Elektrotechnické materiály, ich vlastnosti a použitie stručne. Elektromateriály, klasifikácia, základné vlastnosti

Elektrické charakteristiky umožňujú vyhodnotiť vlastnosti materiálov pri vystavení elektrickému poľu. Hlavnou vlastnosťou elektrických materiálov vo vzťahu k elektrickému poľu je elektrická vodivosť.

Elektrická vodivosť- je to vlastnosť materiálu viesť elektrický prúd pod vplyvom stáleho (v čase sa nemeniaceho) elektrického napätia.

Špecifický elektrický odpor - je to odolnosť materiálu s dĺžkou 1 m a prierezom 1 m2.

kde je γ vodivosť materiálu, je to vodivosť materiálu s dĺžkou 1m a prierezom 1m 2, 1 / Ohm∙m;

q je hodnota náboja nosiča (náboj elektrónu 1,6 10 -19), C;

n je počet nosičov náboja na jednotku objemu;

µ je mobilita nosiča náboja.

Čím väčšia je hodnota ρ, tým nižšia je elektrická vodivosť materiálu.

Vodiče ρ=10 -8 ÷10 -6 .

Polovodiče ρ=10 -6 ÷10 8 .

Dielektrika ρ=10 8 ÷10 18 .

Odpor vodiča- to je konštruktívna charakteristika vodiča, pretože závisí od veľkosti a vodivých vlastností materiálu.

kde ρ je odpor materiálu, Ohm∙m;

l je dĺžka vodiča, m;

S je plocha prierezu vodiča, m 2.

Teplotný koeficient odporu - ukazuje, ako veľmi sa zmení odpor materiálu v 1 ohme pri jeho zahriatí o 1 0 C.

S lineárnou zmenou odporu v úzkom teplotnom rozsahu

kde ρ je odpor materiálu pri teplote ;

ρ 0 - špecifický odpor materiálu na začiatku

teplota t 0 sa zvyčajne považuje za 20 0 C.

Ak odpor nahradíme odporom

Čím väčšia je hodnota α, tým viac sa mení odpor vodiča s teplotou.

Vodiče α>0 so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje rezistivita materiálu.

Polovodiče a dielektriká α<0 с увеличением температуры удельное сопротивление материала уменьшается.

Elektrické vlastnosti a charakteristiky materiálov (pre dielektrika)

Hlavnou vlastnosťou dielektrických materiálov je schopnosť polarizácie v elektrickom poli.

Polarizácia- je to vlastnosť materiálu, ktorá spočíva v obmedzenom posune alebo orientácii viazaných nábojov pri pôsobení elektrického poľa.

Dielektrická konštanta (relatívne) - ukazuje, koľkokrát sa vonkajšie elektrické pole oslabí v danom materiáli ako vo vákuu (ukazuje polarizačnú slepotu).

kde ε a je absolútna permitivita, berie do úvahy vplyv materiálu na elektrické pole, f/m;

ε 0 - absolútna permitivita vákua, 8,85∙10 -12 F/m.

Čím väčšia je hodnota ε, tým silnejšie je dielektrikum polarizované.

Vákuum ε=0.

Plynné dielektrika sú hlavne ε≥1.

Kvapalné a tuhé dielektriká ε>>1.

Tangenta uhla dielektrickej straty.

Keď na akúkoľvek látku pôsobí elektrické pole, časť elektrickej energie sa premení na teplo a rozptýli sa. Rozptýlená časť elektrickej energie dielektrikom sa nazýva dielektrické straty. Okrem toho strata energie pri striedavom napätí bude mnohonásobne väčšia ako strata pri konštantnom napätí.

Pri konštantnom napätí sa straty číselne rovnajú činnému výkonu

kde U je napätie aplikované na dielektrikum, V;

I je vodivý prúd cez dielektrikum, A.

So striedavým napätím

kde U je striedavé napätie aplikované na dielektrikum, V;

f je aktuálna frekvencia, Hz;

C je kapacita dielektrika, F.

δ je uhol dielektrických strát, ktorý dopĺňa uhol fázového posunu φ s 90° medzi prúdom a napätím v kapacitnom obvode.

Čím väčšia je hodnota tg δ, tým väčšie sú straty v dielektriku a tým väčšie je zahrievanie dielektrika v elektrickom poli danej frekvencie a napätia.

Plynné dielektriká tg δ=10 -6 ÷10 -5 .

Kvapalné a tuhé dielektriká: špičková trieda tg δ=(2÷6)∙10 -4 ,

zvyšok tg δ=0,002÷0,05.

Sila rozpadu (elektrická pevnosť) je intenzita rovnomerného elektrického poľa, pri ktorom dochádza k prierazu dielektrika (stáva sa vodičom).

kde U pr - prierazné napätie, pri ktorom dochádza k prierazu, MV;

d je hrúbka dielektrika v mieste prierazu, m.

Čím väčšia je hodnota E pr, tým lepšie sú elektrické izolačné vlastnosti.

Pri výbere izolácie je potrebné vziať do úvahy napätie, pri ktorom je dielektrikum zapnuté a musí byť zabezpečená bezpečnostná rezerva (bezpečnostný faktor).

kde E p je pracovné napätie, MV / m.

Najkrehkejšia forma komunikácie - molekulová väzba(van der Waalsovo spojenie). Takáto väzba existuje v niektorých látkach medzi molekulami s kovalentnými intramolekulárnymi väzbami.

Intermolekulárna príťažlivosť je spôsobená koordinovaným pohybom valenčných elektrónov v susedných molekulách. V každom okamihu sú elektróny od seba čo najďalej a čo najbližšie ku kladným nábojom. V tomto prípade sa sily príťažlivosti valenčných elektrónov kladne nabitými jadrami susedných molekúl ukážu byť silnejšie ako sily vzájomného odpudzovania elektrónov vonkajších obežných dráh. Van der Waalsova väzba sa pozoruje medzi molekulami určitých látok (napríklad parafínu), ktoré majú nízku teplotu topenia, čo naznačuje krehkosť ich kryštálovej mriežky.

Hlavným procesom charakteristickým pre akékoľvek dielektrikum, ku ktorému dochádza, keď je naň aplikované elektrické napätie, je polarizácia -- obmedzený posun viazaných nábojov alebo orientácia dipólových molekúl.

Pre stručnosť sa dipól-relaxačná polarizácia nazýva dipól. Od elektronickej a iónovej polarizácie sa líši tým, že je spojená s tepelným pohybom častíc. Dipólové molekuly v chaotickom tepelnom pohybe sú čiastočne orientované pôsobením poľa, čo je príčinou polarizácie.

Polarizácia dipólov je možná, ak molekulárne sily nebránia dipólom v orientácii pozdĺž poľa. So zvyšovaním teploty molekulárne sily slabnú, viskozita látky klesá, čím by sa mala zvýšiť polarizácia dipólu, no zároveň sa zvyšuje energia tepelného pohybu molekúl, čím sa znižuje orientačný efekt poľa. Preto so zvyšujúcou sa teplotou najskôr narastá polarizácia dipólu (kým oslabenie molekulárnych síl neovplyvní viac ako nárast chaotického tepelného pohybu) a potom, keď sa chaotický pohyb stane intenzívnejší, začne polarizácia dipólu so zvyšujúcou sa teplotou klesať.

Natáčanie dipólov v smere poľa vo viskóznom prostredí vyžaduje prekonať určitý odpor, a preto je polarizácia dipólov spojená so stratami energie.

Permitivita pevných látok závisí od štruktúrnych vlastností pevného dielektrika. V pevných látkach sú možné všetky typy polarizácie. Pre tuhé nepolárne dielektriká sú charakteristické rovnaké zákonitosti ako pre nepolárne kvapaliny a plyny. Potvrdzuje to závislosť ? r (t) pre parafín. Pri prechode parafínu z tuhého do kvapalného skupenstva (teplota topenia cca +54°C) dochádza v dôsledku poklesu hustoty látky k prudkému poklesu dielektrickej konštanty.

Plynné látky sa vyznačujú nízkou hustotou. Preto je permitivita všetkých plynov zanedbateľná a blízka jednote. Ak sú molekuly plynu polárne, potom polarizácia môže byť dipólová, avšak pre polárne plyny má primárny význam elektrónová polarizácia.

Polarizácia kvapalín obsahujúcich dipólové molekuly je určená elektrónovou a dipólovou polarizáciou. Čím väčší je elektrický moment dipólov a počet molekúl na jednotku objemu, tým väčšia je dielektrická permitivita kvapalných dielektrík. Permitivita kvapalných polárnych dielektrík sa pohybuje od 3 do 5,5.

Pevné dielektriká, čo sú iónové kryštály s tesným usporiadaním častíc, majú elektronickú a iónovú polarizáciu a majú dielektrickú konštantu, ktorá sa mení v širokom rozsahu. Pre anorganické sklá (kvázi amorfné dielektriká) sa permitivita pohybuje od 4 do 20. Pevné dielektriká, čo sú iónové kryštály s voľným balením častíc, okrem elektrónovej a iónovej polarizácie majú iónovo-relaxačnú polarizáciu a vyznačujú sa nízka hodnota dielektrickej permitivity. Napríklad ? r kamenná soľ má hodnotu 6, korund 10, rutil 110 a titaničitan vápenatý 150. (Všetky hodnoty ? r sú uvedené pre teplotu 20 °C.)

Polárne organické dielektrika vykazujú v pevnom stave dipólovo-relaxačnú polarizáciu. Takéto dielektriká zahŕňajú celulózu a produkty jej spracovania, polárne polyméry. Dipólovo-relaxačná polarizácia sa pozoruje aj v ľade. Permitivita týchto materiálov závisí vo veľkej miere od teploty a od frekvencie aplikovaného napätia podľa rovnakých vzorov, aké sa pozorujú pre polárne kvapaliny.

Je možné poznamenať, že permitivita ľadu sa dramaticky mení s teplotou a frekvenciou. Pri nízkych frekvenciách a teplotách blízkych 0°C má ľad, podobne ako voda ? r ~ 80, avšak s klesajúcou teplotou ? r rýchlo klesá a dosahuje 2,85.

Permitivita komplexných dielektrík, ktoré sú mechanickou zmesou dvoch zložiek s rôznymi dielektrickými permitivitami, sa v prvej aproximácii určuje na základe logaritmického zmiešavacieho zákona.

Prúd v plynoch sa môže vyskytnúť iba vtedy, ak sú v nich ióny alebo voľné elektróny. K ionizácii molekúl neutrálneho plynu dochádza buď pôsobením vonkajších faktorov alebo v dôsledku zrážok nabitých častíc s molekulami.

Elektrická vodivosť kvapalných dielektrík úzko súvisí so štruktúrou molekúl kvapaliny. V nepolárnych kvapalinách závisí elektrická vodivosť od prítomnosti disociovaných nečistôt vrátane vlhkosti. V polárnych kvapalinách je elektrická vodivosť určená nielen nečistotami, ale niekedy aj disociáciou molekúl samotnej kvapaliny. Prúd v kvapaline môže byť spôsobený tak pohybom iónov, ako aj pohybom relatívne veľkých nabitých koloidných častíc.

Elektrická vodivosť pevných látok je určená pohybom iónov samotného dielektrika a iónov náhodných nečistôt a v niektorých materiáloch môže byť spôsobená prítomnosťou voľných elektrónov. Elektronická elektrická vodivosť je najvýraznejšia v silných elektrických poliach.

V dielektrikách s atómovou alebo molekulovou mriežkou je elektrická vodivosť spojená len s prítomnosťou nečistôt, ich merná vodivosť je veľmi malá.

V sústave SI objemový odpor ?v rovný objemovému odporu kocky s hranou 1 m, mentálne vyrezanej zo skúmaného materiálu (ak prúd prechádza kockou, z jednej z jej plôch na opačnú), vynásobený 1 m.

Pre plochú vzorku materiálu v rovnomernom poli sa objemový odpor (ohmmeter) vypočíta podľa vzorca

R-- objemový odpor vzorky, Ohm;

S - plocha elektród, m 2 ;

h-- hrúbka vzorky, m.

Špecifická objemová vodivosť? merané v siemens na meter

Dielektrické straty (dielektrické straty) sú výkon rozptýlený v dielektriku, keď naň pôsobí elektrické pole a spôsobuje zahrievanie dielektrika. Straty v dielektrikách sa pozorujú pri striedavom napätí aj pri konštantnom napätí, pretože v materiáli je detegovaný priechodný prúd v dôsledku vodivosti.

