Классификация материалов по электрическим свойствам
Классификация электроматериалов
1. По назначению
По назначению материалы, используемые в различных областях электроники, условно подразделяют на конструкционные и электротехнические.
Конструкционные материалы применяют для изготовления несущих конструкций, а также вспомогательных деталей и элементов радиоприборов, работающих в условиях воздействия механических нагрузок.
Электротехнические материалы находят применение в электротехнике, электронике и радиоэлектронике. Применение этих материалов в обусловлено прежде всего их электрическими и магнитными свойствами.
2. По электрическим свойствам
В процессе изготовления и в различных условиях эксплуатации на электротехнические материалы воздействуют электрическое и магнитное поля в отдельности и совместно. По поведению в электрическом поле эти материалы подразделяют на:
Классификация электроматериалов по электрическим свойствам основана на представлениях зонной теории электропроводности твердых тел.
3. По магнитным свойствам
Все материалы, находясь в магнитном поле, обладают определенными магнитными свойствами, которые обусловлены внутренними формами движения электрических зарядов.
По характеру взаимодействия с внешним магнитным полем все электроматериалы подразделяются на немагнитные и магнитные.
Немагнитные материалы не взаимодействуют с магнитным полем, т.е. не приобретают магнитных свойств при воздействии на них магнитного поля (диамагнетики).
Магнитные материалы обладают способностью намагничиваться.
В изолированном атоме электроны вращаются вокруг ядра с определенным орбитальным моментом. Одновременно электроны вращаются вокруг своих осей со спиновыми магнитными моментами. Орбитальные и спиновые магнитные моменты, суммируясь, образуют магнитный момент атома. Магнитные свойства атома определяются в основном магнитными свойствами электрона, так как магнитный момент электронной оболочки атома приблизительно в 1000 раз больше магнитного момента атомного ядра.
Так как электроны с правым и левым вращениями имеют различное направление магнитных моментов, то суммарный магнитный момент атома может быть равен нулю или отличен от него.
Материалы с разной электронной структурой атомов обладают разными магнитными свойствами.
По силе взаимодействия с магнитным полем все материалы подразделяют:
1) на слабомагнитные (диамагнетики, парамагнетики);
2) сильномагнитные (ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики).
Сила взаимодействия вещества с магнитным полем оценивается безразмерной величиной — магнитной восприимчивостью
где М – намагниченность вещества под действием магнитного поля, А×м -1 ; Н-напряженность магнитного поля, А×м -1 .
Слабомагнитные материалы незначительно меняют свою намагниченность под действием внешнего намагничивающего поля и характеризуются магнитной восприимчивостью kM -5 в большинстве случаев не зависит от температуры и напряженности намагничивающего поля.
Внешне диамагнетизм проявляется в том, что диамагнетик “выталкивается” из неоднородного магнитного поля.
К диамагнетикам относят большинство органических соединений и ряд металлов: медь, серебро, золото, свинец и др.
Парамагнетики характеризуются тем, что магнитные моменты отдельных атомов парамагнетиков ориентированы хаотично и в объеме твердого тела скомпенсированы. При помещении этих материалов в магнитное поле происходит ориентация незначительного числа магнитных моментов атомов и.усиление внешнего поля внутри парамагнетика. Это является следствием совпадения направления намагниченности парамагнетиков с направлением внешнего поля. После снятия внешнего магнитного поля парамагнетики сохраняют небольшую намагниченность.
Магнитная восприимчивость kM = 10 -2 . 10 -5 . У большинства парамагнетиков kM значительно зависит от температуры, для некоторых парамагнетиков (щелочных металлов) kM от температуры не зависит, а для некоторых имеет место аномальная зависимость. От напряженности поля при нормальной температуре парамагнетическая восприимчивость зависит слабо, но при температурах, близких к температуре Кюри, парамагнетики можно перевести в состояние магнитного насыщения. Внешне парамагнетизм проявляется в том, что парамагнетик “втягивается” в неоднородное магнитное поле.
