41Электротехнический фарфор.

С самого начала развития электротехники фарфор широко ис­пользовался как электроизоляционный материал, и в настоящее время он является одним из основных изоляционных материалов. Для изготовления фарфора применяют специальные сорта глин и минералы — кварц SiO₂ и полевой шпат. Сущность технологического процесса изготовления фарфора сводится к очистке от примесей всех составных частей, тщательному их измельчению и перемешиванию в однород­ную массу с водой. Из фарфоровой массы получают изделия нужной конфигурации. Отформованные изоляторы или другие фар­форовые изделия сушат для удаления избытка воды. Следующие операции — глазуровка и обжиг. Глазурь улучшает внешний вид фарфора и позволяет придавать фарфоровым изделиям окраску в желаемый цвет. К гладкой поверхности глазури менее пристают различные загрязнения; глазурь уменьшает ток утечки по поверхности изоляторов и повышает их напряжение перекры­тия. Наконец, глазурь, «заглаживая» трещины и другие дефекты на поверхности фарфора, которые являются местами начала разрушения при механических нагрузках, существенно повышает механическую прочность фарфоровых изделий. Обжиг — чрезвычайно важная операция, придающая фарфору высокую механи­ческую прочность, водостойкость и хорошие электроизоляционные свойства. Фарфор имеет широкое при­менение в электротехнике. Однако отмеченные недостатки фарфора — прежде всего сравнительно высокий угол диэлектрических потерь, быстро увеличивающийся к тому же при повышении температуры, — затрудняют применение фарфора в качестве электрической изоляции при высоких частотах, а также при высоких температурах.

42. Стеатит.

Стеатит — вид керамики, изготовляемый на основе минерала талька 3MgO*4SiO₂*H₂O. Таким образом, в то время как обычная керамика (фарфор и его разновидности) состоит в основном из силикатов алюминия, стеатитовая керамика — из силикатов магния, прежде всего клиноэнстатита. Тальк — хорошо известный минерал, обладающий способностью благодаря его чрезвычайной мягкости легко размалываться в порошок. Стеатитовая керамика обычно изготовляется обжигом массы, составляемой из талькового порошка с не­которыми добавками. Возможно также изготовлять детали из талькового камня пу­тем его непосредственной механической обработки (которая проста ввиду мягкости материала) с последующим обжигом. Специальные сорта стеатита с особо малым содержанием примесей оксидов железа, предназначенные для высококачественной изоляции, имеют малый tg (до 2-10~⁴) и хорошие механические свойства. Пре­имуществом стеатитовой керамики является также малая усадка при обжиге, поз­воляющая получать изделия сравнительно точных размеров. К тому же он не нуждается в глазуровке (благодаря плотной структуре) и может сравнительно легко дополнительно обрабатываться шлифовкой. Стеатит широко используется для установочной изоляции в радиотехнической аппаратуре, а также и в силовой электротехнике.

44. Общая характеристика проводниковых материалов.

В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Важнейшими практически при­меняемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материа­лами являются металлы и их сплавы.

Из металлических проводниковых материалов могут быть выде­лены металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопротив­ление р при нормальной температуре не более 0,05 мкОмм, и сплавы высокого сопротивления, имеющие р при нормальной температуре не менее 0,3 мкОм-м. Металлы высокой проводимости используются для проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электриче­ских машин и трансформаторов и т. п. Металлы и сплавы высокого сопротивления применяются для изготовления резисторов, электро­нагревательных приборов, нитей ламп накаливания и т. п.

Особый интерес представляют собой обладающие чрезвычайно малым удельным сопротивлением при весьма низких (криогенных) температурах материалы —сверхпроводники и криопроводники; они будут рассмотрены ниже.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и раз­личные электролиты. Для большинства металлов температура плавления высока только ртуть, имею­щая температуру плавления около минус 39 °С, может быть исполь­зована в качестве жидкого металлического проводника при нормаль­ной температуре. Другие металлы являются жидкими проводниками при повышенных температурах.