Pri konštantnom napätí nedochádza k periodickej polarizácii. Kvalitu materiálu charakterizujú hodnoty špecifického objemu a povrchového odporu. Pri striedavom napätí je potrebné použiť nejakú inú charakteristiku kvality materiálu, pretože v tomto prípade okrem priechodného prúdu existujú ďalšie príčiny, ktoré spôsobujú straty v dielektriku.

Dielektrické straty v elektricky izolačnom materiáli možno charakterizovať stratou výkonu na jednotku objemu alebo špecifickými stratami; častejšie sa na posúdenie schopnosti dielektrika rozptýliť energiu v elektrickom poli používa uhol dielektrickej straty, ako aj tangens tohto uhla.

Neprípustne veľké dielektrické straty v elektroizolačnom materiáli spôsobujú silné zahrievanie výrobku z neho vyrobeného a môžu viesť k jeho tepelnému zničeniu. Aj keď napätie aplikované na dielektrikum nie je dostatočne veľké na to, aby spôsobilo neprijateľné prehriatie v dôsledku dielektrických strát, potom v tomto prípade môžu veľké dielektrické straty spôsobiť značné škody, zvyšujúce napríklad aktívny odpor oscilačného obvodu, v ktorom je toto dielektrikum a následne aj množstvo útlmu.

Kaučuk a papier sú organické dielektriká molekulárnej štruktúry s polárnymi molekulami. Tieto látky majú v dôsledku svojej vlastnej dipólovo-relaxačnej polarizácie veľké straty. Stratová tangenta tg~ 0,03, pre časticový kaučuk do 0,25.

Sklá, anorganické kvázi amorfné látky iónovej štruktúry, čo sú zložité systémy rôznych oxidov. Dielektrické straty v takýchto látkach sú spojené s javom polarizácie a elektrickej vodivosti. Elektrické vlastnosti veľmi závisia od ich zloženia. Pre kremenné sklo je dotyčnica straty tg?~0,0002.

Penové plasty sú materiály s bunkovou štruktúrou, v ktorých sú plynné plnivá izolované od seba a od okolia tenkými vrstvami polymérneho spojiva. Peny na báze epoxidovej živice majú stratovú tangentu tg~ 0,025 - 0,035. Penové plasty na báze expandovaného polystyrénu TG ~ 0,0004.

Od skla teda treba očakávať menšie elektrické straty.

Dielektrikum, ktoré je v elektrickom poli, stráca vlastnosti elektricky izolačného materiálu, ak intenzita poľa prekročí určitú kritickú hodnotu. Tento jav sa nazýva dielektrický rozpad alebo porušenie jeho elektrickej sily. Napätie, pri ktorom dochádza k rozpadu dielektrika, sa nazýva prierazné napätie, a zodpovedajúca hodnota intenzity poľa -- dielektrická pevnosť.

Označuje sa prierazné napätie U np a zvyčajne sa meria v kilovoltoch. Elektrická pevnosť je určená prierazným napätím súvisiacim s hrúbkou dielektrika v bode prierazu:

kde h- hrúbka dielektrika

Na praktické účely sa číselné hodnoty elektrickej pevnosti dielektrika získajú, ak je prierazné napätie vyjadrené v kilovoltoch a hrúbka dielektrika je v milimetroch. Potom bude elektrická sila v kilovoltoch na milimeter. Na uloženie číselných hodnôt a prepnutie na jednotky SI môžete použiť jednotku MV/m:

Kvapalné dielektriká majú za normálnych podmienok vyššiu elektrickú pevnosť ako plyny. Mimoriadne čisté kvapaliny sa získavajú mimoriadne ťažko. Trvalé nečistoty v kvapalných dielektrikách sú voda, plyny a pevné častice. Prítomnosť nečistôt podmieňuje najmä jav rozpadu kvapalných dielektrík a spôsobuje veľké ťažkosti pri vytváraní exaktnej teórie rozpadu týchto látok.

Teóriu elektrického rozpadu možno aplikovať na kvapaliny, ktoré sú maximálne očistené od nečistôt. Pri vysokej intenzite elektrického poľa môžu byť elektróny vyvrhnuté z kovových elektród a rovnako ako v plynoch môžu byť molekuly samotnej kvapaliny zničené v dôsledku nárazov na nabité častice. V tomto prípade je zvýšená elektrická pevnosť kvapalného dielektrika v porovnaní s plynným dielektrikom spôsobená oveľa kratšou strednou voľnou dráhou elektrónov. Rozpad kvapalín obsahujúcich plynové inklúzie sa vysvetľuje lokálnym prehriatím kvapaliny v dôsledku energie uvoľnenej v relatívne ľahko ionizovateľných bublinách plynu, čo vedie k vytvoreniu plynového kanála medzi elektródami. Voda vo forme jednotlivých malých kvapôčok v transformátorovom oleji pri normálnej teplote výrazne znižuje E Pod vplyvom dlhého elektrického poľa sa sférické kvapky vody silne dipólovej kvapaliny polarizujú, majú tvar elipsoidov a navzájom sa priťahujú protiľahlými koncami vytvárajú medzi elektródami reťazce so zvýšenou vodivosťou, pozdĺž ktorých dôjde k elektrickému výpadku.

Pálený porcelán má hustotu 2,3-2,5 Mg/m 3 . Medza pevnosti v tlaku 400-700 MPa, v ťahu 45-70 MPa, v ohybe 80-150 MPa. Z čoho je vidieť, že mechanická pevnosť porcelánu je vyššia pri práci v tlaku.

Ochranné vlastnosti rôznych materiálov voči vysokoenergetickému korpuskulárnemu a vlnovému žiareniu možno vhodne charakterizovať konceptom desaťnásobnej zoslabovacej vrstvy, t.j. hrúbka vrstvy hmoty, po prechode sa intenzita žiarenia desaťnásobne utlmí. Táto charakteristika značne zjednodušuje výpočet ochranných prvkov. Napríklad na oslabenie 100-krát je potrebné vziať hrúbku ochrannej látky rovnajúcu sa dvom vrstvám desaťnásobného oslabenia. samozrejme, P desaťnásobné zoslabovacie vrstvy znížia intenzitu žiarenia o faktor 10n.

Absorpcia kvantovej energie látkou závisí od hustoty tejto látky. Z týchto látok má najvyššiu hustotu olovo. Na absorpciu kvantového žiarenia 1 MeV by hrúbka olova mala byť ~ 30 mm, oceľ ~ 50 mm, betón ~ 200 mm, voda 400 mm. Olovo má teda najmenšiu hrúbku desaťnásobnej zoslabovacej vrstvy.

Najvýznamnejšími prakticky používanými pevnými vodivými materiálmi v elektrotechnike sú kovy a ich zliatiny. Odlišujú sa od nich kovy s vysokou vodivosťou a merným odporom? pri normálnej teplote nie viac ako 0,05 μΩ * m a zliatiny s vysokým odporom s odporom? pri normálnej teplote nie menej ako 0,3 μΩ * m Kovy s vysokou vodivosťou sa používajú na drôty, vodiče káblov, vinutia elektrických strojov. Medzi takéto kovy patrí meď (0,017 μΩ * m), striebro (0,016 μΩ * m) hliník (0,028 μΩ * m)

Kovy a zliatiny s vysokou odolnosťou sa používajú na výrobu odporov pre elektrické ohrievače, vlákna žiaroviek. Vysoko odolné kovy a zliatiny zahŕňajú manganín (0,42-0,48 µOhm * m), Constantan (0,48-0,52 µOhm * m), zliatiny chrómu a niklu (1,1-1,2 µOhm * m), chróm-hliník (1,2-1,5 µOhm * m ), Ortuť, olovo, volfrám.

V roku 1911 holandský fyzik H. Kamerliig-Onnes skúmal elektrickú vodivosť kovov pri veľmi nízkych teplotách blížiacich sa absolútnej nule. Zistil, že pri ochladení na teplotu približne rovnú teplote skvapalňovania hélia odpor prstenca zmrznutej ortuti náhle pri prudkom skoku klesne na extrémne malú, nemerateľnú hodnotu. Takýto jav, t.j. prítomnosť látky s takmer nekonečnou mernou vodivosťou, bol tzv supravodivosť. Teplota T S , po ochladení, do ktorého látka prechádza do supravodivého stavu, - supravodivá prechodová teplota. Látky, ktoré prechádzajú do supravodivého stavu supravodiče.

Fenomén supravodivosti je spôsobený skutočnosťou, že elektrický prúd, ktorý sa raz indukuje v supravodivom obvode, bude cirkulovať dlhú dobu (roky) pozdĺž tohto obvodu bez viditeľného poklesu jeho sily a navyše bez dodávky energie. zvonku.

V súčasnosti je už známych 35 supravodivých kovov a viac ako tisíc supravodivých zliatin a chemických zlúčenín rôznych prvkov. Zároveň mnohé látky, vrátane tých s veľmi malými hodnotami? pri normálnej teplote sa kovy ako striebro, meď, zlato, platina a iné, pri najnižších teplotách dosahovaných v súčasnosti (asi milikelvin) nemohli preniesť do supravodivého stavu.

Polovodiče používané v praxi možno rozdeliť na jednoduché polovodiče (ich hlavné zloženie tvoria atómy jedného chemického prvku) a zložité polovodičové kompozície, ktorého hlavné zloženie tvoria atómy dvoch alebo viacerých chemických prvkov. V súčasnosti sa tiež študuje sklovca a kvapalina polovodičov. Jednoduché polovodiče sú: bór, kremík, germánium, fosfor, arzén, selén, síra, telúr, jód. komplexný polovodiče sú zlúčeniny prvkov rôznych skupín periodickej tabuľky, zodpovedajúce všeobecným vzorcom A IV B, IV (napríklad SiC), A III B V (InSb, GaAs, GaP), A II B IV (CdS, ZnSe) , ako aj niektoré oxidy (CU 2 O). Komu polovodičové kompozície možno priradiť materiály s polovodivou alebo vodivou fázou karbidu kremíka a grafitu viazané keramickou alebo inou väzbou.

V modernej technike nadobudli osobitný význam kremík, germánium a čiastočne selén, ktoré sa používajú na výrobu diód, triód a iných polovodičových prvkov.

Termistory (termistory) sa vyrábajú vo forme tyčiniek, dosiek alebo tabliet pomocou keramickej technológie. Odolnosť a ďalšie vlastnosti termistorov závisia nielen od zloženia, ale aj od zrnitosti, od výrobného procesu: lisovacieho tlaku (ak sa polovodič odoberá vo forme prášku) a teploty vypaľovania. Termistory sa používajú na meranie, reguláciu teploty a tepelnú kompenzáciu, na stabilizáciu napätia, obmedzovanie impulzných rozbehových prúdov, meranie tepelnej vodivosti kvapalín, ako bezkontaktné reostaty a prúdové časové relé.

Z polovodičovej keramiky s Curieovým bodom sa vyrábajú termistory, ktoré sa od všetkých ostatných termistorov líšia tým, že majú nie negatívny, ale veľmi veľký kladný teplotný koeficient odporu (nad + 20% / K) v úzkom teplotnom rozsahu (cca. 10 °C). Tieto termistory sa nazývajú pozistory. Vyrábajú sa vo forme kotúčov s malou hrúbkou a sú určené na kontrolu a reguláciu teploty, použitie v požiarnych poplachových systémoch, ochranu motorov pred prehriatím, obmedzovanie prúdov, meranie prietoku kvapalín a plynov.

Polovodičové oxidy sa používajú hlavne na výrobu termistorov s veľkým záporným teplotným koeficientom odporu [--(Z-4)%/K].

Pre pamäťové zariadenia výpočtovej techniky sa používajú ferity, ktoré majú pravouhlú hysteréznu slučku. Hlavným parametrom produktov tohto typu je koeficient pravouhlosti hysteréznej slučky Kp, čo je pomer zvyškovej indukcie W t k maximálnej indukcii B max.

Kp \u003d W / Vmax

Na výrobu jadier transformátorov sa používajú mäkké magnetické materiály vo forme sady tenkých plechov izolovaných od seba. Táto konštrukcia jadra transformátora môže výrazne znížiť straty vírivými prúdmi (Foucaultove prúdy).