К парамагнетикам относят алюминий, платину и др.
Сильномагнитные материалы обладают способностью к значительному изменению намагниченности под действием внешнего поля и характеризуются магнитной восприимчивостью kM >>1.
К сильномагнитным материалам относятся ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики.
Ферромагнетики характеризуются следующими свойствами:
— способностью сильно намагничиваться даже в слабых магнитных полях (kM = 10 3 . 10 5 );
— способностью переходить из ферромагнитного в парамагнитное состояние при температуре, превышающей температуру Кюри Тк, т.е. способность терять магнитную восприимчивость на 3. 4 порядка.
Магнитная восприимчивость kM имеет сложную нелинейную зависимость от температуры и напряженности поля.
Ферромагнетики относятся к переходным элементам, у которых нарушен нормальный порядок заполнения электронных оболочек, в результате чего атомы имеют внутренние незаполненные оболочки. Это приводит к тому, что атомы этих элементов обладают некомпенсированным магнитным моментом. В материалах, у которых суммарный магнитный момент атома отличен от нуля, образуются домены, т.е. области, самопроизвольно намагниченные до насыщения в отсутствие внешнего магнитного поля. В зависимости от кристаллической структуры вещества домены имеют различную форму. Линейные размеры домена составляют от тысячных до десятых долей миллиметра. Отдельные домены отделены друг от друга пограничным слоем толщиной 10 -2 . 10 -8 м. В зависимости от электронного взаимодействия некомпенсированные спины соседних атомов устанавливаются параллельно или антипараллельно. Материалы, у которых некомпенсированные спины соседних атомов устанавливаются параллельно, являются ферромагнетиками.
Процесс намагничивания ферромагнетика начинается с роста наиболее благоприятно ориентированных доменов. Такими являются домены, у которых направления магнитных моментов близки к направлению напряженности намагничивающего поля. Число этих доменов увеличивается из-за смещения границ менее благоприятно ориентированных доменов. После окончания роста доменов в объеме кристалла намагничивание материала продолжается из-за поворота магнитных моментов доменов. При совпадении направления векторов магнитных моментов доменов с направлением напряженности магнитного поля наступает магнитное насыщение (рис. 9). При дальнейшем повышении напряженности внешнего электромагнитного поля намагниченность материала увеличивается незначительно. При снятии внешнего поля векторы доменов поворачиваются в обратном направлении, и материал размагничивается, но не полностью.
Рис. 9. Схемы ориентирования вектора намагниченности в доменах ферромагнетика:
а — при отсутствии внешнего поля; б — в слабом поле с напряженностью H 1 ; в — в сильном поле с напряженностью H 2 ; г — при насыщении ( H 3 = HS )
При намагничивании ферромагнетиков наблюдаются явления анизотропии и магнитострикции.
Суть магнитной анизотропии состоит в том, что намагничиваемость кристалла по разным его направлениям неодинакова. В решетке кристалла ферромагнетика существуют направления легкого и трудного намагничивания. Железо и его сплавы кристаллизуются в кубическую структуру. Осями легкого намагничивания у них являются ребра куба, а самого трудного – пространственные диагонали (рис. 10, а). У никеля, имеющего также кубическую структуру, распределение осей намагничивания противоположное (рис. 10, б). У кобальта, гексагональная структура, направление легкого намагничивания проходит вдоль шестиугольной грани, а трудного — вдоль ребра боковых граней (рис. 10, в).
Рис. 10. Диаграммы направления легкого и трудного намагничивания в монокристаллах железа (а), никеля (б) и кобальта (в)
В ненамагниченном образце направления магнитных моментов доменов совпадают с осями легкого намагничивания кристалла и располагаются равновероятно. При попадании образца в электромагнитное поле самым энергетически выгодным направлением является ось легкого намагничивания, составляющая с направлением внешнего поля наименьший угол.
Намагничивание и размагничивание ферромагнетика сопровождается изменением линейных размеров и формы кристалла. Это явление называется магнитострикцией. Оно характерно для всех магнитных материалов.
