Sähkötekniset materiaalit, niiden ominaisuudet ja käyttötarkoitus lyhyesti. Sähkömateriaalit, luokitus, perusominaisuudet

Sähköisten ominaisuuksien avulla voit arvioida materiaalien ominaisuuksia, kun ne altistetaan sähkökentälle. Sähkömateriaalien tärkein ominaisuus suhteessa sähkökenttään on sähkönjohtavuus.

Sähkönjohtavuus- Tämä on materiaalin ominaisuus johtaa sähkövirtaa vakion (ajassa muuttumattoman) sähköjännitteen vaikutuksesta.

Erityinen sähkövastus - tämä on materiaalin kestävyys, jonka pituus on 1 m ja poikkileikkaus 1 m 2.

missä γ on materiaalin johtavuus, tämä on materiaalin johtavuus, jonka pituus on 1 m ja poikkileikkaus 1 m 2, 1 / Ohm∙m;

q on kantovarauksen arvo (elektronivaraus 1,6 10 -19), C;

n on varauksenkuljettajien lukumäärä tilavuusyksikköä kohti;

µ on varauksen kantajan liikkuvuus.

Mitä suurempi ρ:n arvo on, sitä pienempi on materiaalin sähkönjohtavuus.

Johtimet ρ=10 -8 ÷10 -6 .

Puolijohteet ρ=10 -6 ÷10 8 .

Dielektriikka ρ=10 8 ÷10 18 .

Johtimen vastus- tämä on johtimen rakentava ominaisuus, koska riippuu materiaalin koosta ja johtavista ominaisuuksista.

missä ρ on materiaalin ominaisvastus, Ohm∙m;

l on johtimen pituus, m;

S on johtimen poikkipinta-ala, m 2.

Resistiivisyyden lämpötilakerroin - näyttää kuinka paljon materiaalin vastus 1 ohmissa muuttuu, kun sitä kuumennetaan 1 0 C.

Resistiivisyyden lineaarisella muutoksella kapealla lämpötila-alueella

missä ρ on materiaalin ominaisvastus lämpötilassa ;

ρ 0 - materiaalin ominaisvastus alussa

lämpötilaksi t 0 pidetään yleensä 20 0 C.

Jos vastus korvataan vastuksella

Mitä suurempi α:n arvo on, sitä enemmän johtimen resistanssi muuttuu lämpötilan mukaan.

Johtimet α>0 lämpötilan noustessa materiaalin ominaisvastus kasvaa.

Puolijohteet ja eristeet α<0 с увеличением температуры удельное сопротивление материала уменьшается.

Materiaalien sähköiset ominaisuudet ja ominaisuudet (dielektreille)

Dielektristen materiaalien pääominaisuus on kyky polarisoitua sähkökentässä.

Polarisaatio- Tämä on materiaalin ominaisuus, joka koostuu sitoutuneiden varausten rajoitetusta siirtymisestä tai suuntautumisesta sähkökentällä.

Dielektrisyysvakio (suhteellinen) - näyttää kuinka monta kertaa ulkoinen sähkökenttä heikkenee tietyssä materiaalissa kuin tyhjiössä (osoittaa polarisaatiosokeutta).

jossa ε a on absoluuttinen permittiivisyys, ottaa huomioon materiaalin vaikutuksen sähkökenttään, f/m;

ε 0 - tyhjön absoluuttinen permittiivisyys, 8,85∙10 -12 F/m.

Mitä suurempi ε:n arvo on, sitä vahvemmin eriste on polarisoitunut.

Tyhjiö ε = 0.

Kaasumaiset eristeet ovat pääasiassa ε≥1.

Nestemäiset ja kiinteät eristeet ε>>1.

Dielektrisen häviökulman tangentti.

Kun sähkökenttä kohdistetaan mihin tahansa aineeseen, osa sähköenergiasta muuttuu lämmöksi ja hajoaa. Dielektrisen sähköenergian hajoamaa osaa kutsutaan dielektriset häviöt. Lisäksi energiahäviö vaihtojännitteellä on monta kertaa suurempi kuin häviö vakiojännitteellä.

Vakiojännitteellä häviöt ovat numeerisesti yhtä suuria kuin aktiivinen teho

jossa U on eristeeseen syötetty jännite, V;

I on johtavuusvirta eristeen läpi, A.

Vaihtojännitteellä

jossa U on eristeeseen syötetty vaihtojännite, V;

f on virran taajuus, Hz;

C on eristeen kapasitanssi, F.

δ on dielektristen häviöiden kulma, joka täydentää 90 0:aan kapasitiivisen piirin virran ja jännitteen välistä vaihesiirtokulmaa φ.

Mitä suurempi on tg δ:n arvo, sitä suuremmat ovat häviöt eristeessä ja sitä suurempi eristeen kuumeneminen tietyn taajuuden ja jännitteen sähkökentässä.

Kaasumaiset eristeet tg δ=10 -6 ÷10 -5 .

Nestemäiset ja kiinteät eristeet: huippuluokan tg δ=(2÷6)∙10 -4 ,

loput tg δ=0,002÷0,05.

Murtumisvoima (sähkövoimakkuus) on tasaisen sähkökentän intensiteetti, jossa dielektrinen hajoaminen tapahtuu (johtimesta tulee).

missä U pr - läpilyöntijännite, jossa rikkoutuminen tapahtuu, MV;

d on eristeen paksuus hajoamiskohdassa, m.

Mitä suurempi arvo Epr, sitä paremmat ovat sähköeristysominaisuudet.

Eristystä valittaessa on otettava huomioon jännite, jolla dielektri kytketään päälle ja turvamarginaali (turvakerroin) on varmistettava

missä E p on käyttöjännitys, MV / m.

Haurain viestintämuoto - molekyylisidos(van der Waalsin yhteys). Tällainen sidos esiintyy joissakin aineissa molekyylien välillä, joissa on kovalenttisia molekyylinsisäisiä sidoksia.

Molekyylienvälinen vetovoima johtuu valenssielektronien koordinoidusta liikkeestä viereisissä molekyyleissä. Milloin tahansa elektronit ovat mahdollisimman kaukana toisistaan ​​ja mahdollisimman lähellä positiivisia varauksia. Tässä tapauksessa naapurimolekyylien positiivisesti varautuneiden ytimien valenssielektronien vetovoimat osoittautuvat voimakkaammiksi kuin ulompien kiertoradojen elektronien keskinäisen hylkimisen voimat. Van der Waalsin sidos havaitaan tiettyjen aineiden (esimerkiksi parafiini) molekyylien välillä, joilla on alhainen sulamispiste, mikä osoittaa niiden kidehilan haurauden.

Minkä tahansa eristeen pääprosessiominaisuus, joka tapahtuu, kun siihen syötetään sähköjännite, on polarisaatio -- rajoitettu sitoutuneiden varausten siirtyminen tai dipolimolekyylien orientaatio.

Lyhyyden vuoksi dipolirelaksaatiopolarisaatiota kutsutaan dipoliksi. Se eroaa elektronisesta ja ionisesta polarisaatiosta siinä, että se liittyy hiukkasten lämpöliikkeeseen. Kaoottisessa lämpöliikkeessä olevat dipolimolekyylit ovat osittain orientoituneita kentän vaikutuksesta, mikä on polarisaation syy.

Dipolipolarisaatio on mahdollista, jos molekyylivoimat eivät estä dipoleja suuntautumasta kenttää pitkin. Lämpötilan noustessa molekyylivoimat heikkenevät, aineen viskositeetti pienenee, minkä pitäisi lisätä dipolipolarisaatiota, mutta samalla molekyylien lämpöliikkeen energia kasvaa, mikä vähentää kentän orientoivaa vaikutusta. Siksi lämpötilan noustessa dipolipolarisaatio ensin kasvaa (kunnes molekyylivoimien heikkeneminen vaikuttaa enemmän kuin kaoottisen lämpöliikkeen lisääntyminen), ja sitten, kun kaoottinen liike muuttuu voimakkaammaksi, dipolipolarisaatio alkaa laskea lämpötilan noustessa.

Dipolien kääntäminen kentän suuntaan viskoosissa väliaineessa vaatii jonkin verran vastuksen voittamista, ja siksi dipolipolarisaatioon liittyy energiahäviöitä.

Kiinteiden aineiden permittiivisyys riippuu kiinteän dielektrin rakenteellisista ominaisuuksista. Kaikki polarisaatiotyypit ovat mahdollisia kiinteissä aineissa. Kiinteille ei-polaarisille eristeille on ominaista samat säännöllisyydet kuin polaarittomille nesteille ja kaasuille. Tämän vahvistaa riippuvuus ? r (t) parafiinia varten. Parafiinin siirtyessä kiinteästä tilasta nestemäiseen tilaan (sulamispiste noin +54 ° C) tapahtuu jyrkkä dielektrisyysvakion lasku johtuen aineen tiheyden vähenemisestä.

Kaasumaisille aineille on ominaista alhaiset tiheydet. Siksi kaikkien kaasujen permittiivisyys on mitätön ja lähellä yksikköä. Jos kaasumolekyylit ovat polaarisia, polarisaatio voi olla dipoli, mutta polaarisissa kaasuissa elektroninen polarisaatio on ensisijaisen tärkeä.

Dipolimolekyylejä sisältävien nesteiden polarisaatio määräytyy elektronien ja dipolien polarisaatioiden perusteella. Mitä suurempi dipolien sähkömomentti ja molekyylien määrä tilavuusyksikköä kohti, sitä suurempi on nestemäisten eristeiden dielektrinen permittiivisyys. Nestemäisten polaaristen eristeiden permittiivisyys vaihtelee välillä 3 - 5,5.

Kiinteillä dielektreillä, jotka ovat ionisia kiteitä, joissa on tiheä hiukkasten pakkaus, on elektroninen ja ioninen polarisaatio ja niiden permittiivisyys vaihtelee laajalla alueella. Epäorgaanisilla laseilla (quasi-amorfiset dielektriset aineet) permittiivisyys vaihtelee välillä 4 - 20. Kiinteillä dielektreillä, jotka ovat ionisia kiteitä, joissa on löysä hiukkaspakkaus, elektronisen ja ionisen polarisaation lisäksi on ionirelaksaatiopolarisaatio ja niille on tunnusomaista alhainen dielektrisen permittiivisyyden arvo. Esimerkiksi ? r kivisuolan arvo on 6, korundin 10, rutiilin 110 ja kalsiumtitanaatin 150. (Kaikki arvot ? r on annettu 20 °C:n lämpötilalle.)

Polaarisilla orgaanisilla dielektreillä on dipolirelaksaatiopolarisaatiota kiinteässä tilassa. Tällaisia ​​dielektrisiä aineita ovat selluloosa ja sen jalostustuotteet, polaariset polymeerit. Dipolirelaksaatiopolarisaatiota havaitaan myös jäässä. Näiden materiaalien permittiivisyys riippuu suuressa määrin lämpötilasta ja syötetyn jännitteen taajuudesta noudattaen samoja kaavoja kuin polaarisilla nesteillä.

Voidaan todeta, että jään permittiivisyys muuttuu dramaattisesti lämpötilan ja taajuuden mukaan. Matalilla taajuuksilla ja lämpötiloissa lähellä 0 °C jäällä, kuten vedellä, on ? r ~ 80 kuitenkin lämpötilan laskeessa ? r laskee nopeasti ja saavuttaa arvon 2,85.

Kompleksisten eristeiden, jotka ovat kahden eri dielektrisen permittiivisyyden omaavan komponentin mekaaninen seos, permittiivisyys määritetään ensimmäisessä approksimaatiossa logaritmisen sekoituslain perusteella.

Kaasuissa voi esiintyä virtaa vain, jos niissä on ioneja tai vapaita elektroneja. Neutraalien kaasumolekyylien ionisoituminen tapahtuu joko ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta tai johtuen varautuneiden hiukkasten törmäyksistä molekyylien kanssa.

Nestemäisten eristeiden sähkönjohtavuus liittyy läheisesti nestemolekyylien rakenteeseen. Ei-polaarisissa nesteissä sähkönjohtavuus riippuu dissosioituneiden epäpuhtauksien, mukaan lukien kosteuden, läsnäolosta. Polaarisissa nesteissä sähkönjohtavuuden määräävät paitsi epäpuhtaudet, myös joskus itse nesteen molekyylien dissosiaatio. Nesteen virtaus voi johtua sekä ionien liikkeestä että suhteellisen suurten varautuneiden kolloidisten hiukkasten liikkeestä.

Kiinteiden aineiden sähkönjohtavuuden määrää sekä itse dielektrisen että satunnaisten epäpuhtauksien ionien liike, ja joissakin materiaaleissa se voi johtua vapaiden elektronien läsnäolosta. Elektroninen sähkönjohtavuus on havaittavin voimakkaissa sähkökentissä.

Dielektrikissä, joissa on atomi- tai molekyylihila, sähkönjohtavuus liittyy vain epäpuhtauksien läsnäoloon, niiden ominaisjohtavuus on hyvin pieni.

SI-järjestelmässä tilavuusvastus ?v yhtä suuri kuin kuution, jonka reuna on 1 m, tilavuusvastus, joka on leikattu henkisesti tutkittavasta materiaalista (jos virta kulkee kuution läpi, sen yhdeltä pinnalta vastakkaiselle), kerrottuna 1 m:llä.

Tasaiselle materiaalinäytteelle tasaisessa kentässä tilavuusresistanssi (ohmimetri) lasketaan kaavalla

R-- näytetilavuuden vastus, ohm;

S - elektrodin pinta-ala, m2;

h-- näytteen paksuus, m.

