Диэлектрики
По химическому составу диэлектрики разделяют на органические и неорганические. К органическим относятся полимеры, резина, шелк; к неорганическим - слюда, керамика, стекло, ситаллы.
По электрическим свойствам диэлектрики подразделяют на низкочастотные (электротехнические) и высокочастотные (радиотехнические).
Стабильность структуры и свойств диэлектриков определяет сроки их эксплуатации. Наибольшую стабильность имеют керамика и ситаллы, в стеклах под влиянием поля мигрируют ионы щелочных металлов и образуются электропроводящие мостики. Добавки РЬО и ВаО увеличивают стойкость стекла против электрохимического пробоя, связанного с миграцией ионов щелочных металлов. Органические диэлектрики разрушаются при комбинированном действии нагрева, окисления на воздухе и ионизации, поэтому их срок службы меньше, чем у керамики или стекла. Большинство пластмасс под действием разрядов обугливается и теряет изолирующую способность. Этого недостатка лишены полистирол, органическое стекло, фторопласты и кремнийорганические пластики.
Среди диэлектриков самыми важными являются керамические материалы и особенно сегнетокермика. Керамика имеет наиболее разнообразные электрические свойства, почти не подвержена старению и устойчива к нагреву. Установочная керамика применяется для изготовления изоляторов, колодок, плат, каркасов, катушек и т.п. она должна иметь низкие потери, хорошие изоляционные свойства и прочность.
Для работы при низких частотах используют электрофорфор, который дешев и имеет неплохие электрические свойства. Его недостатки - большие потери, резко возрастающие при нагреве выше 200°С, и низкая механическая прочность. Недостатки электрофарфора объясняются свойствами стекла, которого в нем содержится довольно много.
Основным материалом, используемом для изготовления деталей, предназначенных для работы при высоких частотах, является стеатит, который получают из галька. Стеатиты не содержат вредных примесей, их свойства стабильны до 100°С. они легко прессуются, при отжиге дают усадку всего 1-2% и используются для деталей с плотной и пористой структурой и точными размерами. В отличие от других видов керамики стеатит удовлетворительно режетс я (после предварительного обжига). Недостатки стеатита - растрескивание при быстрых сменах температуры и трудность обжига. Конденсаторная керамика должна иметь большую ε, обеспечивающую повышенную удельную емкость, низкие потери и малый ТКε. Применение такой керамики увеличивает надежность работы и теплостойкость конденсаторов, уменьшает их размеры.
Конденсаторная керамика, применяемая при высоких частотах, не должна иметь очень большие значения ε во избежание потерь. Для высокочастотных конденсаторов применяют ультрафарфор, стеатит, станнатную керамику, но лучшие свойства имеет керамика на основе ТiO2. эту керамику подразделяют на две группы:
тиконды и термоконды. В тикондах основным видом кристаллов является рутил - наиболее плотная модификация TiO2. чем больше содержание ТiO2 в керамике, тем выше значения ε и TK ε. Основная область применения тикондов – термокомпенсирующие конденсаторы. Термоконды наряду с ТiO2 содержат ZrO2 и другие добавки. Они имеют низкие значения TKε и используются для конденсаторов высокой стабильности. Лучшая конденсаторная керамика, применяемая при низких частотах, - сегнетокерамика, так как велики значения ε. Недостатками сегнетокерамики являются сравнительно большие потери и невысокая электрическая прочность. Сегнетокерамику подразделяют на материалы с небольшой и большой нелинейностью. У материалов первой группы ε во всем интервале рабочих температур изменяется не более чем на 30%. Различные марки керамики этой группы отличаются друг от друга значением ε = 1000-7500 и положением температурного максимума ε. У материалов второй группы зависимость ε от напряженное и поля характеризуется коэффициентом нелинейности К. Он равен отношению εmax к εнач определенному в слабом поле (2-5 В/м). Материалы с большой нелинейностью используют в варикондах -конденсаторах переменной емкости. При одновременном действии постоянного и переменного полей ε становится изменчивой (её называют реверсивной и обозначают ε рев), и её значение определяется соотношением напряженностей полей. Чем больше напряженность постоянного поля, тем лучше ориентированы домены и слабее действие переменного поля на пoляpизaцию. Заданное значение ε получают соответствующим выбором постоянного и переменного напряжений, приложенных к конденсатору. Изменяя постоянное или переменное напряжение, можно изменить емкость конденсатора в несколько раз (в пределах, определяемых коэффициентом нелинейности). Вариконды используют в усилителях, делителях, умножителях частоты и других устройствах.