Tvrdé magnetické materiály sa používajú hlavne na výrobu permanentných magnetov.

Podľa zloženia, stavu a spôsobu získavania tvrdých magnetických materiálov sa delia na:

1) legované martenzitické ocele,

2) liate tvrdé magnetické zliatiny,

3) práškové magnety,

4) tvrdé magnetické ferity,

5) plasticky deformovateľné zliatiny,

6) magnetické pásky.

Charakteristiky materiálov pre permanentné magnety sú koercitívna sila, zvyšková indukcia a maximálna energia, ktorú magnet vydáva do vonkajšieho priestoru. Magnetická permeabilita materiálov pre permanentné magnety je nižšia ako u mäkkých magnetických materiálov a čím vyššia je koercitívna sila, tým nižšia je magnetická permeabilita.

Najjednoduchším a cenovo dostupným materiálom na výrobu permanentných magnetov sú legované martenzitické ocele. Sú legované prísadami volfrámu, chrómu, molybdénu, kobaltu. Hodnota W max pre martenzitické ocele je 1--4 kJ/m 3 . Magnetické vlastnosti takýchto ocelí sú zaručené pre martenzitické ocele po tepelnom spracovaní špecifickom pre každý druh ocele a päťhodinovej štruktúrnej stabilizácii vo vriacej vode. Martenzitické ocele sa začali používať na výrobu permanentných magnetov pred všetkými ostatnými materiálmi. V súčasnosti majú obmedzené použitie kvôli ich nízkym magnetickým vlastnostiam, ale nie sú úplne opustené, pretože sú lacné a umožňujú obrábanie na kovoobrábacích strojoch.

Pre prácu vo vysokofrekvenčných inštaláciách je najvhodnejším materiálom magneticky tvrdý ferit (ferit bárnatý). Na rozdiel od mäkkých magnetických feritov nemá kubickú, ale hexagonálnu kryštálovú mriežku s jednoosovou anizotropiou. Feritové magnety bária majú koercitívnu silu až 240 kA/m, avšak z hľadiska zvyškovej indukcie 0,38 T a uloženej magnetickej energie 12,4 kJ/m3 sú horšie ako zliatiny systému Alni. Špecifický odpor feritu bárnatého je 10 4 - 10 7 Ohm * m, t.j. miliónkrát vyšší ako merný odpor tvrdých magnetických zliatin odlievaných kovov.

Kovoplastové magnety (s pomerne nízkymi magnetickými vlastnosťami) majú vysoký elektrický odpor a tým aj malú tangentu magnetických strát, čo umožňuje ich použitie aj v zariadeniach so striedavým magnetickým poľom so zvýšenou frekvenciou.

Téma #1

ELEKTRICKÉ MATERIÁLY, KLASIFIKÁCIA, HLAVNÉ VLASTNOSTI.

Materiály široko používané v rádiových elektronických zariadeniach majú rôzne názvy: elektrické materiály, rádiotechnické materiály, elektronické inžinierske materiály. Medzi týmito materiálmi však nie je zásadný rozdiel. Napriek rozdielom v názvoch sa všetky používajú na výrobu častí alebo komponentov a zariadení elektrotechnického, rádiového, mikroelektronického, počítačového vybavenia. Všetky materiály v technickej oblasti, ktorá nás zaujíma, však musia mať presne definovaný súbor vlastností, vďaka ktorým nachádzajú špecifické uplatnenie.

Zjednocujúcim princípom všetkých elektrických materiálov je súbor ich vlastností vo vzťahu k elektromagnetickému poľu. Pri interakcii s elektromagnetickým poľom sa prejavujú elektrické a magnetické vlastnosti. To nám umožňuje definovať pojem „elektrotechnické materiály“ a klasifikovať ich.

Elektro (rádiové) technické materiály (ETM) sú materiály, ktoré sa vyznačujú určitými vlastnosťami vo vzťahu k elektromagnetickému poľu a využívajú sa v technike s prihliadnutím na tieto vlastnosti.

Podľa hlavnej elektrickej vlastnosti látok – elektrickej vodivosti – sa elektrické materiály delia do troch skupín: vodiče, polovodiče a dielektriká.

Podľa magnetických vlastností sa látky delia do piatich skupín: diamagnety, paramagnety, feromagnety, antiferomagnety a ferimagnety.

Každá z týchto skupín je zase rozdelená do podskupín podľa kvantitatívnych parametrov charakterizujúcich ich hlavné vlastnosti. To nám umožňuje prezentovať klasifikáciu rádiových materiálov vo forme zovšeobecnenej schémy (obr. 1.1).

Pre praktické využitie je potrebné, aby boli kvantitatívne dostatočne výrazné elektrické alebo magnetické vlastnosti a mechanické, technologické a iné vlastnosti spĺňali určité požiadavky. Preto nie všetky uvedené skupiny sú rovnako široko používané v technike.

1.2. FYZIKÁLNO-CHEMICKÁ POVAHA MATERIÁLOV

Všetky materiály, ktoré existujú v prírode, bez ohľadu na ich stav agregácie (plynné, kvapalné, pevné), sú postavené z atómov viac ako 100 chemických prvkov. Akákoľvek látka (materiál) pozostáva z obrovského množstva elektricky nabitých častíc - elektrónov a atómových jadier chemických prvkov, ktoré určujú jej vlastnosti.

Existujú metódy pre zjednodušenú analýzu vlastností materiálov, ktoré umožňujú využiť niektoré z experimentálne získaných makroskopických charakteristík. V tomto prípade sa integrálne alebo automaticky berú do úvahy najvýznamnejšie znaky interakcie medzi elektrónmi a jadrami chemických prvkov, ktoré tvoria látku.

Jednou z týchto metód je analýza chemických väzieb prvkov látky. Prirodzene, rozdiely v typoch látok sú spôsobené rozdielom v povahe distribúcie elektrónov v atómoch a molekulách a najmä v charaktere distribúcie valenčných elektrónov a iónových atómových jadier, ktoré sú najvzdialenejšie od jadra. . Porovnaním usporiadania atómov v štruktúre látky, elektrónovej konfigurácie týchto atómov, typu chemickej väzby medzi nimi je možné odpovedať na množstvo dôležitých otázok o makroskopických vlastnostiach materiálu, ako je elektrická vodivosť, schopnosť magnetizácie. , hustota, tvrdosť, plasticita, teplota topenia atď. .d.

Najdôležitejšia v tomto prístupe k analýze vlastností materiálov je otázka väzbových síl, ktoré držia atómy pohromade. Tieto sily sú takmer výlučne silami elektrostatickej interakcie medzi elektrónmi a atómovými jadrami. Úloha síl magnetického pôvodu je veľmi nevýznamná a gravitačné sily v dôsledku malých hodnôt hmotností interagujúcich častíc možno zanedbať. Existencia stabilných väzieb medzi atómami hmoty naznačuje, že celková energia E V pčastice v objeme V látok vo forme súčtu kinetických E do a potenciál U n E V p= N (EV k + U V n) menšia ako celková energia rovnakého počtu častíc mimo objemu, t.j. v slobodnom stave E c p \u003d N (E c k + U c n). Rozdiel medzi týmito energiami E s p – E V p= E St sa nazýva energia chemickej väzby, príp spojovacia energia.

Experimentálne sa zistilo, že elektrické a mechanické vlastnosti látky alebo materiálu sú určené povahou väzby a kvantitatívnou hodnotou energie väzby. E St.

Podľa povahy interakcie medzi časticami, ktoré tvoria látku, sa rozlišuje šesť typov chemických väzieb:

Kovalentné nepolárne;

kovalentné polárne alebo homeopolárne;

Iónové alebo heteropolárne;

Donor-akceptor;

kov;

intermolekulárny.

Kovalentná nepolárna väzba vzniká, keď sa atómy rovnakého mena spoja do molekúl, napríklad H 2, O 2, Cl 2, N 2, diamant, síra, Si, Ge atď. V tomto prípade dochádza k socializácii valenčných elektrónov, čo vedie k pridaniu vonkajšieho elektrónového obalu do stabilného stavu. Molekuly s kovalentnou nepolárnou väzbou majú symetrickú štruktúru, t.j. centrá kladných a záporných nábojov sa zhodujú. V dôsledku toho je elektrický moment molekuly rovný nule, t.j. molekula je nepolárna alebo neutrálna.

Treba pripomenúť, že pre dipólové molekuly je charakteristický iný elektrický moment ako nula. Ide o systém dvoch elektrických nábojov rovnakej veľkosti a opačného znamienka. q, nachádza v určitej vzdialenosti ja jeden od druhého. Pre takýto systém nábojov alebo molekuly je elektrický alebo dipólový moment μ= ql.

Kovalentná nepolárna väzba je charakteristická pre dielektrika a polovodiče.

Kovalentná polárna (homeopolárna alebo párovo-elektronická) väzba vzniká pri spájaní odlišných atómov, napríklad H 2 O, CH 4, CH 3 C1, CC1 4 atď. V tomto prípade prebieha aj socializácia párov valenčných elektrónov a pridanie vonkajšieho obalu do stabilného stavu. Každá väzba má však dipólový moment. Molekula ako celok však môže byť neutrálna alebo polárna (obr. 1.2).

Homeopolárne zlúčeniny môžu byť dielektriká (polymérne organické materiály) a polovodiče.

Iónová (heteropolárna) väzba vzniká pri tvorbe molekuly prvkami umiestnenými na konci (VII skupina) a na začiatku (I skupina) tabuľky D.I. Mendelejev, napríklad NaCl. V tomto prípade valenčný elektrón kovu, slabo viazaný na atóm, prechádza na atóm halogénu, čím dokončí svoju dráhu do stabilného stavu (8 elektrónov).V dôsledku toho sa vytvoria dva ióny, medzi ktorými pôsobia elektrostatické príťažlivé sily. .

Iónové sily vzájomného pôsobenia sú pomerne veľké, takže látky s iónovou väzbou majú relatívne vysokú mechanickú pevnosť, teploty topenia a vyparovania. Iónová väzba je charakteristická pre dielektrikum.

Väzba donor-akceptor v podstate ide o akúsi iónovú väzbu a vzniká vtedy, keď je materiál tvorený prvkami rôznych skupín tabuľky D.I. Mendelejev, napríklad zlúčeniny A III B V - GaAs atď.; zlúčeniny A III B V - ZnS, CdTe atď. V takýchto zlúčeninách atóm jedného prvku, nazývaný donor, daruje elektrón inému atómu, ktorý sa nazýva akceptor. V dôsledku toho sa objaví chemická väzba donor-akceptor, ktorá je dosť silná. Materiály s takouto väzbou môžu byť dielektrika a polovodiče.

kovové spojenie vzniká medzi atómami v kovoch a je dôsledkom socializácie všetkých valenčných elektrónov, ktoré tvoria elektrónový plyn a kompenzujú náboj iónov kryštálovej mriežky. V dôsledku interakcie elektrónového plynu a iónov vzniká kovová väzba. Zdieľané elektróny sú slabo viazané na atómové jadrá a z energetického hľadiska sú voľné. Preto aj pri veľmi slabých vonkajších elektrických poliach sa prejavuje vysoká elektrická vodivosť kovov.

Intermolekulárna alebo zvyšková väzba charakteristické pre látky organického pôvodu, ako je parafín. Vyskytuje sa medzi molekulami látky a je slabý, v dôsledku čoho majú tieto materiály nízku teplotu topenia a mechanické vlastnosti, čo naznačuje krehkosť molekulárnej štruktúry látky.

Je potrebné poznamenať, že zvyčajne atómy v pevnej látke nie sú viazané žiadnym z uvažovaných typov väzieb. Preto je vhodnejšie zvažovať a hodnotiť vlastnosti látok a materiálov na nich založených analýzou energetického spektra elektrónov atómov, ktoré látku tvoria.

Elektrické materiály sú súborom vodivých, elektricky izolačných, magnetických a polovodičových materiálov určených na prácu v elektrických a magnetických poliach. Patria sem aj hlavné elektrické produkty: izolátory, kondenzátory, drôty a niektoré polovodičové prvky. Elektromateriály v modernej elektrotechnike zaujímajú jedno z hlavných miest. Každý vie, že spoľahlivosť prevádzky elektrických strojov, prístrojov a elektroinštalácií závisí najmä od kvality a správneho výberu vhodných elektromateriálov. Analýza nehôd elektrických strojov a prístrojov ukazuje, že väčšina z nich vzniká v dôsledku zlyhania elektrickej izolácie, ktorá pozostáva z elektroizolačných materiálov.

