Методическая разработка по материаловедении на тему "Керамические диэлектрики"

Керамические диэлектрики

Керамические материалы (фарфор и фаянс) получают в результате обжига при высокой температуре смеси, приготовленной из глины с добавлением кварца (песка) и полевого шпата.

Керамические материалы могут быть весьма разнообразны по свойствам и применению. Фарфоровые изделия имеют высокую стойкость к тепловому старению. Фарфор имеет высокий предел прочности при сжатии (400 - 700 МПа), значительно меньший предел прочности при растяжении (45-70 МПа) и при изгибе (80-150 МПа), повышенную хрупкость при ударах.

Процесс производства керамических изделий проходит в три основных этапа: 1) приготовление керамической массы путем очистки от примеси ее составляющих компонентов, тщательного их измельчения и перемешивания с водой в однородную массу; 2) формирование изделия заданной конфигурации и размеров методом формования, прессования, выдавливания или литья; 3) сушка, обжиг.

Основным представителем установочной низкочастотной керамики является электрофарфор, который широко применяется для изготовления изоляторов: штыревых и подвесных, опорных и проходных, а также различных установочных деталей (розеток, вилок, ламповых патронов и т.п.). В отличие от других видов керамики электрофарфор обладает более низкими электрическими и механическими свойствами. Преимущества состоят в возможности изготавливать изделия сложной конфигурации, используя простые технологические процессы и малодефицитное сырье.

Радиофарфор представляет собой фарфор, стекловидная фаза которого облагорожена введением в нее тяжелого оксида ВаО.

Ультрафарфор различных марок является дальнейшим усовершенствованием радиофарфора, характеризуется значительным содержанием А1₂О₃. значение tgδ ультрафарфора меньше, а ρ больше, чем обычного электротехнического фарфора. Кроме того, ультрафарфор имеет повышенную по сравнению с обычным фарфором механическую прочность, а также теплопроводность.

Высокоглиноземистая керамика (алюминоксид) в основном состоит из корунда. Этот материал, требующий сложной технологии изготовления с высокой температурой обжига (до 1750 °С), обладает высокой нагревостойкостью (рабочая температура до 1600 °С), очень высокой механической прочностью и теплопроводностью (коэффициент теплопроводности в 10—20 раз выше, чем у фарфора).

Обладающий особо плотной структурой (его плотность близка к теоретической плотности А1₂О₃) поликор (за рубежом — люкалокс) в отличие от обычной (непрозрачной) корундовой керамики прозрачен, поэтому его применяют для изготовления колб некоторых специальных электрических источников света; он имеет ρ на порядок выше, чем непрозрачная глиноземистая керамика.

Стеатит - разновидность керамики, изготовляемая на основе талька 3MgO·4SiO₂·Н₂О. В то время как фарфор состоит в основном из силикатов алюминия, стеатитовая керамика — из силикатов магния. Электроизоляционные свойства стеатита высоки.

Керамические диэлектрики характеризуются высоким удельным сопротивлением (ρ ≈ 10¹⁴ Ом·м) и малым тангенсом угла диэлектрических потерь (tg δ = 10^-4 – 10^-3) даже при повышенных температурах ( до 1000 °С). Значение ε = 6 - 10. В конденсаторостроении применяют керамические материалы - сегнетоэлектрики с высокой ε (до 10 000 и более).

Металлизация керамики, проводимая обычно нанесением серебра методом вжигания, обеспечивает возможность осуществления спайки с металлом. Это имеет особое значение для герметизированных конструкций радиоэлектронной аппаратуры.