Класифікація електротехнічних матеріалів
ЛЕКЦІЯ 10
ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНІ МАТЕРІАЛИ. КЛАСИФІКАЦІЯ
Електротехнічними матеріалами (наприклад, контактними матеріалами) називають матеріали, що характеризуються певними властивостями по відношенню до електричних і магнітних полів і застосовуються в техніці з урахуванням цих властивостей. В даний час кількість найменувань електротехнічних матеріалів, що застосовуються в радіо-, мікро-, та наноелектроніці становить кілька тисяч. Причому дедалі актуальнішим є завдання створення нових матеріалів із заданими властивостями (оптичними, напівпровідниковими, емісійними тощо).
Основними сферами використання електротехнічних матеріалів є електроенергетика, електротехніка, радіоелектроніка.
Електроенергетика – це виробництво енергії та її постачання споживачеві. Це лінії електропередач, трансформаторні станції, енергетичне господарство.
Електротехніка - це все, що пов'язано з перетворенням електричної енергії на інші види енергії з одночасно здійсненням технологічних процесів:
електротермічних, - електрозварювальних, - електрофізичних, - електрохімічних та ін.
Радіотехніка – це системи управління енергетичними та електротехнічними об'єктами, передача інформації, її обробка, зберігання тощо.
Удосконалення електротехнології спричинило створення матеріалів, що володіють новими властивостями: більш високою міцністю, термостійкістю, стійкістю до агресивного впливу хімічних реакцій, що мають високі електроізоляційні властивості і низьку теплопровідність.
Класифікація електротехнічних матеріалів
Матеріали, що використовуються в електронній техніці, поділяють на електротехнічні, конструкційні та спеціального призначення.
За поведінкою в магнітному полі електротехнічні матеріали поділяють сильномагнітні (магнетики) і слабомагнитные. Перші знайшли особливо широке застосування у техніці завдяки їх магнітним властивостям.
За поведінкою в електричному полі матеріали поділяють на провідникові, напівпровідникові та діелектричні.
Більшість електротехнічних матеріалів можна віднести до слабомагнітних та практично немагнітних. Однак і серед магнетиків слід розрізняти провідні, напівпровідні та практично непровідні, що визначає частотний діапазон їх застосування.
Провідникові називають матеріали, основним електричним властивостям яких є сильно виражена електропровідність. Їх застосування в техніці обумовлено в основному цією властивістю, що визначає високу питому електричну провідність за нормальної температури.
Напівпровідниковими називають матеріали, що є за питомою провідністю проміжними між провідниковими та діелектричними матеріалами та відмінною властивістю яких є сильна залежність питомої провідності від концентрації та виду домішок або різних дефектів, а також у більшості випадків від зовнішніх енергетичних впливів (температури, освітленості тощо).
Діелектричними називають матеріали, основною електричною властивістю яких є здатність до поляризації та в яких можливе існування електростатичного поля. Реальний (технічний) діелектрик тим більше наближається до ідеального, чим менша його питома провідність і чим слабше у нього виражені уповільнені механізми поляризації, пов'язані з розсіюванням електричної енергії та теплоти.
При застосуванні діелектриків - одного з найбільших класівелектротехнічних матеріалів досить чітко визначилася необхідність використання як пасивних, так і активних властивостей цих матеріалів.
Пасивнівластивості діелектричних матеріалів використовуються, коли їх застосовують як електроізоляційні матеріали та діелектрики конденсаторів звичайних типів. Електроізоляційними матеріалами є діелектрики, які не допускають витоку електричних зарядів, тобто з їх допомогою відокремлюють електричні ланцюги один від одного або струмопровідні частини пристроїв, приладів та апаратів від провідних, але не струмопровідних частин (від корпусу, від землі). У цих випадках діелектрична проникність матеріалу не відіграє особливої ролі або вона повинна бути можливо меншою, щоб не вносити до схем паразитних ємностей. Якщо матеріали використовується як діелектрик конденсатора певної ємності та найменших розмірів, то за інших рівних умов бажано, щоб цей матеріал мав велику діелектричну проникність.
Активними(керованими) діелектриками є сегнетоелектрики, п'єзоелектрики, піроелектрики, електролюмінофори, матеріали для випромінювачів та затворів у лазерній техніці, електрети та ін.
Умовно до провідників відносять матеріали з питомим електричним опором -5 Ом*м, а до діелектриків матеріали, у яких ρ > 10 8 Ом*м. При цьому треба зауважити, що питомий опір хороших провідників може становити лише 10 -8 Ом-м, а кращих діелектриків перевищувати 10-16 Ом-м. Питомий опір напівпровідників в залежності від будови та складу матеріалів, а також від умов їх експлуатації може змінюватися в межах 10 -5 -10 8 Ом м. Хорошими провідниками електричного струму є метали. Зі 105 хімічних елементів лише двадцять п'ять є неметалами,причому дванадцять елементів можуть виявляти напівпровідникові властивості. Але крім елементарних речовин існують тисячі хімічних сполук, сплавів чи композицій із властивостями провідників, напівпровідників чи діелектриків. Чітку межу між значеннями питомого опору різних класів матеріалів провести досить складно. Наприклад, багато напівпровідників при низьких температурах поводяться подібно до діелектриків. У той самий час діелектрики при сильному нагріванні можуть виявляти властивості напівпровідників. Якісна відмінність у тому, що з металів провідне стан є основним, а напівпровідників і діелектриків – збудженим.
Розвиток радіотехніки вимагає створення матеріалів, у яких специфічні високочастотні властивості поєднуються з необхідними фізико-механічними параметрами. Такі матеріали називаютьвисокочастотними.