Диэлектрики

0.3 мкОм*м

0,45 мкОм*м

1,14 мкОм*м

Сопротивление:

1. Проводников 1 мкОм = 10^-6Ом*м

2. Диэлектрики 1ГОм*м 10⁹Ом*м

Диэлектриками называются вещества, основным электрическим свойством которых является способность поляризоваться в электрическом поле. Газообразных, жидких, твердых диэлектриках электрические заряды прочно связаны с атомами, молекулами или ионами в электрическом поле могут лишь смещаться, при этом происходит разделение центров положительного и отрицательного заряда, то есть поляризации. В диэлектриках содержаться и свободные заряды, которые перемещаясь, в электрическом полу обуславливают электропроводность – способность диэлектриков проводить ток. Так как свободных зарядов мало для диэлектриков характерным является большое сопротивление прохождения электрического тока. По использованию все диэлектрики делятся на пассивные и активные. Пассивные диэлектрики – это электроизоляционные материалы. Они могут быть органическими и неорганическими. Органические диэлектрики – это материалы в состав которых входит углерод. Это высокомолекулярное соединение, которое получают из мономеров в процессе реакций полимеризации или поликонденсации (процесс соединения мономеров без выделения или с выделением побочных продуктов реакций). 75% полимеров потребляемых мировой электротехнической промышленностью являются термопласты. К ним относят полиэтилен, полиэстерол, ПВХ и тд., которые при нагревании размягчаются и превращаются в жидкости. Процесс перехода из твердого в жидкое и наоборот состояние может происходить неоднократно. Около 25% термореактивные полимеры, которые при нагревании плавятся, но при затвердевании происходит необратимые изменения свойств – они приобретают значительную твердость и прочность, теряя способность плавиться и растворятся. К ним относят оргстекло, гетинакс, стеклотекстолиты, текстолиты… К неорганическим диэлектрикам относят: керамику, стекла, слюду.

Активные диэлектрики.

Это материалы у которых можно изменять их параметры изменяя напряженность электрического поля, температуры, механические напряжения. К ним относят:

1. Сегнетоэлектрики

2. пьезоэлектрики

3. электреты

4. материалы для лазеров.

Электрические характеристики диэлектриков:

1. Относительная диэлектрическая проницаемость

Диэлектрик включенный в электрическую цепь можно представить, как конденсатор

Q_конд=Q_o+Q_g

Q₀ – заряд конденсатора между обкладками которого является Вакуум

Q_{g –} заряд конденсатора обусловленный полиризацией диэлектриков

Е(эпсилум)=Q_конд/Q₀=Q₀+Qg/Q₀=1+Q_g/Q₀

E=1 Вакуум

Е=8 Слюда

Е=9000 СВТ керамика

С_конд=С₀*Е

Электропроводность.

Она может носить ионы электронной и смешанной (ионно-электронный) характер. Следует различать Объемную и поверхностную электропроводность. Складной ток проходящий через диэлектрик, складывается из объемного складного тока I_v и поверхностного объемного тока I_s

Объемная электропроводность обусловлена передвижений слабозакрепленных ионов примесей. РО_v=R_vS/b

S – площадь электродов

B – толщина диэлектрика

Удельное поверхностное электрическое сопротивление зависит от состояния поверхности диэлектрика, а именно от степени ее увлажнения и загрязнения.

Полное сопротивления твердого диэлектрика рассчитывается по формуле:

R=R_v*R_s/R_v+Rs

Пробой.

Явление образования в диэлектрике проводящего канала, под действием электрического поля называется пробоем. Напряженность однородного электрического поля приводящая к пробою называется электрической прочностью. В твердых диэлектриках в канале пробоя могут оставаться проводящие продукты разложения. Поэтому электроизоляционные свойства после снятия напряжения не восстанавливаются.

Электрические свойства диэлектрика определены параметром 1. Е 2.Ро 3. Епроб 4. Tgdelta

Полимеризационные

Твердые, органические, диэлектрики.

1. Политсерол – применяется для изготовления каркасов катушек индуктивности, основанием изоляторов электроизмерительных приборов, корпусов радиоприемников, телевизоров. Недостаток – хрупкость и образование трещин

2. Полиэтилен – получают в результате реакции полимеризации из газа этилена.

3. Существует полиэтилен среднего давления (ПСД), который изготавливают при давлении 3-7 мегапаскалей. При температуре 160-275 градусов Цельсия. Полиэтилен обладает высокими электроизоляционными свойствами, и применяется при изготовлении деталей РА, электроизоляционных пленок, в качестве изоляции в проводах и кабелях и тд. В сильных электрических полях происходят структурные изменения, снижающие качество изоляции.