Механизм прохождения тока в металлах — как в твердом, так и в жидком состоянии — обусловлен движением (дрейфом) свободных электронов под воздействием электрического поля

Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких на-пряженностях электрического поля не являются проводниками. Од­нако, если напряженность поля превзойдет некоторое критическое значение, обеспечивающее начало ударной и фотоионизации, то газ может стать проводником с электронной и ионной электропроводностью.

Свойства проводников. К важнейшим параметрам, характери­зующим свойства проводниковых материалов, относятся: 1) удельная проводимость или обратная ей величина — удельное сопротивление р, 2) температурный коэффициент удельного сопротивления ТКр или альфа_р, 3) коэффициент теплопроводности у_т; 4) контактная раз­ность потенциалов и термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС), 5) работа выхода электронов из металла, 6) предел прочности при растяжении сигма_р и относительное удлинение перед разрывом l/l.

45. Проводниковые материалы с высокой удельной проводимостью.

К наиболее широко распространенным материалам высокой про­водимости следует отнести медь и алюминий.

Преимущества меди: обеспечивающие ей ши­рокое применение в качестве проводникового материала, следующие:1)малое удельное сопротивление (из всех материалов только серебро имеет несколько меньшее удельное сопротивление, чем медь);2)достаточно высокая механическая прочность; 3) удовлетворитель­ная в большинстве случаев стойкость по отношению к коррозии (медь окисляется на воздухе даже в условиях высокой влажности значи­тельно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисле­ние меди происходит только при повышенных температурах; 4) хорошая обрабатываемость (медь прокатывается в ли­сты, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра); 5) относительная лег­кость пайки и сварки.

Сплавы меди. В отдельных случаях помимо чистой меди в качестве проводникового материала применяются ее сплавы с оло­вом, кремнием, фосфором, бериллием, хромом, магнием, кадмием. Такие сплавы, носящие название бронз, при правильно подобранном составе имеют значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь: <т_р бронз может быть 800—1200 МПа и более. Бронзы широко применяют для изготовления токопроводящих пру­жин и т. п.

Это важнейший представитель так называемых легких металлов (т. е. металлов с плотностью менее 5 Мг/м³); плот­ность литого алюминия около 2,6, а прокатанного—2,7Мг/м³. Таким образом, алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди. Температурный коэффициент расширения удельная теплоемкость и теплота плавления алюминия больше, чем меди. Вследствие высоких значений удельной теплоемкости и теплоты пла­вления для нагрева алюминия до температуры плавления и пере­вода в расплавленное состояние требуется большая затрата теплоты, чем для нагрева и расплавления такого же количества меди, хотя температура плавления алюминия ниже, чем меди. Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойст­вами — как механическими, так и электрическими. Алюминиевые сплавы обладают повышенной механической прочностью.

46 провод. мат-лы с ↑ уд. сопротивлением. Наибольшее применение имеют метал-ие сплавы. Сплавами ↑сопр. наз. проводн. мат-лы, у кот. знач-е ρ в норм. усл-х сост.не < 0,3мкОм м Классиф-ют по разным признакам, например, по области применения: 1) для точных (прецизионных) электроизм-ых приборов и образцовых сопр-ий (медномарганцевый сплав – манганин); 2) для резисторов (реостатов) различных назначений; 3) с высокой рабочей температурой для нагреват-ых приборов и нагрузочных реостатов (высокая рабочая температура- может быть удовлетв-но при достаточно высокой темпер-ре плавления материала и полном отсутствии окисления или окислении с образованием тугоплавких нелетучих, напористых окислов, предохран-их от дальнейшего окисления. Неокисл-ся материалом с высокой темпер. плавления (1770 С) является платина, а так же сплавы никеля, хрома и железа. Ко всем матер-ам этого типа примен-ся след-ие треб-ия: большое знач-ие удельного сопрот-ия, достаточные мех-ая проч-ть и технологичность, обеспечив-ая возможность получения проводок необходимых сечений и изгот-ия соответ-их изд-ий. Для мат-ов, примен-ся в произ-ве точных электроиз-ых приборов и образцовых сопрот-ий, важную роль играет стабильность сопрот-ия во времени (отсутствие явления старения) и при температурных колебаниях.