Pre elektrotechniku ​​sú nemenej dôležité magnetické materiály. Energetické straty a rozmery elektrických strojov a transformátorov sú určené vlastnosťami magnetických materiálov. Pomerne významné miesto v elektrotechnike zaujímajú polovodičové materiály alebo polovodiče. V dôsledku vývoja a štúdia tejto skupiny materiálov vznikli rôzne nové zariadenia, ktoré umožňujú úspešne riešiť niektoré problémy elektrotechniky.

Racionálnym výberom elektroizolačných, magnetických a iných materiálov je možné vytvárať spoľahlivé elektrické zariadenia s malými rozmermi a hmotnosťou. Ale na realizáciu týchto vlastností je potrebná znalosť vlastností všetkých skupín elektromateriálov.

Materiály vodičov

Do tejto skupiny materiálov patria kovy a ich zliatiny. Čisté kovy majú nízky odpor. Výnimkou je ortuť, ktorá má pomerne vysoký odpor. Zliatiny majú tiež vysoký odpor. Čisté kovy sa používajú pri výrobe navíjacích a montážnych drôtov, káblov atď.. Zliatiny vodičov vo forme drôtov a pások sa používajú v reostatoch, potenciometroch, prídavných odporoch atď.

V podskupine zliatin s vysokou rezistivitou sa rozlišuje skupina tepelne odolných vodičových materiálov, ktoré sú odolné voči oxidácii pri vysokých teplotách. Tepelne odolné alebo tepelne odolné vodivé zliatiny sa používajú v elektrických ohrievačoch a reostatoch. Okrem nízkeho merného odporu majú čisté kovy dobrú ťažnosť, t.j. dajú sa ťahať na tenký drôt, do pásov a zvinúť do fólie s hrúbkou menšou ako 0,01 mm. Kovové zliatiny majú menšiu plasticitu, ale sú pružnejšie a mechanicky stabilnejšie. Charakteristickým znakom všetkých kovových vodivých materiálov je ich elektronická elektrická vodivosť. Odpor všetkých kovových vodičov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou a tiež v dôsledku mechanického spracovania, ktoré spôsobuje trvalú deformáciu kovu.

Valcovanie alebo ťahanie sa používa, keď je potrebné získať materiály vodičov so zvýšenou mechanickou pevnosťou, napríklad pri výrobe drôtov pre vonkajšie vedenia, trolejových drôtov atď. na tepelné spracovanie - žíhanie bez kyslíka.

elektroizolačné materiály

Elektrické izolačné materiály alebo dielektriká sa nazývajú také materiály, s ktorými sa vykonáva izolácia, to znamená, že zabraňujú úniku elektrického prúdu medzi akýmikoľvek vodivými časťami, ktoré majú rôzne elektrické potenciály. Dielektrika majú veľmi vysoký elektrický odpor. Podľa chemického zloženia sa dielektriká delia na organické a anorganické. Hlavným prvkom v molekulách všetkých organických dielektrík je uhlík. V anorganických dielektrikách nie je uhlík. Najvyššiu tepelnú odolnosť majú anorganické dielektriká (sľuda, keramika atď.).

Podľa spôsobu prípravy sa rozlišujú prírodné (prírodné) a syntetické dielektrika. Syntetické dielektriká môžu byť vytvorené s daným súborom elektrických a fyzikálno-chemických vlastností, preto sú široko používané v elektrotechnike.

Podľa štruktúry molekúl sa dielektriká delia na nepolárne (neutrálne) a polárne. Neutrálne dielektriká pozostávajú z elektricky neutrálnych atómov a molekúl, ktoré nemajú elektrické vlastnosti, kým sa na ne nepôsobí elektrické pole. Neutrálne dielektriká sú: polyetylén, fluoroplast-4 atď. Medzi neutrálnymi sa rozlišujú iónové kryštalické dielektrika (sľuda, kremeň atď.), v ktorých každý pár iónov tvorí elektricky neutrálnu časticu. Ióny sa nachádzajú v uzloch kryštálovej mriežky. Každý ión je v oscilačnom tepelnom pohybe blízko stredu rovnováhy - uzla kryštálovej mriežky. Polárne alebo dipólové dielektriká pozostávajú z polárnych dipólových molekúl. Tieto majú v dôsledku asymetrie svojej štruktúry počiatočný elektrický moment ešte pred pôsobením sily elektrického poľa na ne. Polárne dielektriká zahŕňajú bakelit, polyvinylchlorid atď. V porovnaní s neutrálnymi dielektrikami majú polárne dielektrika vyššie dielektrické konštanty, ako aj mierne zvýšenú vodivosť.

Podľa stavu agregácie sú dielektriká plynné, kvapalné a pevné. Najväčšou je skupina pevných dielektrík. Elektrické vlastnosti elektroizolačných materiálov sa hodnotia pomocou veličín nazývaných elektrické charakteristiky. Patria sem: špecifický objemový odpor, špecifický povrchový odpor, dielektrická konštanta, teplotný koeficient dielektrickej konštanty, tangens dielektrickej straty a dielektrická pevnosť materiálu.

Špecifický objemový odpor je hodnota, ktorá umožňuje odhadnúť elektrický odpor materiálu, keď ním preteká jednosmerný prúd. Prevrátená hodnota špecifického objemového odporu sa nazýva špecifická objemová vodivosť. Špecifický povrchový odpor - hodnota, ktorá umožňuje vyhodnotiť elektrický odpor materiálu, keď po jeho povrchu medzi elektródami preteká jednosmerný prúd. Prevrátená hodnota špecifického povrchového odporu sa nazýva špecifická povrchová vodivosť.

Teplotný koeficient elektrického odporu je hodnota, ktorá určuje zmenu rezistivity materiálu so zmenou jeho teploty. So zvyšujúcou sa teplotou elektrický odpor všetkých dielektrík klesá, preto ich teplotný koeficient odporu má záporné znamienko. Dielektrická konštanta - hodnota, ktorá umožňuje vyhodnotiť schopnosť materiálu vytvárať elektrickú kapacitu. Relatívna permitivita je zahrnutá v hodnote absolútnej permitivity. Teplotný koeficient dielektrickej konštanty je hodnota, ktorá umožňuje vyhodnotiť charakter zmeny dielektrickej konštanty a tým aj kapacitu izolácie pri zmene teploty. Tangent dielektrickej straty je hodnota, ktorá určuje stratu výkonu v dielektriku pracujúcom pri striedavom napätí.

Elektrická pevnosť - hodnota, ktorá umožňuje vyhodnotiť schopnosť dielektrika odolávať zničeniu jeho elektrickým napätím. Mechanická pevnosť elektroizolačných a iných materiálov sa hodnotí pomocou nasledujúcich charakteristík: pevnosť materiálu v ťahu, predĺženie v ťahu, pevnosť materiálu v tlaku, statická pevnosť materiálu v ohybe, merná rázová húževnatosť, odolnosť proti štiepeniu.

Fyzikálno-chemické vlastnosti dielektrík zahŕňajú: číslo kyslosti, viskozitu, absorpciu vody. Číslo kyslosti je počet miligramov hydroxidu draselného potrebného na neutralizáciu voľných kyselín obsiahnutých v 1 g dielektrika. Číslo kyslosti sa určuje pre kvapalné dielektriká, zlúčeniny a laky. Táto hodnota umožňuje odhadnúť množstvo voľných kyselín v dielektriku, a tým aj stupeň ich účinku na organické materiály. Prítomnosť voľných kyselín zhoršuje elektrické izolačné vlastnosti dielektrík. Viskozita alebo koeficient vnútorného trenia umožňuje hodnotiť tekutosť elektricky izolačných kvapalín (oleje, laky a pod.). Viskozita môže byť kinematická a podmienená. Absorpcia vody je množstvo vody absorbované dielektrikom po tom, čo bolo v destilovanej vode jeden deň pri teplote 20 °C a vyššej. Hodnota absorpcie vody udáva pórovitosť materiálu a prítomnosť vo vode rozpustných látok v ňom. S nárastom tohto ukazovateľa sa elektrické izolačné vlastnosti dielektrika zhoršujú.

Tepelné charakteristiky dielektrík zahŕňajú: bod topenia, bod mäknutia, bod kvapnutia, bod vzplanutia pár, tepelnú odolnosť plastov, termoelasticitu (tepelnú odolnosť) lakov, tepelnú odolnosť, mrazuvzdornosť, tropickú odolnosť.

Filmové elektroizolačné materiály vyrobené z polymérov našli široké uplatnenie v elektrotechnike. Patria sem filmy a pásky. Fólie sa vyrábajú s hrúbkou 5-250 mikrónov a pásky - 0,2-3,0 mm. Vysokopolymérne fólie a pásky sa vyznačujú vysokou flexibilitou, mechanickou pevnosťou a dobrými elektroizolačnými vlastnosťami. Polystyrénové fólie sa vyrábajú s hrúbkou 20-100 mikrónov a šírkou 8-250 mm. Hrúbka polyetylénových fólií je zvyčajne 30-200 mikrónov a šírka je 230-1500 mm. Fólie z fluoroplastu-4 sa vyrábajú s hrúbkou 5-40 mikrónov a šírkou 10-200 mm. Z tohto materiálu sa vyrábajú aj neorientované a orientované fólie. Orientované PTFE fólie majú najvyššie mechanické a elektrické vlastnosti.

Polyetyléntereftalátové (lavsan) fólie sa vyrábajú s hrúbkou 25-100 mikrónov a šírkou 50-650 mm. PVC fólie sú vyrobené z vinylového plastu a mäkčeného polyvinylchloridu. Fólie vyrobené z vinylového plastu majú väčšiu mechanickú pevnosť, ale menšiu pružnosť. Fólie z vinylového plastu majú hrúbku 100 mikrónov alebo viac a fólie z mäkčeného polyvinylchloridu - 20 - 200 mikrónov. Filmy z triacetátu (triacetátu) celulózy sa vyrábajú nemäkčené (tuhé), modro sfarbené, mierne plastifikované (bezfarebné) a plastifikované (modré). Posledne menované sú vysoko flexibilné. Triacetátové fólie sa vyrábajú v hrúbkach 25, 40 a 70 mikrónov a šírke 500 mm. Plenkoelektrokarton - flexibilný elektroizolačný materiál, pozostávajúci z izolačnej lepenky, z jednej strany prelepenej fóliou Mylar. Film-elektrokartón na lavsanovom filme má hrúbku 0,27 a 0,32 mm. Vyrába sa v kotúčoch šírky 500 mm. Filmová azbestová lepenka je flexibilný elektroizolačný materiál pozostávajúci z lavsanovej fólie s hrúbkou 50 mikrónov, obojstranne zlepenej azbestovým papierom s hrúbkou 0,12 mm. Filmová azbestová lepenka sa vyrába v listoch 400 x 400 mm (minimálne) s hrúbkou 0,3 mm.

Elektroizolačné laky a emaily

Laky sú roztoky filmotvorných látok: živíc, bitúmenu, sušiacich olejov, éterov celulózy alebo kompozícií týchto materiálov v organických rozpúšťadlách. V procese sušenia laku sa z neho odparujú rozpúšťadlá a v lakovej základni prebiehajú fyzikálno-chemické procesy, ktoré vedú k vytvoreniu lakového filmu. Podľa účelu sa elektroizolačné laky delia na impregnačné, náterové a lepiace.

Impregnačné laky sa používajú na impregnáciu vinutí elektrických strojov a prístrojov za účelom fixácie ich závitov, zvýšenia tepelnej vodivosti vinutí a zvýšenia ich odolnosti proti vlhkosti. Náterové laky umožňujú vytvárať ochranné nátery odolné voči vlhkosti, olejom a iným na povrchu vinutia alebo plastových a iných izolačných dielov. Lepiace laky sú určené na lepenie sľudových listov medzi sebou alebo s papierom a tkaninami za účelom získania sľudových elektroizolačných materiálov (micanit, sľudová páska a pod.).

