5.10.2. Керамічні електроізоляційні матеріали.

1. Характеристика керамічних електроізоляційних матеріалів.

2. Склад і технологія отримання фарфору.

3. Галузь застосування фарфору.

1. Електрична кераміка є матеріалом, одержуваним у результаті відпалу формувальної маси заданого хімічного складу з мінералів і оксидів металів. В електротехнічній і радіоелектронній промисловості керамічна технологія застосовується для виготовлення діелектричних, напівпровідникових, п'єзоелектричних, магнітних, металокерамічних і інших виробів. Багато керамічних матеріалів мають високу механічну міцність і нагрівостійкість, високі електричні характеристики, відсутність механічних деформацій при тривалому додаванні навантаження, більшу, ніж у органічних матеріалів, стійкість до електричного і теплового старіння.

Широке застосування як електроізоляційний матеріал знаходить електротехнічний фарфор, який є основним керамічним матеріалом, що використовується у виробництві широкого асортименту низьковольтних і високовольтних ізоляторів і інших електроізоляційних елементів з робочою напругою до 1150 кВ змінного і до 1500 кВ постійного струму. Електротехнічний фарфор складається з кристалічної, аморфної і газової фаз. Його властивості визначаються хімічним і фазовим складом, мікро- і макроструктурою і технологією виготовлення.

Фарфор має високу межу стиснення (400-700 МПа), значно меншу межу міцності при розтягуванні (45-70 МПа) і при вигині (80-150 МПа). Електроізоляційні властивості фарфору при нормальній температурі дозволяють використовувати його при низьких частотах: tg0,02   6-7; tg електротехнічного фарфору швидко зростає при збільшенні температури, що утрудняє застосування його при високих температурах і на високих частотах.

2.Основними компонентами фарфору є сировинні матеріали мінерального походження:

• пластичні глинисті матеріали (каолін, глина, кварц, польовий шпат, гіпс, перматит). Пластичність глинистих речовин дає можливість формувати з них вироби різної форми, яка зберігається після сушіння і випалення при високій температурі.

• «опіснюючі матеріали», що знижують усадку і деформацію при сушінні (кварц і биті фарфорові вироби);

• польовий шпат і пегматит є плавнями, при утворенні фарфору вони плавляться при більш низьких температурах, ніж глинисті речовини і кварц;

• глазурі для запобігання від забруднень і створення поверхні, що легко очищається в умовах експлуатації, збільшення механічної міцності.

Технологія виготовлення фарфорових виробів:

1) подрібнення сировини, змішування і отримання однорідної ущільненої пластичної маси.

2) вироби з фарфорової маси одержують різними способами: обточуванням, пресуванням, відливанням в гіпсові форми, видавлюванням через отвір потрібної конфігурації.

3) після оформлення виробу проводиться сушіння напівфабрикату для видалення води, що вводиться в масу для додання їй пластичності.

4) глазурування фарфорових ізоляторів.

3. Електротехнічний фарфор знаходить застосування для виготовлення високовольтних і низьковольтних ізоляторів різного типу. До числа високовольтних ізоляторів відносять:

1. стаціонарні для устаткування розподільних пристроїв і апаратури – опорні, прохідні, введення, маслонаповнені, покришки різного призначення;

2. лінійні для ліній електропередачі – підвісні і штирьові.

Для виготовлення високочастотних високовольтних ізоляторів застосовують стеатитову кераміку, оскільки фарфор має сильну залежність електричних характеристик від температури через наявність великої кількості полевошпатового скла з підвищеною електропровідністю. Стеатитова кераміка виготовляється на основі мінералів тальку, основою кристалічної фази якого є метасилікат магнію МgОSiО₂. Стеатитові матеріали характеризуються високими значеннями , у тому числі при високих температурах, малим tg. Стеатитова кераміка характеризується високими механічними властивостями, стабільністю параметрів при дії різних зовнішніх факторів (вологи, температури, високої напруги і ін.). Завдяки високим електромеханічним властивостям стеатит знайшов застосування для виготовлення високочастотних установочних деталей, високовольтних і низьковольтних конденсаторів, високовольтних антенних внутрішньолампових пористих і інших ізоляторів.

Для застосування в радіотехнічній і електронній промисловості була розроблена велика кількість нових керамічних матеріалів, що мають підвищені властивості в порівнянні з фарфором. Відзначимо деякі з них.

Радіофарфор є фарфором, склоподібна фаза якого облагороджуване введенням у неї важкого оксиду ВаО. Ультрафарфор різних марок характеризується великим вмістом Аl₂О₃ і є подальшим удосконаленням радіофарфору. Ультрафарфор має в порівнянні із звичайним фарфором підвищену механічну міцність і теплопровідність.

Високоглиноземіста кераміка (алюмінооксид) в основному складається з оксиду алюмінію (глинозему) Аl₂О₃. Він відрізняється високими характеристиками: нагрівостійкістю до 1600⁰С, високим  і малим tg при підвищених температурах, надзвичайно високою теплопровідністю і механічною міцністю.

Конденсаторна кераміка має підвищені ( = 10-230) і високі (=900) значення діелектричної проникності. У першому випадку кераміка належить до високочастотних діелектриків і tg на частоті 1 Мгц не повинен перевищувати 0,0006, у другому випадку кераміка низькочастотна – на частоті 1000 Гц tg= 0,002-0,025. До конденсаторної кераміки звичайно пред'являється вимога можливо меншого значення температурного коефіцієнта діелектричної проникності. У ряді випадків для виготовлення конденсаторів застосовують ультрафарфор, стеатит і інші види настановної кераміки.