Примери за използването на керамични материали в електротехниката и електроенергийната индустрия

Керамиката - смесени и специално обработени фино смлени неорганични вещества - се използва широко в съвременната електротехника. Първите керамични материали са получени именно чрез синтероване на прахове, благодарение на което силна, устойчива на топлина, инертна към повечето среди, имаща ниски диелектрични загуби, устойчива на излъчване, способна на продължителна работа в условия на променлива влажност, температура и налягане на керамиката. И това е само част от забележителните свойства на керамиката.

През 50-те години използването на ферити (сложни оксиди на базата на железен оксид) започва активно да нараства, след което те се опитват да използват специално подготвена керамика в кондензатори, резистори, високотемпературни елементи, за производството на микросхеми, и започвайки в края на 80-те, при високотемпературни свръхпроводници , По-късно са разработени и създадени керамични материали с необходимите свойства - разработено е ново научно направление в материалознанието.

Трифазната структура на керамиката се формира от: кристална, стъклена и газова фаза. Основната фаза е кристална, твърди разтвори или химически съединения определят основните свойства на получения материал.

Стъкловидната фаза представлява слой между кристалите или отделни микрочастици, които служат за свързващо вещество. Газовата фаза е в порите на материала. Наличието на пори, в условия на висока влажност, влияе неблагоприятно върху качеството на керамиката.

1. Термистори

Смесените термистори с оксиден преходен метал се наричат ​​термистори. Те идват с положителен температурен коефициент на съпротивление и отрицателен температурен коефициент на съпротивление (PTC или NTC).

Такъв компонент се основава на керамичен полупроводник, направен чрез синтероване във въздух многофазна структура на гранулирани нитриди и метални оксиди.

Спеченето се извършва при температура около 1200 ° C. В този случай преходните метали са: никел, магнезий, кобалт.

Специфичната проводимост на термистора зависи преди всичко от степента на окисляване и от текущата температура на получената керамика, а допълнителна промяна в проводимостта в една или друга посока се постига чрез въвеждане на малко количество добавки под формата на литий или натрий.

Термисторите са малки, те се правят под формата на мъниста, дискове или цилиндри с диаметър от 0,1 мм до 4 см, с проводници от тел. Към платинените проводници се прикрепва мънисто, след което мънистата се покрива със стъкло, което се синтерова при 300 ° С или топчето се запечатва вътре в стъклената тръба.

В случай на дискове, върху диска се нанася метално покритие от двете страни, към което се запояват изводите. Тези керамични части често могат да бъдат намерени на печатни платки на много електрически устройства, както и в термични сензори.

Вижте и на нашия уебсайт:

Използване на термистори в температурни сензори

Как да изберем подходящия сензор за температура

Устройството и принципът на работа на терморезисторни датчици за влажност

2. Нагревателни елементи

Керамичните нагревателни елементи са резистивен (волфрамов) проводник, заобиколен от обвивка от керамичен материал. По-специално се произвеждат промишлени инфрачервени нагреватели, които са устойчиви на температурни крайности и инертни към химически агресивни среди.

Тъй като в тези елементи е изключен достъпът на кислород до спиралата, металът на спиралата не се окислява по време на работа.Такива нагреватели са в състояние да работят десетилетия, а спиралата вътре остава непокътната.

Вижте тази тема:

Как са подредени модерните отоплителни елементи?

Сравнение на нагревателни елементи и керамични нагреватели

Друг пример за успешното използване на керамичен нагревателен елемент в електротехниката е поялник. Тук керамичният нагревател е направен под формата на ролка, вътре в която фино диспергиран волфрамов прах спирално се нанася върху керамичен тънък субстрат, който се навива в тръба около пръчка от алуминиев оксид и се пече във водородна среда при температура около 1500 ° C.

Елементът е издръжлив, изолацията му е с високо качество, а експлоатационният му живот е дълъг. Елементът има характерен технологичен жлеб.

За повече информация относно керамичните скоби вижте тук - Проекти на модерни електрически ютии за запояване

Степен на нагряване на керамично запояване:

3. Варистори

Варисторът има нелинейно съпротивление, свързано с напрежението, приложено към неговите клеми, в тази I-V характеристика на варистора донякъде е подобна на полупроводниково устройство - двупосочен ценеров диод.

Керамичният кристален полупроводник за варистор е направен на базата на цинков оксид с добавяне на бисмут, магнезий, кобалт и др. Чрез синтероване. Той е в състояние да разсее много енергия по време на защита на веригата от пренапрежение на тока, дори ако мълния или рязко изключен индуктивен товар са източникът на шока.

Керамични варистори с различни форми и размери - служат в мрежи за променлив и постоянен ток, в захранващи устройства с ниско напрежение и в други приложни области на електротехниката. Най-често човек може да намери варистори на печатни платки, където традиционно те се представят под формата на дискове с проводници на телове.

Примери за използването на керамични варистори в технологията:

Модулни пренапрежения за защита на проводниците

Протектори за пренапрежение за домакински уреди

Защита от пренапрежение за силови полупроводникови устройства

4. Керамични основи за интегрални схеми

Изолационните топлопроводими субстрати за транзистори са не само силиконови, но и керамични. Най-популярните са керамичните алуминиеви основи, които се характеризират с висока якост, добра устойчивост на топлина, устойчивост на механична абразия и имат малки диелектрични загуби.

Алуминиевите нитридни субстрати са с 8 пъти по-висока топлопроводимост от алуминиевия алуминий. А циркониевият оксид се характеризира с още по-висока механична якост.

5. Керамични изолатори

Керамичните изолатори, изработени от електротехнически порцелан, традиционно се използват широко в електротехниката. Високоволтовото оборудване е немислимо без тях. Особеността на този тип керамика е, че технологичните му свойства ви позволяват да създавате продукти със сложни форми и почти всякакъв размер. В същото време температурният диапазон на синтероване на порцелан е достатъчно широк, за да се получи достатъчно добра равномерност в процеса на изпичане на изолатора върху целия обем на продукта.

С увеличаващите се напрежения има нужда от увеличаване на размера на изолаторите, изработени от електротехнически порцелан, а здравината и устойчивостта на валежи просто прави порцелановата маса незаменима за високо напрежение в електротехниката. 50% - глина и каолин, те осигуряват пластичността на електрическия порцелан, както и неговата формалност и здравина в втвърдено състояние. Материали от фелдшпат, добавени към сместа - разширяват температурния диапазон на синтероване.

Въпреки че много съвременни керамични материали в някои отношения превъзхождат електротехническия порцелан, технологично порцеланът не изисква скъпи суровини, не е необходимо да се повишава температурата на изпичане и неговата пластичност първоначално е отлична.

6. Свръхпроводници

Явлението свръхпроводимост, използвано за създаване на най-силните магнитни полета (по-специално, то се използва в циклотроните), се реализира чрез преминаване на ток през свръхпроводник без топлинни загуби. За постигане на горния резултат се използват свръхпроводници тип II, които се характеризират едновременно с едновременно свръхпроводимост и магнитно поле.

Тънки нишки от нормален метал проникват в пробата и всяка нишка носи квантов магнитен поток. При ниски температури в района на точката на кипене на азота (над -196 ° C) отново трябва да се използва керамика с добре отделени медно-кислородни плоскости (куперат-базирани свръхпроводници).

Записът на свръхпроводимостта принадлежи на откритото през 2003 г. керамично съединение Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), тъй като при налягане от 400 kbar се превръща в свръхпроводник дори при температури до -107 ° C. Това е много висока температура за свръхпроводимост.

Вижте повече по тази тема: Високотемпературна свръхпроводимост и нейното приложение