Натриевый пирекс .... 2-10е Калиевый пирекс 8109 Свинцовое стекло 2-1010

При рассмотрении электротехнического фарфора как системы, содержащей стекло, оказалось возможным понизить удельную про­водимость этого диэлектрика введением в его состав оксида бария.

Рис. 2-8. Зависимость сквозного тока от времени при постоянном напряжении 7 — иоиная электропроводность (серебряные электро­ды); 2 — иоиная электропроводность (платиновые элек­троды); 3 электронная электропроводность (платино­вые и серебряные электроды)

У дельное объемное сопротивление элек­тротехнического фарфора ниже, чем у ра­диофарфора, содержащего оксид бария (рис. 2-7). Твердые пористые диэлектрики при наличии в них влаги, даже в ничтожных количествах, резко увеличивают свою удельную проводимость. Высушивание материа­лов повышает их удельное сопротивление, но оно падает при на­хождении высушенных материалов во влажной среде.

Выше была рассмотрена электропроводность твердых тел при относительно невысоких напряженностях электрического поля. При больших напряженностях поля необходимо учитывать возможность появления в кристаллических диэлектриках электронного тока, быстро возрастающего с увеличением напряженности поля, вслед­ствие чего закон Ома нарушается.

При напряженности поля, превышающей 10—100 МВ/м, зави­симость удельной проводимости от напряженности поля может быть выражена эмпирической формулой Пуля:

Уе — У ехр $Е, (2-18)

где Е —напряженность поля; у —удельная проводимость в обла­сти, в которой соблюдается закон Ома; р — коэффициент, характе­ризующий материал.

При напряженностях поля, близких к пробивным значениям, более точной оказывается формула Я. И. Френкеля:

у_Е = у ехр (0! у Е). (2-19)

Керамика в отличие от органической изоляции при отсутствии электрического поля практически не стареет, т. е. не происходит необратимых изменений ее свойств под действием высоких темпера­тур. Однако в электрическом поле наблюдается электрохимическое старение керамики, часто вызывающее потерю ее электрической прочности. Необратимые изменения свойств в керамике объясняются выходом кислорода из решетки. Наиболее вероятен выход кислорода с поверхности образца и вблизи всякого рода дефектов (трещины, поры и др.). В этом случае возникает отклонение от стехиометриче- ского состава материала, которое может быть устранено лишь путем прокалки образца при высокой температуре в окислительной газо­вой среде.

Обязательным условием электрохимического старения керамики является участие в электропроводности ионов диэлектрика (с ма­лым радиусом). Если электропроводность чисто электронная, элек­трохимическое старение невозможно. Старение керамики с электрон­ной и ионной электропроводностью зависит также и от материала элек­тродов (рис. 2-8). Серебро мигрирует в керамику и увеличивает ее проводимость.

2. 5. Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков

Поверхностная электропроводность обусловлена присутствием влаги или загрязнений на поверхности диэлектрика. Вода отличает­ся, как указывалось выше, значительной удельной проводимостью. Достаточно тончайшего слоя влаги на поверхности диэлектрика, чтобы была обнаружена заметная проводимость, определяемая в основном толщиной этого слоя. Однако, поскольку сопротивление адсорбиро­ванной пленки влаги связано с природой материала, на поверхности которого она находится, поверхностную электропроводность обычно рассматривают как свойство самого диэлектрика.

Адсорбция влаги на поверхности диэлектрика находится в тес­ной зависимости от относительной влажности окружающей среды. Поэтому относительная влажность является важнейшим фактором, определяющим значение удельной поверхностной проводимости диэлектрика. Особенно резкое уменьшение удельного поверхностного сопротивления наблюдается при относительной влажности, превы­шающей 70 —80 %.

Удельная поверхностная проводимость тем ниже, чем меньше полярность вещества, чем чище поверхность диэлектрика и чем лучше она отполирована. Наиболее высокими значениями удельного поверхностного сопротивления обладают неполярные диэлектрики, поверхность которых не смачивается водой. Полярные диэлектрики характеризуются более низкими значениями р₅, заметно умень­шающимися во влажной среде. Особенно резкое понижение удель­ного поверхностного сопротивления можно наблюдать у полярных диэлектриков, частично растворимых в воде, у которых на поверх­ности образуется пленка электролита. Кроме того, к поверх­ности полярных диэлектриков легко прилипают различные загрязнения, также приводящие к снижению р₅. Низкие значения удельного поверхностного сопротивления имеют и объемно-пористые материалы, так как процесс поглощения влаги толщей материала стимулирует также и образование поверхностных пленок воды.

Удельное поверхностное сопротивление церезина, являющегося неполярным диэлектриком, существенно выше по сравнению с р₅ щелочного стекла и фенопласта и не зависит от влажности окружа­ющей среды (рис. 2-9).

З

Ом

10^п

л-

агрязнение поверхности некоторых диэлектриков уменьшает их удельное по­верхностное сопротивление (табл. 2-2).

С

10

10'

Ю'

10\

тремясь повысить удельное поверх­ностное сопротивление, применяют раз­нообразные приемы очистки поверхно­сти: промывку (водой, растворителями), прокаливание при температуре 600 —700°С.

Р

О 20 «7 60 80 100%

Относительная Влажность

ис. 2-9. Зависимость удельного поверхностного сопротивления от относительной влажности для различных диэлектриков 1 — церезин; 2 — щелочное стекло; 3 — фенопласт

Наиболее эффективной является очистка по­верхности изделия, не впитывающего воду, продолжительным ки­пячением в дистиллиро­ванной воде. Пропитка поверхностных слоев детали церезином не обеспечивает достаточ­ной устойчивости зна­чений р5 при ВЫСОКОЙ влажности ввиду воз­можности проникновения влаги в микропоры поверхности изде­лия сквозь защитные покрытия. Покрытие керамики и стекол кремнийорганическими лаками значительно повышает удельное поверхностное сопротивление изделий во влажной среде. В итоге можно сделать следующие выводы. Зависимость удель­ной поверхностной проводимости от влажности обусловливается наличием на поверхности диэлектрика диссоциирующих на ионы веществ, вода, адсорбируемая поверхностью, способствует их вы­явлению. Если эти вещества случайно попали на поверхность ди­электрика, то путем их удаления можно получать высокие зна­чения удельного поверхностного сопротивления при любой влажно­сти воздуха. Если вещества, диссоциирующие на ионы, являются со­ставной частью материала, то удельное поверхностное сопротивление будет сильно снижаться при увеличении влажности.