Магнитострикция материала оценивается константой магнитострикции (магнитострикционная деформация насыщения)
где — относительное изменение линейных размеров образца, м; — первоначальная длина образца, м.
Константа магнитострикции может принимать положительное и отрицательное значения. Ее значение и знак зависят от свойств материала и напряженности намагничивающего поля.
К ферромагнетикам относят железо, никель, кобальт и их сплавы, гадолиний, сплавы хрома и марганца и др.
Антиферромагнетики представляют собой материалы, у которых магнитные моменты соседних атомов равны, но их спины располагаются антипараллельно.
Магнитная восприимчивость kM = 10 -3 . 10 -5 и отличается специфической зависимостью от температуры.
Ферримагнетики во многом подобны ферромагнетикам, но обладают следующими особенностями:
— значительно уступают ферромагнетикам по значению намагниченности насыщения (предельной намагниченности) М s;
— в ряде случаев имеют аномальную зависимость намагниченности насыщения Ms от температуры с наличием точки компенсации.
Природа ферримагнетизма была впервые подробно изучена на ферритах — соединениях оксида железа Fe2O3 с оксидом металлов, например МеО×Fe2O3 (где Ме++ -двухвалентный металл). Магнитные свойства ферримагнетиков связаны с взаимным расположением в кристаллической решетке ионов железа и металла.
Ферримагнетики являются кристаллическими веществами с доменной структурой.
Вопросы и задания для самоконтроля
1.Классификация материалов по назначению и электрическим свойствам.
2. Классификация проводниковых материалов.
3. Физические процессы обуславливающие электропроводность металлов и её зависимость от внешних факторов.
4. Контактны явления в проводниках.
5. Из чего складывается магнитный момент атома?
6. Условия возникновения доменной магнитной структуры? Что такое домен?
7.Что такое магнитная индукция? Что такое магнитная восприимчивость?
8. Что такое парамагнетик (его основные свойства)?
9. Что такое диамагнетик (его основные свойства)?
10. Что такое антиферромагнетик (его основные свойства)?
11. Что такое Ферримагнетик (его основные свойства)?
12. Описать процесс намагничивания ферро- и ферримагнетиков.
13. Процесс перемагничивания ферро- и ферримагнетиков.
14. Что называется точкой Нееля?
15. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы, их отличие и область применения.
16. Явление магнитострикции и указать его использование.
17. Что из себя представляют магнитодиэлектрики? Области ихприменения?
Классификация материалов по электрическим свойствам
Все материалы в зависимости от их электрических свойств можно разделить на диэлектрики, проводники и полупроводники. Различие между диэлектриками, проводниками и полупроводниками наиболее наглядно можно показать с помощью энергетических диаграмм зонной теории твердых тел [2]. В энергетической диаграмме твердого тела различают три зоны: заполненная электронами, запрещенная (такие энергии электроны данного материала иметь не могут) и зона проводимости (свободная зона) (рис. 1).
У диэлектрика запрещенная зона настолько велика (3,5 эВ), что свободные электроны практически не возникают и электроны в обычных условиях не наблюдается, так как энергию3,5 эВ имеют лишь фотоны космических лучей и радиоактивного излучения.
Полупроводники имеют узкую запрещенную зону (3,5 > 1).
Слабомагнитные материалы в технике применяются редко, поэтому их рассматривать не будем. В энергетике в качестве магнитных материалов используются лишь материалы, у которых µ >> 1.
Таким образом, в разделе «Электротехнические материалы» будут рассмотрены следующие группы материалов:
магнитные материалы (µ >> 1).
Конструкционные материалы – твёрдые материалы, предназначенные для изготовления изделий, подвергаемых механическому нагружению.
Они делятся на типы, основными из которых являются:
− металлы и сплавы;
− неметаллические материалы (пластмассы, полимеры, древесина и др.);
Наибольшее распространение из конструкционных материалов нашли металлы и сплавы. Поэтому в разделе «Конструкционные материалы» основное внимание уделено металлам и сплавам.
