13. Керамика.

Под керамикой понимают большую группу диэлектриков с разнообразными свойствами, объединенных общностью технологического цикла. К достоинствам керамики относятся: высокие электрические характеристики при достаточно высокой механической прочности. стабильность и надежность характеристик; возможность получения материалов с заранее заданными свойствами (варьирование состава массы и технологии); отсутствие ограничений на форму и габариты изделия. Кристаллическую фазу образуют различные химические соединения или твердые растворы этих соединений, она определяет электрические свойства керамики. Стекловидная фаза керамики — прослойки стекла, связывающие кристаллическую фазу. Ее состав и количество определяют технологические свойства керамики, ее плотность, степень пористости и гигроскопичность. Наличие газовой фазы (газы в закрытых порах) обусловлено способом обработки массы и ведет к снижению электрической и механической прочности, а также к росту диэлектрических потерь (при повышенных напряжениях происходит ионизация). К высокочастотным керамическим материалам относятся ультрафарфор, алюминоксид (корундовая керамика) и брокерит. К высокочастотной установочной керамике относятся цельзиановая, стеатитовая и форстеритовая керамика. Установочная керамика, которая используется в различного рода изоляторах (опорные, проходные, подвесные); конструкционных деталях, подложках интегральных схем, ламповых панелях, корпусах резисторов, каркасах катушек индуктивности, основаниях электропечей. Изоляторный фарфор по электрическим свойствам представляет собой низкочастотный материал с низкой пористостью, выс. плотностью, водонепроницаемость, высокие механическую и электрическую прочность. Однако из-за большого содержания щелочных оксидов в стеклофазе материал характеризуется высокими диэлектрическими потерями(tgδ = 10^{- 2}). Радиофарфор занимает промежуточное положение между низкочастотной и высокочастотной керамикой. При его производстве в состав шихты вводят окись бария, при этом резко снижаются tgδ и удельная электропроводность этого материала. Ультрафарфор характеризуется низким значением tgδ, высокой механической прочностью и удовлетворительными технологическими параметрами. Алюминоксид или корундовая керамика содержит 95 – 99 % глинозема. Глинозем бывает двух модификаций: γ-Al₂O₃ (низкотемпературная модификация) и α-Al₂O₃ (высокотемпературная модификация) — корунд, у которого высокие электротехнические характеристики. К достоинствам алюминоксида можно отнести: низкий tgδ при повышенных температурах и частотах электрического поля; высокую нагревостойкость (до 1600 °С); высокую механическую прочность и теплопроводность (коэффициент теплопроводности в 10 – 20 раз выше, чем у изоляционного фарфора). Недостатки алюмоноксида: непластичен; высокая температура спекания; высокая абразивность, приводящая к сложностям при обработке изделия. Брокерит — материал, содержащий 95 – 99 % оксида бериллия (ВеО) характеризуется высокими свойствами. В частности, его теплопроводность в 200 – 250 раз превышает теплопроводность стекол и ситаллов. Брокерит применяется в особо мощных СВЧ приборах, для изготовления подложек для микросхем, металлизированные изделия из него позволяют получать согласованные спаи с медью. Для высокочастотных конденсаторов используется конденсаторная керамика с относительной диэлектрической проницаемостью до 230, величиной tgδ менее 6·10^{- 4} на частоте 1 МГц и электрической прочностью Е_пр = 8 – 12 кВ/мм. Конденсаторная керамика изготавливается на основе рутила (TiO₃), перовскита (титанат кальция СаTiO₃), титаната стронция (SrTiO₃). Для низкочастотных конденсаторов используют керамику на основе титаната бария (ВаTiO₃) и твердых растворов с сегнетоэлектрическими свойствами (ε = 900 – 8000), у которых относительная диэлектрическая проницаемость зависит от температуры, частоты и напряженности электрического поля, при относительно высокой величине tgδ в пределах 2·10^-3 – 2,5·10^-2.

13. Медь.

Физические свойства: температура плавления 1083 °С, плотность 8,95 г/см³. Медь — металл красноватого цвета, пластичный и легко поддающийся ковке. Электрические свойства меди — удельное электрическое сопротивление при 20 °С равно 1,7·10^{- 8} Ом·м. Для получения высокой электропроводности и пластичности меди ее необходимо отжечь в среде водорода. После такого отжига медь охрупчивается («водородная болезнь меди»), что является следствием взаимодействия водорода с кислородом, содержащимся в меди. Поэтому отжиг надо производить в средах, не содержащих водород или углеводороды, лучше всего в инертной атмосфере. Из меди, отожженной в бескислородной среде, можно вытянуть провод диаметром несколько мкм. Электропроводность неотожженной меди меньше, чем отожженной. Электропроводность меди изменяется в зависимости от примесей и от их количества. Зависимость удельной электропроводности γ меди от содержания примесей (% масс.):

1 − Ag; 2 − Cd; 3 − Ni; 4 − Al; 5 − Fe; 6 − P

Таким образом, к достоинствам меди относятся: высокая электропроводность и теплопроводность: 406 Вт/(м·К); высокая стойкость к окислению (в 3 раза выше, чем у железа) и к воде; относительно высокая механическая прочность (σ_{р МТ} ≈ 500 МПа); технологичность (легко подается ковке и вытягиванию); легко поддается пайке обычными оловянно-свинцовыми припоями. Недостатки меди: дефицитность: в Земной коре порядка 0,01 %, следовательно, высокая и постоянно растущая стоимость; медь взаимодействует с кремнием, поэтому ее следует ограниченно применять в интегральных схемах; медь реагирует с газообразной серой, имеющейся в атмосфере больших городов (следствие работы промышленности и автотранспорта). Применение меди: для монтажных проводов; для радиочастотных, телевизионных и телефонных кабелей; для изготовления генераторов, излучающих СВЧ колебания (клистрон, магнетрон); для изготовления анодов в рентгеновских трубках.