Ominaistilavuuden johtavuus? mitattuna siemensinä metriä kohti

Dielektriset häviöt (dielektriset häviöt) ovat tehoa, joka hajoaa eristeessä, kun siihen kohdistetaan sähkökenttä ja aiheuttaa eristeen kuumenemisen. Eristeiden häviöitä havaitaan sekä vaihtojännitteellä että vakiojännitteellä, koska materiaalissa havaitaan läpivirtaus johtavuudesta johtuen.

Vakiojännitteellä ei ole jaksollista polarisaatiota. Materiaalin laadulle on ominaista ominaistilavuuden ja pintakestävyyden arvot. Vaihtojännitteellä on tarpeen käyttää jotain muuta materiaalin laadun ominaisuutta, koska tässä tapauksessa läpivirtauksen lisäksi on muita syitä, jotka aiheuttavat häviöitä dielektrissä.

Sähköisesti eristävän materiaalin dielektriset häviöt voidaan luonnehtia tehohäviöllä tilavuusyksikköä kohti tai ominaishäviöillä; useammin, jotta voidaan arvioida eristeen kykyä hajauttaa tehoa sähkökentässä, käytetään dielektristä häviökulmaa sekä tämän kulman tangenttia.

Liian suuret eristehäviöt sähköeristeessä aiheuttavat siitä tehdyn tuotteen voimakasta kuumenemista ja voivat johtaa sen lämpötuhoutumiseen. Vaikka eristeeseen kohdistettu jännite ei olisi tarpeeksi suuri aiheuttamaan ei-hyväksyttävää ylikuumenemista dielektristen häviöiden takia, niin tässä tapauksessa suuret dielektriset häviöt voivat aiheuttaa merkittävää haittaa, mikä lisää esimerkiksi sen värähtelypiirin aktiivista resistanssia, jossa tämä dielektrisyys ja näin ollen vaimennuksen määrä.

Kumi ja paperi ovat orgaanisia eristeitä, joiden molekyylirakenne on polaarisia molekyylejä. Näillä aineilla on niiden luontaisen dipolirelaksaatiopolarisaation vuoksi suuria häviöitä. Häviötangentti tg ~ 0,03, hiukkasmaiselle kumille 0,25 asti.

Lasit, epäorgaaniset kvasi-amorfiset ionirakenteiset aineet, jotka ovat monimutkaisia ​​eri oksidien järjestelmiä. Tällaisten aineiden dielektriset häviöt liittyvät polarisaation ja sähkönjohtavuuden ilmiöön. Sähköiset ominaisuudet riippuvat suuresti niiden koostumuksesta. Kvartsilasin häviötangentti on tg?~0,0002.

Vaahtomuovit ovat solurakenteisia materiaaleja, joissa kaasumaiset täyteaineet on eristetty toisistaan ​​ja ympäristöstä ohuilla polymeerisideainekerroksilla. Epoksihartsipohjaisten vaahtojen häviötangentti tg ~ 0,025 - 0,035. Vaahtomuovit polystyreenipohjaiset tg ~ 0,0004.

Näin ollen lasista on odotettavissa vähemmän sähköhäviöitä.

Sähkökentässä oleva eriste menettää sähköä eristävän materiaalin ominaisuudet, jos kentänvoimakkuus ylittää tietyn kriittisen arvon. Tätä ilmiötä kutsutaan dielektrinen hajoaminen tai sen sähkölujuuden rikkominen. Jännitettä, jolla dielektrinen hajoaminen tapahtuu, kutsutaan läpilyöntijännite, ja vastaava kenttävoimakkuuden arvo -- Läpilyöntilujuus.

Häiriöjännite on merkitty U np ja mitataan yleensä kilovolteina. Sähkölujuus määräytyy läpilyöntijännitteen perusteella, joka liittyy eristeen paksuuteen läpilyöntipisteessä:

missä h-- dielektrinen paksuus

Käytännön kannalta kätevästi eristeiden sähkölujuuden numeeriset arvot saadaan, jos läpilyöntijännite ilmaistaan ​​kilovolteina ja eristeen paksuus millimetreinä. Silloin sähkövoimakkuus on kilovolteina millimetriä kohti. Numeeristen arvojen tallentamiseen ja SI-yksikköön vaihtamiseen voit käyttää yksikköä MV/m:

Nestemäisillä eristeillä on normaaliolosuhteissa suurempi sähkölujuus kuin kaasuilla. Erittäin puhtaita nesteitä on erittäin vaikea saada. Nestemäisten eristeiden pysyviä epäpuhtauksia ovat vesi, kaasut ja kiinteät hiukkaset. Epäpuhtauksien läsnäolo määrittää pääasiassa nestemäisten eristeiden hajoamisilmiön ja aiheuttaa suuria vaikeuksia luoda tarkkaa teoriaa näiden aineiden hajoamisesta.

Sähköiskun teoriaa voidaan soveltaa nesteisiin, jotka on puhdistettu mahdollisimman hyvin epäpuhtauksista. Suurilla sähkökentän voimakkuuksilla metallielektrodeista voi irrota elektroneja ja, kuten kaasuissa, itse nesteen molekyylit voivat tuhoutua varautuneiden hiukkasten aiheuttamien törmäysten seurauksena. Tässä tapauksessa nestemäisen eristeen lisääntynyt sähkölujuus kaasumaiseen verrattuna johtuu paljon lyhyemmästä elektronin keskimääräisestä vapaasta tiestä. Kaasusulkeumia sisältävien nesteiden hajoaminen selittyy nesteen paikallisella ylikuumenemisella, joka johtuu suhteellisen helposti ionisoituvissa kaasukuplissa vapautuvasta energiasta, mikä johtaa kaasukanavan muodostumiseen elektrodien väliin. Yksittäisten pienten pisaroiden muodossa oleva vesi muuntajaöljyssä normaalilämpötilassa vähentää merkittävästi E jne. Pitkän sähkökentän vaikutuksesta voimakkaasti dipolinesteen pallomaiset vesipisarat polarisoituvat, muodostavat ellipsoidien ja muodostavat vastakkaisista päistä toisiaan puoleensa vetäytyessään elektrodien väliin ketjuja, joilla on lisääntynyt johtavuus, joita pitkin tapahtuu sähkövika.

Poltetun posliinin tiheys on 2,3-2,5 Mg/m3. Lopullinen lujuus puristuksessa 400-700 MPa, vedossa 45-70 MPa, taivutuksessa 80-150 MPa. Mistä voidaan nähdä, että posliinin mekaaninen lujuus on suurempi puristustyöskentelyssä.

Erilaisten materiaalien suojaavia ominaisuuksia korkeaenergiselle korpuskulaari- ja aaltosäteilylle voidaan kätevästi luonnehtia kymmenkertaisen vaimennuskerroksen käsitteellä, ts. ainekerroksen paksuus, läpikulun jälkeen säteilyn intensiteetti vaimenee kymmenen kertaa. Tämä ominaisuus yksinkertaistaa huomattavasti suojaelementtien laskemista. Esimerkiksi 100-kertaiseksi heikentämiseksi on tarpeen ottaa suojaavan aineen paksuus, joka vastaa kahta kymmenkertaista heikennystä. Ilmeisesti P Kymmenkertainen vaimennuskerros vähentää säteilyn intensiteettiä kertoimella 10n.

Aineen kvanttienergian absorptio riippuu tämän aineen tiheydestä. Näistä aineista lyijyllä on suurin tiheys. 1 MeV:n kvanttisäteilyn absorboimiseksi lyijyn paksuuden tulee olla ~ 30 mm, teräksen ~ 50 mm, betonin ~ 200 mm, veden 400 mm. Näin ollen lyijyllä on pienin paksuus kymmenkertaisesta vaimennuskerroksesta.

Tärkeimmät sähkötekniikassa käytännössä käytetyt kiinteät johdinmateriaalit ovat metallit ja niiden seokset. Erottuvat heistä korkean johtavuuden metallit, joilla on resistanssi? normaalilämpötilassa, enintään 0,05 μΩ * m, ja korkearesistanssiset metalliseokset, joilla on ominaisvastus? normaalilämpötilassa vähintään 0,3 μΩ * m. Korkean johtavuuden metalleja käytetään johtoihin, kaapeleiden johtimiin, sähkökoneiden käämeihin. Tällaisia ​​metalleja ovat kupari (0,017 μΩ * m), hopea (0,016 μΩ * m) alumiini (0,028 μΩ * m)

Korkean resistanssin metalleja ja seoksia käytetään sähkölämmittimien vastusten, hehkulamppujen filamenttien valmistukseen. Erittäin kestäviä metalleja ja seoksia ovat manganiini (0,42-0,48 μΩ * m), konstantaani (0,48-0,52 μΩ * m), kromi-nikkeliseokset (1,1-1,2 μΩ * m), kromi-alumiini (1,2-1,5 μOhm). ), elohopea, lyijy, volframi.

Hollantilainen fyysikko H. Kamerliig-Onnes tutki vuonna 1911 metallien sähkönjohtavuutta erittäin matalissa lämpötiloissa, jotka lähestyvät absoluuttista nollaa. Hän havaitsi, että kun se jäähdytetään lämpötilaan, joka on suunnilleen sama kuin heliumin nesteytyslämpötila, jäätyneen elohopearenkaan vastus putoaa yhtäkkiä, jyrkästi hyppäämällä, erittäin pieneen, mittaamattomaan arvoon. Tällainen ilmiö, ts. aineen läsnäoloa, jonka ominaisjohtavuus on lähes ääretön, kutsuttiin suprajohtavuus. Lämpötila T Kanssa , jäähdytettynä, jolloin aine siirtyy suprajohtavaan tilaan, - suprajohtava siirtymälämpötila. Suprajohtavaan tilaan siirtyvät aineet suprajohteet.

Suprajohtavuusilmiö johtuu siitä, että suprajohtavaan piiriin indusoitunut sähkövirta kiertää pitkään (vuosia) tätä piiriä pitkin ilman sen voimakkuuden huomattavaa heikkenemistä ja lisäksi ilman energian saantia. ulkopuolelta.

Tällä hetkellä tunnetaan jo 35 suprajohtavaa metallia ja yli tuhat suprajohtavaa metalliseosta ja eri alkuaineiden kemiallisia yhdisteitä. Samaan aikaan monet aineet, mukaan lukien ne, joiden arvo on hyvin pieni? normaalilämpötilassa metallit, kuten hopea, kupari, kulta, platina ja muut, eivät tällä hetkellä saavutetuissa alimmissa lämpötiloissa (noin millikelvinissä) pystyneet siirtymään suprajohtavaan tilaan.

Käytännössä käytetyt puolijohteet voidaan jakaa yksinkertainen puolijohteet (niiden pääkoostumus muodostuu yhden kemiallisen alkuaineen atomeista) ja monimutkaiset puolijohdekoostumukset, jonka pääkoostumus muodostuu kahden tai useamman kemiallisen alkuaineen atomeista. Myös opiskelu on parhaillaan käynnissä lasimainen ja nestettä puolijohteet. Yksinkertainen puolijohteita ovat: boori, pii, germanium, fosfori, arseeni, seleeni, rikki, telluuri, jodi. monimutkainen puolijohteet ovat jaksollisen järjestelmän eri ryhmien alkuaineiden yhdisteitä, jotka vastaavat yleisiä kaavoja A IV B, IV (esimerkiksi SiC), A III B V (InSb, GaAs, GaP), A II B IV (CdS, ZnSe) sekä joitakin oksideja (CU 2 O). Vastaanottaja puolijohdekoostumukset materiaalit, joissa piikarbidin ja grafiitin puolijohtava tai johtava faasi on sidottu keraamisella tai muulla sidoksella.

Modernissa tekniikassa diodien, triodien ja muiden puolijohdelaitteiden valmistukseen käytetyt pii, germanium ja osittain seleeni ovat nousseet erityisen tärkeäksi.

Termistorit (termistorit) valmistetaan sauvojen, levyjen tai tablettien muodossa keraamitekniikalla. Termistorien resistanssi ja muut ominaisuudet eivät riipu pelkästään koostumuksesta, vaan myös raekoon koosta, valmistusprosessista: puristuspaineesta (jos puolijohde otetaan jauheena) ja polttolämpötilasta. Termistoreja käytetään mittaukseen, lämpötilan säätöön ja lämpökompensointiin, jännitteen stabilointiin, pulssikäynnistysvirtojen rajoittamiseen, nesteiden lämmönjohtavuuden mittaamiseen, kosketuksettomina reostaatteina ja virran aikareleinä.

Curie-pisteellä varustetusta puolijohdekeramiikasta valmistetaan termistoreja, jotka eroavat kaikista muista termistoreista siinä, että niillä ei ole negatiivinen, vaan erittäin suuri positiivinen lämpötilavastuskerroin (yli + 20 % / K) kapealla lämpötila-alueella (n. 10 °C). Näitä termistoreja kutsutaan posistorit. Ne on valmistettu pieninä levyinä ja ne on tarkoitettu lämpötilan valvontaan ja säätelyyn, käytettäväksi palohälytysjärjestelmissä, moottoreiden suojaamiseen ylikuumenemiselta, virtojen rajoittamiseen, nesteiden ja kaasujen virtauksen mittaamiseen.

Puolijohdeoksideja käytetään pääasiassa termistorien valmistukseen, joilla on suuri negatiivinen lämpötilakerroin [--(Z-4)% / K].

Tietotekniikan tallennuslaitteissa käytetään ferriittejä, joissa on suorakulmainen hystereesisilmukka. Tämän tyyppisten tuotteiden pääparametri on hystereesisilmukan K p neliömäisyyskerroin, joka on jäännösinduktion W t suhde maksimiinduktioon B max.