Ко всем разделам, перечисленным выше, разработаны лабораторные работы на стендах и ЭВМ.
Электротехнические материалы
1. Диэлектрики (часть 1: лаб. работы № 1−3; часть 2: лаб. работа № 1);
2. Проводники (часть 1: лаб. работа № 4; часть 2: лаб. работы № 2–4);
3. Полупроводники (часть 1: лаб. работа № 5; часть 2: лаб. работы № 5–6);
4. Магнитные материалы (часть 1: лаб. работы № 6–7; часть 2: лаб. работа № 7).
Конструкционные материалы
Металлы и сплавы (часть 2: лаб. работа № 8).
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ НА ЭВМ
Общие сведения о программах
Все программы, применяемые при изучении дисциплины « Материаловедение. Технология конструкционных материалов» первоначально были написаны на Турбо-Бейсике. Первые три программы были созданы еще в 2000 году, а в 2001 году – отмечены дипломом Министерства образования Российской Федерации. Эта награда послужила стимулом для создания новых программ. Первые программы создавались как копии лабораторных работ на стендах и в первую очередь предназначались для студентов заочного и вечернего отделения, которые по разным причинам не смогли выполнить лабораторные работы своевременно, поэтому изучали пропущенный материал самостоятельно на домашних компьютерах.
C 2000 года на кафедре создано уже 9 программ на Турбо-Бейсике. Эти программы можно разбить на три группы:
а) у программы есть аналог на стенде (в этом случае в описании приведена фотография стенда);
б) в основу программы положена работа на стенде, но порядок выполнения работы на ЭВМ существенно отличается от порядка выполнения на стенде (на ЭВМ реализовано построение зависимостей, получение которых на стенде обычно не проводится);
в) в программе изучается очень важная тема, для которой создать исследовательскую установку в условиях вуза нереально (например, исследование криопроводимости).
C 2004 года основные программы, в которых используются фотографии реальных экспериментальных установок, продублированы на Delphi. Это позволяет студентам проводить лабораторные работы приближенно к реальным условиям. В 2009 году новые лабораторные работы были отмечены дипломом Министерства образования и науки Российской Федерации.
Классификация материалов по электрическим свойствам
В процессе изготовления и в различных условиях эксплуатации на электроматериалы воздействуют электрическое и магнитное поля в отдельности и совместно. По поведению в электрическом поле эти материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические.
Классификация электроматериалов по электрическим свойствам основана на представлениях зонной теории электропроводности твердых тел. Сущность этой теории состоит в следующем.
В изолированном атоме электроны вращаются вокруг ядра на определенных орбитах. На каждой орбите может находиться не более двух электронов. Каждой орбите соответствует строго определенное значение энергии, которой может обладать электрон, т. е. каждая орбита представляет собой определенный энергетический уровень. Под воздействием притяжения положительно заряженного атомного ядра электроны стремятся занять ближайшие к ядру уровни с минимальным значением энергии. Поэтому нижние энергетические уровни оказываются заполненными электронами, а верхние уровни — свободными. Электрон может скачкообразно перейти с нижнего энергетического уровня W1 на другой свободный уровень W2 (рис. 2.1). Для этого электрону необходимо сообщить дополнительную энергию . Если свободных уровней в атоме нет, то электрон не может изменить свою энергию, поэтому не участвует в создании электропроводности.
В кристаллической решетке, состоящей из нескольких атомов, отдельные энергетические уровни расщепляются на подуровни, которые образуют энергетические зоны (см. рис. 2.1). При этом расщепляются свободные и заполненные энергетические уровни. Зона, заполненная электронами, называется валентной. Верхний уровень валентной зоны обозначается Wv. Свободная зона называется зоной проводимости. Нижний уровень зоны проводимости обозначается Wc. Промежуток между валентной зоной и зоной проводимости называют запретной зоной W. Значение запретной зоны существенно влияет на свойства материалов.
