150550 (Пассивные диэлектрики)

Описание файла

Документ из архива "Пассивные диэлектрики", который расположен в категории "контрольные работы". Всё это находится в предмете "физика" из раздела "Студенческие работы", которые можно найти в файловом архиве Студент. Не смотря на прямую связь этого архива с Студент, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "контрольные работы и аттестации", в предмете "физика" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "150550"

Текст из документа "150550"

ПАССИВНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

1. Газообразные и жидкие диэлектрики

К пассивным относятся электроизоляционные, конструктивные и конденсаторные диэлектрические материалы, органические полимерные диэлектрики, композиционные порошковые пластмассы, слоистые диэлектрики, электроизоляционные лаки и компаунды, неорганические стекла и ситаллы, керамика.

Воздух и газы являются идеальными диэлектриками до процесса их ионизации. Они имеют высокое удельное сопротивление ( 11018 Омм), малую диэлектрическую проницаемость ( 1), малый тангенс диэлектрических потерь (tg 110-6). Недостатком газов является низкая электрическая прочность, которая сильно зависит от давления и химического состава газа. Газы, содержащие галогены (фтор, хлор и др.), для ионизации которых требуется большая энергия, имеют по сравнению с воздухом более высокую электрическую прочность.

Жидкие диэлектрики подразделяются на минеральные (нефтяные) масла, синтетические жидкости, растительные масла. Электрические свойства жидких диэлектриков очень высоки. Примеси и загрязнения (вода, газы, мельчайшие механические частицы) даже в небольших количествах сильно снижают их. Электрическая прочность жидких диэлектриков на высоких частотах ниже, чем на низких.

Основное назначение жидких диэлектриков - это повышение электрической прочности изоляции, вследствие заполнения пор в волокнистой изоляции и промежутков между деталями силовых трансформаторов, отвод тепла от обмоток и сердечников трансформаторов, гашение дуги в выключателях, заливка и пропитка бумажных конденсаторов, пропитка изоляции силовых кабелей и их изоляция.

Нефтяные масла (трансформаторное, конденсаторное, кабельное) сравнительно дешевы и могут производиться в больших количествах, при высокой степени очистки обладают хорошими электроизоляционными свойствами. Трансформаторное масло применяется для заливки силовых трансформаторов. Конденсаторное масло имеет более высокую степень очистки и применяется для пропитки бумажных и пленочных конденсаторов. При пропитки бумаги повышается диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность, уменьшаются габариты, масса и стоимость конденсатора. Кабельные масла используют для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей. Это повышает электрическую прочность изоляции и улучшает отвод тепла. Синтетические жидкие диэлектрики превосходят нефтяные масла по своим свойствам. Они имеют более высокие значения Епр и . Применяются для пропитки конденсаторов (совтол) и заливки трансформаторов (совтол).

Кремнеорганические жидкости обладают малыми потерями (tg < 310-4), низкой гигроскопичностью и высокой нагревостойкостью (до 250 C). Применяются для пропитки пористой изоляции и защиты слюдяных и керамических материалов. Фторорганические жидкости негорючи и взрывобезопасны, имеют малые диэлектрические потери (tg 510-4) и гигроскопичность, высокую нагревостойкость. Обладают высокой дугостойкостью и лучшим теплоотводом, чем нефтяные масла и кремнеорганические жидкости.

2. Органические полимерные диэлектрики

Полимеры - это высокомолекулярные соединения, которые получают в результате объединения друг с другом молекул более простых по своему составу веществ - мономеров. Реакцию образования полимера из мономера называют полимеризацией. При полимеризации увеличивается молекулярная масса, возрастает температура плавления и кипения, повышается вязкость.

Полимеры подразделяют на линейные и пространственные. Молекулы линейных полимеров имеют вид цепочек или нитей, так что отношение длины к ее поперечным размерам очень велико (около 1000). Молекулы пространственных полимеров развиты в различных направлениях более равномерно и образуют общую сетку.

Линейные полимеры сравнительно гибки и пластичны; многие из них при повышении температуры размягчаются, становятся пластичными, а затем расплавляются. После охлаждения их свойства восстанавливаются, они способны растворяться в соответствующих растворителях и при новом повышении температуры размягчаются, то есть линейные полимеры являются термопластичными материалами, сохраняющими линейное строение молекул и при нагреве.

Пространственные полимеры обладают большой жесткостью, многие из них при повышении температуры химически разрушаются (сгорают, обугливаются и т.п.) еще до достижения температуры плавления. При нагреве у этих материалов происходит необратимое изменение свойств, они запекаются (отверждаются), приобретают пространственное строение. Смолы, которые невозможно вернуть в эластичное состояние повторным нагревом, называются термореактивными. По применению полимерные материалы подразделяют на высокочастотные и низкочастотные.