Kp \u003d W / Vmax

Muuntajaytimien valmistukseen käytetään pehmeitä magneettisia materiaaleja toisistaan ​​eristettyjen ohuiden levyjen muodossa. Tämä muuntajan sydämen rakenne voi vähentää merkittävästi pyörrevirtahäviöitä (Foucault-virrat).

Kovia magneettisia materiaaleja käytetään pääasiassa kestomagneettien valmistukseen.

Koostumuksen, tilan ja kovien magneettisten materiaalien hankintamenetelmän mukaan jaetaan:

1) seostetut martensiittiset teräkset,

2) valettu kovia magneettiseoksia,

3) jauhemagneetit,

4) kovat magneettiset ferriitit,

5) plastisesti muotoaan muuttavat metalliseokset,

6) magneettinauhat.

Kestomagneettien materiaalien ominaisuuksia ovat pakkovoima, jäännösinduktio ja magneetin ulkotilaan luovuttama maksimienergia. Kestomagneettien materiaalien magneettinen permeabiliteetti on pienempi kuin pehmeiden magneettisten materiaalien, ja mitä suurempi pakkovoima, sitä pienempi magneettinen permeabiliteetti.

Yksinkertaisin ja edullisin materiaali kestomagneettien valmistukseen ovat seostetut martensiittiset teräkset. Ne on seostettu volframin, kromin, molybdeenin ja koboltin lisäaineilla. Martensiittisten terästen W max arvo on 1--4 kJ/m 3 . Tällaisten terästen magneettiset ominaisuudet taataan martensiittisille teräksille kullekin teräslajille ominaisen lämpökäsittelyn ja viiden tunnin rakenteellisen stabiloinnin jälkeen kiehuvassa vedessä. Martensiittisiä teräksiä alettiin käyttää kestomagneettien valmistukseen ennen kaikkia muita materiaaleja. Tällä hetkellä niiden käyttö on rajallista alhaisten magneettisten ominaisuuksiensa vuoksi, mutta niistä ei ole kokonaan luovuttu, koska ne ovat halpoja ja niitä voidaan työstää metallinleikkauskoneilla.

Suurtaajuusasennuksissa tehtäviin töihin sopivin materiaali on magneettisesti kova ferriitti (bariumferriitti). Toisin kuin pehmeissä magneettisissa ferriiteissä, siinä ei ole kuutiota, vaan kuusikulmainen kidehila, jolla on yksiakselinen anisotropia. Bariumferriittimagneettien koersitiivivoima on jopa 240 kA/m, mutta jäännösinduktion 0,38 T ja varastoidun magneettisen energian 12,4 kJ/m 3 suhteen ne ovat huonompia kuin Alni-järjestelmän metalliseokset. Bariumferriitin ominaisresistanssi on 10 4 - 10 7 Ohm * m, ts. miljoonia kertoja suurempi kuin valumetallin kovien magneettiseosten ominaisvastus.

Metalli-muovimagneeteilla (joilla on melko alhaiset magneettiset ominaisuudet) on korkea sähkövastus ja siten pieni magneettihäviön tangentti, mikä mahdollistaa niiden käytön myös laitteissa, joissa on lisääntynyt taajuuksinen vaihtuva magneettikenttä.

Aihe #1

SÄHKÖMATERIAALIT, LUOKITUS, PÄÄOMINAISUUDET.

Radioelektroniikkalaitteissa laajalti käytetyillä materiaaleilla on useita nimiä: sähkömateriaalit, radiotekniikan materiaalit, elektroniikkatekniikan materiaalit. Näiden materiaalien välillä ei kuitenkaan ole perustavaa laatua olevaa eroa. Nimieroista huolimatta niitä kaikkia käytetään sähkö-, radiotekniikan, mikroelektroniikan, tietokonelaitteiden osien tai komponenttien ja laitteiden valmistukseen. Kaikilla meitä kiinnostavan teknisen alan materiaaleilla on kuitenkin oltava hyvin määritelty ominaisuusjoukko, jonka ansiosta niille löytyy tietty käyttökohde.

Kaikkien sähköisten materiaalien yhdistävä periaate on joukko niiden ominaisuuksia suhteessa sähkömagneettiseen kenttään. Vuorovaikutuksessa sähkömagneettisen kentän kanssa ilmenee sähköisiä ja magneettisia ominaisuuksia. Tämän avulla voimme määritellä käsitteen "sähkötekniset materiaalit" ja luokitella ne.

Sähkö- (radio)tekniset materiaalit (ETM) ovat materiaaleja, joille on ominaista tietyt ominaisuudet suhteessa sähkömagneettiseen kenttään ja joita käytetään tekniikassa nämä ominaisuudet huomioon ottaen.

Aineiden pääsähköisen ominaisuuden - sähkönjohtavuuden - mukaan sähkömateriaalit jaetaan kolmeen ryhmään: johtimiin, puolijohteisiin ja eristeisiin.

Magneettisten ominaisuuksien mukaan aineet jaetaan viiteen ryhmään: diamagneetit, paramagneetit, ferromagneetit, antiferromagneetit ja ferrimagneetit.

Jokainen näistä ryhmistä puolestaan ​​on jaettu alaryhmiin niiden pääominaisuuksia kuvaavien määrällisten parametrien mukaan. Tämä mahdollistaa radiomateriaalien luokituksen esittämisen yleisen kaavion muodossa (kuva 1.1).

Käytännön kannalta on välttämätöntä, että kvantitatiivisesti sähköiset tai magneettiset ominaisuudet ovat riittävän korostuneet ja mekaaniset, tekniset ja muut ominaisuudet täyttävät tietyt vaatimukset. Siksi kaikkia lueteltuja ryhmiä ei käytetä yhtä laajasti tekniikassa.

1.2. MATERIAALIEN FYSIKAALI-KEMIALLINEN LUONNE

Kaikki luonnossa esiintyvät materiaalit, riippumatta niiden aggregaatiotilasta (kaasumainen, nestemäinen, kiinteä) on rakennettu yli 100 kemiallisen alkuaineen atomeista. Mikä tahansa aine (materiaali) koostuu valtavasta määrästä sähköisesti varautuneita hiukkasia - elektroneja ja kemiallisten alkuaineiden atomiytimiä, jotka määrittävät sen ominaisuudet.

Materiaalien ominaisuuksien yksinkertaistettuun analysointiin on olemassa menetelmiä, jotka mahdollistavat joidenkin kokeellisesti saatujen makroskooppisten ominaisuuksien käytön. Tällöin aineen muodostavien kemiallisten alkuaineiden elektronien ja ytimien välisen vuorovaikutuksen merkittävimmät piirteet otetaan huomioon kiinteästi tai automaattisesti.

Yksi näistä menetelmistä on aineen alkuaineiden kemiallisten sidosten analyysi. Luonnollisesti ainetyyppien erot johtuvat elektronien jakautumisen luonteesta atomeissa ja molekyyleissä ja erityisesti ytimestä kauimpana olevien valenssielektronien ja ionisten atomiytimien jakautumisen luonteesta. . Vertaamalla atomien järjestystä aineen rakenteessa, näiden atomien elektronista konfiguraatiota, niiden välisen kemiallisen sidoksen tyyppiä, voidaan vastata useisiin tärkeisiin kysymyksiin materiaalin makroskooppisista ominaisuuksista, kuten sähkönjohtavuudesta, magnetoitumiskyvystä. , tiheys, kovuus, plastisuus, sulamispiste jne. .d.

Tärkeintä tässä materiaalien ominaisuuksien analyysissä on kysymys sidosvoimista, jotka pitävät atomeja yhdessä. Nämä voimat ovat lähes kokonaan elektronien ja atomiytimien välisen sähköstaattisen vuorovaikutuksen voimia. Magneettista alkuperää olevien voimien rooli on hyvin merkityksetön, ja gravitaatiovoimat voidaan jättää huomiotta vuorovaikutuksessa olevien hiukkasten massojen pienistä arvoista johtuen. Pysyvien sidosten olemassaolo aineen atomien välillä viittaa siihen, että kokonaisenergia E V s hiukkasia tilavuudessa V aineet kineettiikan summan muodossa E to ja potentiaalia U n E V s= N (E V k + U V n) pienempi kuin saman määrän hiukkasten kokonaisenergia tilavuuden ulkopuolella, ts. vapaassa tilassa E c p \u003d N (E c k + U c n). Ero näiden energioiden välillä E s p – E V p= E St kutsutaan kemiallisen sidoksen energiaksi tai yhteys energiaa.

On kokeellisesti osoitettu, että aineen tai materiaalin sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet määräytyvät sidoksen luonteen ja sidosenergian kvantitatiivisen arvon mukaan. E St.

Aineen muodostavien hiukkasten välisen vuorovaikutuksen luonteen mukaan erotetaan kuusi tyyppistä kemiallista sidosta:

Kovalenttinen ei-polaarinen;

Kovalenttinen polaarinen tai homeopolaarinen;

ioninen tai heteropolaarinen;

Lahjoittaja-hyväksyntä;

metalli;

Molekyylienvälinen.

Kovalenttinen ei-polaarinen sidos syntyy, kun samannimiset atomit yhdistetään molekyyleiksi, esimerkiksi H 2, O 2, Cl 2, N 2, timantti, rikki, Si, Ge jne. Tässä tapauksessa valenssielektronien sosialisaatio tapahtuu, mikä johtaa ulomman elektronikuoren lisäämiseen vakaaseen tilaan. Molekyyleillä, joissa on kovalenttinen ei-polaarinen sidos, on symmetrinen rakenne, ts. positiivisten ja negatiivisten varausten keskukset kohtaavat. Tämän seurauksena molekyylin sähkömomentti on nolla, ts. molekyyli on ei-polaarinen tai neutraali.

On muistettava, että dipolimolekyyleille on ominaista sähkömomentti, joka ei ole nolla. Ne ovat kahden samansuuruisen sähkövarauksen järjestelmä, jonka etumerkki on vastakkainen. q, sijaitsee jonkin matkan päässä minä toisiltaan. Tällaiselle varausjärjestelmälle tai molekyylille sähkö- tai dipolimomentti μ= ql.

Kovalenttinen ei-polaarinen sidos on ominaista dielektreille ja puolijohteille.

Kovalenttinen polaarinen (homeopolaarinen tai pari-elektroninen) sidos syntyy, kun yhdistetään erilaisia ​​atomeja, esimerkiksi H20, CH4, CH3C1, CC14 jne. Tässä tapauksessa tapahtuu myös valenssielektroniparien sosialisointi ja ulkokuoren lisääminen stabiiliin tilaan. Jokaisella sidoksella on kuitenkin dipolimomentti. Molekyyli kokonaisuutena voi kuitenkin olla neutraali tai polaarinen (kuva 1.2).

Homeopolaariset yhdisteet voivat olla dielektrisiä (polymeerisiä orgaanisia materiaaleja) ja puolijohteita.

Ioninen (heteropolaarinen) sidos tapahtuu molekyylin muodostuessa elementeillä, jotka sijaitsevat taulukon D.I lopussa (ryhmä VII) ja alussa (ryhmä I). Mendelejev, esimerkiksi NaCl. Tällöin metallin valenssielektroni, joka on heikosti sitoutunut atomiin, siirtyy halogeeniatomiin täydentäen kiertoradansa vakaaseen tilaan (8 elektronia), minkä seurauksena muodostuu kaksi ionia, joiden väliin vaikuttavat sähköstaattiset vetovoimat. .

Vuorovaikutuksen ionivoimat ovat melko suuret, joten ionisidoksella olevilla aineilla on suhteellisen korkea mekaaninen lujuus, sulamis- ja haihtumislämpötila. Ionisidos on ominaista dielektreille.

Lahjoittajan ja vastaanottajan välinen sidos pohjimmiltaan se on eräänlainen ionisidos, ja se tapahtuu, kun materiaali muodostuu taulukon D.I. eri ryhmien elementeistä. Mendeleev, esimerkiksi yhdisteet A III B V - GaAs jne.; yhdisteet A III B V - ZnS, CdTe jne. Tällaisissa yhdisteissä yhden alkuaineen atomi, jota kutsutaan donoriksi, luovuttaa elektronin toiselle atomille, jota kutsutaan akseptoriksi. Tämän seurauksena muodostuu luovuttaja-akseptorikemiallinen sidos, joka on melko vahva. Materiaalit, joissa on tällainen sidos, voivat olla dielektrisiä ja puolijohteita.

metallinen liitos syntyy metallien atomien välissä ja on seurausta kaikkien valenssielektronien sosialisaatiosta, jotka muodostavat elektronikaasun ja kompensoivat kidehilan ionien varausta. Elektronikaasun ja ionien vuorovaikutuksen seurauksena muodostuu metallisidos. Jaetut elektronit ovat heikosti sitoutuneita atomiytimiin ja energian kannalta vapaita. Siksi jopa erittäin heikoissa ulkoisissa sähkökentissä ilmenee metallien korkea sähkönjohtavuus.

Molekyylien välinen tai jäännössidos ominaisuus orgaanista alkuperää oleville aineille, kuten parafiinille. Se esiintyy aineen molekyylien välillä ja on heikko, minkä vuoksi sellaisilla materiaaleilla on alhainen sulamispiste ja mekaaniset ominaisuudet, mikä osoittaa aineen molekyylirakenteen haurauden.

On huomattava, että tavallisesti kiinteän aineen atomit eivät ole sidottu millään tarkastelutyypeillä. Siksi on kätevämpää tarkastella ja arvioida aineiden ja niihin perustuvien materiaalien ominaisuuksia analysoimalla aineen muodostavien atomien elektronien energiaspektriä.

