Лекция № 5-7

Глава 5 ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Согласно зонной теории твердого тела диэлектрики – это вещества, у которых запретная зона настолько велика, что в нормальных условиях электропроводность в них отсутствует.

По назначению диэлектрические материалы можно разделить на электроизоляционные материалы и активные диэлектрики.

По агрегатному состоянию диэлектрические материалы подразделяют на твердые, жидкие и газообразные.

Особую группу составляют твердеющие материалы, которые в исходном состоянии являются жидкостями, а в процессе изготовления изоляции отверждаются и в период эксплуатации представляют собой твердые вещества, например компаунды, клеи, лаки и эмали.

По химической основе диэлектрические материалы подразделяют на органические и неорганические.

5.1. Свойства диэлектриков

Для грамотной эксплуатации диэлектриков в возможных областях их применения, необходимо знать физические явления, которые происходят в материалах при воздействии на них электромагнитного поля, и их основные электрические, механические, тепловые, влажностные и физико-химические свойства.

5.1.1. Электрические свойства

Электрическими свойствами диэлектриков являются: поляризация, электропроводность, диэлектрические потери и пробой.

Поляризация диэлектриков. Диэлектрик, помещенный во внешнее электрическое поле, поляризуется.

Поляризация − это процесс, при котором происходит ограниченное смещении и изменение ориентации связанных зарядов в диэлектрике, при воздействии на него электрического поля.

В любом веществе, в том числе и в диэлектрике, независимо от наличия или отсутствия в нем свободных электрических зарядов всегда имеются связанные заряды: электроны оболочек атомов, атомные ядра, ионы. Под действием внешнего электрического поля, связанные электрические заряды в диэлектрике смещаются со своих равновесных положений. Положительные заряды смещаются в направлении вектора напряженности поля , а отрицательные − в обратном ему направлении (рис. 5.1а).

Степень поляризованности диэлектрика оценивается относительной диэлектрической проницаемостью . Чем выше ее значение, тем сильнее поляризуется диэлектрик.

Относительная диэлектрическая проницаемость представляет собой отношение заряда q конденсатора с данным диэлектриком к заряду q₀ вакуумного конденсатора тех же размеров, той же конфигурации электродов, при том же напряжении:

.                                                    (5.1)

Где: q – заряд конденсатора, c диэлектриком между его обкладками; q₀ – заряд конденсатора, между пластинами которого находится вакуум.

Относительная диэлектрическая проницаемость любого диэлектрика всегда больше единицы , для вакуума и воздуха – .

Относительную диэлектрическую проницаемость любого диэлектрика можно определить, зная емкости этих конденсаторов.

Емкость плоского конденсатора c диэлектриком между его обкладками:

.                                                   (5.2)

Емкость конденсатора, между пластинами которого находится воздух:

.                                                   (5.3)

Где: − относительная  диэлектрическая проницаемость диэлектрика; – электрическая постоянная, Ф/м; s – площадь одной пластины конденсатора, м²; h – толщина диэлектрика, м.

Отсюда, относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика:

                                                 (5.4)

В зависимости от строения диэлектрика и его агрегатного состояния различают электронную, ионную, дипольную, миграционную, спонтанную и резонансную поляризацию.

Электронная поляризация является результатом смещения электронных орбит относительно положительно заряженного ядра под действием внешнего электрического поля. Она устанавливается за очень короткое время после наложения электрического поля и составляет 10 ^-14   10 ^-15 с. С увеличением размеров атома электронная поляризуемость увеличивается. Значение диэлектрической проницаемости колеблется в небольших пределах и не зависит от частоты тока.

Электронная поляризация происходит во всех атомах любого вещества и, следовательно, во всех диэлектриках независимо от наличия в них других видов поляризации. Для веществ ионного строения существенна электронная поляризуемость не атомов, а ионов.

Запаздывание в установлении статического равновесия перемещающихся зарядов по отношению к электрическому полю называется релаксационной поляризацией.

Электронно-релаксационная поляризация проявляется в материалах, имеющих дефекты в электронном строении (например, титаносодержащая керамика).

Ионная поляризация является результатом смещения друг относительно друга из положения равновесия разноименно заряженных ионов на расстояние, меньшее постоянной кристаллической решетки, в веществах с ионными связями. Она устанавливается также за малое, но все же большее, чем при электронной поляризации, время 10 ^-13   10 ^-14 с.

Ионная поляризация, как и электронная, не связана с потерями энергии и не зависит от частоты, даже инфракрасного диапазона.

Ионная поляризация характерна для кристаллических диэлектриков ионной структуры с плотной упаковкой ионов, она больше у тех веществ, где ионы плохо связаны друг с другом и несут большие электрические заряды.

Ионно-релаксационная поляризация присуща ионным диэлектрикам со сравнительно слабым закреплением структурных частиц (например, изоляторный фарфор, нагревостойкая керамика, щелочные изоляционные стекла). Ома сопровождается рассеиванием электрической энергии и зависит от температуры и частоты тока.

Дипольная поляризация заключается в повороте (ориентации) дипольных молекул в направлении внешнего электрического поля.

