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

Электроизоляционные стёкла

Суббота, 07 Июль 2012

Наибольшее распространение получили электроизоляционные силикатные стекла (т. е. на основе SiO2) благодаря высокой химической устойчивости, а также дешевизне и доступности сырьевых компонентов. Для придания определенных физических свойств, а также из технологических соображений в состав силикатных стекол вводят окислы различных металлов (наиболее часто — щелочных и щелочно-земельных).

Сырьем для изготовления электроизоляционных стекол служат следующие материалы: кварцевый песок SiO2, сода Na2СО3. поташ К2СО3, известняк СаСО3, доломит СаСО3•МgСО3, сульфат натрия Na2SO4, бура Na2В4О7, борная кислота Н3ВО3, сурик РЬ3О4, полевой шпат Аl2О3•6SiO2•К2O и др.

Сырьевые материалы измельчают, отвешивают в нужных соотношениях и тщательно перемешивают; полученную при этом шихту загружают в стекловарочную печь. В крупном производстве применяют ванные печи, а для получения небольшого количества, стекла с точно выдержанным составом — горшковые печи. При нагреве шихта плавится, летучие составные части (Н2О, СО2, SO3) из нее удаляются, а оставшиеся окислы химически реагируют между собой, в результате чего образуется однородная стекломасса, которая и идет на выработку листового стекла или стеклянных изделий.

Формовку изделий из стекла осуществляют путем выдувания, центробежного литья, вытяжки, прессования, отливки и т. п. Необходимо отметить, что стеклообразное состояние материала получается лишь при быстром охлаждении стекломассы. В случае медленного охлаждения начинается частичная кристаллизация, стекло теряет прозрачность и механическую прочность.

Изготовленные стеклянные изделия подвергают отжигу, чтобы устранить опасные местные механические напряжения, возникшие при быстром и неравномерном остывании стекла. При отжиге изделие нагревают до высокой температуры, а затем медленно охлаждают.

Зависимость свойств стекол от их химического состава

Силикатные стекла по составу, а в связи с этим и по электрическим! свойствам (тангенсу угла диэлектрических потерь и удельной проводимости) можно подразделить на три группы электроизоляционных материалов.

1. Бесщелочные стекла (отсутствуют окислы натрия и калия). В эту группу входит чисто кварцевое стекло (плавленый .кварц). Стекла данной группы обладают высокой нагревостойкостью, высокими электрическими свойствами, но из них трудно изготавливать изделия, особенно сложной конфигурации.

2. Щелочные стекла без тяжелых окислов или с незначительным их содержанием. В эту группу входит большинство обычных стекол. Они отличаются пониженной нагревостойкостью, легко обрабатываются при нагреве (технологичны), но имеют пониженные электрические свойства.

3. Щелочные стекла с высоким содержанием тяжелых окислов (например, силикатно-свинцовые и бариевые). Эти стекла, обладая удовлетворительной обрабатываемостью, имеют, повышенные электрические свойства, приближающиеся при нормальной температуре к электрическим свойствам стекол первой группы.

Кварцевое стекло получают из чистой двуокиси кремния при температурах выше 1700°С. Такая стекломасса обладает очень узким интервалом размягчения и даже при температурах выше 1700°С характеризуется высокой вязкостью. Поэтому из нее удается получить изделия только простейшей конфигурации.

Кварцевое стекло обладает рядом замечательных свойств. Оно имеет наименьшее значение температурного коэффициента линейного расширения из всех известных веществ вообще. Высокая механическая прочность в сочетании с малым температурным коэффициентом линейного расширения обусловливают высокую стойкость кварцевого стекла к тепловым импульсам. Надгретое докрасна кварцевое стекло можно моментально погружать в холодную воду, не вызывая его разрушения. Благодаря высокой нагревостойкости и химической инертности к действию большинства реактивов кварцевое стекло получило широкое применение в технологии производства чистых веществ в качестве конструкционного материала реакторы, ампулы, лодочки, тигли и т. п.).

Кварцевое спекло отличается высокой прозрачностью для излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области спектра вплоть до длины волны порядка 4 мкм. Поэтому оно является ценным оптическим материалом; из него изготавливают линзы, призмы, оптические окна, баллоны ламп ультрафиолетового излучения и др. По электрическим свойствам кварцевое стекло относится к хорошим высокочастотным диэлектрикам (? =3,8; р > 1016 Ом-м; tg? = 0,0002 на частоте 106 Гц).

Кратковременная электрическая прочность стёкол при электрическом пробое очень велика и в некоторых случаях может достигать 500 МВ/м. Пробой стёкол имеет тепловой характер.