Sähkömateriaalit ovat joukko johtavia, sähköä eristäviä, magneettisia ja puolijohdemateriaaleja, jotka on suunniteltu toimimaan sähkö- ja magneettikentissä. Tämä sisältää myös tärkeimmät sähkötuotteet: eristimet, kondensaattorit, johdot ja jotkut puolijohdeelementit. Nykyaikaisen sähkötekniikan sähkömateriaalit ovat yksi tärkeimmistä paikoista. Kaikki tietävät, että sähkökoneiden, -laitteiden ja sähköasennusten toiminnan luotettavuus riippuu pääasiassa laadusta ja sopivien sähkömateriaalien oikeasta valinnasta. Sähkökoneissa ja -laitteissa tapahtuneiden onnettomuuksien analysointi osoittaa, että suurin osa niistä tapahtuu sähköeristysmateriaaleista koostuvan sähköeristeen rikkoutumisesta.

Magneettiset materiaalit ovat yhtä tärkeitä sähkötekniikan kannalta. Sähkökoneiden ja muuntajien energiahäviöt ja mitat määräytyvät magneettisten materiaalien ominaisuuksien mukaan. Melko merkittävä paikka sähkötekniikassa on puolijohdemateriaalilla eli puolijohteilla. Tämän materiaaliryhmän kehittämisen ja tutkimuksen tuloksena on luotu useita uusia laitteita, jotka mahdollistavat joidenkin sähkötekniikan ongelmien ratkaisemisen.

Sähköeristys-, magneetti- ja muiden materiaalien järkevällä valinnalla on mahdollista luoda luotettavia sähkölaitteita, joilla on pieni koko ja paino. Mutta näiden ominaisuuksien toteuttamiseksi tarvitaan tietoa kaikkien sähkömateriaaliryhmien ominaisuuksista.

Johtimen materiaalit

Tähän materiaaliryhmään kuuluvat metallit ja niiden seokset. Puhtailla metalleilla on alhainen ominaisvastus. Poikkeuksena on elohopea, jolla on melko korkea ominaisvastus. Seoksilla on myös korkea resistiivisyys. Puhtaita metalleja käytetään käämitys- ja asennusjohtojen, kaapeleiden jne. valmistukseen. Johdinseoksia langan ja nauhojen muodossa käytetään reostaateissa, potentiometreissä, lisäresistanssissa jne.

Korkean ominaisvastuksen omaavien metalliseosten alaryhmässä erotetaan joukko lämmönkestäviä johdinmateriaaleja, jotka kestävät hapettumista korkeissa lämpötiloissa. Lämmönkestäviä tai lämmönkestäviä johtavia metalliseoksia käytetään sähkölämmittimissä ja reostaateissa. Pienen resistiivisyyden lisäksi puhtailla metalleilla on hyvä sitkeys, eli ne voidaan vetää ohueksi langaksi, nauhoiksi ja valssata alle 0,01 mm:n paksuiseksi kalvoksi. Metalliseoksilla on vähemmän plastisuutta, mutta ne ovat joustavampia ja mekaanisesti vakaampia. Kaikille metallisille johdinmateriaaleille on ominaista niiden elektroninen sähkönjohtavuus. Kaikkien metallijohtimien ominaisvastus kasvaa lämpötilan noustessa ja myös mekaanisen käsittelyn seurauksena, mikä aiheuttaa metalliin pysyvää muodonmuutosta.

Valssausta tai vetämistä käytetään, kun on tarpeen saada johdinmateriaaleja, joilla on lisääntynyt mekaaninen lujuus, esimerkiksi valmistettaessa johtoja ilmajohtoihin, vaunun johtoja jne. Epämuodostuneiden metallijohtimien palauttamiseksi aiempaan ominaisvastusarvoonsa ne altistetaan lämpökäsittelyyn - hehkutus ilman happea.

sähköeristysmateriaalit

Sähköeristysmateriaaleja tai eristeitä kutsutaan sellaisiksi materiaaleiksi, joilla eristys suoritetaan, eli ne estävät sähkövirran vuotamisen eri sähköpotentiaalien alla olevien johtavien osien välillä. Dielektreillä on erittäin korkea sähkövastus. Kemiallisen koostumuksen mukaan eristeet jaetaan orgaanisiin ja epäorgaanisiin. Kaikkien orgaanisten eristeiden molekyylien pääalkuaine on hiili. Epäorgaanisissa eristeissä ei ole hiiltä. Epäorgaanisilla dielektreillä (kiille, keramiikka jne.) on korkein lämmönkestävyys.

Valmistusmenetelmän mukaan erotetaan luonnolliset (luonnolliset) ja synteettiset dielektriset aineet. Synteettisiä eristeitä voidaan luoda tietyillä sähköisillä ja fysikaalis-kemiallisilla ominaisuuksilla, joten niitä käytetään laajalti sähkötekniikassa.

Molekyylien rakenteen mukaan eristeet jaetaan ei-polaarisiin (neutraaleihin) ja polaarisiin. Neutraalit dielektriset aineet koostuvat sähköisesti neutraaleista atomeista ja molekyyleistä, joilla ei ole sähköisiä ominaisuuksia ennen kuin niihin kohdistetaan sähkökenttä. Neutraaleja eristeitä ovat: polyeteeni, fluoroplasti-4 jne. Neutraaleista erotetaan ioniset kiteiset dielektriset aineet (kiille, kvartsi jne.), joissa jokainen ionipari muodostaa sähköisesti neutraalin hiukkasen. Ionit sijaitsevat kidehilan solmuissa. Jokainen ioni on värähtelevässä lämpöliikkeessä lähellä tasapainokeskusta - kidehilan solmukohtaa. Polaariset tai dipolidielektrit koostuvat polaarisista dipolimolekyyleistä. Jälkimmäisillä on rakenteensa epäsymmetrian vuoksi sähköinen alkumomentti jo ennen sähkökenttävoiman vaikutusta niihin. Polaariset dielektriset aineet sisältävät bakeliittia, polyvinyylikloridia jne. Neutraaleihin dielektreihin verrattuna polaarisilla dielektreillä on korkeammat dielektrisyysvakiot ja hieman suurempi johtavuus.

Aggregaatiotilan mukaan eristeet ovat kaasumaisia, nestemäisiä ja kiinteitä. Suurin on kiinteiden eristeiden ryhmä. Sähköeristysmateriaalien sähköisiä ominaisuuksia arvioidaan sähköisiksi ominaisuuksiksi kutsuttujen suureiden avulla. Näitä ovat: ominaistilavuusvastus, ominaispintavastus, dielektrisyysvakio, dielektrisyysvakion lämpötilakerroin, dielektrisen häviön tangentti ja materiaalin dielektrinen lujuus.

Ominaistilavuusresistanssi on arvo, jonka avulla voidaan arvioida materiaalin sähkövastus, kun sen läpi kulkee tasavirta. Tilavuusresistanssin käänteislukua kutsutaan ominaistilavuuden johtavuudelle. Ominaispintaresistanssi - arvo, jonka avulla voit arvioida materiaalin sähkövastusta, kun tasavirta kulkee sen pintaa pitkin elektrodien välillä. Ominaispintaresistanssin käänteislukua kutsutaan ominaispinnan johtavuudelle.

Sähkövastuksen lämpötilakerroin on arvo, joka määrittää materiaalin ominaisvastuksen muutoksen sen lämpötilan muutoksella. Lämpötilan noustessa kaikkien eristeiden sähkövastus pienenee, joten niiden resistiivisyyden lämpötilakertoimella on negatiivinen etumerkki. Dielektrisyysvakio - arvo, jonka avulla voit arvioida materiaalin kykyä luoda sähköinen kapasitanssi. Suhteellinen permittiivisyys sisältyy absoluuttisen permittiivisyyden arvoon. Dielektrisyysvakion lämpötilakerroin on arvo, jonka avulla voidaan arvioida dielektrisyysvakion muutoksen luonne ja siten eristeen kapasitanssi lämpötilan muutoksella. Dielektrisen häviön tangentti on arvo, joka määrittää tehohäviön vaihtojännitteellä toimivassa dielektrissä.

Sähköinen lujuus - arvo, jonka avulla voit arvioida eristeen kykyä vastustaa tuhoa sen sähköjännitteellä. Sähköeristeiden ja muiden materiaalien mekaanista lujuutta arvioidaan seuraavilla ominaisuuksilla: materiaalin vetolujuus, vetovenymä, materiaalin puristuslujuus, materiaalin staattinen taivutuslujuus, ominaisiskunlujuus, halkeamislujuus.

Eristeiden fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia ovat: happoluku, viskositeetti, veden imeytyminen. Happoluku on emäksisen kaliumin milligrammien lukumäärä, joka tarvitaan neutraloimaan 1 gramman dielektristä ainetta sisältävät vapaat hapot. Happoluku määritetään nestemäisille eristeille, yhdisteille ja lakoille. Tämän arvon avulla voidaan arvioida eristeessä olevien vapaiden happojen määrä ja siten niiden vaikutus orgaanisiin materiaaleihin. Vapaiden happojen läsnäolo heikentää eristeiden sähköä eristäviä ominaisuuksia. Viskositeetti eli sisäkitkakerroin mahdollistaa sähköä eristävien nesteiden (öljyt, lakat jne.) juoksevuuden arvioinnin. Viskositeetti voi olla kinemaattista ja ehdollista. Vedenabsorptio on veden määrä, jonka eriste imee sen jälkeen, kun se on ollut tislatussa vedessä vuorokauden ajan 20 °C tai korkeammassa lämpötilassa. Vedenabsorptioarvo ilmaisee materiaalin huokoisuuden ja vesiliukoisten aineiden läsnäolon siinä. Tämän indikaattorin kasvaessa eristeiden sähköeristysominaisuudet heikkenevät.

Eristeiden lämpöominaisuuksia ovat: sulamispiste, pehmenemispiste, tippumispiste, höyryn leimahduspiste, muovien lämmönkestävyys, lakkojen termoelastisuus (lämmönkestävyys), lämmönkestävyys, pakkaskestävyys, trooppinen kestävyys.

Polymeereistä valmistetut kalvosähköeristysmateriaalit ovat saaneet laajan sovelluksen sähkötekniikassa. Näitä ovat elokuvat ja nauhat. Kalvot valmistetaan paksuudeltaan 5-250 mikronia ja nauhat - 0,2-3,0 mm. Korkeapolymeerikalvoille ja -nauhoille on ominaista korkea joustavuus, mekaaninen lujuus ja hyvät sähköeristysominaisuudet. Polystyreenikalvoja valmistetaan paksuudeltaan 20-100 mikronia ja leveydeltään 8-250 mm. Polyeteenikalvojen paksuus on yleensä 30-200 mikronia ja leveys 230-1500 mm. Fluoroplast-4:stä valmistetaan kalvoja, joiden paksuus on 5-40 mikronia ja leveys 10-200 mm. Tästä materiaalista valmistetaan myös suuntaamattomia ja orientoituja kalvoja. Orienteoiduilla PTFE-kalvoilla on parhaat mekaaniset ja sähköiset ominaisuudet.

Polyeteenitereftalaatti (lavsan) -kalvot valmistetaan paksuudella 25-100 mikronia ja leveydellä 50-650 mm. PVC-kalvot on valmistettu vinyylimuovista ja pehmitetystä polyvinyylikloridista. Vinyylimuovista valmistetuilla kalvoilla on suurempi mekaaninen lujuus, mutta vähemmän joustavuus. Vinyylimuovista valmistettujen kalvojen paksuus on vähintään 100 mikronia ja pehmitetystä polyvinyylikloridista valmistettujen kalvojen paksuus on 20-200 mikronia. Selluloosatriasetaattikalvot (triasetaatti) valmistetaan pehmittämättömistä (jäykistä), sinisenvärisistä, hieman pehmitetyistä (värittömästä) ja pehmitetyistä (sinivärisistä). Jälkimmäiset ovat erittäin joustavia. Triasetaattikalvoja valmistetaan 25, 40 ja 70 mikronin paksuisina ja 500 mm leveinä. Plenkoelektrokarton - joustava sähköeristysmateriaali, joka koostuu eristepahvista, liimattu toiselta puolelta Mylar-kalvolla. Kalvo-sähkökartongin lavsan-kalvolla on paksuus 0,27 ja 0,32 mm. Se valmistetaan 500 mm leveissä rullissa. Kalvo-asbestipahvi on joustava sähköeristysmateriaali, joka koostuu 50 mikronia paksusta lavsan-kalvosta, joka on liimattu molemmilta puolilta 0,12 mm paksulla asbestipaperilla. Kalvoasbestipahvi valmistetaan vähintään 400 x 400 mm:n levyinä, joiden paksuus on 0,3 mm.

Sähköä eristävät lakat ja emalit

Lakat ovat liuoksia kalvoa muodostavista aineista: hartseista, bitumista, kuivausöljyistä, selluloosaeettereistä tai näiden materiaalien koostumuksista orgaanisissa liuottimissa. Lakan kuivausprosessissa liuottimet haihtuvat siitä ja lakkapohjassa tapahtuu fysikaalis-kemiallisia prosesseja, jotka johtavat lakkakalvon muodostumiseen. Käyttötarkoituksensa mukaan sähköeristyslakat jaetaan kyllästys-, pinnoitus- ja liima-aineisiin.

Kyllästyslakkoja käytetään sähkökoneiden ja -laitteiden käämien kyllästämiseen niiden kierrosten kiinnittämiseksi, käämien lämmönjohtavuuden lisäämiseksi ja kosteudenkestävyyden lisäämiseksi. Pinnoituslakoilla voit luoda suojaavia kosteutta kestäviä, öljynkestäviä ja muita pinnoitteita käämien tai muovien ja muiden eristysosien pinnalle. Liimalakat on tarkoitettu kiillelehtien liimaamiseen keskenään tai paperin ja kankaiden kanssa kiillesähköeristysmateriaalien (mikaniitti, kiilleteippi jne.) saamiseksi.

