Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Мет. пособие ПР.doc
Скачиваний:
110
Добавлен:
12.11.2019
Размер:
12.57 Mб
Скачать

6.1. Традиционная электротехническая керамика.

Электротехническую керамику подразделяют на 4 важнейших категории – магнитную, диэлектрическую, полупроводниковую и проводниковую, в том числе сверхпроводниковую. Все они характеризуются ионным строением кристаллических решёток. Рассмотрим вначале разновидность диэлектрической керамики – фарфоры. Основными компонентами фарфора являются пластичные глины и каолины, представляющие собой водные алюмосиликаты. Химическая формула каолина Аl2O3.2SiO2.H2O. В состав фарфоров входят также кварцевые материалы (SiO2), полевые шпаты (микроклин К2О.Аl2O3.6SiO2), глинозём (Al2O3), кальцит (СаСО3) и др.

Обожжённый фарфор состоит из кристаллов муллита 3Аl2O3.2SiO2 и кварца SiO2, промежутки между которыми заполнены стеклообразным материалом, образовавшимся в основном в результате расплавления полевого шпата.

Электротехнический фарфор содержит примерно 70% SiO2 и 25% Al2O3. Остальное приходится на К2О, Na2O, Fe2O3 и др.

Более высокими диэлектрическими свойствами обладает радиофарфор, стекловидная фаза которого облагорожена введением в неё тяжёлого оксида ВаО.

Дальнейшим усовершенствованием радиофарфора является ультрафарфор. Он содержит увеличенное количество глинозёма Аl2O3 и ВаО. Ультрафарфор используется как высокочастотный диэлектрик вплоть до СВЧ.

Близкой по составу и свойствам к фарфору является стеатитовая керамика. Она в основном состоит из силикатов Мg и изготавливается на основе тальковых минералов 3МgO.4SiO2. Н2О. Рецептура стеатитовой керамики и условия процесса спекания выбирают так, чтобы исключить полиморфные превращения силиката магния. Кроме силиката магния в рецептуру входят минерализаторы ZrO2, ZnO, ВаСО3 и МgСО3, связывающие кремнезём SiO2, выделяющийся в процессе разложения талька при его нагревании. Свойства фарфоров представлены в таблице 7.

Таблица 7

Свойства

Электротех-нический фарфор

Радиофарфор

Ультрафарфор

Стеатит

Плотность, кг/м3

2500

2500

2600

2600-2800

e

6,5

6

6,3

5,5

tgd.104

200

2

1

1,5

r, Ом.м

2.1012

1016

1012

1015

Епр, МВ/м

35

15 – 20

20 – 25

20 - 30

Отличительной особенностью рассмотренных выше керамических материалов является очень быстрое ухудшение диэлектрических свойств с ростом температуры: возрастание tgd, падение r.

Все эти материалы имеют положительный коэффициент теплопроводности, лежащий в пределах (3 – 9).10-6К-1.

Относительно высокий ТКЛР и низкий коэффициент теплопроводности 1,2 – 3,5 Вт/м.К обусловливают невысокую стойкость к термоударам. В этом отношении большой интерес представляют керамики на основе чистых оксидов, а также шпинели (двойные оксиды МgO.Al2O3).

6.2. Оксидная керамика

6.2.1. Керамика на основе ВеО (брокерит, броммелитовая керамика).

Температура плавления чистого ВеО = 2570 ± 20 оС, энтальпия образования DН = - 616 ± 2,5 кДж/моль. Удельная теплоёмкость возрастает с увеличением температуры от 1,25кДж/кг.К при 100 оС до 2,08 при 900 оС. Твёрдость по Моосу кристаллов ВеО составляет 9, микротвёрдость – 15,2 ГН/м2. Самым удивительным теплофизическим свойством бериллиевой керамики является необычайно высокая теплопроводность = 219 Вт/м.К – во много раз выше теплопроводности остальных видов керамики, превосходящей теплопроводность большинства металлов и уступающей только серебру, меди и алюминию. Это свойство в сочетании с хорошими электрофизическими свойствами (e = 7, tge = 3.10-4, r = 1013 Ом.м), высоким коэффициентом замедления и отражения тепловых нейтронов, малым поперечным сечением захвата и большим сечением рассеяния определило области применения этой керамики. Это ядерная энергетика (конструкционный материал, матричный материал для ядерного горючего), металлургия редких металлов (тигли для плавления Ве, Th, Pt, Ti, U и др.), электронная техника (мощные приборы СВЧ, теплоотводы различных радиоэлектронных устройств). Разработана технология прозрачной керамики из ВеО, высокоплотной и, наоборот, с повышенной пористостью (до 82 %).

При работе с ВеО необходимо учитывать её высокую токсичность. Бериллиевые соединения поражают кожу, дыхательные пути, вызывая пневмонию, раздражают желудочно-кишечный тракт и нервную систему. Предельно-допустимая концентрация Ве в воздухе рабочих помещений в виде тех или иных соединений не должна превышать 0,001 мг/м3.