4. Полипропилен – получают из газа пропилена. Изоляционные свойства аналогичны свойствам полиэтилена. Но он более холодостоек, и пластичнее чем полиэтилен Из него получаю пленки, волокна сткани и изделия методом литья.

Полипропилен используют как комбинированный бумажно – пленочный диэлектрик в силовых конденсаторах и тд.

5. Поливинилхлорид – горячим прессованием порошкового ПВХ получают твердый, химически стойкий материал – винипласт. Он имеет повышенную стойкость к ударным нагрузкам, но низкую холодоустойчивость и нагревостойкость. При использовании пластификаторов (густых, маслообразных жидкостей) Например: дибудилфтолат. Получают из порошковых ПВХ Применяют для изготовления пленок, лент,трубок, монтажных и телефонных проводов и так далее.

6. Полиметилметакрилат. Орг стекло – термореактивный полимер, который получают в результате полимеризации эфиров метакриловой кислоты. Хорошо поддается механической обработке. Применяют при изготовлении корпусов приборов, шкал, линз, в разрядниках высокого напряжения, обладает . Недостатком полимеров является пониженная теплостойкость – допустимая рабочая температура от -60 до +120С. Углерод, оставляющий основу органических полимеров на воздухе может окислятся и может происходить разрушение полимеров. Для повышения теплостойкости и химической стойкости в качестве основы используют кроме углерода фтор и кремний. Наибольшее распространение получили фтор-органические (фторопласты) и кремнийорганичеческие (полисилоксаны) 6.фторопласт-4 и фторопласт – 3. Фторопласт 4 – полимететрафторэтилен – по изоляционным свойствам лучший из известных диэлектриков. Рабочий диапазон температур от -250 до +250С . Фтороплас-4 (тефлон). По технической стойкости он превосходить благородные металлы. Из него изготавливают изоляционные материалы для применения в агрессиных средах, не горюч, не смачивается жидкостями, но имеет малую твердость, высокую стоимость, сложность технологии и выделяется ядовитый газообразный фтор при температуре +400С . Фторопласт-3 дешевле чем фторопласт-4, политрифторхлорэтилен, применяется при производстве, и в виде суспензий для антикороззийных покрытий

7. Кремний-органические полимеры – промежуточное звено между органическими и неорганическими материалами. Имеют высокие изоляционные свойства, повышенную нагревостойкость., водостойкость, устойчивые к грибковой плесени, морозостойкие, недостаток – высокая стоимоть. Поликонденсационные полимеры:

1. Полиэфирные смолы – полиэтилентерефтолат (лавсан) – получают в результате поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля. Он имеет высокую механическую прочность и температуру размещения +260С. Из него изготавливают синтетические волокна, ткани, тонкие электроизоляционные материалы, используются в конденсаторах. Пленки термореактивны.

2. Поликарбонаты – полиэфиры угольной кислоты, имеют высокие механические свойства, химически стойки. Из них изготавливают слоистые пластики, применяют в конденсаторном производстве.

3. Глифталевые смолы – термореактивны, имеют высокую клеящую способность, высокую нагревостойкость (до +120С). Используют как основу клеящих пропиточных и покрывных лаков.

Кремний органические смолы. Высокая нагревостойкость до +250С и холодостокость, применяют для изготовление стеклотекстолита с слюдяной изоляцией, кремний органического лака , покрывных эмалей и так далее.

Лаки

1. Определение лаков. – Лаки – это коллоидные растворы пленкообразующих веществ в соответствующих летучих растворителях. Основными составляющими лака являются: пленкообразующие вещества, способные давать пленку, растворители, сииактивы – твердые или жидкие вещсетва, которые вводятся в некоторые лаки для ускорения высыхания, красители, разжижжители, добавляемые в лак для получения консистенции в соответствии с требованиями технических условий.

2. Деление лаков по назначению – По назначению электроизоляционные лаки делят на пропиточные, покрывные и клеящие.

3. Назовите покрывные лаки. – К покрывным лакам относят кремнийорганические лаки, лаки на поливинилацетоновой основе, лаки на полиуретановой основе, масляные лаки, полиамидный и полиамидный лаки, целлюлозные лаки.

