- •Лекции по дисциплине «Химия радиоматериалов»
- •Вступление
- •Тема I. Диэлектрические материалы
- •Требования к химическим свойствам диэлектриков
- •1.1 Классификация диэлектрических материалов
- •1.2 Твердые органические диэлектрики
- •1.2.1 Органические полимеры
- •1.2 Классификация полимеров
- •1.2.1 Классификация полимеров по происхождению
- •1.2.2 Классификация полимеров по химическому строению основной цепи макромолекул
- •1.2.3. Классификация полимеров по геометрической (структурной) форме макромолекул. Неоднородности в полимерах
- •1.2.4. Классификация полимеров способу получения
- •1.2.5. Классификация полимеров по отношению к нагреванию
- •1.3 Гомополимеры и сополимеры
- •Полимеризация
- •Радикальная полимеризация
- •Ступенчатые процессы синтеза полимеров
- •Поликонденсация
- •Химические превращения полимеров
- •Физические (релаксационные) состояния полимеров
- •Электрические свойства полимеров
- •Природные и искусственные полимеры в радиоматериалах
- •Синтетические полимеры в радиоматериалах
- •Электроизоляционные пластмассы
- •1.6.2 Смолы (олигомеры)
- •Электроизоляционные органические полимерные пленки
- •Электроизоляционные лаки и эмали.
- •Пропиточные лаки
- •Электроизоляционные компаунды
- •Электроизоляционные волокнистые материалы
- •Электроизоляционные материалы на основе битумов
- •Неорганические твердые диэлектрики Диэлектрические материалы на основе стекол
- •Керамические диэлектрические материалы
- •Слюда и слюдяные материалы
- •Газообразные диэлектрики
- •Жидкие диэлектрики
- •Активные диэлектрики
- •Конец темы 1
Электроизоляционные материалы на основе битумов
Битумы – аморфные материалы, представляющие собой смеси углеводородов и обладающие характерным комплексом свойств. Они имеют черный или темно-коричневый цвет, при достаточно низких температурах хрупки и дают характерный излом в виде раковин. Битумы растворяются в углеводородах – легче ароматичных (бензол, толуол и др.), несколько труднее в бензине, немаслостойки. В спирте и воде битумы нерастворимы, они имеют малую гигроскопичность и в толстом слое практически водонепроницаемы. Битумы термопластичны плотность их близка к 1 Мг/м3.
Различают битумы искусственные (нефтяные), представляющие собой тяжелые продукты перегонки нефти, и природные (ископаемые), называемые также асфальтами. Залежи асфальтов связаны с нефтяными месторождениями, т.к. в природных условиях асфальты также образовались из нефти.
Неорганические твердые диэлектрики Диэлектрические материалы на основе стекол
Стекла – неорганические аморфные вещества – представляют собой сложные системы различных окислов. Кроме стеклообразующих окислов, т.е. таких, каждый из которых способен сам по себе в чистом виде образовывать стекло (SiO2, B2O3)б в состав стекол входят и другие окислы: щелочные Na2O, K2O, щелочно-земельные CaO, BaO, а также PbO, Al2O3 и др. Основу большинства стекол составляет диоксид кремния; такие стекла называют силикатными.
Стеклообразное состояние является основной разновидностью аморфного состояния вещества. Стеклами называют аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от их химического состава и температурной области затвердевания. По химическому составу имеющие практическое значение стекла делятся на три основных типа: оксидные - на основе оксидов (SiO2, B2O3, GeO2, P2O5, Al2O3); галогенидные - на основе галогенидов, главным образом BeF2 (фторберилатные стекла) и халькогенидные - на основе сульфидов, селенидов и теллуридов.
Наиболее широко применяются оксидные стекла, которые в зависимости от состава делятся на ряд классов и групп:
-
по виду окисла стеклообразователя - силикатные, боратные, фосфатные, германатные, алюмосиликатные и др.;
-
по содержанию щелочных окислов - бесщелочные (могут содержать щелочноземельные оксиды MgO, CaO, BaO и др.) малощелочные; многощелочные.
Свойства стекол меняются в широких пределах в зависимости от их состава и тепловой обработки.
При кристаллизации стекол специального состава получаются ситаллы. Они занимают промежуточное положение между обычными стеклами и керамикой, почему иногда называются стеклокерамикой. В отличие от стекол ситаллы непрозрачны, но многие из них в тонком слое заметно пропускают свет. Кроме хороших электроизоляционных свойств ситаллы обладают высокой механической прочностью, пониженной хрупкостью, широким диапазоном температурного коэффициента линейного расширения , высокой точностью размеров изделий.
Особую область применения имеют фотоситаллы: после воздействия на заготовки из светочувствительного стекла (возможно – по определенному рисунку, сквозь отверстия в трафарете) ультрафиолетового облучения и кристаллизации засвеченной заготовки последняя может подвергаться травлению в кислоте, причем менее кислотостойкая закристаллизовавшаяся часть изделия растворяется; таким образом получается изделие сложной формы, которое вновь подвергается всестороннему облучению и дополнительно кристаллизуется уже при более высокой температуре.
Физико-химические свойства стекла. Наиболее высокие показатели механических свойств имеют кварцевые и бесщелочные стекла, а наиболее низкие стекла с повышенным содержанием оксидов PbO, Na2O3, K2O. Наибольшей стойкостью к воздействию влаги обладает кварцевое стекло. Гидролитическая стойкость стекол сильно уменьшается при введении в состав стекла щелочных оксидов.
Электрические свойства стекла в сильной степени зависят от их состава. Большинство стекол характеризуются ионной проводимостью. Наиболее сильно понижает электропроводность стекол SiO2 и B2O3. Наименьшую электропроводность имеет кварцевое стекло, а наибольшую высокощелочные. Обычно стекла более химически устойчивые имеют меньшую электропроводность. стекол при невысоких температурах колеблется в пределах от 108 до 1015 Ом.м.
Диэлектрические потери в стеклах складываются из потерь проводимости и потерь релаксационных и структурных. tg стекол увеличивается с ростом содержания щелочных оксидов при малом содержании оксидов тяжелых металлов. Стекла с большим содержанием оксидов PbO и BaO имеют низкий tg.
Самую низкую имеет кварцевое стекло (3.7 - 2.8) и стеклообразный борный ангидрид (3.1 - 3.2), у которых наблюдается преимущественно электронная поляризация. При наличии в составе стекол оксидов металлов свинца и бария, обладающих высокой поляризуемостью, стекол увеличивается и становится высокой (порядка 20).
В переменном электрическом поле электрическая прочность стекол составляет 17 - 80 МВ/м.