Emalit ovat lakkoja, joihin on lisätty pigmenttejä - epäorgaanisia täyteaineita (sinkkioksidi, titaanidioksidi, punainen rauta jne.). Pigmenttejä lisätään lisäämään emalikalvojen kovuutta, mekaanista lujuutta, kosteudenkestävyyttä, puhalluskestävyyttä ja muita ominaisuuksia. Emalit luokitellaan päällysmateriaaleiksi.

Kuivausmenetelmän mukaan erotetaan kuuman (uuni) ja kylmän (ilma) kuivauksen lakat ja emalit. Ensin mainitut vaativat korkean lämpötilan kovettumiseen - 80 - 200 ° C, ja jälkimmäiset kuivuvat huoneenlämmössä. Lakoilla ja liesituuleteillä on yleensä korkeammat dielektriset, mekaaniset ja muut ominaisuudet. Ilmakuivuvien lakkojen ja emalien ominaisuuksien parantamiseksi sekä kovettumisen nopeuttamiseksi ne kuivataan joskus korotetuissa lämpötiloissa - 40 - 80 ° C.

Päälakkaryhmillä on seuraavat ominaisuudet. Öljylakat muodostavat kuivumisen jälkeen joustavia elastisia keltaisia ​​kalvoja, jotka kestävät kosteutta ja kuumennettua mineraaliöljyä. Lämmönkestävyyden suhteen näiden lakkojen kalvot kuuluvat luokkaan A. Öljylakoissa käytetään niukkoja pellava- ja tungöljyjä, joten ne korvataan synteettisiin hartsipohjaisilla lakoilla, jotka kestävät paremmin lämpövanhenemista.

Öljy-bitumilakat muodostavat joustavia mustia kalvoja, jotka kestävät kosteutta, mutta liukenevat helposti mineraaliöljyihin (muuntaja ja voitelu). Lämmönkestävyyden suhteen nämä lakat kuuluvat luokkaan A (105 ° C). Glyftaali- ja öljy-glyftaalilakoilla ja emaleilla on hyvä tarttuvuus kiilleen, papereihin, kankaisiin ja muoveihin. Näiden lakkojen kalvoilla on lisääntynyt lämmönkestävyys (luokka B). Ne kestävät kuumennettua mineraaliöljyä, mutta vaativat kuumakuivauksen 120-130 °C:n lämpötiloissa. Puhtaat glyftaalilakat, jotka perustuvat modifioimattomiin glyftaalihartseihin, muodostavat kovia, joustamattomia kalvoja, joita käytetään kovan kiilleeristeen (kovamikaniitti) valmistuksessa. Öljy-glyptal-lakat antavat kuivumisen jälkeen joustavia elastisia keltaisia ​​kalvoja.

Silikonilakoilla ja emaleilla on korkea lämmönkestävyys ja ne voivat toimia pitkään 180-200 °C:ssa, joten niitä käytetään yhdessä lasikuitu- ja kiilleeristeen kanssa. Lisäksi kalvoilla on korkea kosteudenkestävyys ja sähkökipinöiden kestävyys.

PVC- ja perkloorivinyylihartseihin perustuvat lakat ja emalit kestävät vettä, kuumennettuja öljyjä, happamia ja emäksisiä kemikaaleja, joten niitä käytetään päällystyslakkoina ja emaleina suojaamaan käämityksiä sekä metalliosia korroosiolta. On syytä kiinnittää huomiota PVC- ja perkloorivinyylilakkojen ja emalien heikkoon tarttumiseen metalleihin. Jälkimmäiset peitetään ensin maakerroksella ja sitten polyvinyylikloridihartseihin perustuvalla lakalla tai emalilla. Näiden lakkojen ja emalien kuivaus suoritetaan lämpötilassa 20 ja 50-60 ° C. Tällaisten pinnoitteiden haittoja ovat niiden alhainen käyttölämpötila, joka on 60-70 ° C.

Epoksihartseihin perustuvat lakat ja emalit erottuvat korkeasta tarttumisvoimasta ja hieman lisääntyneestä lämmönkestävyydestä (jopa 130 ° C). Alkydi- ja fenolihartseihin pohjautuvilla lakoilla (fenolialkydilakat) on hyvät kuivumisominaisuudet paksuissa kerroksissa ja ne muodostavat elastisia kalvoja, jotka voivat toimia pitkään 120-130 °C:n lämpötiloissa. Näiden lakkojen kalvot ovat kosteutta ja öljyä kestäviä. .

Vesiohenteiset lakat ovat stabiileja emulsioita vesijohtovedessä olevasta lakkapohjasta. Lakkapohjat valmistetaan synteettisistä hartseista sekä kuivuvista öljyistä ja niiden seoksista. Vesiohenteiset emulsiolakat ovat palo- ja räjähdyssuojattuja, koska ne eivät sisällä syttyviä orgaanisia liuottimia. Matalan viskositeetin ansiosta näillä lakoilla on hyvä kyllästyskyky. Niitä käytetään sähkökoneiden ja -laitteiden kiinteiden ja liikkuvien käämien kyllästämiseen, jotka toimivat pitkään jopa 105 °C:n lämpötiloissa.

Sähköä eristävät yhdisteet

Yhdisteet ovat eristäviä yhdisteitä, jotka ovat nestemäisiä käytön aikana ja sitten kovettuvat. Yhdisteet eivät sisällä liuottimia. Käyttötarkoituksensa mukaan nämä koostumukset jaetaan kyllästykseen ja täyttöön. Ensimmäistä niistä käytetään sähkökoneiden ja -laitteiden käämien kyllästämiseen, toista - kaapelikoteloiden onteloiden täyttämiseen sekä sähkökoneissa ja -laitteissa tiivistämiseen.

Yhdisteet ovat lämpökovettuvia (eivät pehmene kovettumisen jälkeen) ja kestomuovisia (pehmenevät myöhemmän kuumennuksen jälkeen). Epoksiin, polyesteriin ja joihinkin muihin hartseihin perustuvat yhdisteet voidaan katsoa kertamuoviksi. Termoplastiset yhdisteet sisältävät bitumiin, vahamaisiin eristeisiin ja termoplastisiin polymeereihin (polystyreeniin, polyisobuteeniin jne.) perustuvat yhdisteet. Bitumiin perustuvat kyllästys- ja valumassat kuuluvat lämmönkestävyyden suhteen luokkaan A (105 °C) ja jotkut luokkaan Y (90 °C asti). Epoksi- ja organopiiyhdisteillä on korkein lämmönkestävyys.

MBK-yhdisteet valmistetaan metakryyliestereiden pohjalta ja niitä käytetään kyllästys- ja täyteaineina. 70-100°C:ssa kovettumisen jälkeen (ja erikoiskovetteilla 20°C:ssa) ne ovat lämpökovettuvia aineita, joita voidaan käyttää lämpötila-alueella -55 - +105°C.

Kyllästämättömät kuituiset sähköeristysmateriaalit

Tähän ryhmään kuuluvat levy- ja rullamateriaalit, jotka koostuvat orgaanisista ja epäorgaanisista kuiduista. Orgaanista alkuperää olevia kuitumateriaaleja (paperi, pahvi, kuitu ja kangas) saadaan puun, puuvillan ja luonnonsilkin kasvikuiduista. Eristävän kartongin, paperin ja kuidun normaali kosteuspitoisuus vaihtelee välillä 6-10 %. Synteettisiin kuituihin (nailon) pohjautuvien kuituisten orgaanisten materiaalien kosteuspitoisuus on 3-5 %. Epäorgaanisten kuitujen (asbesti, lasikuitu) pohjalta saaduissa materiaaleissa havaitaan suunnilleen sama kosteus. Epäorgaanisten kuitumateriaalien tunnusomaisia ​​piirteitä ovat niiden palamattomuus ja korkea lämmönkestävyys (luokka C). Nämä arvokkaat ominaisuudet useimmissa tapauksissa heikkenevät, kun nämä materiaalit kyllästetään lakoilla.

Eristyspaperi valmistetaan yleensä puumassasta. Kiilleteippien valmistuksessa käytettävä kiillepaperi on huokoisin. Sähköpahvi valmistetaan puumassasta tai puuvillakuitujen ja puu(sulfaatti)massakuitujen sekoituksesta eri suhteissa. Puuvillakuitupitoisuuden lisääminen vähentää pahvin hygroskooppisuutta ja kutistumista. Ilmassa toimimaan suunnitellun sähköpahvin rakenne on tiheämpi verrattuna pahviin, joka on suunniteltu toimimaan öljyssä. Pahvia, jonka paksuus on 0,1-0,8 mm, valmistetaan rullina, ja pahvia, jonka paksuus on 1 mm tai enemmän, valmistetaan erikokoisina arkeina.

Kuitu on monoliittinen materiaali, joka saadaan puristamalla paperiarkkeja, esikäsitelty kuumennetulla sinkkikloridiliuoksella ja pestään vedellä. Kuitu soveltuu kaikenlaiseen mekaaniseen käsittelyyn ja muovaukseen sen jälkeen, kun sen aihiot on liotettu kuumassa vedessä.

Leteroidi on ohut levy- ja rullakuitu, jota käytetään erilaisten sähköeristystiivisteiden, aluslevyjen ja liitosten valmistukseen.

Asbestipaperit, -pahvit ja -nauhat valmistetaan krysotiiliasbestikuiduista, joilla on suurin elastisuus ja kyky kiertyä langoiksi. Kaikki asbestimateriaalit kestävät emäksiä, mutta ne tuhoavat helposti hapot.

Sähköä eristäviä lasiteippejä ja kankaita valmistetaan lasilangoista, jotka on saatu alkalivapaista tai vähäalkalisista lasista. Lasikuitujen etuna kasvi- ja asbestikuituihin verrattuna on niiden sileä pinta, joka vähentää kosteuden imeytymistä ilmasta. Lasikankaiden ja teippien lämmönkestävyys on korkeampi kuin asbestikankaiden.

Sähköä eristävät lakatut kankaat (lakatut kankaat)

Lakatut kankaat ovat joustavia materiaaleja, jotka koostuvat lakalla tai jollain sähköeristysaineella kyllästetystä kankaasta. Kyllästävä lakka tai koostumus muodostaa kovettumisen jälkeen joustavan kalvon, joka tarjoaa hyvät sähköeristysominaisuudet lakatulle kankaalle. Kankaan pohjasta riippuen lakatut kankaat jaetaan puuvillaan, silkkiin, nailoniin ja lasiin (lasikuitu).

Lakattujen kankaiden kyllästyskoostumuksina käytetään öljy-, öljy-bitumi-, eskaponi- ja organopiilakkoja sekä organopii-emaleja, organopiikumiliuoksia jne. Silkki- ja nailonlakatuilla kankailla on suurin venyvyys ja joustavuus. Ne voivat toimia jopa 105 °C:n lämpötiloissa (luokka A). Kaikki puuvillalakatut kankaat kuuluvat samaan lämmönkestävyysluokkaan.

Lakattujen kankaiden pääasialliset käyttöalueet ovat sähkökoneet, laitteet ja pienjännitelaitteet. Lakattuja kankaita käytetään joustavana kela- ja rakoeristyksenä sekä erilaisia ​​sähköeristystiivisteitä.

Muovit

Muovimassoja (muoveja) kutsutaan kiinteiksi materiaaleiksi, jotka tietyssä valmistusvaiheessa saavat plastisia ominaisuuksia ja tässä tilassa niistä voidaan saada tietyn muotoisia tuotteita. Nämä materiaalit ovat komposiittiaineita, jotka koostuvat sideaineesta, täyteaineista, väriaineista, pehmittimistä ja muista komponenteista. Muovituotteiden valmistuksen lähtöaineet ovat puristusjauheet ja puristusmateriaalit. Lämmönkestävyyden suhteen muovit ovat lämpökovettuvia ja kestomuovia.

Laminoitua sähköä eristävää muovia

Laminoidut muovit - materiaalit, jotka koostuvat vuorotellen arkkitäyteainekerroksista (paperi tai kangas) ja sideaine. Kerrostetuista sähköä eristävistä muoveista tärkeimmät ovat getinakit, tekstioliitti ja lasikuitu. Ne koostuvat kerroksittain järjestetyistä arkkitäyteaineista ja sideaineena käytetään bakeliittia, epoksia, silikonihartseja ja niiden koostumuksia.

Täyteaineina käytetään erikoislaatuja kyllästyspaperia (getinaxissa), puuvillakankaita (teksoliitissa) ja alkalivapaita lasikankaita (lasikuitu). Luetellut täyteaineet kyllästetään ensin bakeliitti- tai silikonilakkailla, kuivataan ja leikataan tietyn kokoisiksi levyiksi. Valmistetut levytäyteaineet kerätään tietyn paksuisiin pakkauksiin ja alistetaan kuumapuristukseen, jonka aikana yksittäiset levyt liitetään tiukasti toisiinsa hartsien avulla.

Getinaks ja textoliitti kestävät mineraaliöljyjä, joten niitä käytetään laajalti öljytäytteisissä sähkölaitteissa ja muuntajissa. Halvin laminaatti on puulaminoitu muovi (delta-puu). Se saadaan kuumapuristamalla ohuita koivuviilulevyjä, jotka on esikyllästetty bakeliittihartseilla. Delta-puuta käytetään öljyssä toimivien voimarakenne- ja sähköeristysosien valmistukseen. Ulkokäyttöön tämä materiaali tarvitsee huolellista suojaa kosteudelta.