Рис 2.11 Диаграмма энергических уровней изолированного атома (1) и твердого тела (2).
Если W равна или близка к нулю, то электроны могут перейти на свободные уровни благодаря собственной тепловой энергии и увеличить проводимость вещества. Вещества с такой структурой энергетических зон относят к проводникам. Типичными проводниками являются металлы.
Если значение запретной зоны превышает несколько электрон-вольт (1 эВ — энергия электрона, полученная им при перемещении между двумя точками электрического поля с разностью потенциалов 1В), то для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия. Такие вещества относят к диэлектрикам. Диэлектрики имеют высокое удельное электрическое сопротивление.
Если значение запретной зоны составляет 0,1. 0,3 эВ, то электроны легко переходят из валентной зоны в зону проводимости благодаря внешней энергии. Вещества с управляемой проводимостью относят к полупроводникам.
Проводниковые материалы служат для проведения электрического тока.
Обычно к проводникам относят вещества с удельным электрическим сопротивлением р менее Ом*м.
Диэлектрические материалы обладают способностью препятствовать прохождению тока.
К диэлектрическим материалам относят вещества с удельным электрическим сопротивлением р более 10 7 Ом*м. Благодаря высокому удельному электрическому сопротивлению их используют в качестве электроизоляционных материалов.
В зависимости от структуры и внешних условий материалы могут переходить из одного класса в другой. Например, твердые и жидкие металлы — проводники, а пары металлов — диэлектрики; типичные при нормальных условиях полупроводники германий и кремний при воздействии высоких гидростатических давлений становятся проводниками; углерод в модификации алмаза — диэлектрик, а в модификации графита — проводник.
Полупроводниковые материалы обладают проводимостью, с помощью которой можно управлять напряжением, температурой, освещенностью и т.д.
Удельное электрическое сопротивление полупроводников составляет Ом*м.
Основным свойством вещества по отношению к электрическому полю является электропроводность.
Электропроводность характеризуется удельной электрической проводимостью и удельным электрическим сопротивлением р:
(2)
J — плотность тока; y — удельная электрическая проводимость, См/м; Eнапряженность электрического поля, В/м; р = 1 /y — удельное электрическое сопротивление, Ом-м.
Значения удельной электрической проводимости у и удельного электрического сопротивления р у разных материалов существенно различаются. В сверхпроводящем состоянии удельное электрическое сопротивление материалов равно нулю, а у разреженных газов стремится к бесконечности.
Дата добавления: 2015-06-17 ; просмотров: 3503 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Классификация материалов по электрическим свойствам
Электроизоляционный материал – это диэлектрический материал, предназначенный для электрической изоляции. Величина электрического сопротивления находится в диапазоне от 10 6 Ом∙м до 10 17 Ом∙м, для неионизированных газов еще выше.
Электроизоляционные материалы в зависимости от агрегатного состояния подразделяют на газообразные, жидкие и твердые. По химическому составу – на органические (полиэтилен, полистирол и др.) и неорганические (слюда, мрамор и т.д.).
Под действием приложенного электрического поля проявляется важнейшее свойство диэлектриков – способность к поляризации. Поляризация – это процесс ограниченного смещения или ориентации имеющих электрические заряды частиц диэлектрика, причем диэлектрик приобретает индуцированный электрический момент. По этому свойству диэлектрики делятся на «полярные», молекулы которых имеют постоянный, не равный нулю электрический момент, и «неполярные», молекулы которых приобретают электрический момент только при воздействии внешнего электрического поля.
Основные свойства диэлектриков:
— температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ определяет изменение удельного сопротивления материала с изменением его температуры, 0 С -1 :
ТКρ=(1/ ρ 2)( dρ / dt ),
где ρ2 – удельное сопротивление при температуре t 2; dρ – изменение удельного сопротивления; dt – изменение температуры с начальной до t 2.