4. Какой лак используется для изготовления стеклотекстолита. – Кремнийорганические лаки используют для изготовления нагревостойких обмоточных проводов со стекловолокнистой изоляцией; для защиты p-n-переходов, печатных плат, изоляционных деталей из гетинакса, стеклотекстолита; для теплостойких прозрачных покрытий полупроводниковой техники.

5. Что входит в состав черных лаков – В состав черных лаков входят битумы, которые определяют черный цвет жидкого лака и лаковой пленки. Битумы бывают природными (ископаемые), которые называют асфальтами, и искусственными (нефтяные), которые представляют собой тяжелые продукты перегонки нефти.

6. Состав нитролаков – Нитролаки представляют собой растворы термопластичных эфиров целлюлозы.

7. Состав эмалей – Эмали представляют собой разновидность покрывных лаков, в состав которых вводится неорганический наполнитель – пигмент.

8. Назовите пропиточные и клеевые лаки – К пропиточным лакам относится кремнийорганичеческие, битумно-масляные, масляно-алкидные и другие лаки. К клеящим лакам относят полиуретановые и эпоксидные клеи, клеи на основе фенолформальдегидной смолы, карбонильный клей, глифталевый лак.

9. Состав компаундов – Компаунды представляют собой механические смеси из электроизоляционных материалов, не содержащие растворителей. Компаунд – изоляционный материал из асфальтовых и парафинистых веществ и масел.

10. Где применяется кремний органические полиэфирные компаунды. - Кремнийорганические компаунды применяют для герметизации полупроводниковых приборов и интегральных схем методом трасферного прессования и заливки в формы. Полиэфирные компаунды применяют для герметизации оптоэлектронных приборов и интегральных схем.

Пластмассы

1. Состав пластмасс – в большинстве случаев пластмасса состоят из связующего вещества и наполнителя. В их состав вводят пластификаторы, стабилизаторы и красители. В качестве органического связующего применяют натуральные и синтетические термопластичные и фторорганические полимеры и другие материалы обладающие способностью деформироваться при нагревании и давлении. В отдельных слчаях применяют и неорганические вещества (цемент, стекло и др.) Содержание связующего вещества в пластмассах колеблется в пределах 30…60%.

В зависимости от используемых связующих смол производят пластмассы на основе кремнийорганических, эпоксидных, фенолформальдегидных, эфирных смол. Пластмассы на основе кремнийорганических смол изготавливают методом горячего прессования. В качестве наполнителя используют асбест, стекловолокно, молотый кварц, стекломуку и другие минеральные вещества. Пластмассы на основе эпоксидных смол получают методами горячего или холодного прессования пресс-материала, состоящего из эпоксидной смолы, наполнителя, отвердителя и разбавителя, с последующей термообработкой. В качестве наполнителя используют фарфоровую муку. Пластмассы на основе фенолформальдегидных смол изготавливаются методом горячего прессования. Они имеют удовлетворительные электрические параметры, высокую стабильность свойств; устойчивы к воздействию кислот, минеральных масел, органических растворителей; имеют так же низкую стойкость к электрическим разрядам. Их называют фенопластами. Пластмассы на основе полиэфиров получают горячим прессованием. Для изготовления пресс-материалов применяют связующие вещества на основе аллиловых эфиров (аллимеров), ненасыщенных полиэфирных смол, полиэфироакриллатов. В качестве наполнителя вводят стекловолокно, асбест или синтетические волокна.

Домашнее задание – конспект пластмасс.

Слоистые пластики –стр 181. Таблица 5,4. Что такое Гетинакс.

Электроизоляционные пластмассы.

Пластические массы (пластмассы) объединяют группу твердых или упругих материалов, которые состоят полностью или частично из полимерных соединений и формуются в изделия методами, основанными на использовании их пластических деформаций.

Пластмассы получают на основе различных натуральных и искусственных смол, они успешно заменяют металлы, фарфор, каучук, стекло, шелк, кожу и другие материалы.

Характеристики:

1.Сравнительно высокие механические свойства, достаточные для изготовления изделий, которые не подвергаются значительным нагрузкам.

2.Хорошие электроизоляционные свойства, что позволяет использовать их в качестве диэлектриков.

3.Высокая стойкость к коррозии.

4.Высокая химическая стойкость.

5.Низкая гигроскопичность.

6.Легкость.

7.Широкий диапазон коэффициентов трения и высокое сопротивление стиранию.

8.Хорошие оптические свойства и прозрачность.

Основное сырье – продукты переработки нефти, природного газа, поваренной соли, известь, песок. Сравнительно дешевые.

