Активные диэлектрики

Керамика.

В основном для изготовления современных электрических устройств используется керамика.

Ее применение в промышленности объясняется рядом свойств:

1. широкое распространение в природе;

2. большой диапазон физических и механических свойств;

3. простота изготовления изделий из керамики.

Достоинства керамики:

1. Керамика имеет высокую нагревостойкость и неизменность свойств при изменении температуры, влажности, давления.

2. Керамика не имеет свойства старения и остаточного напряжения после изготовления.

3. Имеет малый коэффициент линейного расширения.

4. Обладает низкими динамическими потерями, особенно на высоких частотах.

5. Большая стабильность к излучению высоких электроэнергий.

6. Керамика не поддаётся плесени и насекомым.

7. Керамика позволяет вжигать в себя контакты или иные детали для получения схемных элементов.

Недостатки:

1. Высокая хрупкость.

2. Высокая удельная плотность ( ).

По своей структуре керамика состоит из двух фаз:

а) Кристаллическая структура;

б) Аморфная структура.

В качестве кристаллов используются: кремний, тальк, мрамор, окислы циркония, бария.

В качестве аморфной структуры используются глинозёмы.

Керамика классифицируется на:

- конденсаторную (изготовление конденсаторов);

- установочную (изготовление различных корпусов реостатов, регуляторов напряжения и т.д.).

- пористую (является температуростойкой и применяется для изготовления мощных генераторных ламп).

Конденсаторная керамика.

Основной её характеристикой является диэлектрическая проницаемость , чем она больше, тем больше ёмкость конденсатора. Ещё одной из важнейших характеристик конденсаторной керамики является напряжение пробоя (до ).

Вся конденсаторная керамика (как высокочастотная, так и низкочастотная) делится на классы и группы.

ВЧ керамика

класс	группа	ε	применение
I	А/Б	230/130	изготовление высокочастотных конденсаторов с нестабильной емкостью
II	А, Б, В, Г, Д	65 – 30	изготовление термокомпрессионных конденсаторов, емкость которых зависит от температуры
III	А, Б, В, Г, Д	12 – 30	изготовление высокочастотных конденсаторов со стабильными емкостными харатеристиками

НЧ керамика

класс	группа	ε	β, %	применение
IV	а	900	± 10	для однополярных видео-импульсных конденсаторов
V	а	1400	± 10

Стекла.

В основном используется кварцевое стекло:

; ; ; .

Ситаллы – частично кристаллизованные стёкла. Часто используются вместо стекол в качестве подложек, так же применяются для изготовления плёночных микросхем.

Ситаллы подразделяются на следующие группы:

1. термоситаллы;

2. фотоситаллы (для изготовления подложек, на которых наносятся фоточувствительные элементы, предназначены для отображения изображения на подложке).

Сегнето- и пьезоэлектрические материалы

Это современные материалы. Они представляют собой монокристаллы или поликристаллические материалы, в которых спонтанная кристаллизация при температуре ниже точки Кюри может изменятся. Такое изменение приводит к возникновению пьезоэффекта.

Различают следующие виды пьезоэффекта:

1. Прямой пьезоэффект. Проявляется в том, что при подачи напряжения на пьезоэлектрик происходит изменение геометрических размеров кристалла. Применяется как приемник звука и ультразвука, в микрофонах, датчиков информации, генераторах электрической энергии.

2. Обратный пьезоэффект. Если на кристаллик подать знакопеременную нагрузку, то возникает переменное напряжение. Применяется для излучателей звука, ультразвука, пьезоэлектрических двигателей.

3. Электрострикции. Если пьезоэлектрик поместить в в переменное электростатическое поле, то будут изменяться геометрические размеры кристаллика. Применяется для гистерезисных микропозиционеров.

У некоторых пьезоэлектриков при температурах ниже точки Кюри меняется диэлектрическая проницаемость от 1000 до 10000.

Одним из первых сегнетоэлектриков является элемент BaTiO3.: ε = 1300, Е = 17кВ/см.

В настоящее время выпускаются конденсаторные сегнетоэлектрики, сегнетоэлектрики для нелинейных электрических цепей, терморезистивные сегнетоэлектрики, пьезокерамические сегнетоэлектрики.

Недостаток BaTiO₃ – малая величина ε. Поэтому Ва заменяется Ti, Sn, Zr: Pb(Ti, Sn, Zr)TiO₃

Материал	Т, оС	εо	εmax	Е, кВ/см
ВК-2	75 ± 10	2500	4500	1,2 – 1,5
ВК-5	75 ± 10	3000	100000	0,8 – 1
ВК-6	200 ± 20	500	22000	5 – 6
BaTiO3	120	1700	1750	6 – 8

Недостаток

Кроме загрязнения окружающей среды, пластмассы имеют довольно низкую рабочую температуру (до 300 ).

Классификация пластмасс:

1. Термореактопласты.

2. Термопластические массы.

Термореактопласты

В их состав входят такие компоненты как:

- наполнители;

- пластификаторы;

- отвердители;

- красители;

- связующие вещества.

Наполнители предназначены для придания пластмассам необходимых физико-механических свойств. Используют порошкообразные (тальк, кварцевый песок, асбестовая крошка, мука хвойных пород деревьев), волокнистые и слоистые добавки.

Волокнистые наполнители:

- стекловолокна (такую пластмассу называют стекловолокнит);

- асбестовое волокно (такую пластмассу называют асбоволокнит ).

В основном используются слоистые наполнители:

- бумага (с помощью этого наполнителя получают гетинакс – применяется для изготовления печатных плат не ответственных узлов);

- хлопчатобумажная ткань, шёлковая ткань и др. (используют для изготовления текстолита);

- стеклоткань (применяется для изготовления стеклотекстолита – основной материал используемый для изготовления печатных плат).

Сравним свойства гетинакса и стеклотекстолита:

Гетинакс	1,3-1,4	150	8-10	15-30
Стеклотекстолит	1,6-1,9	200-300	25-60	11-20

Стеклотекстолит хорошо работает на сверхвысоких температурах.

При формировании деталей из термореактивных пластмасс надо учитывать то, что они не обладают свойством обратимости, т.е. их нельзя повторно перерабатывать.

Отвердители и пластификаторы – добавляют в состав в процессе прессовки. Пластификаторы добавляют в состав для того, чтобы материал лучше растекался по пресс-форме, а отвердители нужны для ускорения процессов полимеризации.

Красители добавляются для придания заготовке хорошего эстетического вида.

Связующие компоненты нужны для связи всех составляющих материала между собой. В качестве связующего элемента используется фенолформальдегидная смола.

Термопластические массы по составу аналогичны термореактопластам, но в них отсутствуют наполнители.

Виды термопластических масс:

- винипласт (чисто конструкционный материал, обладающий высокой коррозионной стойкостью);

- полиамиды ( , )

а) капрон;

б) нейлон;

- полиэтилен ( );

- полистирол (конструкционный материал, применяется для изготовления корпусов РЭС (ЭВС));

- фторопласт-4 (тефлон) ( ; )

[Тефлон имеет очень низкий коэффициент трения]

- полиуретаны (используются как изоляционный материал, имеют хорошую износостойкость).

Термопластические массы обладают свойством обратимости.

Каучуки и резины

В основном используются НК – натуральные каучуки и СКБ (СКС) – синтетические каучуки.

; ; ; НС= +55, ;

МС=

В последнее время для изоляции основных (главных) кабелей применяют кремнеорганические эластомеры: имеют более высокую рабочую температуру (до 300 ). Так же они применяются для заливки электронных блоков.