряючими добавок, тим більше пористість і відповідно менша середня щільність отриманого ІБК. При виробництві будівельної кераміки випал ведеться зазвичай до температури спікання, при якій розплав частково або повністю заповнює пори і капіляри сирцю, тобто виконує функцію в'яжучого речовини - високотемпературного цементу. Вогнева усадка глин складає 2-8% (в порівнянні з висушеним виробом).

Максимальна температура випалу виробів з легкоплавких глин складає 1100 - 1300 ° С (цегла і камені для стін облицювальні плитки), з тугоплавких глин - 1100-1300 ° С (плитки для підлоги, клініерний цегла), з вогнетривких глин - 1300 - 1800 ° С (вогнетривка кераміка).

Дослідження П. І. Боженова, Б. А. Григор 'єва та інших учених показали, що в умовах вакууму тривалість випалення скорочується в кілька разів і проводиться при більш низьких температурах (100 - 150 ° С) в порівнянні з випалом на повітрі, при цьому ПОЗОВ (цегла, фаянсові плити та ін) мають підвищені показники міцності і морозостійкості. Якщо освіта муллита відбувалося при меншій тривалості ізотермічної витримки, то це знижувало енерговитрати (до 5%). При випалюванні в вакуумі електротехнічного фарфору утворюється ізотропна плівка (товщиною 0,5-1,0 мкм) на зернах кварцу, Кристалічної фазою є муліт та інші новоутворення, а також Si02 в різних його аллотропических станах і деякі оксиди, які не набрали хімічні реакції. Склоподібна фаза складається з легкоплавких компонентів, які не встигли викристалізуватися з розплаву при охолодженні.

Якщо мікроструктуру кераміки розглядати на атомно-молекулярному рівні, то її можна охарактеризувати як комбінацію атомів металу з неметалевими атомами, частіше за все з киснем. Як зазначає Д. Гальман, відносно великі атоми кисню утворюють матрицю, в якій розміщуються маленькі атоми металів (Al, Mg, Si та ін.) У кристалах кераміки превалюють іонні і в меншій мірі - ковалентні зв'язки, за рахунок яких керамічні матеріали мають високу міцність, довговічність, хімічної стійкістю.

Мікро-і макроструктура кераміки мають дефекти в кристалах, на кордонах контакту між кристалами і пори, тому її міцність набагато менше міцності ідеальних кристалів. Проте в цілому кераміка володіє комплексом високих показників властивостей, які залежать від пористості, співвідношення склоподібної, кристалічної фаз та інших особливо при оптимальній структурі.

Середня щільність керамічних матеріалів знаходиться у межах 200-2300 кг/м3; межа міцності при стисненні - 0,05-100 МПа; водопоглинання по масі - 0 - 70%; встановлені марки за морозостійкістю - 15, 25, 35, 50, 75, 100; теплопровідність становить 0,07 - 1,16 Вт / м • К.

62. Сегнетоелектрики. Технологія забезпечення основних властивостей.

Сегнетоелектрики (названі за першим матеріалу, де був відкритий сегнетоелектричних ефект - сегнетова сіль) - тверді діелектрики (деякі іонні кристали і п'єзоелектрики), що володіють в певному інтервалі температур власних електричних дипольним моментом, який може бути переорієнтований за рахунок додатку зовнішнього електричного поля. Наявність явища гістерезису щодо електричного дипольному моменту дало другу назву даних речовин - ферроелектрікі (за аналогією з феромагнетиками).

Типовий представник сегнетоелектриків - сегнетова сіль, подвійна сіль винної кислоти KNaC4H4O6 · 4Н2О; саме її назву лежить в основі терміна «сегнетоелектрик». Більш простими сегнетоелектриками є деякі перовскіти, наприклад, титанат барію BaTiO3 і титанат свинцю PbTiO3.

Поляризація

Температура, при якій зникає спонтанна поляризація (тобто власний дипольний момент) і відбувається перебудова кристалічної структури, носить назву температури (точки) Кюрі (ще одна аналогія з феромагнетиками). Перехід через точку Кюрі означає фазовий перехід, а відповідні фази позначаються як полярна (сегнетоелектрик) і неполярний (параелектрік [1] - нелінійний діелектрик, що не володіє спонтанною поляризацією, відносна діелектрична проникність якого зменшується зі зростанням температури).

Спонтанна поляризація в сегнетоелектриках в точці Кюрі міняється або безперервно (перехід другого роду, сегнетова сіль), або стрибком (перехід першого роду, титанат барію). Інші характеристики сегнетоелектриків, такі як відносна діелектрична проникність, можуть досягати в точці Кюрі дуже великих значень (104 і вище).

Механізм придбання дипольного моменту в полярній фазі (фазі сегнетоелектрики) може також відрізнятися: можливий варіант як зі зміщенням іонів (титанат барію; відповідний фазовий перехід називається переходом типу зсуву), так і з впорядкуванням орієнтації вже існуючих в речовині диполів (дигідрофосфат калію, триглицинсульфата) .

