35. Керамические диэлектрические материалы.

Керамическими материалами (керамикой) называют неорганиче­ские материалы, из которых могут быть изготовлены изделия той или иной формы, подвергаемые в дальнейшем обжигу при высокой температуре; в результате обжига в керамической массе происходят сложные физико-химические процессы, благодаря которым готовое (обожженное) изделие приобретает нужные свойства. Ранее керамические материалы изготовлялись на основе глины, образующей в смеси с водой пластичную, способную формироваться массу и после обжига приобретать значительную механическую прочность. Впоследствии появились и другие виды керамических материалов, в состав которых глина входит лишь в очень малом количестве или же совсем не входит. Керамические материалы могут использоваться в электротехнике в качестве полупроводниковых и магнитных материалов. Чрезвы­чайно большое значение имеют керамические диэлектрические, в частности электроизоляционные, а также сегнетоэлектрические и не­которые другие специальные керамические материалы. Многие ке­рамические электроизоляционные материалы имеют высокую ме­ханическую прочность, очень малый угол диэлектрических потерь, значительную нагревостойкость и другие ценные свойства.

Для изготовления фарфора применяют специальные сорта глин (каолин - высококачественная светлая глина большой чистоты, а также другие виды огнеупорных пластичных глин) и минералы - кварц SiOa и полевой шпат. Глазурь защищает фар­фор от проникновения влаги внутрь неизбежно образующихся в нем вор; глазурованные изоляторы достаточно водостойки и могут ра­ботать в открытых установках, на воздушных линиях электропере­дачи, подвергаясь действию атмосферных осадков. Обжиг - чрезвычайно важная операция, придающая фарфору высокую механи­ческую прочность, водостойкость и хорошие электроизоляционные свойства. Фарфор состоит из кристаллов муллита и кварца, промежутки между которыми заполнены стеклообразным материалом, обра­зовавшимся в основном в результате расплавления полевого шпата. Радиокерамическне материалы в зависимости от назначения изготовляются следующих типов: А - высокочастотные для конденсаторов; Б - низкочастотные для конденсаторов; В - высокочастотные для установочных изделий и других радиотехнических деталей. Радиофарфор представляет собой фарфор, стекловидная фаза которого облаго­рожена введением в нее тяжелого оксида ВаО. Ультрафарфор, изготовляемый различных марок и представляющий собой дальнейшее усовершенствование радиофарфора, характеризуется большим содер­жанием Аl₂O₃. Высокоглиноземистая керамика (алюмооксид) в основном состоит из оксида алюминия (глинозема) Аl₂O₃. Этот материал, требующий сложной технологии изго­товления с весьма высокой температурой обжига (до 1750 °С), обладает высокой нагревостойкостью (рабочая температура до 1600 °С), высоким р и малым tgб при повышенных температурах, чрезвычайно высокой механической прочностью и теплопроводностью (его теплопроводность в 10-20 раз выше, чем у фарфора). Стеатит - вид керамики, изготовляемый на основе минерала талька. Тальк - хорошо известный минерал, обладающий способностью благодаря его чрезвычайной мягкости легко размалываться в порошок. Стеатит широко используется для установочной изоляции в радиотехнической аппаратуре, а также и в силовой электротехнике. Керамика с высокой диэлектрической проницаемостью. Такая керамика применяется, в частности, для изготовления керамических конденсаторов. Большая часть керамических материалов с высокой имеет в качестве основной составной части диоксид титана TiO₂. Наиболее распространённые виды керамических конденсаторов делаются на основе титаната кальция (перовскит), титанат стронция, тетратитанат бария, и др. Сегнетокерамика - это особая группа материалов, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами: резкой зависимостью от тем­пературы и напряженности электрического поля, наличием диэлект­рического гистерезиса и прочее. Весьма большой нелинейностью емкости обладают сегнетокерамические конденсаторы, получившие название вариконды (сокращение слов «вариация» и «конденсатор»). Керамика особо высокой нагревостойкости на основе кордиерита, диоксид циркония, титаната алюминия. Безоксидные керамические материалы. Это нитриды, карбиды, силициды, бориды и их ком­позиции. Некоторые из них являются полу­проводниками (например, карбид кремния), а некоторые - диэлек­триками. Электроизоляционными материала­ми высокой нагревостойкости являются ни­триды бора BN, кремния Si₃N₄, и др. Нитрид бора (боразон), может работать при весьма высоких температурах, но в нейтральной или восстановительной среде; на воздухе он окисляется уже при температуре 800 °С; кипящая вода и слабые кислоты разрушают его с образованием Н₂ВО₃ и NH₃. Температура плавления нитрида бора около 3000 °С. Нитрид кремния - температура плавления его 1600 °С.