Недостатки:

1.Ползучесть – способность деформироваться на холоде

2.Не высокая теплостойкость.

3.При переменных нагрузках прочность понижается.

4.Быстрое старение.

В большинстве случаев пластмассы состоят из связующего вещества и наполнителя. В их состав входят пластификаторы, стабилизаторы и красители.

Связующие вещества.

Связующие вещества определяют свойства деталей из пластмасс и представляют собой сложные химические соединения органического и неорганического происхождения, получившие названия «смолы». В чистом виде они не используются. Применяют натуральные и синтетические термопластичные и т термореактивные смолы (полимеры), кремнийорганические и фторорганические полимеры и другие. Иногда применяют неорганические вещества (цемент, стекло). Содержание – 30…60%

Наполнители

Придают пластмассам механическую прочность (древесная мука, асбест), теплопроводность (молотый мрамор, кварц), диэлектрические свойства (молотая слюда или кварц), нагревостойкость (асбест, стекловолокно). Содержание 40…70%.

Пластификаторы.

Служат для повышения пластичности и холодостойкости и что бы не прилипали к формам. В качестве пластификаторов применяют маслообразные синтетические жидкости с высокой температурой кипения (стеарин, олеиновую кислоту, сульфитную целлюлозу).

Стабилизаторы.

Стабилизаторы способствуют длительному сохранению пластмассами своих основных свойств.

Красители.

Придают пластмассам определенную окраску.

Темно-желтый … коричневый – введение охры и кропа.

Красный – додалин.

Черная – нигрозин.

Зеленая – зеленый бриллиант.

Пластмассы классифицируются по:

1.Применению

2.Нагревостойкости

3.Химическим свойствам

4.Способу переработки

5.Использемым связующим смолам.

По применению пластмассы делят на:

1. Конструктивные

2. Электроизоляционные

3. Специальные

По нагревостойкости пластмассы делят на:

1. Е с нагревостойкостью до 120⁰С

2. В с нагревостойкостью до 130⁰С

3. F с нагревостойкостью до 155⁰С

4. C с нагревостойкостью до 180⁰С

По химическим свойствам пластмассы делят на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные пластмассы обладают под действием температуры и давления плавиться и при охлаждении затвердевать.

Термореактивные пластмассы размягчаются под действием температуры и давления и при дальнейшем нагревании необратимо переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, сохраняя форму.

По способу переработки пластмассы разделяются на:

1. Пресс-порошки

2. Пресс-материалы

3. Листовые и фасонные слоистые материалы

4. Пленочные материалы.

Кремнийорганические пластмассы обладают высокой нагревостойкостью, до 300⁰С.

Параметр	Стекло-тексталит	Гетинакс	Текстолит	Асботекстолит
Плотность D, кг/м3	1600…1900	1350…1400	1300…1400	1550…1650
Удельное электрическое сопротивление р, Ом*м	108…1012	1010…1011	108…1010	106…108
Диэлектрическая проницаемость Е(эпс) при частоте 50 Гц	5…7	5…6	6…7	7…8
Тангенс угла диэлектрических потерь tgб при частоте 50 Гц	(0,1…5)10-2	(1,5…40)10-2	(5…12)10-2	(20…50)10-2
Электрическая прочность Епр при толщине листов 2…3мм, МВ/м	17…25	25…35	4,5…8,0	1,5…2,0
Теплостойкость по Мартенсу, 0С	207…283	185…193	150…160	155
Холодостойкость, 0С	60	60	60	-
Предел прочности при растяжении бр для листов толщиной 10мм, мПа	77…442	80…120	55…60	75…80
Удельная ударная вязкость для листов толщиной 10 мм, кДж/м2	31…339	8…22	25…28	20…22
Теплопроводность Вт/(м*град)	0,178…0,182	0,170…0,175	0,146…0,162	0,176…0,180

Твердые неорганические диэлектрики.

К ним относят: стекла, керамику и слюду.

Стекла

Стекла получают в результате «варки» исходных компонентов стекла в стекловаренных печах. Изготовленные стеклянные изделия подвергаются отжигу, при достаточно высокой температуре с последующем медленным охлаждением для устранения механических напряжений. По химическому составу стекла делятся на три тип:

1. Оксидные: на основе окисдов (SiO₂, GeO₂, Al₂O_3, PbO; BeO…)

2. Галогенидные: на основе галогенидов (фторбериллатные стекла BeF₂)

3. Халькогенидные: на основе сульфидов, селенидов и теллуридов.