Классификация стекол по техническому назначению

Электровакуумные стекла. Определяющим параметром стекол для изготовления из них баллонов электровакуумных приборов является температурный коэффициент линейного расширения. Он имеет очень важное значение при впайке металлической проволоки или ленты в стекло. По этому признаку электровакуумные стекла подразделяют на «платиновые», «молибденовые» и «вольфрамовые». Названия определяются не составом стекла, а только тем, что значения ?, этих стекол близки к ? платины, молибдена, вольфрама.

Для высокочастотных приборов используют стекла с низкими диэлектрическими потерями.

Изоляторные стекла. Стекла легко металлизируются и используются в качестве герметизированных вводов в металлические корпусы различных приборов (конденсаторов, диодов, транзисторов) в виде стеклянной бусы, изолирующая металлические выводы прибора от фланца корпуса.

Цветные стекла. Обычные силикатные стекла прозрачны для излучения в видимой части спектра. Некоторые добавки придают стеклам соответствующую окраску: СаО - синюю, Сr2О3 - зеленую, МпО2 - фиолетовую и коричневую, UO3 - желтую и т. д., что используется при изготовлении цветных стекол, светофильтров, эмалей и глазурей.

Лазерные стёкла. Стекло может быть использовано в качестве рабочего тела в твердотельных лазерах. Генерирующими центрами являются активные ионы, равномерно распределенные в диэлектрической прозрачной «матрице. В практике наиболее часто применяют баритовый крон (ВаО•K2O•SiO2), активированный ионами неодима Nd3+.

Стекловолокно. Из расплавленной стекломассы методом вытяжки через фильеру с последующей быстрой намоткой на вращающийся барабан можно получать тонкие волокна, обладающие хорошей гибкостью и повышенной механической прочностью.

Весьма тонкие стеклянные волокна (диаметром 4—7 мкм) имеют настолько высокую гибкость, что могут обрабатываться способами текстильной технологии. Из стеклянных нитей, скрученных из отдельных волокон, ткут стеклянные ткани, ленты и шланги. Преимуществами стеклянной волокнистой изоляции перед изоляцией из органических, волокон являются высокая нагревостойкость, значительная механическая прочность, относительно малая гигроскопичность и хорошие электроизоляционные свойства. Для производства стекловолокна используют щелочные алюмосиликатные, бесщелочные алюмоборосиликатные стекла.

Световоды. Тонкие стеклянные волокна используют для передачи света между источником и приемником излучения. Отдельные волокна могут быть соединены в световые кабели (жгуты) с внутренними межволоконными светоизолирующими покрытиями. Совокупность методов и средств передачи световой информации с помощью тончайших волокон получила название волоконной оптики, которая является важной составной частью оптоэлектроники.

Волоконные устройства имеют ряд преимуществ перед линзовыми. Они отличаются компактностью и надежностью. С их помощью можно осуществить поэлементную передачу изображения с достаточно высокой разрешающей способностью, причем передача изображения возможна по искривленному пути. Существенным моментом является скрытность передачи информации и высокая помехозащищенность оптического канала связи, в котором сами волокна играют роль световодов, т. е. служат направляющими системами — канализируют свет от источника к приёмнику информации. Направляющее действие волокон достигается за счёт эффекта многократного полного внутреннего отражения (рис. 7.10). С помощью волоконных жгутов легко осуществить преобразование оптического изображения, его кодирование и дешифровку. Световые, кабели из волокон с коническим сечением могут усиливать освещенность объектов за счет концентрации светового потока, уменьшать или увеличивать изображение.

Специальные технологические приемы (осаждение пленок на подложку, ионное легирование, ионный обмен) позволяют изготовить плоские световоды для оптических интегральных схем.

Ситаллы — это стеклокристаллические материалы, получаемые путём почти полной стимулированной кристаллизации стекол специально подобранного состава. Они занимают промежуточное положение между обычными свеклами и керамикой. Ситаллы отличаются от стекол тем, что в основном имеют кристаллическое строение, а от керамики — значительно меньшим размером кристаллических зерен.

По внешнему виду ситаллы представляют собой плотные материалы белого и от светло-бежевого до коричневого цвета: Они отличаются повышенной механической прочностью, могут иметь как очень маленький, так и большой коэффициент линейного расширения, высокую теплопроводность и удовлетворительные электрические характеристики.

По техническому назначению ситаллы можно подразделить на установочные и конденсаторные. Установочные ситаллы широко используют в качестве подложек гибридных интегральных микросхем и дискретных пассивных элементов (например, тонкопленочные резисторы). Достоинством ситалловых конденсаторов являются повышенная электрическая прочность по сравнению с керамическими.