— диэлектрическая проницаемость диэлектрика ε. Различают относительную диэлектрическую проницаемость ε r , абсолютную ε и диэлектрическую проницаемость вакуума ε0 (электрическая постоянная e 0= 8,85 × 10 -12 Ф/м ) . Их связывает соотношение:
ε=ε r ∙ε0 или ε r =ε/ε0.
Относительная диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз диэлектрическая проницаемость среды больше диэлектрической проницаемости вакуума.
Диэлектрическая проницаемость газообразных диэлектриков составляет около 1, для неполярных жидких и твердых диэлектриков она обычно равна 2-2,5, для полярных – обычно в пределах 3-8, но может и достигать нескольких десятков и сотен.
— Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКε r – позволяет оценить изменение диэлектрической проницаемости с изменением температуры:
ТКε r =(1/ ε r )( d ε r / dt ).
— Диэлектрические потери — мощность, рассеиваемая в диэлектрике при действии на него переменного электромагнитного поля. Диэлектрические потери могут быть обусловлены как токами проводимости (потери проводимости), так и запаздыванием поляризации при изменении поля (релаксационные, миграционные и резонансные потери). Кроме того, в сильных электрических полях приналичии в диэлектрике воздушных включений наблюдаются дополнительные потери энергии (ионизационные потери). Диэлектрические потери зависят от приложенного напряжения U , В, частоты f , Гц, емкости C , Ф и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ , Вт:
P = U 2∙ C ∙2 πf ∙ tgδ .
— Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ определяет рассеиваемую в диэлектрике мощность при переменном электромагнитном поле. Произведение tgδ на величину относительной диэлектрической проницаемости называется фактором потерь:
— Электрическая прочность диэлектрика E пр – напряженность электрического поля, при достижении которой в какой-либо точке диэлектрика происходит пробой:
где U пр – пробивное напряжение, наибольшее значение напряжения, которое было приложено к диэлектрику в момент пробоя, h – толщина диэлектрика. Размерность электрической прочности – В/м.
— нагревостойкость. ГОСТ 21515-76 определяет нагревостойкость как способность диэлектрика длительно выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств.
По рекомендациям МЭК введена характеристика – температурный индекс (ТИ) – это температура, при которой срок службы материала составляет 20000 часов.
По нагревостойкости диэлектрики делятся на 7 классов. Температурные индексы, классы нагревостойкости приведены в табл. 1.
Таблица 1. Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов.
ТИ Класс нагревостойкости Температура, 0 С
180 C Более 180
Указанные температуры являются предельно допустимыми при их длительном использовании.
Удельное объемное электрическое сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, электрическая прочность основных электроизоляционных материалов приведены в табл. 2.
Таблица 2. Электрические свойства основных электроизоляционных материалов (при 20 0 С)
Название ρ, Ом∙м ε r tgδ E пр, кВ/мм
При 50 Гц При 50 Гц
Полистирол 10 13 — 10 15 2,4-2,7 (2-4)∙10 -4 25-30
Полиэтилен 10 13 — 10 15 2,3 (2-3)∙10 -4 40-42
Полиэтилен 10 13 — 10 15 2,4 5∙10 -4 40-42
Полипропилен 10 13 — 10 15 2,1 (2-3)∙10 -4 30-35
Поли- 10 12 — 10 13 3,7 (3-5)∙10 -4 24
Полиуретан 10 12 — 10 13 4,6 12∙10 -3 20-25
Полиметил- 10 10 — 10 12 3,6 6∙10 -2 15-18
ПВХ 10 10 — 10 12 4,7 (3-8)∙10 -2 15-20
ПЭТФ 10 12 — 10 13 3,5 (2-6)∙10 -4 30
Фторопласт-4 10 16 — 10 18 2,0 (1-3)∙10 -4 27-40
Обозначения: ρ — удельное объемное электрическое сопротивление, ε r — относительная диэлектрическая проницаемость, tgδ — тангенс угла диэлектрических потерь, E пр — электрическая прочность.
