Введение
Электротехнические материалы представляют собой совокупность проводниковых, электроизоляционных, магнитных и полупроводниковых материалов, предназначенных для работы в электрических и магнитных полях. Сюда же можно отнести основные электротехнические изделия: изоляторы, конденсаторы, провода и некоторые полупроводниковые элементы. Электротехнические материалы в современной электротехнике занимают одно из главных мест. Всем известно, что надежность работы электрических машин, аппаратов и электрических установок в основном зависит от качества и правильного выбора соответствующих электротехнических материалов. Анализ аварий электрических машин и аппаратов показывает, что большинство из них происходит вследствие выхода из строя электроизоляции, состоящей из электроизоляционных материалов. Не менее важное значение для электротехники имеют магнитные материалы. Потери энергии и габариты электрических машин и трансформаторов определяются свойствами магнитных материалов. Довольно значительное место занимают в электротехнике полупроводниковые материалы, или полупроводники. В результате разработки и изучения данной группы материалов были созданы различные новые приборы, позволяющие успешно решать некоторые проблемы электротехники.
При рациональном выборе электроизоляционных, магнитных и других материалов можно создать надежное в эксплуатации электрооборудование при малых габаритах и весе. Но для реализации этих качеств необходимы знания свойств всех групп электротехнических материалов.
1 Слюда и слюдопластовая бумага
Слюда является основой большой группы электроизоляционных изделий. Главное достоинство слюды - высокая термостойкость наряду с достаточно высокими электроизоляционными характеристиками. Слюда является природным минералом сложного состава. В электротехнике используют два вида слюд: мусковит КАl2(АlSi3О10)(ОН)2 и флогопит КMg3(АlSi3О10(ОН)2. Высокие электроизоляционные характеристики слюды обязаны ее необычному строению, а именно - слоистости. Слюдяные пластинки можно расщеплять на плоские пластинки вплоть до субмикронных размеров. Разрушающие напряжения при отрыве одного слоя от другого слоя составляют примерно 0.1 МПа, тогда как при растяжении вдоль слоя - 200-300 МПа. Из других свойств слюды отметим невысокий tgd , менее чем 10-2; высокое удельное сопротивление, более 1012 Ом·м; достаточно высокую электрическую прочность, более 100 кВ/мм; термостойкость, температура плавления более 1200° С.
Слюда используется в качестве электрической изоляции, как в виде щипаных тонких пластинок, в том числе склееных между собой (миканиты), так и в виде слюдяных бумаг, пропитанных различными связующими (слюдиниты или слюдопласты). Слюдяная бумага производится по технологии, близкой к технологии обычной бумаги. Слюду размельчают, готовят пульпу, на бумагоделательных машинах раскатывают листы бумаги.
Миканиты обладают лучшими механическими характеристиками и влагостойкостью, но они более дороги и менее технологичны. Применение - пазовая и витковая изоляция электрических машин.
Слюдиниты - листовые материалы, изготовленные из слюдяной бумаги на основе мусковита. Иногда их комбинируют с подложкой из стеклоткани (стеклослюдинит), или полимерной пленки (пленкослюдинит). Бумаги, пропитанные лаком, или другим связующим, обладают лучшими механическими и электрофизическими характеристиками, чем непропитанные бумаги, но их термостойкость обычно ниже, т.к. она определяется свойствами пропитывающего связующего.
Слюдопласты - листовые материалы, изготовленные из слюдяной бумаги на основе флогопита и пропитанные связующими. Как и слюдиниты, они также комбинируются с другими материалами. По сравнению со слюдинитами они обладают несколько худшими электрофизическими характеристиками, но обладают меньшей стоимостью. Применение слюдинитов и слюдопластов - изоляция электрических машин, нагревостойкая изоляция электрических приборов.
Слюда обладая рядом уникальных свойств, уже на протяжении более 100 лет является лучшим электроизоляционным материалом. Однако натуральная слюда не технологична и достаточно дорога. Слюдяные бумаги которые изготавливаются из натуральной слюды, практически не уступая натуральной слюде по своим диэлектрическим характеристикам, имеют очень хорошие технологические свойства, и при этом гораздо дешевле.
Для производства слюдобумаг используют 2 типа натуральной слюды: мусковит и флогопит. Эти два типа слюды несколько различны. Слюда мусковит имеет светлый серо.коричневый цвет и может работать при температурах до 600°С. Слюда флогопит имеет зеленоватый оттенок и выдерживает температуры до 900°С. При этом кристаллы слюды мусковит и флогопит различны по размеру и структуре.
Исходя из свойств слюды мусковит и слюды флогопит, существуют два принципиально отличных способа производства слюдобумаг. Первая технология требует глубокой термической обработки слюды, как правило мусковит (реже флогопит), при температуре 900-960°С с последующей химической обработкой слабым раствором соляной кислоты. Такая технология позволяет сглаживать ромбовидные кристаллы слюды путем их разрушения и выведения кристаллизационной воды Н2О. Это технология получения слюдинитовой (или кальцинированной) бумаги, для производства которой обычно используется слюда мусковит.
Вторая технология производства слюдяной бумаги базируется на особенностях слюды флогопит, кристаллы которой, являясь плоскими, легко вспучиваются при не высоких температурах и в дальнейшем без разрушения расщепляются и измельчаются в гидрорасщепителе. Затем после фракционного отбора кристаллы слюды попадают в дезинтегратор , где происходит их окончательное расщепление по межплоскостным связям. Из полученной таким образом слюдяной пульпы отливается слюдопластовая бумага.
Слюдопластовые бумаги на основе слюды флогопит более пористые, чем слюдинитовые на основе слюды мусковит и поэтому обладают лучшей пропитываемостью.При этом в силу того, что флогопитовые бумаги имеют в своей структуре слюдинки большего размера, такие бумаги обладают лучшими диэлектрическими свойствами.