Решение задач электроизоляции
(8552) 38-10-89 | Республика Татарстан, г. Набережные Челны, База «TEKON» офис 209

atompark.com Email маркетинг
от сервиса ePochta  www.epochta.ru/email

Электроизоляционная керамика

Суббота, 07 Июль 2012

Керамическим электроизоляционным материалам - диэлектрикам присущи многие положительные свойства: высокая нагревостойкость, отсутствие у большинства материалов гигроскопичности, хорошие электрические характеристики при достаточной механической прочности, стабильность характеристик и надежность, стойкость к воздействию излучения высокой энергии, развитию плесени и поражению насекомыми.

Сырье для производства основных керамических изделий доступно и дёшево. Преимуществом керамики является возможность получения заранее заданных характеристик путем изменения состава массы и технологии обжига.

Керамический материал состоит из двух фаз - кристаллической и стекловидной. Кристаллическую фазу образуют различные химические соединения или твердые растворы этих соединений. Основные свойства керамики — диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, температурный коэффициент линейного расширения, механическая прочность — во многом зависят от особенностей кристаллической фазы.

Стекловидная фаза представляет собой прослойки стекла, связывающие» кристаллическую фазу. Технологические свойства керамики— температура спекания, степень пластичности керамической массы при формовании — определяются в основном количеством стекловидной фазы. От её содержания зависят также плотность, степень пористости и гигроскопичность электроизоляционного материала. Некоторые виды радиокерамики вообще не содержат стекловидной фазы.

Наличие газов в закрытых порах приводит к снижению механической и электрической прочности керамических изделий, а также вызывает диэлектрические потери при повышенных напряжённостях поля вследствие их ионизации.

Технологическая, схема керамического производства электроизоляционных материалов включает в себя следующие операции:

  1. Тонкое измельчение и тщательное смешивание исходных компонентов;
  2. Пластификация массы и образование формовочного полуфабриката;
  3. Формование заготовок из пластифицированной массы;
  4. Высокотемпературный обжиг изделий.

В процессе обжига происходит усадка изделий, т. е. уменьшение их размеров, поэтому допуски на размеры керамических изделий, особенно крупногабаритных, сравнительно велики (до 5%).

Классификация и свойства керамических электроизоляционных материалов

Керамические электроизоляционные материалы, относящиеся к диэлектрикам, по техническому назначению можно подразделить на установочные и конденсаторные. Установочную керамику применяют для изготовления разного рода изоляторов и конструкционных деталей; опорных, проходных, подвесных, антенных изоляторов радиоустройств, подложек интегральных микросхем, ламповых панелей, внутриламповых изоляторов; корпусов резисторов, каркасов индуктивных катушек, оснований электрических печей и др. Кроме того, из керамики изготавливая свыше 50% всех конденсаторов.

По электрическим свойствам установочную и конденсаторную керамику подразделяют на низкочастотную и высокочастотную.

Из низкочастотных установочных электроизоляционных материалов наиболее распространен изоляторный фарфор. Сырьем для его изготовления служат специальные сорта глины, кварцевый песок и полевой шпат.

Из-за большого содержания щелочных окислов в стеклофазе материал обладает значительными диэлектрическими потерями на высоких частотах.

Промежуточное положение между высокочастотными и низкочастотными диэлектриками занимает радиофарфор.

Улучшение его электрических свойств по сравнению с изоляторным фарфором достигается путем введения в состав исходной шихты окиси бария, резко снижающей диэлектрические потери и проводимость стекловидной фазы. Удельное сопротивление радиофарфора на два порядка выше чем у изоляторного фарфора.

Дальнейшим усовершенствованием радиофарфора является ультрафарфор, относящийся к группе материалов с высоким содержанием глинозема (более 80%).

Ультрафарфор является высокочастотным диэлектриком, в котором сочетаются низкие диэлектрические потери с высокой механической прочностью и удовлетворительными для промышленного производства технологическими параметрами.

Корундовая керамика с содержанием глинозема 95—99% получила название алюминоксида.

Этот материал отличается низкими диэлектрическими потерями в диапазоне радиочастот и при повышенных температурах, обладает весьма высокой нагревостойкостью (до 1600°С), а также большой механической прочностью и хорошей теплопроводностью. Удельная теплопроводность алюминоксида в 10—20 раз выше, чем изоляторного фарфора. Керамика из алюминоксида используется в качестве вакуумплотных изоляторов в корпусах полупроводниковых приборов и подложек интегральных микросхем.

Разновидностью алюминоксида является поликор, обладающий особо плотной структурой. В отличие от обычной корундовой керамики поликор прозрачен, поэтому его применяют для изготовления колб некоторых специальных источников света.

Керамика брокерит на основе окиси бериллия ВеО обладает наиболее высокой теплопроводностью среди всех неметаллических материалов. К тому же она имеет высокие электрические параметры: р = 1016 Ом-м, tg?< З•10—4 (на частоте 1 МГц). Брокеритовую керамику применяют для подложек интегральных микросхем и в особо мощных приборах СВЧ.

Недостатком этого материала является токсичность порошкообразной ВеО, что требует соблюдения строгих мер техники безопасности на всех этапах технологического цикла изготовления керамических изделий.

Цельзиановую керамику используют для изготовления каркасов высокостабильных индуктивных катушек, изоляторов и высокочастотных конденсаторов большой реактивной мощности.

Характерными особенностями цельзиановой керамики является повышенная по сравнению с другими керамическими материалами электрическая прочность (до 45 МВ/м).и сравнительно небольшая механическая прочность.

Стеатитовую керамику получают на основе природного минерала — талька, который отличается высокой пластичностью. Преимуществами стеатитовой керамики являются ее малая абразивность и незначительная усадка при обжиге (1,0—1,5%). Поэтому из нее можно изготавливать мелкие детали с повышенной точностью в размерах.

Стеатит применяют в качестве высокочастотных проходных изоляторов, опорных плат, изолирующих колец, деталей корпусов полупроводниковых приборов, а также в виде пористой вакуумной керамики для внутриламповых изоляторов.

Конденсаторная керамика может быть с повышенным (?= 10…230) и высоким (? > 900) значениями диэлектрической проницаемости.

В первом случае при частоте 1 МГц tg? не превышает 0,0006, т. е. керамика принадлежит к высокочастотным диэлекрикам, во втором при частоте 1000 Гц tg? = 0,002 - 0,025 и такую керамику относят к низкочастотным диэлектрикам.

Конденсаторную керамику используют соответственно для производства низкочастотных и высокочастотных конденсаторов низкого и высокого, напряжения. Желательно, чтобы все конденсаторные материалы имели возможно меньшее значение ТК?.

Специальными материалами для высокочастотных конденсаторов являются «титанатовые» керамические диэлектрики (тиконды).

Керамика с большим содержанием рутила или титанатов кальция и стронция характеризуется пониженной электрической прочностью (8—12 МВ/м), подвержена электрохимическому старению при длительной выдержке под постоянным напряжением и не обладает температурной стабильностью ?. Лучшей стабильностью отличаются титано-циркониевая, лантановая и станнатная керамика.

Основу низкочастотной конденсаторной керамики составляют титанат бария и твердые растворы с сегнетоэлектрическими свойствами. Благодаря доменной поляризации конденсаторная сегнетокерамика обладает весьма высокой диэлектрической проницаемостью (? = 900 - 8000), которая однако не отличается температурной стабильностью и зависит от частоты и напряженности электрического поля.