Высокочастотные полимеры представляют собой неполярные высокомолекулярные соединения, которые характеризуются электронной поляризацией, малой величиной диэлектрической проницаемости ( = 2.2 2.5) и тангенса угла диэлектрических потерь (tg = (25)10-4), высоким удельным сопротивлением ( = 10181020 Омм), высокой электрической прочностью (Епр = 4060 кВ/мм). Вследствие высокой электрической симметрии молекул электрические свойства этих полимеров практически не зависят от температуры и частоты. К высокочастотным полимерам относятся: полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, политетрафторэтилен (фторо-пласт-4), полистирол. Высокочастотные пластмассы, как правило, состоят из чистых смол, так как наполнители ухудшают их диэлектрические свойства. Они применяются для изготовления изоляции высокочастотных кабелей, изоляции обмоточных и монтажных проводов, каркасов катушек индуктивности, в качестве конструкционных материалов. Из полистирола изготавливается пленка для конденсаторов, называемая стирофлексом. Особенностью фторопласта-4 является высокая для органических веществ нагревостойкость (до 250C). Высокая энергия связи атомов фтора и углерода, симметричная структура молекул, склонность к кристаллизации обуславливает ценные химические и физические свойства фторопласта. По химической стойкости он превосходит золото и платину, негорюч, практически негигроскопичен, не смачивается водой и другими жидкостями. Фторопласт-4 является одним из лучших диэлектриков применяемых в радиотехнике на СВЧ.

К низкочастотным относятся полярные полимеры, у которых из-за асимметричного строения молекул сильно выражена дипольно-релаксационная поляризация. Полярные материалы обладают большей величиной диэлектрической проницаемости ( = 2.86) и тангенса угла диэлектрических потерь (tg = 210-3 610-2), меньшей величиной удельного сопротивления ( = 10151018 Омм). К этим материалам относятся поливинилхлорид, полиметилметакрилат (оргстекло), полиэтилентерефталат (лавсан), фторопласт-3, полиамидные смолы. Они используются для изоляции проводов и защитных оболочек кабелей, как конструкционные материалы для электро- и радиотехнических изделий, работающих на низких частотах, в качестве диэлектрика конденсаторов (лавсан) и для их герметизации (полиуретан) и др.

3. Композиционные порошковые пластмассы и слоистые диэлектрики

Композиционные порошковые диэлектрики, предназначенные для изготовления изделий методом горячего прессования или литья под давлением, состоят из связующего вещества (искусственной смолы - пространственного или линейного полимера) и наполнителей (древесной муки, очесов хлопчатника, каолина, кварцевого песка, стекловолокна и т.д.) с добавками красителей и пластификаторов. Наполнитель улучшает электрические и механические свойства изделия. В качестве связующего вещества используют формоальдегидные, эпоксидные, кремнеорганические и другие смолы. Среди композиционных пластмасс наилучшими электрическими свойствами обладают пластмассы на основе анилиноформоальдегидной смолы, наилучшими декоративными аминопласты (пластмассы на основе карбамидных смол), им можно придавать любую яркую окраску, в то время как фенолформоальдегидные пластмассы окрашивают только в коричневый или черный цвет. Кремнеорганические смолы используют для получения нагревостойких (до 300C ) пластмасс.

Из композиционных пластмасс изготавливают корпуса промышленной и бытовой радиоаппаратуры, измерительных приборов, ламповые панельки, электротехническую арматуру и др. Слоистые пластики являются разновидностью композиционных пластмасс, в которых в качестве наполнителя используют листовые слоистые материалы. К слоистым пластикам относятся гетинакс и текстолит.

Гетинакс получают горячей прессовкой бумаги, пропитанной фенолформоальдегидной смолой. Для производства используется прочная и нагревостойкая бумага. Пропитанную бумагу собирают в пакеты и прессуют при температуре 160C. Во время прессования смола сначала размягчается, заполняя поры между листами и волокнами, а затем затвердевает. В результате волокнистая основа связывается в прочный монолитный материал. Слоистое строение гетинакса обусловливает анизотропию свойств. Гетинакс является сильнополярным диэлектриком. Его диэлектрическая проницаемость = 6 7, а тангенс угла диэлектрических потерь tg = 0.04 0.08 (на частоте 106 Гц).