Asbestiteksoliitti on kerrostettu sähköä eristävä muovi, joka saadaan kuumapuristamalla asbestikankaasta valmistettuja levyjä, jotka on esikyllästetty bakeliittihartsilla. Sitä valmistetaan muotoiltuina tuotteina sekä levyinä ja levyinä, joiden paksuus on 6-60 mm. Asbogetinax on laminoitu muovi, joka on valmistettu kuumapuristamalla 20 % sulfaattiselluloosaa sisältäviä asbestipaperiarkkeja tai selluloosatonta asbestipaperia, joka on kyllästettyella.

Tarkastetuista kerroksellisista sähköeristysmateriaaleista pii- ja epoksisideainepohjaisilla lasikuitulaminaatilla on korkein lämmönkestävyys, parhaat sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet, lisääntynyt kosteudenkestävyys ja sienihomeenkestävyys.

Haava sähköeristystuotteet

Kierretyt sähköeristystuotteet ovat kiinteitä putkia ja sylintereitä, jotka on valmistettu kelaamalla mitä tahansa kuitumateriaalia metallisille pyöreille tankoille, jotka on esikyllästetty sideaineella. Kuitumateriaaleina käytetään erikoislaatuisia käämitys- tai kyllästyspapereita sekä puuvillakankaita ja lasikuitua. Sideaineita ovat bakeliitti, epoksi, organopii ja muut hartsit.

Kierretyt sähköeristystuotteet yhdessä metallitankojen kanssa, joihin ne on kääritty, kuivataan korkeassa lämpötilassa. Haavatuotteiden hygroskooppisuuden vuoksi ne lakataan. Jokainen lakkakerros kuivataan uunissa. Kiinteät tekstoliittitangot voidaan luokitella myös haavatuotteiksi, koska niitä saadaan myös käämimällä aihioita bakeliittilakalla kyllästetystä tekstiilitäytteestä. Sen jälkeen aihiot kuumapuristetaan teräsmuoteissa. Kierresähköeristetuotteita käytetään ilma- ja öljyeristeisissä muuntajissa, ilma- ja öljykatkaisimissa, erilaisissa sähkölaitteissa ja sähkölaiteyksiköissä.

Mineraaliset sähköeristysmateriaalit

Mineraalisia sähköeristysmateriaaleja ovat kivet: kiille, marmori, liuskekivi, vuolukivi ja basaltti. Tähän ryhmään kuuluvat myös portlandsementistä ja asbestista saadut materiaalit (asbestisementti ja asboplasti). Koko tälle epäorgaanisten eristeiden ryhmälle on ominaista korkea sähkökaaren kestävyys ja riittävän korkeat mekaaniset ominaisuudet. Mineraalieristeet (paitsi kiille ja basaltti) voidaan työstää paitsi kierteitykseen.

Marmorista, liuskekivestä ja vuolukivestä valmistetut sähköeristystuotteet saadaan paneelien levyinä ja veitsikytkimien ja pienjännitekytkimien sähköeristyspohjana. Täsmälleen samat tuotteet sulatetusta basaltista voidaan saada vain muotteihin valamalla. Jotta basalttituotteilla olisi tarvittavat mekaaniset ja sähköiset ominaisuudet, ne altistetaan lämpökäsittelylle kiteisen faasin muodostamiseksi materiaaliin.

Asbestisementistä ja asboplastista valmistettuja sähköeristystuotteita ovat levyt, alustat, väliseinät ja kaarikourut. Tällaisten tuotteiden valmistukseen käytetään seosta, joka koostuu portlandsementistä ja asbestikuiduista. Asboplast-tuotteet saadaan kylmäpuristamalla massasta, johon on lisätty 15 % muoviainetta (kaoliinia tai muovaussavea). Tällä saavutetaan alkuperäisen puristusmassan suurempi juoksevuus, mikä mahdollistaa monimutkaisen profiilin sähköeristystuotteiden saamisen asboplastista.

Monien mineraalieristeiden (kiillettä lukuun ottamatta) suurin haitta on niiden sähköisten ominaisuuksien alhainen taso, joka johtuu huokosten suuresta määrästä ja rautaoksidien läsnäolosta. Tämä ilmiö mahdollistaa mineraalieristeiden käytön vain pienjännitelaitteissa.

Useimmissa tapauksissa kaikki mineraalieristeet, paitsi kiille ja basaltti, kyllästetään ennen käyttöä parafiinilla, bitumilla, styreenillä, bakeliittihartseilla jne. Suurin vaikutus saavutetaan kyllästämällä jo koneistetut mineraalieristeet (paneelit, väliseinät, kammiot jne. .).

Marmori ja siitä valmistetut tuotteet eivät siedä äkillisiä lämpötilan muutoksia ja halkeamia. Liuskekivi, basaltti, vuolukivi, kiille ja asbestisementti kestävät paremmin äkillisiä lämpötilan muutoksia.

Kiille sähköeristysmateriaalit

Nämä materiaalit koostuvat kiillelevyistä, jotka on liimattu yhteen jollain hartsilla tai liimalakalla. Liimattuja kiillemateriaaleja ovat mikaniitteja, mikafoliumia ja kiilleteippejä. Liimattuja kiillemateriaaleja käytetään pääasiassa suurjännitesähkökoneiden (generaattorit, sähkömoottorit) käämien eristämiseen sekä pienjännitekoneiden ja vaikeissa olosuhteissa toimivien koneiden eristykseen.

Mikaniitit ovat kovia tai taipuisia levymateriaaleja, joita saadaan liimaamalla nypittyjä kiillelehtiä sellakka-, glyptaali-, organopii- ja muilla näihin hartseihin perustuvilla hartseilla tai lakoilla.

Tärkeimmät mikaniittityypit ovat keräin, tiiviste, muovaus ja joustava. Kokooja- ja tiivistemikaniitit kuuluvat kiinteiden mikaniittien ryhmään, joita kiilleliimauksen jälkeen puristetaan korotetuissa ominaispaineissa ja kuumennuksessa. Näillä mikaniiteilla on vähemmän paksuuden kutistumista ja suurempi tiheys. Muovattavissa ja taipuisissa mikaniiteissa on löysempi rakenne ja pienempi tiheys.

Collector mikaniitti on kiinteä levymateriaali, joka on valmistettu kiillelevyistä, jotka on liimattu yhteen sellakka- tai glyptaalihartseilla tai näihin hartseihin perustuvilla lakoilla. Mekaanisen lujuuden varmistamiseksi sähkökoneiden keräilijöissä työskenneltäessä näihin mikaniitteihin lisätään enintään 4% liimasta.

Tiivistemikaniitti on kiinteää levymateriaalia, joka on valmistettu kynityistä kiillelehdistä, jotka on liimattu yhteen sellakka- tai glyptaalihartseilla tai niihin perustuvilla lakoilla. Liimauksen jälkeen pehmustava mikaniittilevyt puristetaan. Tämä materiaali sisältää 75-95 % kiilleä ja 25-5 % liimaa.

Muovausmikaniitti on umpinainen levymateriaali, joka on tehty kynityistä kiillelehdistä, jotka on liimattu yhteen sellakka-, glyftaali- tai silikonihartseilla tai niihin perustuvilla lakoilla. Liimauksen jälkeen muovattavat mikaniittilevyt puristetaan 140-150°C lämpötilassa.

Joustava mikaniitti on levymateriaali, joka on joustava huoneenlämmössä. Se on valmistettu poimituista kiillelehdistä, jotka on liimattu yhteen öljy-bitumi-, öljy-glyftaali- tai organosilikonilakalla (ilman kuivausainetta), jotka muodostavat joustavia kalvoja.

Jotkin joustavat mikaniittityypit liimataan molemmilta puolilta kiillepaperilla mekaanisen lujuuden lisäämiseksi. Taipuisa lasimikaniitti on levymateriaali, joka on joustava huoneenlämmössä. Tämä on eräänlainen joustava mikaniitti, jolle on ominaista lisääntynyt mekaaninen lujuus ja lisääntynyt lämmönkestävyys. Tämä materiaali on valmistettu kynityn kiilteen lehdistä, jotka on liimattu yhteen organosicon- tai öljy-glyptal-lakoilla, jolloin muodostuu joustavia lämmönkestäviä kalvoja. Taipuisat lasimikaniittilevyt liimataan molemmilta tai toiselta puolelta alkalivapaalla lasikuidulla.

Micafolium on rulla- tai levyinen sähköeristysmateriaali, joka on valettu kuumennetussa tilassa. Se koostuu yhdestä tai useammasta, useammin kahdesta tai kolmesta kiillelevykerroksesta, jotka on liimattu yhteen ja 0,05 mm paksuisella paperiarkilla tai lasikuituverkolla tai lasikuituverkolla. Liimalakkoina käytetään sellakkaa, glyptaalia, polyesteriä tai organosilikonia.

Mikaliteippi on valssattua sähköä eristävää materiaalia, joka on joustava huoneenlämmössä. Se koostuu yhdestä kerroksesta poimittuja kiillelehtiä, jotka on liimattu yhteen ja liimattu yhdeltä tai molemmilta puolilta ohuella kiillepaperilla, lasikuidulla tai lasikuidulla. Liimalakkoina käytetään öljy-bitumi-, öljy-glyftaali-, organopii- ja kumiliuoksia.

Mikashelk on valssattu sähköeristysmateriaali, joka on joustava huoneenlämmössä. Mikashelk on yksi kiilleteipin lajikkeista, mutta sillä on lisääntynyt mekaaninen vetolujuus. Se koostuu yhdestä kerroksesta poimittuja kiillelehtiä, jotka on liimattu yhteen ja liimattu toiselta puolelta luonnonsilkkikankaalla ja toiselta puolelta kiillepaperilla. Liimalakkoina käytettiin öljy-glyftaali- tai öljy-bitumilakkoja, jotka muodostivat joustavia kalvoja.

Mikapolotno - valssattu tai levyinen sähköeristysmateriaali, joustava huoneenlämpötilassa. Kiillekangas koostuu useista kerroksista kynittyä kiilleä, jotka on liimattu yhteen ja liimattu molemmilta puolilta puuvillakankaalla (percale) tai kiillepaperilla toisella puolella ja toisella kankaalla.

Micalex on kiillemuovia, joka on valmistettu puristamalla kiillejauheen ja lasin seosta. Puristuksen jälkeen tuotteet lämpökäsitellään (kuivataan). Mikalexia valmistetaan levyjen ja tankojen muodossa sekä sähköeristystuotteiden muodossa (paneelit, kytkinpohjat, ilmakondensaattorit jne.). Mycalex-tuotteita puristettaessa niihin voidaan lisätä metalliosia. Nämä tuotteet soveltuvat kaikenlaiseen mekaaniseen käsittelyyn.

Kiille sähköeristysmateriaalit

Luonnonkiilleä kehitettäessä ja kynittyyn kiillepohjaisten sähköeristysmateriaalien valmistuksessa jää jäljelle suuri määrä jätettä. Niiden hyödyntäminen mahdollistaa uusien sähköeristysmateriaalien - kiille - hankinnan. Tällaiset materiaalit on valmistettu kiillepaperista, joka on esikäsitelty jollakin liimalla (hartsit, lakat). Kiillepaperista saadaan kiinteät tai taipuisat kiillesähköeristysmateriaalit liimaamalla liimalakoilla tai hartseilla ja sen jälkeen kuumapuristamalla. Liimahartsit voidaan lisätä suoraan nestemäiseen kiillemassaan - kiillesuspensioon. Tärkeimmistä kiillemateriaaleista on mainittava seuraavat.

Collector slyudinite on kiinteää levymateriaalia, jonka paksuus on kalibroitu. Se saadaan kuumapuristamalla sellakkalakalla käsiteltyjä kiillepaperiarkkeja. Collector-kiilleä valmistetaan arkeina, joiden koko vaihtelee 215 x 400 mm:stä 400 x 600 mm:iin.

Pehmustava kiille on kiinteä arkkimateriaali, joka saadaan kuumapuristamalla kiillepaperiarkkeja, jotka on kyllästetty liimalakoilla. Tiivistekiille valmistetaan 200 x 400 mm levyinä. Siitä valmistetaan kiinteät tiivisteet ja aluslevyt sähkökoneille ja -laitteille, joissa on normaali ja lisääntynyt ylikuumeneminen.

Muovauslasikiille on kiinteä levymateriaali kylmässä ja joustava kuumennetussa tilassa. Se saadaan liimaamalla kiillepaperia lasikuitualustoille. Muovaus lämmönkestävä lasikiille on kiinteä levymateriaali, joka on valettu kuumennetussa tilassa. Se valmistetaan liimaamalla kiillepaperiarkkeja lasikuidusta käyttäen lämmönkestävää silikonilakkaa. Sitä on saatavana vähintään 250 x 350 mm:n levyinä. Tällä materiaalilla on lisääntynyt mekaaninen vetolujuus.

Slyudinite joustava - levymateriaali, joustava huoneenlämmössä. Se saadaan liimaamalla kiillepaperiarkkeja, jota seuraa kuumapuristus. Sideaineena käytetään polyesteri- tai organopiilakkaa. Useimmat joustavat kiilletyypit liimataan lasikuidusta yhdeltä tai molemmilta puolilta. Joustava (lämmönkestävä) lasikiille on levymateriaali, joka on joustava huoneenlämmössä. Se valmistetaan liimaamalla yksi tai useampi kiillepaperiarkki lasikuitu- tai lasiverkolla silikonilakkailla. Liimauksen jälkeen materiaali alistetaan kuumapuristukseen. Se on päällystetty lasikuidulla yhdeltä tai molemmilta puolilta mekaanisen lujuuden lisäämiseksi.

