2 Описание основных электромагнитных, тепловых и механических характеристик фарфор

Разнообразное применение изделий из керамики основывается на особых свойствах этого материала, которых нет ни у каких других. Речь идет о следующих качествах:

-твердость и механическая прочность;

-термостойкость;

-изменяемость электрических свойств от изолятора до полупроводника;

-высокая коррозионная стойкость, обусловленная постоянной инертностью по отношению к химическим воздействиям всех видов;

-устойчивость к климатическим воздействиям;

-полное отсутствие запаха;

-хорошая формуемость.

Фарфор как представитель керамических материалов обладает всеми без исключения перечисленными качествами. Благодаря этому он широко распространен в повседневной практике. В то же время он с давних пор традиционно применяется в качестве изолирующего вещества в электротехнике. Еще в 1849 г. Вернер фон Сименс впервые использовал фарфоровые изоляторы для линии телеграфной связи между Франкфуртом-на-Майне и Берлином. Атомным строением фарфора обусловлено действие интенсивных внутренних сил связи. Для керамических материалов характерны смешанные формы ионных и ковалентных связей. Благодаря им эти материалы имеют высокие значения твердости и модуля упругости. Интенсивностью этих связей объясняются также высокая температура плавления, низкий коэффициент термического расширения и высокая устойчивость к химическим воздействиям. В отличие от металлов керамика не имеет свободных электронных пар. Этим обусловлены электро- и термоизоляционные свойства керамических материалов. Для их прочности

большое значение имеет не только атомное строение, но и микроструктура. Как показали результаты многих исследований, механически прочный фарфор с устойчивой микроструктурой должен содержать не менее 40% корунда, не более 15% муллита и менее 1% остаточного кварца. Оставшаяся доля, составляющая около 45%, приходится на стекловидную фазу. Для повышения прочности и стабильности структуры фарфора необходимо:

снижать содержание кварца;

формировать на ранней стадии агрессивные эвтектические фазы в расплаве;

увеличивать до 60 % и более содержание Al₂O₃;

использовать низкие температуры обжига;

обеспечивать быстрое охлаждение в диапазоне температур выше 1000°C. Среди тонкой керамики различают электрокерамические материалы, обладающие очень хорошими электроизоляционными свойствами. Так, электрокерамические материалы имеют большое удельное объёмное (ρ_v) и удельное поверхностное сопротивления (ρ_s), большую электрическую прочность (Епр) и сравнительно небольшой тангенс угла диэлектрических потерь (tg_δ).

Электрофарфор состоит главным образом из стеклообразной массы (аморфной фазы). Это – кварцево-полевошпатовое стекло, образовавшееся в результате плавления частичек полевого шпата и кварца, входящих в состав исходной электрофарфоровой массы. Стекловидная фаза составляет около 60% всей массы фарфора. Наличие в фарфоре стекла обеспечивает ему электрическую прочность и делает его негигроскопичным.

Известно, что электрофарфор не поглощает влагу, но большое количество стекла в фарфоре делает его хрупким, т. е. менее прочным при ударном изгибе.

В таблице приведены основные характеристики электрофарфора, измеренные на образцах, покрытых глазурью.

 Таблица-1 Характеристики электрофарфора

Наименование характеристики	Единица измерения	Электрофарфор
Плотность	г/см³ (кг/м³)	2,3-2,5 (2,3-2,5) · 10³
Предел прочности при растяжении	кгс/см²	300-350
Предел прочности при сжатии	кгс/см²	5000-5500
Предел прочности при статическом изгибе	кгс/см²	600-700
Предел прочности при ударном изгибе	кг · см см²	1,7-1,8
Средний температурный коэффициент линейного расширения (в интервале 20-100°С)	1/°С	3,8 · 10-6
Удельное объёмное сопротивление	Ом · см	1012-1013
Удельное поверхностное сопротивление (глазурованные образцы)	Ом	1013-1014
Диэлектрическая проницаемость	-	5,5-7,0
Тангенс угла диэлектрических потерь: при 50 гц при 1 мгц	- -	0,018-0,035 0,012-0,016