Для изготовления печатных плат радиоаппаратуры используют фольгированный гетинакс. Это гетинакс, облицованный с одной или с двух сторон медной фольгой толщиной 0.035 0.05 мм. Разный температурный коэффициент линейного расширения у гетинакса и фольги вызывает отслаивание фольги при значительных изменениях температуры. Текстолит - пластик, изготавливаемый из пропитанной ткани. Он на много дороже, но имеет лучшие механические свойства. Стеклотекстолиты состоят из бесщелочного стеклянного волокна и фенолформоальдегидной, кремнеорганической или эпоксидной смолы. Они обладают более высокими электроизоляционными свойствами, чем гетинакс или текстолит. Выпускается фольгированный стеклотекстолит на основе эпоксидной смолы. Он обладает большей нагревостойкостью.

4. Электроизоляционные лаки и компаунды

Лаки и компаунды относятся к твердеющим электроизоляционным материалам. Лаки - это коллоидные растворы смол, битумов, высыхающих масел, составляющих основу лака в летучих растворителях. При сушке лака растворитель улетучивается, а лаковая основа переходит в твердое состояние, образуя (в тонком слое) лаковую пленку. По применению электроизоляционные лаки подразделяют на пропиточные, покрывные и клеящие.

Пропиточные лаки служат для пропитки пористой и волокнистой изоляции. Поры заполняются высохшим лаком, имеющим более высокие электрическую прочность и теплопроводность, уменьшается гигроскопичность, улучшаются механические свойства изоляции.

Покрывные лаки, образуя механически прочную, гладкую, влагостойкую пленку на поверхности твердой изоляции повышают напряжение поверхностного разряда и поверхностное сопротивление изоляции.

Клеящие лаки применяют для склеивания твердых электроизоляционных материалов.

По режиму сушки различают лаки горячей сушки (обычно более 100С) и лаки холодной (воздушной) сушки.

Компаундами называют смеси различных изоляционных веществ, не содержащие летучего растворителя. При применении находятся в жидком состоянии. Отвердевают в результате охлаждения или химических реакций взаимодействия с отвердителеми в горячем или холодном состоянии. По назначению различают две основные группы компаундов: пропиточные и заливочные. По свойствам компаунды подразделяют на термореактивные и термопластичные. Термореактивные компаунды обладают более высокой нагревостойкостью. К числу термореактивных компаундов относятся компаунды на основе полиэфирных, кремнийорганических и эпоксидных смол. Наиболее широкое распространение в радиотехнике получили эпоксидные компаунды, которые отличаются высокой механической прочностью, высокой нагревостойкостью, а также хорошими электрическими свойствами. Эти компаунды представляют собой композиции на основе эпоксидных смол и отвердителей (различных химических соединений являющихся катализаторами отвердения).

Компаунды широко применяют для пропитки и заливки отдельных узлов электро- и радиоаппаратуры: трансформаторов, дросселей, конденсаторов. Их используют для герметизации и опресовки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

5. Неорганические стекла и ситаллы

Cтекла - неорганические аморфные твердые вещества, в которых при наличии ближнего порядка отсутствует дальний порядок в расположении частиц.

Стекла получаются при быстром охлаждении расплавленной стекломассы для уменьшения вероятности перехода в кристаллическое состояние. Свойства диэлектриков проявляют лишь оксидные стекла. Основу оксидного стекла составляет стеклообразующий окисел (SiO2, B2O3, GeO2, P2O5). Наибольшее распространение получили силикатные стекла (т.е. на основе SiО2) благодаря химической устойчивости, дешевизне и доступности сырьевых компонентов.

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.

Б е с щ е л о ч н ы е с т е к л а (отсутствуют окислы натрия и калия). Стекла этой группы обладают высокой нагревостойкостью, высокими электрическими свойствами, но из них трудно изготовить изделие. В эту группу входит кварцевое стекло (плавленный кварц). Кварцевое стекло имеет наименьшее значение температурного коэффициента линейного расширения из всех известных веществ вообще. Благодаря высокой нагревостойкости и химической инертности к действию большинства реактивов кварцевое стекло получило широкое применение в технологии производства чистых веществ в качестве конструкционного материала. По электрическим свойствам кварцевое стекло относят к хорошим высокочастотным диэлектрикам ( = 8, 1016 Ом м; tg = 2 10-4 на частоте 106 Гц.).

Щ е л о ч н ы е с т е к л а б е з т я ж е л ы х о к и с л о в или с незначительным их содержанием. Эта группа стекла состоит из двух подгрупп: натриевые; калиевые и калиево-натривые. В эту группу входит большинство обычных стекол. Введение окисла щелочных металлов существенно ухудшает электрические свойства стекол: возрастают диэлектрические потери и увеличивается диэлектрическая проницаемость, что связано с усилением ионно-релаксационной поляризации, одновременно наблюдается уменьшение удельного сопротивления, так как возрастает количество ионов, участвующих в процессе электропроводности.

Свежие статьи
Популярно сейчас