Keramikas materiālu izmantošanas piemēri elektrotehnikā un elektroenerģētikā

Keramika - jauktas un īpaši apstrādātas smalki samaltas neorganiskās vielas - tiek plaši izmantota mūsdienu elektrotehnikā. Pati pirmie keramikas materiāli tika iegūti precīzi, saķepinot pulverus, kuru dēļ stiprs, karstumizturīgs, inerts pret lielāko daļu barotņu, ar zemiem dielektriskajiem zudumiem, izturīgs pret starojumu un spējīgs ilgstoši strādāt mainīga keramikas mitruma, temperatūras un spiediena apstākļos. Un tā ir tikai daļa no keramikas ievērojamajām īpašībām.

50. gados sāka aktīvi augt ferīti (kompleksi oksīdi, kuru pamatā ir dzelzs oksīds), pēc tam viņi mēģināja izmantot speciāli sagatavotu keramiku kondensatoros, rezistoros, augstas temperatūras elementos, lai ražotu mikroshēmu substrātus, un sākot ar 80. gadu beigām, augstas temperatūras supravadītājos. . Vēlāk tika speciāli izstrādāti un izveidoti keramikas materiāli ar nepieciešamajām īpašībām - izstrādāts jauns zinātniskais virziens materiālu zinātnē.

Keramikas trīsfāžu struktūra veidojas no: kristāliskās, stikla un gāzes fāzēm. Galvenā fāze ir kristāliska, tas ir ciets šķīdums vai ķīmisks savienojums, kas norāda iegūtā materiāla galvenās īpašības.

Stiklveida fāze ir slānis starp kristāliem vai atsevišķām mikrodaļiņām, kas kalpo kā saistviela. Gāzes fāze atrodas materiāla porās. Pora klātbūtne augsta mitruma apstākļos nelabvēlīgi ietekmē keramikas kvalitāti.

1. Termistori

Jaukti pārejas metāla oksīda termistori tiek saukti par termistoriem. Tiem ir pozitīvs temperatūras pretestības koeficients un negatīvs temperatūras pretestības koeficients (PTC vai NTC).

Šādas detaļas centrā ir keramikas pusvadītājs, kas izgatavots, saķepinot gaisā granulētu nitrīdu un metālu oksīdu daudzfāžu struktūru.

Kausēšana tiek veikta apmēram 1200 ° C temperatūrā. Šajā gadījumā pārejas metāli ir: niķelis, magnijs, kobalts.

Termistoru īpatnējā vadītspēja galvenokārt ir atkarīga no iegūtās keramikas oksidācijas pakāpes un pašreizējās temperatūras, un papildu vadītspējas izmaiņas vienā vai otrā virzienā tiek panāktas, ieviešot nelielu daudzumu piedevu litija vai nātrija formā.

Termistori ir niecīgi, tie ir izgatavoti lodīšu, disku vai cilindru veidā ar diametru no 0,1 mm līdz 4 cm ar stiepļu vadiem. Pie platīna stieplēm piestiprina lodītes, pēc tam lodīti pārklāj ar stiklu, kas tiek saķepināts 300 ° C temperatūrā, vai lodītes ir noslēgtas stikla mēģenes iekšpusē.

Disku gadījumā no abām pusēm diskam tiek uzklāts metāla pārklājums, pie kura secinājumi tiek pielodēti. Šīs keramikas detaļas bieži var atrast ļoti daudzu elektrisko ierīču drukātajās shēmās, kā arī siltuma sensoros.

Skatīt arī mūsu mājas lapā:

Termistoru izmantošana temperatūras sensoros

Kā izvēlēties pareizo temperatūras sensoru

Termistoru mitruma sensoru ierīce un darbības princips

2. Sildelementi

Keramikas sildelementi ir pretestības (volframa) stieple, ko ieskauj keramikas materiāla apvalks. Jo īpaši tiek ražoti rūpnieciskie infrasarkanie sildītāji, kas ir izturīgi pret galējībām temperatūrā un inerti pret ķīmiski agresīvu vidi.

Tā kā šajos elementos skābekļa pieeja spirālei ir izslēgta, spirāles metāls darbības laikā neoksidējas.Šādi sildītāji ir spējīgi strādāt gadu desmitiem, un spirāle iekšpusē paliek neskarta.

Skatīt šo tēmu:

Kā tiek sakārtoti mūsdienu sildelementi?

Sildelementu un keramikas sildītāju salīdzinājums

Vēl viens keramikas sildelementa veiksmīgas izmantošanas piemērs elektrotehnikā ir lodāmurs. Šeit keramikas sildītājs ir izgatavots ruļļa veidā, kura iekšpusē smalki izkliedēts volframa pulveris tiek spirālveidīgi uzklāts uz keramikas plānas pamatnes, kuru velmē caurulē ap alumīnija oksīda stieni un cep ūdeņraža vidē aptuveni 1500 ° C temperatūrā.

Elements ir izturīgs, tā izolācija ir augsta kvalitāte, un tā kalpošanas laiks ir ilgs. Elementam ir raksturīga tehnoloģiskā rieva.