[Ред]

Інші фізичні властивості

Багато сегнетоелектрики є сегнетоеластики [2] - речовинами зі спонтанною деформацією кристалічної решітки всередині заданого температурного інтервалу.

Відмінними рисами сегнетоелектриків є також високі значення діелектричної проникності, наявність п'єзоелектричного і піроелектричного ефектів, залежність показника заломлення від величини прикладеного електричного поля. Ці властивості визначають область застосування сегнетоелектриків - у п'єзоелектричних приладах, конденсаторах, електрооптичних системах, різних температурних датчиках.

63. Особливості застосування сегнетоелектриків і електронній біомедичній техніці.

Застосування

У технічному застосуванні сегнетоелектриків намітилося кілька напрямків, найважливішими з яких слід вважати:

1) виготовлення малогабаритних низькочастотних конденсаторів з великою питомою ємністю;

2) використання матеріалів з великою нелінійністю поляризації для діелектричних підсилювачів, модуляторів і інших керованих пристроїв;

3) використання сегнетоелементов в лічильно-обчислювальної техніки як елементів пам'яті;

4) використання кристалів сегнето-і антісегнетоелектріков для модуляції і перетворення лазерного випромінювання;

5) виготовлення п'єзоелектричних і піроелектричних перетворювачів.

1. Використання піроеффекта сегнетоелектриків для реєстрації інфрачервоного і НВЧ-випромінювання. При попаданні променистої енергії на зачернений поверхню сегнетоелектрики змінюється спонтанна поляризація, тобто змінюється величина заряду, що можна легко виміряти. Прилади з ВаТЮз, сегнетовой сіллю, трігліцін-сульфатом дуже чутливі (постояннно часу 10_6 с). Це робить сегнетоелектрики перспективними для швидкозмінних теплових потоків.

2. Застосування сегнетоелектриків як пози-сторі, що мають позитивний температурний коефіцієнт електроопору ар. Чистий BaTi03 при 20 ° С має високий питомий електроопір (ру = 107-М09 Ом-м) і негативний <хр; при введенні

по-ВаТЮз 0,2-0,3% (мол.) іонів падає до значень 10 ~ 3-10 Ом-м. При нагріванні таких речовин поблизу точки Кюрі pv різко зростає (на 2-7 порядків). Це дозволяє використовувати сегне-тоелектріческіе позистора для виготовлення термосопротивлений, обмежувачів струму, теплових реле, термо-компеисаторов, стабілізаторів напруги і ін

3. Використання сегнетоелектриків (наприклад, КДР - калію дигідрофосфату КН2Р04) і антісегнето-в електрооптичних пристроях для керування інтенсивністю світлового пучка за допомогою електричного поля, зокрема для високочастотної модуляції світла. Це має велике значення для приладів сучасної квантової електроніки.

4. Застосування сегнетоелектриків і антісегнетоелек-триків в лазерній техніці як нелінійних оптичних матеріалів.

5. Розробка сегнетоелектричних перетворювачів теплової енергії в електричну (високої напруги), що базуються на зміні діелектричної проникності сегнетоелектриків при нагріванні (матеріали на основі модифікованого ВаТЮ3).

64. Властивості та технологія обробки п¢єзоелектриків.

П'єзоелектри́чні матеріа́ли (п'єзоелектрики) - це речовини що змінюють свої розміри при подачі до них електричного поля, і навпаки при стисненні яких на певних точках їхніх поверхонь виникає електричне поле. Широко використовуються в сучасній техніці: давачі тиску, п'єзоелектричні детонатори, джерела звуку величезної потужності, мініатюрні генератори високої напруги, конденсатори і ін. Найчастіше сучасна людина зустрічається з ними наприклад в запальничках.

[ред.]

Типи речовин, в яких виникає п'єзоелектричний ефект

Найпоширенішим п'єзолектриком є кварц. П'єзолектриками можуть бути лише кристалічні речовини, причому лише певних кристалічних класів, які характеризуються відсутністю центра інверсії. Ця обставина викликана тим, що в п'єзоелектриках обов'язково повинні бути виділені напрямки, вздовж яких направлений вектор поляризації при деформації. Загалом такій вимозі задовільняють 20 із 32 можливих кристалічних класів.

П'єзолелектриками можуть бути лише йонні кристали, атоми яких мають визначені додатні й від'ємні заряди. Електричний дипольний момент виникає в таких кристалах при зміщенні (при деформації) атомів із своїх рівноважних положень.

[ред.]

Приклади п'єзолектриків

Крім кварцу до п'єзолектриків належать також турмалін, цинкова обманка, хлорид натрію, сегнетова сіль, титанат барію і багато інших речовин.

65. Властивості та технологія обробки електртів.

Електрети - речовини, які здатні впродовж тривалого часу втримувати наведену поляризацію.