Электронная библиотека
Диэлектрические материалы имеют чрезвычайно важное значение для электротехники. К ним принадлежат электроизоляционные материалы – пассивные диэлектрики, они используются для создания электрической изоляции, которая окружает токоведущие части электрические устройств и отделяет друг от друга части, находящиеся под различными электрическими потенциалами.
Назначение электрической изоляции – не допускать прохождения электрического тока по каким-либо нежелательным путям, помимо тех путей, которые, предусмотрены электрической схемой устройства. Очевидно, что никакое, даже самое простое, электрическое устройство не может быть выполнено без использования электроизоляционных материалов.
Кроме того, электроизоляционные материалы используются в качестве, диэлектриков в электрических конденсаторах для создания определенного значения электрической емкости конденсатора, а в некоторых случаях для обеспечения определенного вида зависимости этой емкости от температуры или иных факторов. Наконец, к диэлектрическим материалам принадлежат и активные диэлектрики, т.е. диэлектрики с управляемыми свойствами (сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, электреты и др.)
В различных случаях применения к электроизоляционным материалам предъявляются самые разнообразные требования. Помимо электроизоляционных свойств, которые были рассмотрены в начале настоящего учебного пособия, большую роль играют механические, тепловые и другие физико-химические свойства, способность материалов подвергаться тем или иным видам обработки при изготовлении из них необходимых изделий, а также их стоимость и дефицитность. Поэтому для различных случаев применения выбирают разные материалы, с соответствующими физико-механическими и электрофизическими свойствами.
Электроизоляционные материалы – пассивные диэлектрики, подразделяются по их агрегатному состоянию на газообразные, жидкие и твердые. В особую группу могут быть выделены твердеющие материалы, которые в исходном состоянии, во время введения их в изготовляемую изоляцию, являются жидкостями, но затем отверждаются и в готовой, находящейся в эксплуатации изоляции, представляют собой твердые тела (например лаки и компаунды).
Большое практическое значение имеет также разделение электроизоляционных материалов в соответствии с их химической природой на органические и неорганические.
Под органическими веществами подразумеваются соединения углерода; обычно они содержат также водород, кислород, азот, галогены или иные элементы. Прочие вещества считаются неорганическими; многие из них содержат кремний, алюминий и другие металлы, кислород и т.п.
Многие органические электроизоляционные материалы обладают ценными механическими свойствами, гибкостью, эластичностью, из них могут быть изготовлены волокна, пленки и изделия других разнообразных форм, поэтому они нашли весьма широкое применение. Однако органические электроизоляционные материалы за немногими исключениями (фторлоны, полиимиды и пр.) имеют относительно низкую нагревостойкость.
Неорганические электроизоляционные материалы в большинстве случаев не обладают гибкостью и эластичностью, часто они хрупки; технология их обработки сравнительно сложна. Однако, как правило, неорганические электроизоляционные материалы обладают значительно более высокой нагревостойкостью чем органические, а потому они с успехом применяются в тех случаях, когда требуется обеспечить высокую рабочую температуру изоляции.
Существуют и материалы со свойствами, промежуточными между свойствами органических и неорганических материалов: это элементоорганические материалы, в молекулы которых, помимо атомов углерода, входят атомы других элементов, обычно не входящих в состав органических веществ и более характерных для неорганических материалов: Si, Al, Р и др.
Поскольку значение длительно допускаемой рабочей температуры электрической изоляции часто играет первостепенную роль на практике электроизоляционные материалы и их комбинации (электроизоляционные системы электрических машин, аппаратов и др.) часто относят к тем или иным классам нагревостойкости.
Необходимо иметь в виду, что электроизоляционные, механические, тепловые, влажностные и другие свойства диэлектриков заметно изменяются в зависимости от технологии получения и обработки материалов, наличия примесей, условий испытания и т.д.
Достаточно подробная классификация диэлектрических материалов приведена на рис. 4.79. Основные характеристики и область применения тех или иных диэлектриков достаточно подробно изложены в соответствующей справочной литературе и в виду ограниченности объема в данном пособии не приводятся.
Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00