Пасивні діелектричні матеріали та їх використання, активні діелектрики і їх використання

Пасивні властивості діелектричних матеріалів використовуються, коли їх застосовують в якості електроізоляційних матеріалів і діелектриків конденсаторів звичайних типів. Електроізоляційними матеріалами називають діелектрики, які не допускають витоку електричних зарядів, тобто з їх допомогою відділяють електричні ланцюги один від одного або струмопровідні частини пристроїв, приладів і апаратів від провідних, але не струмоведучих частин (від корпусу, від землі). У цих випадках діелектрична проникність матеріалу не грає особливої ​​ролі або вона повинна бути якомога меншою, щоб не вносити в схеми паразитних ємностей. Якщо матеріал використовується в якості діелектрика конденсатора певної ємності і найменших розмірів, то за інших рівних умов бажано, щоб цей матеріал мав велику діелектричну проникність.

1. Газоподібні і рідкі діелектрики


До пасивних відносяться електроізоляційні, конструктивні і конденсаторні діелектричні матеріали, органічні полімерні діелектрики, композиційні порошкові пластмаси, шаруваті діелектрики, електроізоляційні лаки та компаунди, неорганічні скла та ситалли, кераміка.

Основне призначення рідких діелектриків - це підвищення електричної міцності ізоляції, внаслідок заповнення пір в волокнистої ізоляції і проміжків між деталями силових трансформаторів, відведення тепла від обмоток і сердечників трансформаторів, гасіння дуги у вимикачах, заливка і просочення паперових конденсаторів, просочення ізоляції силових кабелів і їх ізоляція .

Нафтові масла (трансформаторне, конденсаторне, кабельне) порівняно дешеві і можуть вироблятися у великих кількостях, при високому ступені очищення володіють хорошими електроізоляційними властивостями. Трансформаторне масло застосовується для заливки силових трансформаторів. Конденсаторне масло має більш високу ступінь очищення і застосовується для просочення паперових і плівкових конденсаторів. При просочення паперу підвищується діелектрична проникність і електрична міцність, зменшуються габарити, маса і вартість конденсатора. Кабельні масла використовують для просочення паперової ізоляції силових кабелів. Це підвищує електричну міцність ізоляції і покращує відведення тепла. Синтетичні рідкі діелектрики перевершують нафтові олії за своїми властивостями. Вони мають більш високі значення Епрі e. Застосовуються для просочення конденсаторів (совтола) і заливки трансформаторів (совтола).

2. Органічні полімерні діелектрики

Полімери - це високомолекулярні сполуки, які отримують в результаті об'єднання один з одним молекул більш простих за своїм складом речовин - мономерів. Реакцію освіти полімеру з мономера називають полімеризацією. При полімеризації збільшується молекулярна маса, зростає температура плавлення і кипіння, підвищується в'язкість.

3. Композиційні порошкові пластмаси і шаруваті діелектрики

Композиційні порошкові діелектрики, призначені для виготовлення виробів методом гарячого пресування або лиття під тиском, складаються з сполучного речовини (штучної смоли - просторового або лінійного полімеру) і наповнювачів (деревної муки, очосів бавовнику, каоліну, кварцового піску, скловолокна і т.д.) з добавками барвників і пластифікаторів. Наповнювач покращує електричні і механічні властивості виробу. Як сполучна речовина використовують формоальдегідние, епоксидні, кремнеорганічною і інші смоли. Серед композиційних пластмас найкращими електричними властивостями володіють пластмаси на основі аніліноформоальдегідной смоли, найкращими декоративними амінопласти (пластмаси на основі карбамідних смол), їм можна надавати будь-яку яскраве забарвлення, в той час як фенолформоальдегідние пластмаси забарвлюють лише в коричневий або чорний колір. Кремнеорганічною смоли використовують для отримання нагревостойких (до 300 ° C) пластмас.

4. Електроізоляційні лаки і компаунди

Лаки і компаунди відносяться до твердеющим електроізоляційних матеріалів. Лаки - це колоїдні розчини смол, бітумів, висихаючих масел, що становлять основу лаку в летючих розчинниках. При сушінні лаку розчинник випаровується, а лакова основа переходить в твердий стан, утворюючи (в тонкому шарі) лакову плівку. По застосуванню електроізоляційні лаки поділяють на просочувальні, покривні і склеювальні.

Просочувальні лаки служать для просочення пористої і волокнистої ізоляції. Пори заповнюються висохлим лаком, мають більш високі електричну міцність і теплопровідність, зменшується гігроскопічність, поліпшуються механічні властивості ізоляції.

5. Неорганічні скла і ситалли

Скло - неорганічні аморфні тверді речовини, в яких при наявності ближнього порядку відсутній дальній порядок в розташуванні частинок.

Скло виходять при швидкому охолодженні розплавленої скломаси для зменшення ймовірності переходу в кристалічний стан. Властивості діелектриків проявляють лише оксидні стекла. Основу оксидного скла становить стеклообразующего окисел (SiO2, B2O3, GeO2, P2O5). Найбільшого поширення набули силікатні скла (тобто на основі SiО2) завдяки хімічній стійкості, дешевизні і доступності сировинних компонентів.

Керамічними матеріалами називають неорганічні матеріали, вироби з яких отримують шляхом випалу при високій температурі.

У радіотехніці та радіоелектроніки використовують кераміку в качеcтве напівпровідникових, магнітних (ферити), сегнето- і п'єзоелектричних матеріалів.

Перевагою кераміки є можливість отримання заздалегідь заданих характеристик шляхом зміни складу маси і технології виробництва.

Активними діелектриками називають матеріали, що застосовуються для посилення, генерації і перетворення електричних сигналів. Активними (керованими) діелектриками є сегнетоелектрики, п'єзоелектрики, піроелектрики, електролюмінофори, матеріали для випромінювачів і затворів в лазерній техніці, електрети і ін.

Одним з найбільш відомих пьезоелектріков є монокристалічний кварц. Великі природні прозорі кристали кварцу отримали назву гірського кришталю. кварцу, як матеріали для п'єзоелектричних елементів широко використовують ніобат і танталат літію. Пьезокерамические матеріали прийнято розділяти на чотири функціональні групи. Матеріали групи 1 використовують для виготовлення високочутливих елементів, що працюють в режимі прийому або випромінювання механічних коливань. Для таких матеріалів необхідний великий п'єзомодуль. Матеріали групи 2 використовують для виготовлення генераторів сильних сигналів, які працюють в умовах сильних електричних полів або високих механічних напружень. Для таких матеріалів необхідно високий питомий електричний опір. Матеріали групи 3 використовують для виготовлення п'єзоелементів, що володіють підвищеною стабільністю резонансних частот в залежності від температури і часу. Матеріали групи 4 використовуються для виготовлення високотемпературних п'єзоелементів.

Електрети. Електрети називають діелектрики, у яких постійний електричний момент або надмірне зарядження зберігаються тривалий час. Залежно від способів отримання розрізняють термоелектрета, фотоелектрети, електроелектрети, трібоелектрети, радіоелектрети.

Електрети використовуються для створення електричних полів (електретних лінзи для фокусування електронів, електретних фільтри для очищення димових газів і ін.) І для створення перетворювачів механічних переміщень в електричні (електретних мікрофони, електретних клавіші і ін.). Крім того, електрети використовують в електрофотографії, в дозиметрах, в датчиках вібрацій. Є відомості про застосування Електрети в голівках звукознімачів і в малопотужних реле