Papildinformāciju par keramikas kronšteiniem skatiet šeit - Mūsdienu elektrisko lodāmuru dizains

Keramikas lodāmura sildīšanas ātrums:

3. Varistori

Varistoram ir nelineāra pretestība, kas saistīta ar spriegumu, kas tiek uzlikts uz tā spailēm, šajā varistora I-V raksturlielumā tas ir nedaudz līdzīgs pusvadītāju ierīcei - divvirzienu Zener diodei.

Varistoru keramikas kristāliskais pusvadītājs tiek izgatavots uz cinka oksīda bāzes, pievienojot bismutu, magniju, kobaltu utt., Saķepinot. Tas spēj izkliedēt daudz enerģijas laikā, kad ķēde tiek aizsargāta no strāvas pārsprieguma, pat ja trieciena avots ir zibens vai strauji atvienota induktīvā slodze.

Dažādu formu un izmēru keramikas varistori kalpo maiņstrāvas un līdzstrāvas sprieguma tīklos, zemsprieguma barošanas avotos un citās elektrotehnikas pielietotajās zonās. Visbiežāk varistorus var atrast uz iespiedshēmas plates, kur tos tradicionāli pasniedz disku veidā ar stieples pievadiem.

Keramikas varistoru izmantošanas piemēri tehnoloģijā:

Modulārie pārsprieguma novadītāji, lai aizsargātu vadus

Sadzīves tehnikas pārsprieguma aizsargi

Augstsprieguma pusvadītāju ierīču aizsardzība

4. Keramikas substrāti integrētajām shēmām

Tranzistoru siltumvadošie izolācijas substrāti ir ne tikai silikona, bet arī keramikas. Vispopulārākie ir keramikas alumīnija oksīda substrāti, tiem ir raksturīga augsta izturība, laba karstumizturība, izturība pret mehāniskiem nodilumiem un tiem ir mazi dielektriskie zudumi.

Alumīnija nitrīda substrātiem ir 8 reizes augstāka siltumvadītspēja nekā alumīnija oksīdam. Un cirkonija oksīdam ir raksturīga vēl lielāka mehāniskā izturība.

5. Keramikas izolatori

Elektrotehnikā tradicionāli plaši izmanto keramikas izolatorus, kas izgatavoti no elektrotehniskā porcelāna. Augstsprieguma iekārtas nav iedomājamas bez tām. Šāda veida keramikas īpatnība ir tāda, ka tās tehnoloģiskās īpašības ļauj jums izveidot sarežģītas formas un gandrīz jebkura izmēra izstrādājumus. Tajā pašā laikā porcelāna saķepināšanas temperatūras diapazons ir pietiekami plašs, lai izolatora apdedzināšanas procesā iegūtu pietiekami labu vienmērīgumu visā izstrādājuma tilpumā.

Palielinoties spriegumam, ir jāpalielina no elektrotehniskā porcelāna izgatavoto izolatoru izmēri, un izturība un nokrišņu izturība tikai padara porcelāna masu neaizstājamu augstsprieguma elektrotehnikā. 50% - māls un kaolīns, tie nodrošina elektriskā porcelāna elastību, kā arī tā formējamību un izturību rūdītā stāvoklī. Maisījumam pievienotie laukšpata materiāli - paplašina saķepināšanas temperatūras diapazonu.

Kaut arī daudzi mūsdienu keramikas materiāli dažos aspektos pārspēj elektrotehnisko porcelānu, tehnoloģiski porcelānam nav vajadzīgas dārgas izejvielas, nav nepieciešams paaugstināt kurināšanas temperatūru, un tā elastība sākotnēji ir lieliska.

6. Supravadītāji

Supravadītspējas parādība, ko izmanto, lai izveidotu spēcīgākos magnētiskos laukus (jo īpaši to izmanto ciklotronos), tiek realizēta, nododot strāvu caur supravadītāju bez siltuma zudumiem. Lai sasniegtu šo rezultātu, tiek izmantoti II tipa supravadītāji, kuriem raksturīga gan supravadītspējas, gan magnētiskā lauka līdzāspastāvēšana vienlaicīgi.

Parastā metāla plānie pavedieni iekļūst paraugā, un katrs kvēldiegs satur magnētiskās plūsmas kvantitāti. Zemā temperatūrā slāpekļa viršanas temperatūras diapazonā (virs –196 ° C) atkal jāizmanto keramika ar labi atdalītām vara-skābekļa plaknēm (supravadītājiem uz kupeta bāzes).

Supravadītspējas rekords pieder keramikas savienojumam Hg-Ba-Ca-Cu-O (F), kas tika atklāts 2003. gadā, jo pie 400 kbar spiediena tas kļūst par supravadītāju pat temperatūrā līdz –107 ° C. Šī ir ļoti augsta supravadītspējas temperatūra.

Skatīt vairāk par šo tēmu: Augstas temperatūras supravadītspēja un tās pielietojums