Emaily sú laky, do ktorých sú zavedené pigmenty - anorganické plnivá (oxid zinočnatý, oxid titaničitý, červené železo atď.). Pigmenty sa zavádzajú na zvýšenie tvrdosti, mechanickej pevnosti, odolnosti proti vlhkosti, odolnosti proti vyfukovaniu a ďalších vlastností smaltovaných filmov. Smalty sú klasifikované ako krycie materiály.

Podľa spôsobu sušenia sa rozlišujú laky a emaily horúce (pec) a studené (vzduch) sušenie. Prvé vyžadujú na vytvrdnutie vysokú teplotu - od 80 do 200 ° C a druhé sušia pri izbovej teplote. Laky a vypaľovacie emaily majú spravidla vyššie dielektrické, mechanické a iné vlastnosti. Aby sa zlepšili vlastnosti lakov a emailov schnúcich na vzduchu, ako aj aby sa urýchlilo vytvrdzovanie, niekedy sa sušia pri zvýšených teplotách - od 40 do 80 ° C.

Hlavné skupiny lakov majú nasledujúce vlastnosti. Olejové laky vytvárajú po zaschnutí pružné elastické filmy žltej farby, odolné voči vlhkosti a zahriatemu minerálnemu oleju. Z hľadiska tepelnej odolnosti patria filmy týchto lakov do triedy A. V olejových lakoch sa používajú nedostatkové ľanové a tungové oleje, preto sú nahradené lakmi na báze syntetických živíc, ktoré sú odolnejšie voči tepelnému starnutiu.

Olejovo-bitúmenové laky tvoria pružné čierne filmy, odolné voči vlhkosti, ale ľahko rozpustné v minerálnych olejoch (transformátorových a mazacích). Z hľadiska tepelnej odolnosti patria tieto laky do triedy A (105°C). Glyftalové a olejovo-glyftalové laky a emaily sa vyznačujú dobrou priľnavosťou k sľude, papierom, tkaninám a plastom. Filmy týchto lakov majú zvýšenú tepelnú odolnosť (trieda B). Sú odolné voči zahriatemu minerálnemu oleju, vyžadujú však sušenie za tepla pri teplotách 120-130°C. Čisté glyftalové laky na báze nemodifikovaných glyftalových živíc tvoria tvrdé, nepoddajné filmy používané pri výrobe tvrdých sľudových izolácií (tvrdé mikanity). Olejovo-glyptové laky po zaschnutí vytvárajú pružné elastické filmy žltej farby.

Silikónové laky a emaily sú vysoko tepelne odolné a dokážu pôsobiť dlhodobo pri 180-200°C, preto sa používajú v kombinácii so sklolaminátovou a sľudovou izoláciou. Okrem toho majú fólie vysokú odolnosť proti vlhkosti a odolnosť voči elektrickým iskrám.

Laky a emaily na báze PVC a perchlorovinylových živíc sú odolné voči vode, zohriatym olejom, kyslým a zásaditým chemikáliám, preto sa používajú ako náterové laky a emaily na ochranu vinutí, ako aj kovových častí pred koróziou. Pozornosť treba venovať slabej priľnavosti PVC a perchlorovinylových lakov a emailov na kovy. Tie sú najskôr pokryté vrstvou pôdy a potom lakom alebo smaltom na báze polyvinylchloridových živíc. Sušenie týchto lakov a emailov prebieha pri 20, ako aj pri 50-60°C. Nevýhodou tohto druhu náterov je ich nízka prevádzková teplota, ktorá je 60-70°C.

Laky a emaily na báze epoxidových živíc sa vyznačujú vysokou priľnavosťou a mierne zvýšenou tepelnou odolnosťou (do 130 °C). Laky na báze alkydových a fenolových živíc (fenol-alkydové laky) majú dobré schnúce vlastnosti v hrubých vrstvách a vytvárajú elastické filmy, ktoré dokážu pôsobiť dlhodobo pri teplotách 120-130 ° C. Filmy týchto lakov sú odolné voči vlhkosti a olejom .

Laky na vodnej báze sú stabilné emulzie lakových základov vo vode z vodovodu. Základy lakov sú vyrobené zo syntetických živíc, ako aj zo sušiacich olejov a ich zmesí. Vodné emulzné laky sú ohňovzdorné a nevýbušné, pretože neobsahujú horľavé organické rozpúšťadlá. Vďaka nízkej viskozite majú tieto laky dobrú impregnačnú schopnosť. Používajú sa na impregnáciu pevných a pohyblivých vinutí elektrických strojov a zariadení, ktoré dlhodobo pracujú pri teplotách do 105 °C.

Elektrické izolačné zmesi

Zmesi sú izolačné hmoty, ktoré sú v čase použitia tekuté a potom vytvrdnú. Zlúčeniny neobsahujú rozpúšťadlá. Podľa účelu sa tieto kompozície delia na impregnačné a plniace. Prvý z nich sa používa na impregnáciu vinutí elektrických strojov a prístrojov, druhý - na vyplnenie dutín v káblových boxoch, ako aj v elektrických strojoch a zariadeniach na účely utesnenia.

Zmesi sú termosetové (nezmäknú po vytvrdnutí) a termoplastické (mäknú s následným zahriatím). K termosetom možno pripísať zlúčeniny na báze epoxidu, polyesteru a niektorých ďalších živíc. Termoplastické zlúčeniny zahŕňajú zlúčeniny na báze bitúmenu, voskových dielektrík a termoplastických polymérov (polystyrén, polyizobutylén atď.). Impregnačné a zalievacie hmoty na báze bitúmenu patria z hľadiska tepelnej odolnosti do triedy A (105 °C) a niektoré do triedy Y (do 90 °C). Najvyššiu tepelnú odolnosť majú epoxidové a organokremičité zlúčeniny.

Zmesi MBK sa vyrábajú na báze esterov kyseliny metakrylovej a používajú sa ako impregnačné a plniace hmoty. Po vytvrdnutí pri 70-100°C (a špeciálnymi tužidlami pri 20°C) ide o termosetové hmoty použiteľné v rozsahu teplôt od -55 do +105°C.

Neimpregnované vláknité elektroizolačné materiály

Do tejto skupiny patria plošné a kotúčové materiály pozostávajúce z vlákien organického a anorganického pôvodu. Vláknité materiály organického pôvodu (papier, lepenka, vlákno a tkanina) sa získavajú z rastlinných vlákien dreva, bavlny a prírodného hodvábu. Normálna vlhkosť izolačných kartónov, papiera a vlákien sa pohybuje od 6 do 10 %. Vláknité organické materiály na báze syntetických vlákien (nylon) majú vlhkosť 3 až 5 %. Približne rovnaká vlhkosť sa pozoruje v materiáloch získaných na báze anorganických vlákien (azbest, sklolaminát). Charakteristickými vlastnosťami anorganických vláknitých materiálov je ich nehorľavosť a vysoká tepelná odolnosť (trieda C). Tieto cenné vlastnosti sú vo väčšine prípadov znížené, keď sú tieto materiály impregnované lakmi.

Izolačný papier sa zvyčajne vyrába z drevnej buničiny. Sľudový papier používaný pri výrobe sľudových pások má najvyššiu pórovitosť. Elektrická lepenka sa vyrába z drevnej buničiny alebo zo zmesi bavlnených vlákien a drevitých (sulfátových) buničinových vlákien odoberaných v rôznych pomeroch. Zvýšenie obsahu bavlnených vlákien znižuje hygroskopickosť a zrážavosť kartónu. Elektrická lepenka určená na prácu vo vzduchu má hustejšiu štruktúru v porovnaní s lepenkou určenou na prácu v oleji. Kartón s hrúbkou 0,1-0,8 mm sa vyrába v kotúčoch a kartón s hrúbkou 1 mm a viac v hárkoch rôznych veľkostí.

Vlákno je monolitický materiál získaný lisovaním hárkov papiera, vopred upravených zahriatym roztokom chloridu zinočnatého a premytý vo vode. Vlákno je vhodné na všetky druhy mechanického spracovania a tvarovania po namočení jeho polotovarov v horúcej vode.

Leteroid je tenký plát a kotúčové vlákno používané na výrobu rôznych typov elektrických izolačných tesnení, podložiek a armatúr.

Azbestové papiere, lepenky a pásky sa vyrábajú z chryzotilových azbestových vlákien, ktoré majú najväčšiu elasticitu a schopnosť skrúcať sa do nití. Všetky azbestové materiály sú odolné voči zásadám, ale kyselinami sa ľahko zničia.

Elektricky izolačné sklenené pásky a tkaniny sa vyrábajú zo sklenených nití získaných z bezalkalických alebo nízkoalkalických skiel. Výhodou sklenených vlákien oproti rastlinným a azbestovým vláknam je ich hladký povrch, ktorý znižuje absorpciu vlhkosti zo vzduchu. Tepelná odolnosť sklenených tkanín a pások je vyššia ako u azbestových.

Elektroizolačné lakované tkaniny (lakované tkaniny)

Lakované tkaniny sú flexibilné materiály pozostávajúce z tkaniny impregnovanej lakom alebo nejakým druhom elektroizolačnej zmesi. Impregnačný lak alebo kompozícia po vytvrdnutí vytvára pružný film, ktorý poskytuje lakovanej textílii dobré elektroizolačné vlastnosti. V závislosti od tkaniny sa lakované tkaniny delia na bavlnu, hodváb, nylon a sklo (sklolaminát).

Ako impregnačné kompozície pre lakované tkaniny sa používajú olejové, olejovo-bitúmenové, escaponové a organokremičité laky, ako aj organokremičité emaily, roztoky organokremičitých kaučukov atď.. Najväčšiu rozťažnosť a pružnosť majú hodvábne a nylonové lakované tkaniny. Môžu pracovať pri teplotách do 105°C (trieda A). Všetky bavlnené lakované tkaniny patria do rovnakej triedy tepelnej odolnosti.

Hlavné oblasti použitia lakovaných tkanín sú: elektrické stroje, prístroje a nízkonapäťové zariadenia. Lakované tkaniny sa používajú na flexibilnú izoláciu cievok a štrbín, ako aj rôzne elektrické izolačné tesnenia.

Plasty

Plastové hmoty (plasty) sa nazývajú pevné materiály, ktoré v určitom štádiu výroby nadobúdajú plastické vlastnosti a v tomto stave z nich možno získavať výrobky daného tvaru. Tieto materiály sú kompozitné látky pozostávajúce zo spojiva, plnív, farbív, zmäkčovadiel a ďalších zložiek. Východiskovým materiálom pre výrobu plastových výrobkov sú lisovacie prášky a lisovacie hmoty. Z hľadiska tepelnej odolnosti sú plasty termosetové a termoplastické.

Vrstvené elektroizolačné plasty

Laminované plasty - materiály pozostávajúce zo striedajúcich sa vrstiev plošného plniva (papier alebo tkanina) a spojiva. Najdôležitejšie z vrstvených elektricky izolačných plastov sú getinaky, textolit a sklolaminát. Pozostávajú z plošných plnív usporiadaných vo vrstvách a ako spojivo sa používajú bakelitové, epoxidové, silikónové živice a ich kompozície.

Ako plnivá sa používajú špeciálne druhy impregnačného papiera (v getinaxe), bavlnené tkaniny (v textolite) a sklenené tkaniny bez alkálií (v sklolamináte). Uvedené plnivá sa najskôr impregnujú bakelitovými alebo silikónovými lakmi, vysušia sa a narežú na listy určitej veľkosti. Pripravené plátové plnivá sa zhromažďujú v obaloch danej hrúbky a podrobujú sa lisovaniu za tepla, pri ktorom sú jednotlivé pláty pevne spojené pomocou živíc.

Getinaky a textolit sú odolné voči minerálnym olejom, preto sú široko používané v olejových elektrických spotrebičoch a transformátoroch. Najlacnejším laminátom je drevolaminátový plast (delta drevo). Získava sa lisovaním za tepla tenkých plátov brezovej dyhy, vopred impregnovanej bakelitovými živicami. Drevo Delta sa používa na výrobu elektrických konštrukčných a elektrických izolačných dielov pracujúcich v oleji. Pre vonkajšie použitie potrebuje tento materiál starostlivú ochranu pred vlhkosťou.

Azbestový textolit je vrstvený elektricky izolačný plast získaný lisovaním za tepla plátov azbestovej tkaniny, vopred impregnovanej bakelitovou živicou. Vyrába sa vo forme tvarovaných výrobkov, ako aj vo forme plechov a dosiek s hrúbkou 6 až 60 mm. Asbogetinax je laminovaný plast získaný lisovaním za tepla hárkov azbestového papiera s obsahom 20% sulfátovej celulózy alebo azbestového papiera bez celulózy, impregnovaného epoxyfenolformaldehydovým spojivom.