Kiille on rulla- tai arkkimateriaali, joka on joustava kuumennettaessa, saatu liimaamalla yksi tai useampi kiillepaperiarkki 0,05 mm paksulla puhelinpaperilla, jota käytetään joustavana alustana. Tämän materiaalin käyttöalue on sama kuin kynittyyn kiillepohjaiseen micafoliumiin. Sludinitofoliumia valmistetaan 320-400 mm leveinä rullina.

Kiilleteippi on rullattua lämmönkestävää, huoneenlämmössä joustavaa materiaalia, joka koostuu kiillepaperista, liimattu yhdeltä tai molemmilta puolilta lasikuituverkolla tai lasikuitukankaalla. Kiilleteippejä valmistetaan pääasiassa rullina, joiden leveys on 15, 20, 23, 25, 30 ja 35 mm, harvemmin rullina.

Lasipuomi-kiilleteippi on rullattu, kylmän joustava materiaali, joka koostuu kiillepaperista, lasikuituverkosta ja kiillepaperista, liimattu ja kyllästetty epoksipolyesterilakalla. Pinnalta nauha peitetään tahmealla yhdistekerroksella. Sitä valmistetaan rullina, joiden leveys on 15, 20, 23, 30, 35 mm.

Lasikiille sähköpahvi on levymateriaali, joka on joustava huoneenlämmössä. Se saadaan liimaamalla kiillepaperia, sähköpahvia ja lasikuitua lakalla. Toimitetaan 500 x 650 mm arkeina.

Kiillemuovi sähköeristysmateriaalit

Kaikki kiillemateriaalit valmistetaan liimaamalla ja puristamalla kiillepaperiarkkeja. Jälkimmäinen saadaan ei-teollisesta kiillejätteestä hiukkasten mekaanisen murskaamisen seurauksena elastisella aallolla. Kiillemuovimateriaalien mekaaninen lujuus on suurempi kuin kiille, mutta ne ovat vähemmän homogeenisia, koska ne koostuvat suuremmista hiukkasista kuin kiille. Tärkeimmät kiille-muovieristysmateriaalit ovat seuraavat.

Collector-kiille on kiinteää levymateriaalia, jonka paksuus on kalibroitu. Se saadaan kuumapuristamalla kiille-muovipaperiarkkeja, jotka on aiemmin päällystetty liimakerroksella. Toimitetaan arkkeina, joiden koko on 215 x 465 mm.

Kiillepehmuste - kiinteä arkkimateriaali, joka on valmistettu kuumapuristamalla sideainekerroksella päällystettyjä kiillepaperiarkkeja. Toimitetaan 520 x 850 mm arkeina.

Kiillemuovaus - puristettu levymateriaali, kova kylmässä ja voidaan muotoilla kuumennettaessa. Saatavana arkkeina, joiden koko vaihtelee välillä 200 x 400 mm - 520 x 820 mm.

Mica joustava - puristettu levymateriaali, joustava huoneenlämmössä. Saatavana arkkeina, joiden koko vaihtelee välillä 200 x 400 mm - 520 x 820 mm. Joustava lasikiille - puristettu arkkimateriaali, joustava huoneenlämmössä, koostuu useista kerroksista kiillepaperia, liimattu toiselta puolelta lasikuitukankaalla ja toiselta puolelta lasikuituverkolla tai lasikuituverkolla molemmilta puolilta. Saatavana arkkeina, joiden koko vaihtelee välillä 250 x 500 mm - 500 x 850 mm.

Mica plastofolium on rulla- tai arkkimateriaali, joustava ja lämmitettynä valettu, joka saadaan liimaamalla useita kiillepaperiarkkeja ja liimattu yhdeltä puolelta puhelinpaperilla tai ilman.

Kiilleteippi on huoneenlämmössä joustavaa rullattua materiaalia, joka koostuu kiillepaperista, joka on liimattu molemmilta puolilta kiillepaperilla. Tätä materiaalia on saatavana rullina, joiden leveys on 12, 15, 17, 24, 30 ja 34 mm.

Lämmönkestävä lasikiilleteippi on huoneenlämpötilassa joustava materiaali, joka koostuu yhdestä kerroksesta kiillepaperia, joka on liimattu yhdeltä tai molemmilta puolilta lasikuitu- tai lasiverkolla silikonilakkalla. Materiaali valmistetaan teloilla, joiden leveys on 15, 20, 25, 30 ja 35 mm.

Sähkökeraamiset materiaalit ja lasit

Sähkökeraamiset materiaalit ovat alkuperäisten keraamisten massojen lämpökäsittelyn (polton) tuloksena saatuja keinotekoisia kiinteitä aineita, jotka koostuvat erilaisista mineraaleista (savi, talkki jne.) ja muista tietyssä suhteessa otetuista aineista. Keraamisista massoista saadaan erilaisia ​​sähkökeraamisia tuotteita: eristeitä, kondensaattoreita jne.

Näiden tuotteiden korkean lämpötilan polttoprosessissa alkuaineiden hiukkasten välillä tapahtuu monimutkaisia ​​fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja, jolloin muodostuu uusia kiteisen ja lasimaisen rakenteen omaavia aineita.

Sähkökeraamiset materiaalit jaetaan 3 ryhmään: materiaalit, joista valmistetaan eristeitä (eristekeramiikka), materiaalit, joista valmistetaan kondensaattoreita (kondensaattorikeramiikka) ja ferrokeraamiset materiaalit, joilla on epätavallisen korkeat dielektrisyysvakion ja pietsosähköisen vaikutuksen arvot. Jälkimmäisiä on käytetty radiotekniikassa. Kaikille sähkökeraamisille materiaaleille on ominaista korkea lämmönkestävyys, säänkestävyys, sähkökipinöiden ja valokaarien kestävyys, ja niillä on hyvät sähköeristysominaisuudet ja riittävän korkea mekaaninen lujuus.

Sähkökeraamisten materiaalien lisäksi lasista valmistetaan monenlaisia ​​eristeitä. Vähäemäksistä ja alkalista lasia käytetään eristeiden valmistukseen. Suurin osa korkeajänniteeristetyypeistä on valmistettu karkaistusta lasista. Karkaistu lasi eristeet ovat mekaanisesti vahvempia kuin posliinieristeet.

Magneettiset materiaalit

Suureita, joilla materiaalien magneettisia ominaisuuksia arvioidaan, kutsutaan magneettisiksi ominaisuuksiksi. Näitä ovat: absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti, suhteellinen magneettinen permeabiliteetti, magneettisen läpäisevyyden lämpötilakerroin, suurin magneettikentän energia jne. Kaikki magneettiset materiaalit on jaettu kahteen pääryhmään: magneettisesti pehmeä ja magneettisesti kova.

Magneettisesti pehmeille materiaaleille on ominaista alhaiset hystereesihäviöt (magneettinen hystereesi on kehon magnetoinnin viive ulkoisesta magnetointikentästä). Niillä on suhteellisen suuret magneettisen permeabiliteetin arvot, alhainen pakkovoima ja suhteellisen korkea saturaatioinduktio. Näitä materiaaleja käytetään muuntajien, sähkökoneiden ja -laitteiden magneettipiirien, magneettisten näyttöjen ja muiden laitteiden valmistukseen, joissa vaaditaan magnetointia pienillä energiahäviöillä.

Magneettisesti koville materiaaleille on ominaista suuret hystereesihäviöt, eli niillä on suuri pakkovoima ja suuri jäännösinduktio. Nämä materiaalit magnetoituina voivat varastoida vastaanotetun magneettisen energian pitkäksi aikaa, eli niistä tulee jatkuvan magneettikentän lähteitä. Kestomagneettien valmistukseen käytetään kovia magneettisia materiaaleja.

Pohjansa mukaan magneettiset materiaalit jaetaan metallisiin, ei-metallisiin ja magnetodielektrikoihin. Metallisia magneettisesti pehmeitä materiaaleja ovat: puhdas (elektrolyyttinen) rauta, sähköteräslevy, iron-armco, permalloy (rauta-nikkeliseokset) jne. Metallisia magneettisesti kovia materiaaleja ovat: seostetut teräkset, rautaan, alumiiniin ja nikkeliin perustuvat erikoisseokset ja seostukset komponentit (koboltti, pii jne.). Ferriitit ovat ei-metallisia magneettisia materiaaleja. Nämä ovat materiaaleja, jotka saadaan tiettyjen metallien oksidien ja rautaoksidin jauheseoksesta. Puristetut ferriittituotteet (sydämet, renkaat jne.) poltetaan lämpötilassa 1300-1500 °C. Ferriitit ovat magneettisesti pehmeitä ja magneettisesti kovia.

Magnetodielektrit ovat komposiittimateriaaleja, jotka koostuvat 70-80 % jauhemaisesta magneettimateriaalista ja 30-20 % orgaanisesta korkeapolymeerieristeestä. Ferriitit ja magnetodielektriset materiaalit eroavat metallisista magneettisista materiaaleista suurella tilavuudella, mikä vähentää jyrkästi pyörrevirtahäviöitä. Tämä mahdollistaa näiden materiaalien käytön suurtaajuustekniikassa. Lisäksi ferriiteillä on magneettisten ominaisuuksiensa stabiilisuus laajalla taajuusalueella.

Sähköinen teräslevy

Sähköteräs on magneettisesti pehmeää materiaalia. Magneettisten ominaisuuksien parantamiseksi siihen lisätään piitä, mikä lisää teräksen ominaisvastusta, mikä johtaa pyörrevirtahäviöiden vähenemiseen. Tällainen teräs valmistetaan levyjen muodossa, joiden paksuus on 0,1; 0,2; 0,35; 0,5; 1,0 mm, leveys 240 - 1000 mm ja pituus 720 - 2000 mm.

permalloys

Nämä materiaalit ovat rauta-nikkeliseoksia, joiden nikkelipitoisuus on 36-80 %. Permalloysien tiettyjen ominaisuuksien parantamiseksi niiden koostumukseen on lisätty kromia, molybdeeniä, kuparia jne. Kaikille permalloeille ominaisia ​​piirteitä ovat niiden helppo magnetoituvuus heikoissa magneettikentissä ja lisääntynyt sähkövastus.

Permallejeeringit ovat sitkeitä metalliseoksia, jotka rullataan helposti levyiksi ja nauhoiksi, joiden paksuus on enintään 0,02 mm. Magneettisten ominaisuuksien lisääntyneen resistiivisyyden ja vakauden ansiosta permalloysiä voidaan käyttää 200-500 kHz:n taajuuksilla. Permalloyt ovat erittäin herkkiä muodonmuutoksille, jotka aiheuttavat niiden alkuperäisten magneettisten ominaisuuksien heikkenemistä. Epämuodostuneiden permalloyosien magneettisten ominaisuuksien alkuperäisen tason palauttaminen saavutetaan niiden lämpökäsittelyllä tiukasti kehitetyn järjestelmän mukaisesti.

Magneettiset kovat materiaalit

Magneettisesti kovilla materiaaleilla on suuret pakkovoiman ja korkean jäännösinduktion arvot ja siten suuret magneettienergian arvot. Kovia magneettisia materiaaleja ovat:

• martensiitiksi kovetetut seokset (kromilla, volframilla tai koboltilla seostetut teräkset);
• rauta-nikkeli-alumiini takomattomat saostuskovettuvat seokset (alni, alnico jne.);
• rautaa, kobolttia ja vanadiinia (wikkaloy) tai rautaa, kobolttia, molybdeenia (comol) sisältävät muokattavat seokset;
• jalometalliin perustuvat seokset, joilla on erittäin suuri pakkovoima (platina - rauta; hopea - mangaani - alumiini jne.);
• keraami-metalliset ei-taotut materiaalit, jotka on saatu puristamalla jauhemaisia ​​komponentteja ja polttamalla puristettuja tuotteita (magneetit);
• magneettisesti kovat ferriitit;
• metalli-muoviset taomattomat materiaalit, jotka on saatu puristusjauheista, jotka koostuvat magneettisesti kovan materiaalin hiukkasista ja sideaineesta (synteettinen hartsi);
• magnetoelastiset materiaalit (magnetoelastit), jotka koostuvat magneettisesti kovaa materiaalia olevasta jauheesta ja elastisesta sideaineesta (kumi, kumi).

Metalli-muovi- ja magnetoelastisten magneettien jäännösinduktio on 20-30 % pienempi verrattuna samoista kovista magneettisista materiaaleista (alni, alnico, jne.) valmistettuihin valettuihin magneeteihin.

Ferriitit

Ferriitit ovat ei-metallisia magneettisia materiaaleja, jotka on valmistettu erityisesti valittujen metallioksidien ja rautaoksidin seoksesta. Ferriitin nimen määrää sen kaksiarvoisen metallin nimi, jonka oksidi on osa ferriittiä. Joten, jos sinkkioksidi sisältyy ferriittiin, ferriittiä kutsutaan sinkiksi; jos mangaanioksidia lisätään materiaalin koostumukseen - mangaani.

Tekniikassa käytetään monimutkaisia ​​(sekoitettuja) ferriittejä, joilla on korkeammat magneettiset ominaisuudet ja suurempi resistiivisyys verrattuna yksinkertaisiin ferriitteihin. Esimerkkejä monimutkaisista ferriiteistä ovat nikkeli-sinkki, mangaani-sinkki jne.

Kaikki ferriitit ovat monikiteisiä aineita, joita saadaan metallioksideista sintraamalla eri oksidien jauheita 1100-1300 °C:n lämpötiloissa. Ferriittejä voidaan käsitellä vain hiomatyökalulla. Ne ovat magneettisia puolijohteita. Tämä mahdollistaa niiden käytön suurtaajuisissa magneettikentissä, koska niiden pyörrevirtahäviöt ovat merkityksettömiä.