Електрети - аморфні речовини, до складу яких входять полярні молекули, наприклад, суміш воску й смоли. Якщо розплавити таку суміш і помістити її в дуже сильне електричне поле, а потім дати затверднути в такому стані, поляризація зберігатиметься протягом днів. Проте з часом повільні процеси релаксації призведуть до хаотизації орієнтації полярних молекул, і електричний момент поволі зникне.

Електрети використовуються в деяких мікрофонах, фільтрах повітря, детекторах іонізуючого випромінювання.

Електрети - діелектрик, тривалий час зберігає поляризоване стан після зняття зовнішнього впливу, що призвело до поляризації (або заряджених) цього діелектрика, і створює в навколишньому просторі квазіпостійне електричне поле.

Велика кількість використовуваних матеріалів, методів зовнішнього впливу, технологічних прийомів для створення поляризованого стану в діелектриках обумовлюють різноманіття прояви електретного ефекту в них.

Сучасні уявлення про електретний ефекті засновані на двох типах зарядів в діелектриках - гетеро-та гомозаряде. Гетерозаряд обумовлений електричною поляризацією в обсязі діелектриків внаслідок орієнтації диполів, іонної (або електронною) поляризації, а також зсувом просторового заряду. У цьому випадку негативний заряд Електрети зосереджується біля анода, позитивний у катода, і виникає електричне поле протилежно по напрямку полю поляризації.

Гомозаряд обумовлений інжекцією з електродів в діелектрик носіїв зарядів і локалізацією їх на центрах захоплення або рекомбінації електронів і дірок (енергетичних пастках) різної природи. У цьому випадку у катода розташовується пов'язаний негативний, а в анода - пов'язаний позитивний заряд, і результуючий утворюється поле має той же напрям, що і поляризується. Вищезазначені пастками є енергетичні рівні захоплення інжектованих носіїв заряду в забороненій зоні діелектрика або напівпровідника.

Існує кілька способів виготовлення Електрети. Більшість з них грунтується на тому, що діелектрик поміщають в електричне поле і піддають додатковому фізичному впливу, яке зменшує час релаксації диполів або прискорює процес міграції заряджених частинок. Залежно від виду фізичного впливу розрізняють термо-, електро-, фото-, магніто-, радіоелектрети та ін електретний стан може виникати і без додатка до діелектрика зовнішнього електричного поля, наприклад, від механічної деформації (механоелектрети), при заряжении діелектрика в полі коронного розряду (короноелектрети), при нагріванні полімерів в контакті з електродами з різнорідних металів (металлополімерниє Електрети), при електризації тертям (трібоелектрети), під впливом плазми тліючого розряду. Електретний ефект властивий сегнетоелектриками (сегнетоелектрети), тканин живого організму (біоелектрети). При фіксуванні орієнтованих в електричному полі диполів і зміщених іонів хімічним шляхом, наприклад, вулканізацією, отримують хемоелектрети.

Найважливішою характеристикою Електрети, обумовленою експериментально, є ефективна поверхнева щільність зарядів (σеф, Кл/м2), що дорівнює різниці між гомо-і гетерозаряд. Іншим параметром, що характеризує властивості Електрети, є час релаксації зарядів τр (час зменшення заряду в e разів). Часом життя Електрети τж називається проміжок часу, протягом якого матеріал зберігає електретні характеристики. У різних полімерів τж становить 3 - 10 років).

[Ред]

Застосування

Існує кілька традиційних областей застосування Електрети. Вони застосовуються в якості елементів:

перетворювачів механічних, теплових, акустичних (мікрофонах), оптичних, радіаційних та ін сигналів в електричні (в імпульси струму),

запам'ятовуючих пристроїв,

електродвигунів,

генераторів;

фільтрів і мембран;

протикорозійних конструкцій;

вузлів тертя;

систем герметизації;

медичних аплікаторів, антітромбогенних імплантантів

66. Вплив зовнішніх факторів на технологічні особливості та забезпечення надійності процесу виготовлення РЕА.

67. Вплив температури на роботу елементів ЕМА. Технологічні методи забезпечення стійкості ЕМА до впливу перепадів температур.

68. Вплив вологості на роботу ЕМА. Технологічні методи захисту елементів ЕМА від вологи.

69. Вплив піску, пилу та біофакторів на роботу ЕМА. Технологічні методи захисту елементів ЕМА від цих факторів.

70. Види механічного впливу на ЕМА. Технологічні методи забезпечення стійкості ЕМА до механічних впливів.

71. Конструкторсько-технологічні методи захисту РЕМА від дії електричних полів. Матеріали та технологія забезпечення необхідних властивостей.

72. Основи процесу різання металів. Зв¢язок окремих факторів процесу з точністю і якістю оброблюваної поверхні.

73. Загальні способи електрофізичної обробки деталей. Обладнання, інструмент, режими обробки в залежності від потрібної точності.

74. Основи процесу гальванічних та лакофарбових покрить матеріалів.

75. Технологічні методи виготовлення магнітопроводів. Схеми процесів та особливості технологічних операцій.