Z uvažovaných vrstvených elektroizolačných materiálov majú lamináty zo sklenených vlákien na báze organokremičitých a epoxidových spojív najvyššiu tepelnú odolnosť, najlepšie elektrické a mechanické vlastnosti, zvýšenú odolnosť proti vlhkosti a odolnosť proti plesniam.

Vinuté elektrické izolačné výrobky

Vinuté elektrické izolačné výrobky sú pevné rúrky a valce vyrobené navinutím akýchkoľvek vláknitých materiálov na kovové kruhové tyče, vopred impregnované spojivom. Ako vláknité materiály sa používajú špeciálne druhy navíjacích alebo impregnačných papierov, ako aj bavlnené tkaniny a sklolaminát. Spojivá sú bakelitové, epoxidové, organokremičité a iné živice.

Navinuté elektroizolačné výrobky sa spolu s kovovými tyčami, na ktorých sú navinuté, sušia pri vysokej teplote. Na účely hygroskopickosti produktov rany sú lakované. Každá vrstva laku sa suší v sušiarni. Pevné textolitové prúty možno zaradiť aj medzi vinuté výrobky, pretože sa získavajú aj navíjaním prírezov z textilného plniva impregnovaného bakelitovým lakom. Potom sa polotovary podrobia lisovaniu za tepla v oceľových formách. Vinuté elektroizolačné výrobky sa používajú v transformátoroch so vzduchovou a olejovou izoláciou, vo vzduchových a olejových ističoch, rôznych elektrických spotrebičoch a elektrických zariadeniach.

Minerálne elektroizolačné materiály

Medzi minerálne elektroizolačné materiály patria horniny: sľuda, mramor, bridlica, mastenec a čadič. Do tejto skupiny patria aj materiály získané z portlandského cementu a azbestu (azbestový cement a azboplast). Celá táto skupina anorganických dielektrík sa vyznačuje vysokou odolnosťou voči elektrickému oblúku a má dostatočne vysoké mechanické vlastnosti. Minerálne dielektriká (okrem sľudy a čadiča) možno opracovať, okrem závitovania.

Elektroizolačné výrobky z mramoru, bridlice a mastenca sa získavajú vo forme dosiek na panely a elektrických izolačných podstavcov pre nožové spínače a spínače nízkeho napätia. Presne tie isté výrobky z taveného čadiča je možné získať iba odlievaním do foriem. Aby mali čadičové výrobky potrebné mechanické a elektrické vlastnosti, podrobujú sa tepelnému spracovaniu, aby sa v materiáli vytvorila kryštalická fáza.

Elektroizolačné výrobky z azbestocementu a azboplastu sú dosky, podstavce, priečky a zhášacie žľaby. Na výrobu takýchto výrobkov sa používa zmes pozostávajúca z portlandského cementu a azbestového vlákna. Asboplastové výrobky sa získavajú lisovaním za studena z hmoty, do ktorej sa pridáva 15 % plastickej hmoty (kaolín alebo formovacia hmota). Tým sa dosiahne väčšia tekutosť počiatočnej lisovacej hmoty, čo umožňuje získať z azboplastu elektroizolačné produkty komplexného profilu.

Hlavnou nevýhodou mnohých minerálnych dielektrík (s výnimkou sľudy) je nízka úroveň ich elektrických charakteristík, spôsobená veľkým počtom pórov a prítomnosťou oxidov železa. Tento jav umožňuje použitie minerálnych dielektrík len v nízkonapäťových zariadeniach.

Vo väčšine prípadov sa všetky minerálne dielektriká okrem sľudy a čadiča pred použitím napúšťajú parafínom, bitúmenom, styrénom, bakelitovými živicami a pod.. Najväčší efekt sa dosiahne impregnáciou už opracovaných minerálnych dielektrík (panely, priečky, komory atď.). .).

Mramor a výrobky z neho neznášajú náhle zmeny teploty a praskajú. Bridlica, čadič, mastenec, sľuda a azbestový cement sú odolnejšie voči náhlym zmenám teploty.

Sľudové elektrické izolačné materiály

Tieto materiály pozostávajú zo sľudových plátov zlepených nejakým druhom živice alebo lepiaceho laku. Medzi lepené sľudové materiály patria mikanity, mikafolium a sľudové pásky. Lepené sľudové materiály sa používajú najmä na izoláciu vinutí elektrických strojov vysokého napätia (generátory, elektromotory), ako aj izolácie strojov nízkeho napätia a strojov pracujúcich v sťažených podmienkach.

Mikanity sú tvrdé alebo flexibilné plošné materiály získané zlepením trhaných sľudových listov šelakom, glyptalom, organokremičitým a inými živicami alebo lakmi na báze týchto živíc.

Hlavné typy mikanitov sú kolektor, tesnenie, tvarovanie a flexibilné. Zberné a tesniace mikanity patria do skupiny pevných mikanitov, ktoré sa po zlepení sľudy lisujú pri zvýšených špecifických tlakoch a zahrievaní. Tieto mikanity majú menšie zmrštenie v hrúbke a väčšiu hustotu. Tvarovateľné a flexibilné mikanity majú voľnejšiu štruktúru a nižšiu hustotu.

Kolektorový mikanit je pevný listový materiál vyrobený zo sľudových plátov zlepených šelakom alebo glyptalovými živicami alebo lakmi na báze týchto živíc. Na zabezpečenie mechanickej pevnosti pri práci v kolektoroch elektrických strojov sa do týchto mikanitov vnáša najviac 4 % lepidla.

Tesniaci mikanit je pevný plošný materiál vyrobený z trhaných sľudových listov zlepených šelakom alebo glyptalovými živicami alebo lakmi na ich báze. Po nalepení sa pláty tlmiaceho mikanitu lisujú. Tento materiál obsahuje 75-95% sľudy a 25-5% lepidla.

Formovací mikanit je pevný plošný materiál vyrobený z trhaných sľudových listov zlepených šelakom, glyftalovými alebo silikónovými živicami alebo lakmi na ich báze. Po zlepení sa lisované mikanitové dosky lisujú pri teplote 140-150°C.

Flexibilný mikanit je plošný materiál, ktorý je pružný pri izbovej teplote. Vyrába sa z trhaných sľudových listov zlepených olejovo-bitúmenovým, olejovo-glyftalovým alebo organokremičitým lakom (bez vysúšadla), čím sa vytvárajú pružné filmy.

Niektoré druhy flexibilného mikanitu sú na zvýšenie mechanickej pevnosti obojstranne olepené sľudovým papierom. Flexibilný sklenený mikanit je plošný materiál, ktorý je flexibilný pri izbovej teplote. Ide o druh flexibilného mikanitu, ktorý sa vyznačuje zvýšenou mechanickou pevnosťou a zvýšenou odolnosťou voči teplu. Tento materiál je vyrobený z listov trhanej sľudy zlepených organokremičitými alebo olejovo-glyptalovými lakmi, ktoré tvoria flexibilné tepelne odolné filmy. Dosky z pružného skleneného mikanitu sú na oboch alebo jednej strane prelepené skleným vláknom bez alkálií.

Micafolium je kotúčový alebo listový elektroizolačný materiál lisovaný v zahriatom stave. Pozostáva z jednej alebo viacerých, častejšie dvoch alebo troch vrstiev sľudových listov zlepených k sebe a s listom papiera s hrúbkou 0,05 mm, alebo so sklolaminátom, alebo so sklotextilnou sieťovinou. Ako lepiace laky sa používajú šelak, glyptal, polyester alebo organokremičité laky.

Micale páska je rolovaný elektroizolačný materiál, ktorý je flexibilný pri izbovej teplote. Skladá sa z jednej vrstvy trhaných sľudových listov zlepených a prelepených z jednej alebo oboch strán tenkým sľudovým papierom, sklolaminátom alebo sklolaminátom. Ako lepiace laky sa používajú olejovo-bitúmenové, olejovo-glyftalové, organokremičité a kaučukové roztoky.

Mikashelk je valcovaný elektroizolačný materiál, ktorý je flexibilný pri izbovej teplote. Mikashelk je jednou z odrôd sľudovej pásky, ale so zvýšenou mechanickou pevnosťou v ťahu. Skladá sa z jednej vrstvy trhaných sľudových listov zlepených a prelepených na jednej strane handričkou z prírodného hodvábu a na druhej strane sľudovým papierom. Ako adhézne laky boli použité olejovo-glyftalové alebo olejovo-bitúmenové laky, ktoré vytvárali pružné filmy.

Mikapolotno - valcovaný alebo listový elektroizolačný materiál, pružný pri izbovej teplote. Sľudové plátno sa skladá z niekoľkých vrstiev trhanej sľudy zlepených a obojstranne prelepených bavlnenou látkou (perkálom) alebo sľudovým papierom na jednej strane a látkou na druhej strane.

Micalex je sľudový plast vyrobený lisovaním zmesi práškovej sľudy a skla. Po lisovaní sa výrobky podrobia tepelnému spracovaniu (sušenie). Mikalex sa vyrába vo forme dosiek a tyčí, ako aj vo forme elektroizolačných výrobkov (panely, základne pre spínače, vzduchové kondenzátory atď.). Pri lisovaní výrobkov mycalex je možné k nim pridať kovové časti. Tieto produkty sú vhodné na všetky druhy mechanického spracovania.

Sľudové elektrické izolačné materiály

Pri vývoji prírodnej sľudy a pri výrobe elektroizolačných materiálov na báze trhanej sľudy zostáva veľké množstvo odpadu. Ich využitie umožňuje získať nové elektroizolačné materiály - sľudu. Takéto materiály sú vyrobené zo sľudového papiera, vopred upraveného nejakým druhom lepidla (živice, laky). Pevné alebo flexibilné sľudové elektroizolačné materiály sa získavajú zo sľudového papiera lepením lepiacimi lakmi alebo živicami a následným lisovaním za tepla. Adhézne živice je možné pridávať priamo do tekutej sľudovej hmoty - sľudovej suspenzie. Medzi najdôležitejšie materiály sľudy treba spomenúť nasledovné.

Kolektor slyudinit je pevný listový materiál, kalibrovaný na hrúbku. Získava sa lisovaním za tepla listov sľudového papiera ošetreného šelakovým lakom. Zberná sľuda sa vyrába v plátoch s rozmermi od 215 x 400 mm do 400 x 600 mm.

Tlmiaca sľuda je pevný listový materiál získaný lisovaním za tepla listov sľudového papiera impregnovaného lepiacimi lakmi. Tesniaca sľuda sa vyrába v plechoch s rozmermi 200 x 400 mm. Vyrábajú sa z neho pevné tesnenia a podložky pre elektrické stroje a prístroje s bežným a zvýšeným prehrievaním.

Tvarujúca sklenená sľuda je pevný listový materiál v studenom stave a pružný v zahriatom stave. Získava sa lepením sľudového papiera so sklenenými vláknami. Tvarovaná žiaruvzdorná sklenená sľuda je pevný listový materiál lisovaný v zahriatom stave. Vyrába sa zlepením listov sľudového papiera sklolaminátom pomocou žiaruvzdorného silikónového laku. Je k dispozícii v listoch s rozmermi 250 x 350 mm alebo viac. Tento materiál má zvýšenú mechanickú pevnosť v ťahu.

Slyudinit flexibilný - listový materiál, flexibilný pri izbovej teplote. Získava sa lepením listov sľudového papiera a následným lisovaním za tepla. Ako spojivo sa používa polyesterový alebo organokremičitý lak. Väčšina typov flexibilnej sľudy je na jednej alebo na oboch stranách prelepená sklenenými vláknami. Flexibilná (žiaruvzdorná) sklenená sľuda je listový materiál, ktorý je pružný pri izbovej teplote. Vyrába sa zlepením jedného alebo viacerých hárkov sľudového papiera so sklotextilnou alebo sklenenou sieťovinou pomocou silikónových lakov. Po nalepení sa materiál podrobí lisovaniu za tepla. Na zvýšenie mechanickej pevnosti je na jednej alebo oboch stranách pokrytý sklolaminátom.