Puolijohdemateriaalit ja -tuotteet

Puolijohteet sisältävät suuren määrän materiaaleja, jotka eroavat toisistaan ​​sisäisen rakenteen, kemiallisen koostumuksen ja sähköisten ominaisuuksien osalta. Kemiallisen koostumuksen mukaan kiteiset puolijohdemateriaalit jaetaan 4 ryhmään:

1. materiaalit, jotka koostuvat yhden alkuaineen atomeista: germanium, pii, seleeni, fosfori, boori, indium, gallium jne.;
2. metallioksideista koostuvat materiaalit: kuparioksidi, sinkkioksidi, kadmiumoksidi, titaanidioksidi jne.;
3. materiaalit, jotka perustuvat Mendelejevin alkuainejärjestelmän kolmannen ja viidennen ryhmän atomiyhdisteisiin, joita merkitään yleisellä kaavalla ja joita kutsutaan antimonideiksi. Tähän ryhmään kuuluvat antimoniyhdisteet indiumin kanssa, galliumin kanssa jne., toisen ja kuudennen ryhmän atomien yhdisteet sekä neljännen ryhmän atomien yhdisteet;
4. orgaanista alkuperää olevat puolijohdemateriaalit, kuten polysykliset aromaattiset yhdisteet: antraseeni, naftaleeni jne.

Kiderakenteen mukaan puolijohdemateriaalit jaetaan kahteen ryhmään: yksikiteiset ja monikiteiset puolijohteet. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat materiaalit, jotka on saatu suurten yksittäiskiteiden (yksittäisten kiteiden) muodossa. Niiden joukossa ovat germanium, pii, josta leikataan levyjä tasasuuntaajia ja muita puolijohdelaitteita varten.

Toinen materiaaliryhmä ovat puolijohteet, jotka koostuvat monista yhteen juotetuista pienistä kiteistä. Monikiteisiä puolijohteita ovat: seleeni, piikarbidi jne.

Tilavuusvastuksen suhteen puolijohteet ovat johtimien ja eristeiden välissä. Jotkut niistä vähentävät dramaattisesti sähkövastusta, kun ne altistetaan korkealle jännitteelle. Tälle ilmiölle on löydetty käyttöä venttiilinsuojissa voimalinjojen suojaamiseen. Muut puolijohteet vähentävät resistanssiaan dramaattisesti joutuessaan alttiiksi valolle. Tätä käytetään valokennoissa ja valovastuksissa. Puolijohteiden yhteinen ominaisuus on, että niissä on sekä elektroni- että aukkojohtavuus.

Sähköhiilituotteet (sähkökoneiden harjat)

Tällaisia ​​tuotteita ovat muun muassa sähkökoneiden harjat, kaariuunien elektrodit, kosketusosat jne. Sähköhiilituotteet valmistetaan puristamalla alkuperäisestä jauhemaisesta massasta, jonka jälkeen poltetaan.

Alkuperäiset jauhemaiset massat koostuvat hiilipitoisten materiaalien (grafiitti, noki, koksi, antrasiitti jne.), sideaineista ja pehmittimistä (kivihiili ja synteettiset tervat, pihat jne.) seoksesta. Joissakin jauhemaisissa massoissa ei ole sideainetta.

Sähkökoneiden harjat ovat grafiitti, hiili-grafiitti, elektrografiitti, metalli-grafiitti. Grafiittiharjat on valmistettu luonnongrafiitista ilman sideainetta (pehmeät lajit) ja sideaineella (kovat lajit). Grafiittiharjat ovat pehmeitä ja aiheuttavat vain vähän melua käytön aikana. Hiiligrafiittiharjat valmistetaan grafiitista lisäämällä muita hiilipitoisia materiaaleja (koksi, noki) ja lisäämällä sideaineita. Lämpökäsittelyn jälkeen saadut harjat päällystetään ohuella kuparikerroksella (elektrolyyttihauteessa). Hiiligrafiittiharjoilla on lisääntynyt mekaaninen lujuus, kovuus ja vähäinen kuluminen käytön aikana.

Elektrografiittiharjat valmistetaan grafiitista ja muista hiilipitoisista materiaaleista (koksi, noki) sideaineilla. Ensimmäisen polton jälkeen harjoille tehdään grafitointi eli hehkutus 2500-2800 °C:n lämpötilassa. Sähkögrafisoiduilla harjoilla on lisääntynyt mekaaninen lujuus, nykimisen kestävyys ja niitä käytetään suurilla kehänopeuksilla. Metalli-grafiittiharjat on valmistettu grafiitin ja kuparijauheen seoksesta. Jotkut niistä esittelevät lyijy-, tina- tai hopeajauheita. Näissä harjoissa on alhainen ominaisvastus, korkea virrantiheys ja pienet transienttijännitehäviöt.

Materiaali on esine, jolla on tietty koostumus, rakenne ja ominaisuudet, jotka on suunniteltu suorittamaan tiettyjä toimintoja. Aineilla voi olla erilaisia ​​aggregaatiotiloja: kiinteä, nestemäinen, kaasumainen tai plasma.

Materiaalien suorittamat toiminnot vaihtelevat: virran kulkemisen varmistaminen (johtavissa materiaaleissa), tietyn muodon säilyttäminen mekaanisten kuormien alla (rakennemateriaaleissa), eristyksen tarjoaminen (dielektrisissä materiaaleissa), sähköenergian muuntaminen lämmöksi (resistiivisissä materiaaleissa) . Tyypillisesti materiaali suorittaa useita toimintoja. Esimerkiksi eriste kokee välttämättä jonkinlaista mekaanista rasitusta, eli se on rakennemateriaali.

Materiaalitieteen- tiede, joka tutkii materiaalien koostumusta, rakennetta, ominaisuuksia, materiaalien käyttäytymistä erilaisissa vaikutuksissa: lämpö-, sähkö-, magneetti- jne. sekä näiden vaikutusten yhdistelmää.

Sähkötekninen materiaalitiede- Tämä on materiaalitieteen ala, joka käsittelee sähkötekniikan ja energian materiaaleja, ts. materiaalit, joilla on erityisiä ominaisuuksia, joita tarvitaan sähkölaitteiden suunnittelua, tuotantoa ja käyttöä varten.

Materiaalit ovat ratkaisevassa roolissa energia-alalla. Esimerkiksi korkeajännitelinjojen eristimet. Historiallisesti posliinieristeet keksittiin ensimmäisinä. Niiden valmistustekniikka on melko monimutkainen, oikukas. Eristeet ovat melko isoja ja raskaita. Opimme työskentelemään lasin kanssa - lasieristeet ilmestyivät. Ne ovat kevyempiä, halvempia, niiden diagnoosi on hieman helpompi. Ja lopuksi, viimeisimmät keksinnöt ovat silikonikumieristeet.

Ensimmäiset kumieristeet eivät olleet kovin onnistuneita. Ajan myötä niiden pinnalle muodostui mikrohalkeamia, joihin kerääntyi likaa, muodostui johtavia raitoja, sitten eristimet murtuivat. Yksityiskohtainen tutkimus eristimien käyttäytymisestä suurjännitelinjojen (VL) johtojen sähkökentässä ulkoisissa ilmakehän olosuhteissa mahdollisti joukon lisäaineita, jotka paransivat säänkestävyyttä, saastumiskestävyyttä ja sähköpurkausten toimintaa. Tämän tuloksena on nyt luotu kokonainen luokka kevyitä, kestäviä eristeitä eritasoisille käyttöjännitteille.

Vertailun vuoksi 1150 kV ilmajohtojen ripustuseristimien paino on verrattavissa johtimien painoon kannattimien välisessä jännevälissä ja on useita tonneja. Tämä tekee tarpeelliseksi asentaa ylimääräisiä rinnakkaisia ​​eristinsarjoja, mikä lisää tuen kuormitusta. On käytettävä vahvempia ja siten massiivisempia tukia. Tämä lisää materiaalien kulutusta, tukien suuri paino nostaa merkittävästi asennuskustannuksia. Vertailun vuoksi asennuskustannukset ovat jopa 70 % voimalinjan rakentamiskustannuksista. Esimerkki näyttää kuinka yksi suunnitteluelementti vaikuttaa suunnitteluun kokonaisuutena.

Näin ollen (ETM) ovat yksi kaikkien virtalähdejärjestelmien teknisten ja taloudellisten indikaattoreiden määräävistä tekijöistä.

Energiateollisuudessa käytetyt päämateriaalit voidaan jakaa useisiin luokkiin - nämä ovat johdinmateriaalit, magneettiset materiaalit ja dielektriset materiaalit. Niille on yhteistä, että niitä käytetään jännitteen ja siten sähkökentän vaikutuksesta.

Kutsutaan johtavia materiaaleja, joiden tärkein sähköinen ominaisuus on vahvasti korostunut sähkönjohtavuus verrattuna muihin sähkömateriaaleihin. Niiden käyttö tekniikassa johtuu pääasiassa tästä ominaisuudesta, joka määrää korkean sähkönjohtavuuden normaalilämpötilassa.

Sähkövirran johtimina voidaan käyttää sekä kiinteitä aineita että nesteitä ja sopivissa olosuhteissa kaasuja. Tärkeimmät sähkötekniikassa käytetyt kiinteät johdinmateriaalit ovat metallit ja niiden seokset.

Nestejohtimia ovat sulat metallit ja erilaiset elektrolyytit. Useimpien metallien sulamispiste on kuitenkin korkea, ja vain elohopeaa, jonka sulamispiste on noin miinus 39 °C, voidaan käyttää nestemäisenä metallijohtimena normaalilämpötilassa. Muut metallit ovat nestemäisiä johtimia korotetuissa lämpötiloissa.

Kaasut ja höyryt, mukaan lukien metallihöyryt, eivät ole johtimia alhaisilla sähkökenttävoimakkuuksilla. Jos kentänvoimakkuus kuitenkin ylittää tietyn kriittisen arvon, joka varmistaa iskun ja fotoionisaation alkamisen, kaasusta voi tulla johtime, jolla on elektroninen ja ioninen sähkönjohtavuus. Voimakkaasti ionisoitunut kaasu, kun elektronien lukumäärä on yhtä suuri kuin positiivisten ionien lukumäärä tilavuusyksikköä kohti, on erityinen johtava väliaine, jota kutsutaan plasmaksi.

Sähkötekniikan johdinmateriaalien tärkeimmät ominaisuudet ovat niiden sähkö- ja lämmönjohtavuus sekä kyky tuottaa lämpö-EMF:ää.

Sähkönjohtavuus kuvaa aineen kykyä johtaa sähkövirtaa (katso -). Metallien virrankulkumekanismi johtuu vapaiden elektronien liikkeestä sähkökentän vaikutuksesta.

Puolijohdemateriaalit ovat materiaaleja, joiden johtavuus on keskitasoa johtavien ja dielektristen materiaalien välillä ja joiden erottuva ominaisuus on johtavuuden erittäin voimakas riippuvuus epäpuhtauksien tai muiden vikojen pitoisuudesta ja tyypistä sekä useimmissa tapauksissa ulkoisista energiavaikutuksista (lämpötila, valaistus jne.). . P.).

Puolijohteisiin kuuluu suuri joukko elektronisesti johtavia aineita, joiden ominaisvastus normaalilämpötilassa on suurempi kuin johtimien, mutta pienempi kuin eristeiden, ja on välillä 10-4 - 1010 ohm cm. Puolijohteita käytetään harvoin suoraan, mutta puolijohdepohjaisia ​​elektronisia komponentteja käytetään laajalti. Tämä on mitä tahansa elektroniikkaa asemilla, sähköasemilla, jakelutoimistoissa, palveluissa jne. Tasasuuntaajat, vahvistimet, generaattorit, muuntimet. Piikarbidipohjaisia ​​puolijohteita käytetään myös epälineaaristen ylijännitevaimentimien valmistukseen voimalinjoissa (OPN).

Dielektriset materiaalit

Dielektrisiä materiaaleja kutsutaan materiaaleiksi, joiden tärkein sähköinen ominaisuus on kyky polarisoitua ja joissa sähköstaattisen kentän olemassaolo on mahdollista. Todellinen (tekninen) dielektri on mitä lähempänä ihannetta, sitä pienempi sen ominaisjohtavuus ja sitä heikompi sillä on sähköenergian hajaantumiseen ja lämmöntuotantoon liittyvät hitaat polarisaatiomekanismit.

Dielektrinen polarisaatio Sitä kutsutaan esiintymiseksi siinä, kun makroskooppinen itsesähköinen kenttä tuodaan ulkoiseen, johtuen eristeen molekyylit muodostavien varautuneiden hiukkasten siirtymisestä. Dielektristä, jossa tällainen kenttä syntyy, kutsutaan polarisoiduksi.

Magneettisia materiaaleja kutsutaan materiaaleiksi, jotka on suunniteltu toimimaan magneettikentässä suorassa vuorovaikutuksessa tämän kentän kanssa. Magneettiset materiaalit jaetaan heikosti magneettisiin ja vahvasti magneettisiin. Heikosti magneettisia materiaaleja ovat diamagneetit ja paramagneetit. Voimakkaasti magneettisille - ferromagneeteille, jotka puolestaan ​​voivat olla magneettisesti pehmeitä ja magneettisesti kovia.

Komposiitti materiaalit

Komposiittimateriaalit ovat materiaaleja, jotka koostuvat useista eri tehtäviä suorittavista komponenteista ja komponenttien välillä on rajapintoja.