Скло та кераміка
Стекламиназивають аморфні тіла, одержувані в результаті переохолодження розплаву незалежно від їх хімічного складу і температурної області затвердіння, що набувають в результаті поступового збільшення в'язкості механічні властивості твердих тіл, причому процес переходу з рідкого стану в твердий є оборотним.
За хімічним складом скла мають практичне значення поділяються на три основних типи:
оксидні -на основі оксидів (SiO2, GeO2, В2О3, Р2О5, Аl2О3),галогенідні -на основі галогенідів (BeF2, фторберилатні скла),халькогенідні -на основі сульфідів, селенідів та телуридів. Найбільш широко застосовуються оксидні скла, які в залежності від складу діляться на ряд класів та груп:
- на вигляд оксиду-склоутворювача - силікатні, боротні, фосфатні, германатні, алюмосилікатні і т.д;
- за вмістом лужних оксидів - безлужні (можуть містити лужно-земельні оксиди MgO, CaO, ВаО), малолужні, багатолужні.
Електричні властивості скла сильно залежить від складу скла. Більшість стекол характеризується іонною провідністю. Деякі спеціальні види скла - халькогенідні, ванадієві (напівпровідникові) - мають електронну або змішану провідність. Найменшу електропровідність має кварцове скло, а найбільшу – високолужне. Електропровідність скла дуже швидко зростає зі збільшенням температури через збільшення рухливості іонів. Питомий об'ємний опір промислового скла при невисоких температурах коливається в межах 10 8 . 10 15 Ом·м. Істотний вплив на електропровідність скла має поверхнева провідність, що сильно залежить від адсорбованої водяної плівки.
Діелектричні втрати у стеклах складаються звтрат провідності та втрат релаксаційних та структурних; tgδстекол збільшується зі зростанням вмісту лужних оксидів. Найнижчу діелектричну проникність має кварцове скло [εr=(3,7. 3,8)]. За наявності у складі скла оксидів металів свинцю і барію, що мають високу поляризацію, εrскла збільшується приблизно до 20.
Пробій стекол викликається електричними та тепловими процесами. При постійній напрузі електрична міцність скла дуже велика і досягає 500МВ/м, а при збільшенні температури різко знижується. У змінному електричному полі електрична міцність скла 17. 80 МВ/м.
Напівпровідникові скла застосовуються в електронних приладах і пристроях, наприклад, термоопірах, світлофільтрах і фотоопірах, що поєднують у собі вибіркове поглинання світла з підвищеною електропровідністю.
Це матеріал, що отримується в результаті випалу формувальної маси заданого хімічного складу з мінералів та оксидів металів. Багато керамічних матеріалів мають високу механічну міцність і нагрівостійкість, високі електричні характеристики, відсутність механічних деформацій при тривалому додатку навантаження, більшу, ніж у органічних матеріалів, стійкість до електричного та теплового старіння.
Як електроізоляційний матеріал знаходить електротехнічний фарфор, який використовується у виробництві ізоляційних елементів з робочою напругою до 1150 кВ змінного та до 1500 кВ постійного струму. Електротехнічна порцеляна, як і будь-яка кераміка, складається з кристалічної, аморфної та газової фаз. Основними компонентами порцеляни є сировинні матеріали мінерального походження – глинисті речовини (каолін та глина, кварц, польовий шпат, гіпс, пегматит). Електроізоляційнівластивості фарфору при нормальній температурі дозволяють використовувати його при низьких частотах: еr= 6. 7,tgδ= 0,02;tgδелектротехнічного фарфору, проте швидко зростає при збільшенні температури, що утруднює застосування його при високих температурах і на високих частотах.
Стеатитовакераміка виготовляється на основі талькових мінералів, основною кристалічною фазою яких є метасилікат магнію MgO SiO2,. Стеатитові матеріали характеризуються високими значеннями ρ, у тому числі за високої температури, малим tgδ.
Радіофарфорє фарфор, склоподібна фаза якого облагороджена введенням в неї важкого оксиду ВаО.
Полікор,має особливо щільну структуру (близьку до теоретичної для Аl203), має оптичну прозорість і застосовується для виготовлення колб деяких спеціальних джерел струму.
Конденсаторна керамікамає діелектричну проникність εr= 10. 230 або εr = 900. У першому випадку кераміка відноситься до високочастотних діелектриків;tgδна частоті 1 МГц не повинен перевищувати 0,0006. У другому випадку має місце низькочастотна кераміка; на частоті 1000 Гцtg = (0,002. 0,025). До конденсаторної кераміки зазвичай пред'являється вимога можливо менше значення температурного коефіцієнта діелектричної проникності. Багато хто з конденсаторних матеріалів мають у своєму складі діоксид титану - рутил (TiO2) і називаютьсятикондами.Серед них можна виділити кераміку на основі титанату кальцію і титанату стронцію - СаТiO3іSrTiO3. При високих частотах цих матеріалів температурна залежність tgδ виражена слабо, проте ці види матеріалів характеризуються зниженою електричною міцністю (8. 12 МВ/м).
Для підвищення температурної стабільності в кераміку вводять компонентипозитивним значенням температурного коефіцієнта εr. Такі матеріали часто називають термокомпенсованими. До цієї групи належать титано-цирконієва кераміка TiO2-ZrO2; CaTiO3-CaZrO3; лантанова керамікаLaAlO3-CaTiO3.
Основу низькочастотної кераміки складають титанат барію BaTiO3 та тверді розчини на його основі. Ці матеріали відрізняються високими значеннями діелектричної проникності та її нелінійною залежністю від напруженості електричного поля.