Sľuda je rolovaný alebo listový materiál, pružný pri zahriatí, získaný zlepením jedného alebo viacerých listov sľudového papiera telefónnym papierom s hrúbkou 0,05 mm, ktorý sa používa ako pružný substrát. Rozsah tohto materiálu je rovnaký ako rozsah micafolia na báze trhanej sľudy. Sludinitofolium sa vyrába v kotúčoch šírky 320-400 mm.

Sľudová páska je rolovaný tepelne odolný materiál, pružný pri izbovej teplote, pozostávajúci zo sľudového papiera, zlepeného na jednej alebo oboch stranách sieťovinou zo sklenených vlákien alebo sklolaminátu. Sľudové pásky sa vyrábajú prevažne v kotúčoch so šírkou 15, 20, 23, 25, 30 a 35 mm, menej často v kotúčoch.

Glass-boom-sľudová páska je rolovaný, za studena ohybný materiál pozostávajúci zo sľudového papiera, sklolaminátovej sieťky a sľudového papiera, lepený a impregnovaný epoxy-polyesterovým lakom. Z povrchu je páska pokrytá lepkavou vrstvou zlúčeniny. Vyrába sa vo valcoch so šírkou 15, 20, 23, 30, 35 mm.

Sklenený sľudový elektrokartón je listový materiál, ktorý je flexibilný pri izbovej teplote. Získava sa lepením sľudového papiera, elektrokartónu a sklolaminátu lakom. Vydáva sa v listoch s rozmermi 500 x 650 mm.

Sľudové plastové elektroizolačné materiály

Všetky sľudové materiály sa vyrábajú lepením a lisovaním listov sľudového papiera. Ten sa získava z nepriemyselného sľudového odpadu v dôsledku mechanického drvenia častíc pružnou vlnou. V porovnaní so sľudou majú sľudové plastové materiály väčšiu mechanickú pevnosť, ale sú menej homogénne, pretože pozostávajú z väčších častíc ako sľuda. Najdôležitejšie sľudovo-plastové izolačné materiály sú nasledovné.

Kolektorová sľuda je pevný listový materiál, kalibrovaný na hrúbku. Získava sa lisovaním za horúca listov sľudového plastového papiera, vopred potiahnutých vrstvou lepidla. Vydáva sa v listoch s rozmermi 215 x 465 mm.

Sľudová výplň - pevný listový materiál vyrobený lisovaním za tepla listov sľudového papiera potiahnutého vrstvou spojiva. Vydáva sa v listoch s rozmermi 520 x 850 mm.

Sľudové tvarovanie - lisovaný plošný materiál, tvrdý v studenom stave a pri zahriatí sa dá tvarovať. Dostupné v listoch s rozmermi od 200 x 400 mm do 520 x 820 mm.

Sľuda flexibilná - lisovaný plošný materiál, pružný pri izbovej teplote. Dostupné v listoch s rozmermi od 200 x 400 mm do 520 x 820 mm. Flexibilná sklená sľuda - lisovaný plošný materiál, pružný pri izbovej teplote, pozostávajúci z niekoľkých vrstiev sľudového papiera, zlepeného na jednej strane sklolaminátom a na druhej strane sklotextilnou alebo sklotextilnou mriežkou na oboch stranách. Dostupné v listoch s rozmermi od 250 x 500 mm do 500 x 850 mm.

Sľudové plastofolium je rolka alebo listový materiál, pružný a tvarovaný v zahriatom stave, získaný zlepením niekoľkých listov sľudového papiera a zlepený na jednej strane telefónnym papierom alebo bez neho.

Sľudová páska je rolovaný materiál flexibilný pri izbovej teplote, pozostávajúci zo sľudového papiera, prelepeného sľudovým papierom na oboch stranách. Tento materiál je dostupný v kotúčoch so šírkou 12, 15, 17, 24, 30 a 34 mm.

Žiaruvzdorná sklenená sľudová páska je flexibilný materiál pri izbovej teplote, pozostávajúci z jednej vrstvy sľudového papiera, zlepeného na jednej alebo oboch stranách sklolaminátom alebo sklenenou sieťkou pomocou silikónového laku. Materiál sa vyrába vo valcoch šírky 15, 20, 25, 30 a 35 mm.

Elektrokeramické materiály a sklá

Elektrokeramické materiály sú umelé tuhé látky získané tepelným spracovaním (vypálením) počiatočných keramických hmôt, pozostávajúcich z rôznych minerálov (íl, mastenec atď.) a iných látok odobratých v určitom pomere. Z keramických hmôt sa získavajú rôzne elektrokeramické výrobky: izolátory, kondenzátory atď.

V procese vysokoteplotného výpalu týchto produktov dochádza medzi časticami východiskových látok k zložitým fyzikálnym a chemickým procesom s tvorbou nových látok kryštalickej a sklovitej štruktúry.

Elektrokeramické materiály sa delia do 3 skupín: materiály, z ktorých sú vyrobené izolátory (izolačná keramika), materiály, z ktorých sú vyrobené kondenzátory (kondenzátorová keramika) a ferrokeramické materiály s anomálne vysokými hodnotami dielektrickej konštanty a piezoelektrického efektu. Posledne menované sa používajú v rádiotechnike. Všetky elektrokeramické materiály sa vyznačujú vysokou tepelnou odolnosťou, odolnosťou voči poveternostným vplyvom, odolnosťou voči elektrickým iskrám a oblúkom, majú dobré elektroizolačné vlastnosti a dostatočne vysokú mechanickú pevnosť.

Spolu s elektrokeramickými materiálmi sa mnoho typov izolátorov vyrába zo skla. Na výrobu izolantov sa používa nízkoalkalické a alkalické sklo. Väčšina typov vysokonapäťových izolátorov je vyrobená z tvrdeného skla. Tvrdené sklenené izolátory majú lepšiu mechanickú pevnosť ako porcelánové izolátory.

Magnetické materiály

Veličiny, ktorými sa hodnotia magnetické vlastnosti materiálov, sa nazývajú magnetické charakteristiky. Patria sem: absolútna magnetická permeabilita, relatívna magnetická permeabilita, teplotný koeficient magnetickej permeability, maximálna energia magnetického poľa atď. Všetky magnetické materiály sú rozdelené do dvoch hlavných skupín: magneticky mäkké a magneticky tvrdé.

Magneticky mäkké materiály sa vyznačujú nízkymi hysteréznymi stratami (magnetická hysterézia je oneskorenie magnetizácie tela od vonkajšieho magnetizačného poľa). Majú relatívne veľké hodnoty magnetickej permeability, nízku koercitívnu silu a relatívne vysokú indukciu saturácie. Tieto materiály sa používajú na výrobu magnetických obvodov transformátorov, elektrických strojov a zariadení, magnetických obrazoviek a iných zariadení, kde je potrebná magnetizácia s nízkymi energetickými stratami.

Magneticky tvrdé materiály sa vyznačujú veľkými hysteréznymi stratami, t.j. majú veľkú koercitívnu silu a veľkú zvyškovú indukciu. Tieto materiály sú magnetizované a dokážu dlho uchovávať prijatú magnetickú energiu, t.j. stávajú sa zdrojmi konštantného magnetického poľa. Na výrobu permanentných magnetov sa používajú tvrdé magnetické materiály.

Magnetické materiály sa podľa ich základu delia na kovové, nekovové a magnetodielektriká. Kovové magneticky mäkké materiály zahŕňajú: čisté (elektrolytické) železo, plechová elektrooceľ, železo-armco, permalloy (zliatiny železa a niklu) atď. Medzi kovové magneticky tvrdé materiály patria: legované ocele, špeciálne zliatiny na báze železa, hliníka a niklu a legovanie komponenty (kobalt, kremík atď.). Ferity sú nekovové magnetické materiály. Ide o materiály získané z práškovej zmesi oxidov určitých kovov a oxidu železa. Lisované feritové výrobky (jadrá, krúžky a pod.) sa vypaľujú pri teplote 1300-1500 °C. Ferity sú magneticky mäkké a magneticky tvrdé.

Magnetodielektriká sú kompozitné materiály pozostávajúce zo 70-80% práškového magnetického materiálu a 30-20% organického vysokopolymérneho dielektrika. Ferity a magnetodielektriká sa líšia od kovových magnetických materiálov vysokým objemovým odporom, ktorý výrazne znižuje straty vírivými prúdmi. To umožňuje použitie týchto materiálov vo vysokofrekvenčnej technológii. Okrem toho majú ferity stabilitu svojich magnetických charakteristík v širokom frekvenčnom rozsahu.

Elektrický oceľový plech

Elektrická oceľ je magneticky mäkký materiál. Na zlepšenie magnetických charakteristík sa do nej pridáva kremík, ktorý zvyšuje odpor ocele, čo vedie k zníženiu strát vírivými prúdmi. Takáto oceľ sa vyrába vo forme plechov s hrúbkou 0,1; 0,2; 0,35; 0,5; 1,0 mm, šírka od 240 do 1000 mm a dĺžka od 720 do 2000 mm.

permalloy

Týmito materiálmi sú zliatiny železa a niklu s obsahom niklu od 36 do 80 %. Na zlepšenie určitých vlastností permalloyov sa do ich zloženia pridáva chróm, molybdén, meď atď.. Charakteristickými vlastnosťami všetkých permalloyov je ich ľahká magnetizácia v slabých magnetických poliach a zvýšený elektrický odpor.

Permalloy sú tvárne zliatiny, ktoré sa ľahko valcujú do plechov a pásov s hrúbkou až 0,02 mm alebo menej. Vďaka zvýšenému odporu a stabilite magnetických charakteristík možno permalloy použiť až do frekvencií 200-500 kHz. Permalloy sú veľmi citlivé na deformácie, ktoré spôsobujú zhoršenie ich pôvodných magnetických charakteristík. Obnovenie počiatočnej úrovne magnetických charakteristík deformovaných permalloy častí sa dosiahne ich tepelným spracovaním podľa prísne vyvinutého režimu.

Tvrdé magnetické materiály

Magneticky tvrdé materiály majú veľké hodnoty koercitívnej sily a vysokej zvyškovej indukcie a následne aj veľké hodnoty magnetickej energie. Medzi tvrdé magnetické materiály patria:

• zliatiny kalené na martenzit (ocele legované chrómom, volfrámom alebo kobaltom);
• železo-nikel-hliníkové nekovové precipitačné kaliace zliatiny (alni, alnico atď.);
• kujné zliatiny na báze železa, kobaltu a vanádu (wikkaloy) alebo na báze železa, kobaltu, molybdénu (comol);
• zliatiny s veľmi vysokou donucovacou silou na báze ušľachtilých kovov (platina - železo; striebro - mangán - hliník atď.);
• keramicko-kovové nekované materiály získané lisovaním práškových komponentov s následným vypálením výliskov (magnety);
• magneticky tvrdé ferity;
• kovoplastové nekujné materiály získané lisovaním práškov pozostávajúcich z častíc magneticky tvrdého materiálu a spojiva (syntetická živica);
• magnetoelastické materiály (magnetoelasty), pozostávajúce z prášku magneticky tvrdého materiálu a elastického spojiva (guma, guma).

Zvyšková indukcia kovoplastových a magnetoelastických magnetov je o 20-30% menšia v porovnaní s odlievanými magnetmi z rovnakých tvrdých magnetických materiálov (alni, alnico atď.).

Ferity

Ferity sú nekovové magnetické materiály vyrobené zo zmesi špeciálne vybraných oxidov kovov s oxidom železa. Názov feritu je určený názvom dvojmocného kovu, ktorého oxid je súčasťou feritu. Takže ak je vo ferite obsiahnutý oxid zinočnatý, potom sa ferit nazýva zinok; ak sa do zloženia materiálu pridá oxid mangánu - mangán.

V technológii sa používajú komplexné (zmiešané) ferity, ktoré majú v porovnaní s jednoduchými feritmi vyššie hodnoty magnetických charakteristík a väčší odpor. Príklady komplexných feritov sú nikel-zinok, mangán-zinok atď.

Všetky ferity sú polykryštalické látky získané z oxidov kovov ako výsledok spekania práškov rôznych oxidov pri teplotách 1100-1300 °C. Ferity je možné spracovávať iba brúsnym nástrojom. Sú to magnetické polovodiče. To umožňuje ich použitie vo vysokofrekvenčných magnetických poliach, pretože ich straty vírivými prúdmi sú zanedbateľné.

