Билет №16, 38 (943740), страница 2
Текст из файла (страница 2)
3.материалы с пониженными диэлектрическими потерями (материал Т-900).
Рис. 7.16. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ керамики на основе ВаТiO3 :
1 — ромбоэдрическая фаза
2 — ромбическая; 3 — тетрагональная; 4 — кубическая
Повышение рабочего значения ε и увеличение ее стабильности при изменении температуры осуществляют на основе следующих принципов: в керамику на основе титаната бария вводят добавки, понижающие температуру Кюри и вызывающие размытие максимума диэлектрической проницаемости при фазовом переходе (этот принцип используется при получении керамики на основе однофазных твердых растворов); в керамике создают две (или более) отличающиеся по свойствам фазы, приводящие к сглаживанию температурной зависимости ε.
Низкочастотная установочная керамика применяется для изготовления разнообразных низковольтных и высоковольтных (с рабочим напряжением до 1150 кВ переменного и до 1500 кВ постоянного тока) изоляторов: штыревых и подвесных, опорных и проходных, а также для изготовления различных установочных деталей, используемых в цепях низкой частоты: плавкие предохранители, ламповые патроны, детали штепсельных розеток, вилок и т.п. В отличие от других видов керамики обладает более низкими электрическими и механическими свойствами, но имеет преимущество: из нее можно изготавливать изделия сложной конфигурации, используя простые технологические процессы и малодефицитное сырье.
Основным представителем низкочастотной установочной керамики является электротехнический фарфор. В состав обычного электрофарфора входят: глины ~50% (каолин — очень чистая высококачественная светлая глина и огнеупорная глина, которые являются водными алюмосиликатами с химическими формулами Al2O3 -2SiO2 -2H2O, Al2 O3-2SiO2 -4H2O и др.), кварц SiO2 (~25%) и полевой шпат (-25%), представляющий собой безводные алюмосиликаты, содержащие катионы щелочных (Na+,K+ ) и щелочноземель ых -(Са2+) металлов, например Na2O-Al 2O3 -6SiO2 , CaO-Al2 O3 -2SiO2 . Полевой шпат является главным поставщиком окислов Na, К, Р Mg, Ca и др. Na2O снижает температуру обжига и вязкость стёклофазы фарфора, но существенно ухудшает его электрические свойства.
Кристаллическая структура электрофарфора состоит из муллита ЗА1203 -2SiO2 с неплотной упаковкой решетки ионами и кварца SiOa — с плотной упаковкой решетки ионами. В промежутке между кристаллитами находится стекловидная масса, образованная главным образом в результате плавления полевого шпата. Электротехнический фарфор содержит примерно 70% SiO2, 25% А12О3 и 5% других окислов (К2 О, Na2 O, CaO, Fe2O3 и пр.).
Электрофарфор имеет плотность 2300—2500 кг/м3, ТКЛР = (3— 6)-10-6К-1, σс = 400-500 МПа, σр = 35-55 МПа, σи = 80-100 МПа, σуд= 1,8—2,2 кДж/м2. Электрические свойства при нормальной температуре и низких частотах удовлетворительны — ε = 5—7; р=1011—1012 Ом*м (при 20°С) Ир= 107-108 Ом*м (при 100°С); tgδ =(25-35)*10-3 (при 20°С) и tgδ = 0,12-0,15 (при 100°С); Епр = 25-30 кВ/мм. Изменяя состав фарфора, можно улучшать его основные параметры. В настоящее время широко распространен электрофарфор с повышенным содержанием кварца и глинозема (А12О3 ).
С повышением температуры электрические свойства электрофарфора существенно ухудшаются главным образом за счет стеклофазы. Электрические и механические свойства также значительно снижаются после длительного воздействия постоянного напряжения при температуре 100°С и выше. У подвесных изоляторов ЛЭП переменного тока, проработавших 20—30 .лет, наблюдаются потускнение глазури и краев шапки, т.е. в местах, наиболее подверженных действию короны, и появление на глазури микротрещин.
Низкочастотная конденсаторная керамика характеризуется высокими и сверхвысокими значениями диэлектрической проницаемости (ε = 900—9800), относительно большими диэлектрическими потерями (tgδ = 2*10-3—5*10-2 ) и небольшими значениями электрической прочности (Епр = 4—15 кВ/мм). Она применяется для изготовления низкочастотных конденсаторов (ƒ < 10 кГц) и конденсаторов, используемых в цепях постоянного тока, а также конденсаторов разделительных и блокировочных.
Эту керамику получают путем синтеза чистых окислов стронция, висмута, титана, олова и небольших добавок окислов цинка и марганца. Основу СВТ (Sr-Bi—Ti) керамики марок Т-900, М-900 и Т-1000 составляют титанаты стронция SrTiO3 и висмута Bi4 Ti 3O 12 .
Высокочастотная установочная керамика представляет наиболее обширную группу керамических материалов, применяемых в радиоэлектронике, и охватывает ряд керамических материалов с повышенными электрическими и механическими свойствами. Используют ее для изготовления различных установочных деталей, работающих в поле высокой частоты и одновременно несущих механическую нагрузку, например каркасов катушек индуктивности, элементов корпусов полупроводниковых приборов и интегральных схем, проходных изоляторов, опорных плит, подложек, изолирующих колец, для вакуумно-плотных спаев с металлами и т.п. Некоторые виды этой керамики применяют при изготовлении конденсаторов.
Высокочастотная установочная керамика имеет высокое электрическое сопротивление, низкие диэлектрические потери в области высоких частот, малую зависимость потерь от температуры и частоты, высокую механическую прочность. Ее электрические свойства в зависимости от химического состава имеют следующие значения: ε = 5-9,8, р= 1014-1017Ом*м, tgδ = (1-20)*10-4 при 1 МГц; Eпр = 20-45 кВ/мм.