Polovodičové materiály a výrobky

Polovodiče zahŕňajú veľké množstvo materiálov, ktoré sa navzájom líšia vnútornou štruktúrou, chemickým zložením a elektrickými vlastnosťami. Podľa chemického zloženia sú kryštalické polovodičové materiály rozdelené do 4 skupín:

1. materiály pozostávajúce z atómov jedného prvku: germánium, kremík, selén, fosfor, bór, indium, gálium atď.;
2. materiály pozostávajúce z oxidov kovov: oxid medi, oxid zinočnatý, oxid kadmia, oxid titaničitý atď.;
3. materiály na báze zlúčenín atómov tretej a piatej skupiny Mendelejevovej sústavy prvkov, označované všeobecným vzorcom a nazývané antimonidy. Do tejto skupiny patria zlúčeniny antimónu s indiom, s gálium atď., zlúčeniny atómov druhej a šiestej skupiny, ako aj zlúčeniny atómov štvrtej skupiny;
4. polovodičové materiály organického pôvodu, ako sú polycyklické aromatické zlúčeniny: antracén, naftalén atď.

Podľa kryštálovej štruktúry sa polovodičové materiály delia na 2 skupiny: monokryštalické a polykryštalické polovodiče. Do prvej skupiny patria materiály získané vo forme veľkých monokryštálov (jednokryštálov). Medzi nimi sú germánium, kremík, z ktorých sa vyrezávajú platne pre usmerňovače a iné polovodičové zariadenia.

Druhou skupinou materiálov sú polovodiče, ktoré pozostávajú z mnohých malých kryštálov spájaných dohromady. Polykryštalické polovodiče sú: selén, karbid kremíka atď.

Pokiaľ ide o objemový odpor, polovodiče zaujímajú strednú polohu medzi vodičmi a dielektrikami. Niektoré z nich dramaticky znižujú elektrický odpor, keď sú vystavené vysokému napätiu. Tento jav našiel uplatnenie vo ventilových zvodičoch na ochranu elektrického vedenia. Iné polovodiče pri vystavení svetlu dramaticky znižujú svoj odpor. Používa sa vo fotobunkách a fotorezistoroch. Spoločnou vlastnosťou polovodičov je, že majú elektrónovú aj dierovú vodivosť.

Elektrické uhlíkové výrobky (kefy pre elektrické stroje)

Medzi tento druh výrobkov patria kefy pre elektrické stroje, elektródy pre oblúkové pece, kontaktné diely atď. Elektrouhoľné produkty sa vyrábajú lisovaním z prvotných práškových hmôt s následným vypaľovaním.

Počiatočné práškové hmoty sú zložené zo zmesi uhlíkatých materiálov (grafit, sadze, koks, antracit atď.), spojív a zmäkčovadiel (uhoľné a syntetické dechty, smoly atď.). V niektorých práškových hmotách nie je žiadne spojivo.

Kefy pre elektrické stroje sú grafitové, uhlíkovo-grafitové, elektrografitové, kov-grafitové. Grafitové kefy sú vyrobené z prírodného grafitu bez spojiva (mäkké druhy) a so spojivom (tvrdé druhy). Grafitové kefy sú mäkké a počas prevádzky spôsobujú malý hluk. Uhlíkovo-grafitové kefy sa vyrábajú z grafitu s prídavkom iných uhlíkatých materiálov (koks, sadze) so zavedením spojív. Kefy získané po tepelnom spracovaní sú potiahnuté tenkou vrstvou medi (v elektrolytickom kúpeli). Uhlíkovo-grafitové kefy majú zvýšenú mechanickú pevnosť, tvrdosť a nízke opotrebovanie počas prevádzky.

Elektrografitové kefy sa vyrábajú z grafitu a iných uhlíkatých materiálov (koks, sadze) so zavedením spojív. Po prvom výpale sa kefy podrobia grafitizácii, teda žíhaniu pri teplote 2500-2800 °C. Elektrografitizované kefy majú zvýšenú mechanickú pevnosť, odolnosť proti trhavým zmenám zaťaženia a používajú sa pri vysokých obvodových rýchlostiach. Kovovo-grafitové kefy sú vyrobené zo zmesi grafitových a medených práškov. Niektoré z nich zavádzajú prášky olova, cínu alebo striebra. Tieto kefy sa vyznačujú nízkym odporom, vysokou prúdovou hustotou a nízkymi prechodnými poklesmi napätia.

Materiál je predmet, ktorý má určité zloženie, štruktúru a vlastnosti, určený na vykonávanie určitých funkcií. Materiály môžu mať rôzne stavy agregácie: pevné, kvapalné, plynné alebo plazmové.

Funkcie, ktoré materiály vykonávajú, sú rôzne: zabezpečenie toku prúdu (vo vodivých materiáloch), udržiavanie určitého tvaru pri mechanickom zaťažení (v konštrukčných materiáloch), poskytovanie izolácie (v dielektrických materiáloch), premena elektrickej energie na teplo (v odporových materiáloch) . Materiál zvyčajne vykonáva niekoľko funkcií. Napríklad dielektrikum nevyhnutne podlieha nejakému mechanickému namáhaniu, to znamená, že ide o konštrukčný materiál.

Veda o materiáloch- veda, ktorá študuje zloženie, štruktúru, vlastnosti materiálov, správanie sa materiálov pod rôznymi vplyvmi: tepelnými, elektrickými, magnetickými atď., ako aj kombináciou týchto vplyvov.

Elektrotechnická veda o materiáloch- Ide o odbor materiálovej vedy, ktorý sa zaoberá materiálmi pre elektrotechniku ​​a energetiku, t.j. materiály so špecifickými vlastnosťami potrebnými na projektovanie, výrobu a prevádzku elektrických zariadení.

Materiály zohrávajú v energetickom sektore rozhodujúcu úlohu. Napríklad izolátory vedenia vysokého napätia. Historicky ako prvé boli vynájdené porcelánové izolátory. Technológia ich výroby je dosť komplikovaná, rozmarná. Izolátory sú dosť objemné a ťažké. Naučili sme sa pracovať so sklom – objavili sa sklenené izolanty. Sú ľahšie, lacnejšie, ich diagnostika je o niečo jednoduchšia. A nakoniec, najnovšími vynálezmi sú izolátory zo silikónovej gumy.

Prvé gumené izolátory neboli veľmi úspešné. Časom sa na ich povrchu vytvorili mikrotrhlinky, v ktorých sa hromadili nečistoty, vytvorili sa vodivé dráhy, následne sa izolátory prerazili. Podrobná štúdia správania sa izolantov v elektrickom poli vodičov vysokonapäťových vedení (VL) pri vonkajších atmosférických podmienkach umožnila vybrať množstvo prísad, ktoré zlepšili odolnosť voči poveternostným vplyvom, odolnosť voči znečisteniu a pôsobeniu elektrických výbojov. Výsledkom je, že teraz bola vytvorená celá trieda ľahkých, odolných izolátorov pre rôzne úrovne pôsobiaceho napätia.

Pre porovnanie, hmotnosť závesných izolátorov pre vzdušné vedenia 1150 kV je porovnateľná s hmotnosťou drôtov v rozpätí medzi podperami a predstavuje niekoľko ton. Preto je potrebné inštalovať ďalšie paralelné reťazce izolátorov, čo zvyšuje zaťaženie podpery. Vyžaduje sa použitie pevnejších, a teda masívnejších podpier. To zvyšuje spotrebu materiálov, veľká hmotnosť podpier výrazne zvyšuje náklady na inštaláciu. Pre porovnanie, náklady na inštaláciu sú až 70% nákladov na výstavbu elektrického vedenia. Príklad ukazuje, ako jeden dizajnový prvok ovplyvňuje dizajn ako celok.

(ETM) sú teda jedným z určujúcich faktorov technických a ekonomických ukazovateľov každého napájacieho systému.

Hlavné materiály používané v energetike možno rozdeliť do niekoľkých tried - sú to materiály vodičov, magnetické materiály a dielektrické materiály. Spoločné majú to, že sú prevádzkované pôsobením napätia, a teda elektrického poľa.

Vodivé materiály sa nazývajú materiály, ktorých hlavnou elektrickou vlastnosťou je výrazne výrazná elektrická vodivosť v porovnaní s inými elektrickými materiálmi. Ich využitie v technike je dané najmä touto vlastnosťou, ktorá podmieňuje vysokú elektrickú vodivosť pri normálnej teplote.

Ako vodiče elektrického prúdu môžu byť použité pevné látky aj kvapaliny a za vhodných podmienok aj plyny. Najdôležitejšími pevnými vodivými materiálmi používanými v elektrotechnike sú kovy a ich zliatiny.

Kvapalné vodiče zahŕňajú roztavené kovy a rôzne elektrolyty. Pre väčšinu kovov je však bod topenia vysoký a ako tekutý kovový vodič pri normálnej teplote možno použiť iba ortuť, ktorá má bod topenia okolo mínus 39 °C. Ostatné kovy sú pri zvýšených teplotách kvapalné vodiče.

Plyny a pary, vrátane kovových pár, nie sú vodičmi pri nízkej intenzite elektrického poľa. Ak však intenzita poľa prekročí určitú kritickú hodnotu, ktorá zabezpečí nástup nárazu a fotoionizácie, potom sa plyn môže stať vodičom s elektronickou a iónovou elektrickou vodivosťou. Silne ionizovaný plyn, keď sa počet elektrónov rovná počtu kladných iónov na jednotku objemu, je špeciálne vodivé médium nazývané plazma.

Najdôležitejšie vlastnosti vodivých materiálov pre elektrotechniku ​​sú ich elektrická a tepelná vodivosť, ako aj schopnosť vytvárať termoEMF.

Elektrická vodivosť charakterizuje schopnosť látky viesť elektrický prúd (pozri -). Mechanizmus prechodu prúdu v kovoch je spôsobený pohybom voľných elektrónov pod vplyvom elektrického poľa.

Polovodičové materiály sú materiály, ktoré sú vo svojej vodivosti medzi vodivými a dielektrickými materiálmi a ktorých charakteristickou vlastnosťou je mimoriadne silná závislosť vodivosti od koncentrácie a typu nečistôt alebo iných defektov, ako aj vo väčšine prípadov od vonkajších energetických vplyvov (teplota, osvetlenie, atď.) ... P.).

Polovodiče zahŕňajú veľkú skupinu látok s elektronickou elektrickou vodivosťou, ktorých merný odpor je pri normálnej teplote väčší ako u vodičov, ale menší ako u dielektrík, a pohybuje sa v rozmedzí od 10-4 do 1010 Ohm cm. Polovodiče sa priamo používajú len zriedka, ale elektronické súčiastky na báze polovodičov sú široko používané. Ide o akúkoľvek elektroniku na staniciach, rozvodniach, dispečingoch, službách a pod. Usmerňovače, zosilňovače, generátory, meniče. Polovodiče na báze karbidu kremíka sa tiež používajú na výrobu nelineárnych tlmičov prepätia v elektrických vedeniach (OPN).

Dielektrické materiály

Dielektrické materiály sa nazývajú materiály, ktorých hlavnou elektrickou vlastnosťou je schopnosť polarizácie a v ktorých je možná existencia elektrostatického poľa. Reálne (technické) dielektrikum je tým bližšie k ideálu, čím je jeho merná vodivosť nižšia a čím slabšie má pomalé polarizačné mechanizmy spojené s disipáciou elektrickej energie a tvorbou tepla.

Dielektrická polarizácia nazývaný výskyt v ňom, keď sa makroskopické samoelektrické pole zavedie do vonkajšieho prostredia v dôsledku vytesnenia nabitých častíc, ktoré tvoria molekuly dielektrika. Dielektrikum, v ktorom takéto pole vzniká, sa nazýva polarizované.

Magnetické materiály sa nazývajú materiály určené na prácu v magnetickom poli s priamou interakciou s týmto poľom. Magnetické materiály sa delia na slabo magnetické a silne magnetické. Medzi slabo magnetické materiály patria diamagnety a paramagnety. K silne magnetickým - feromagnetom, ktoré zase môžu byť magneticky mäkké a magneticky tvrdé.

Kompozitné materiály

Kompozitné materiály sú materiály pozostávajúce z niekoľkých komponentov, ktoré vykonávajú rôzne funkcie a medzi komponentmi existujú rozhrania.