Более строго дипольную поляризацию можно объяснять не как непосредственный поворот полярных молекул под действием внешнего электрического поля, а как внесение этим полем некоторой упорядоченности в положение полярных молекул, которые непрерывно совершают хаотические тепловые движения. Следовательно, дипольная поляризация связана с тепловыми движениями молекул. Дипольная поляризация проявляется в газах, жидкостях и аморфных веществах; в кристаллах (при температурах ниже точки плавления) диполи молекул обычно «заморожены», т.е. закреплены на своих местах и не могут ориентироваться.

Поляризованность при дипольной поляризации уменьшается после снятия приложенного напряжения, т.е. имеет место дипольно-релаксационная поляризованность.

Полярно-релаксационная поляризация наблюдается в полярных жидкостях и твердых диэлектриках, которые содержат полярные группы молекул или соответствующие радикалы, способные при воздействии поля ориентироваться (например, совол, канифоль, изоляционные бумаги).

Миграционная поляризация обусловлена наличием в технических диэлектриках проводящих и полупроводящих включений и слоев с различной проводимостью.

При внесении неоднородных материалов в электрическое поле свободные электроны и ионы начинают перемещаться (мигрировать) в пределах каждого включения и накапливаться на границах, образуя поляризованные области.

Процесс миграционной поляризации сравнительно медленный он может продолжаться секунды, минуты и даже часы. Поэтому миг рационная поляризация обычно наблюдается лишь на низких частотах.

Спонтанная (самопроизвольная) поляризация наблюдается у диэлектриков с доменным строением, у которых изначально имеются небольшие поляризованные области.

Внешнее поле ориентирует домены, векторы электрических моментов которых ориентированы хаотично и скомпенсированы в объеме материала, и диэлектрик поляризуется.

При самопроизвольной поляризация наблюдаются большие диэлектрические потери и резко выраженная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры и напряженности электрического поля. Относительная диэлектрическая проницаемость таких материалов высока (до 100000).

Материалы, обладающие таким видом поляризации, называются сегнетодиэлектриками (сегнетова соль, титанат бария титанат стронция).

Резонансная поляризация проявляется в области сверхвысоких частот у газов и твердых диэлектриков с дефектами в кристаллической структуре.

В зависимости от механизма поляризации все диэлектрики можно разделить на полярные и неполярные.

Полярные диэлектрики составляют группу материалов  содержащих постоянные электрические диполи, которые способны к переориентации во внешнем электрическом поле.

В полярных диэлектриках наблюдается электронная и дипольно-релаксационная поляризация. Они имеют худшие электрические свойства по сравнению с неполярными диэлектриками и применяются в качестве электроизоляционных материалов в области низких частот.

Полярными являются поливинилхлорид, эпоксидные смолы политрифторхлорэтилен (фторопласт-3), полиэтилентерефталат (лавсан), полиметилметакрилат (органическое стекло) и др.

Неполярные диэлектрики составляют группу материалов, не содержащих диэлектрические диполи, которые способны к переориентации во внешнем электрическом поле.

В неполярных диэлектриках наблюдается в основном электронная поляризация. Они применяются как высококачественные электроизоляционные материалы в технике высоких и сверхвысоких частот. Полярными являются воздух, полистирол, полиэтилен, политетрафторэтилен (фторопласт-4), бензол и другие.

Электропроводность диэлектриков.

Все диэлектрические материалы, применяемые в электротехнике, обладают некоторой электропроводностью, обусловленной направленным перемещением заряженных частиц (электронов, ионов, молионов). Эти частицы изначально присутствуют в реальных диэлектрических материалах, а чаще всего, образуются под воздействием внешних факторов.

Электроны образуются при ионизации молекул вещества и соударения заряженных частиц с поверхностью анода. Ионы создаются при ионизации нейтральных молекул под воздействием внешних факторов (космических лучей, радиоактивного излучения и др.) и диссоциации основного вещества и примесей. Молионы формируются в коллоидных системах.

Электропроводность диэлектриков в большинстве случаев носит ионный характер, т.е. носителями зарядов являются ионы. Электропроводность диэлектриков оценивается удельным электрическим сопротивлением постоянному току, Ом∙м,

.                                                                 (5.5)

Где: − удельная электрическая проводимость, См/м.

При включении диэлектрика в цепь постоянного напряжения происходит скачок тока, а затем уменьшение его до некоторого постоянного значения. Установившийся постоянный ток через диэлектрик называется током сквозной проводимости .

Электропроводность изолирующих материалов при постоянном напряжении определяется по сквозному току:

.                                                            (5.7)

При определении электропроводности диэлектрика необходимо измерять установившееся значение тока, при этом токи смещения и абсорбции равны нулю.

В зависимости от конструкции электротехнических изделий принято различать удельное объемное электрическое сопротивление ρ_v и удельное поверхностное электрическое сопротивление ρ_s.

Удельное объемное электрическое сопротивление ρ_v определяет свойства изоляции, когда основные утечки тока происходят через объем материала, например в экранированном электрическом проводе.

Удельное объемное электрическое сопротивление ρ_v численно равно сопротивлению образца материалов в виде кубика с ребром единичных размеров, когда напряжение прикладывается к двум его противоположным граням.

Для плоских образцов:

.                                               (5.8)

Где: – объемное сопротивление образца постоянному току. Ом; s – площадь электродов, контактирующих с испытуемым образцом, м²; b – толщина образцов, м.

Удельное поверхностное электрическое сопротивление ρ_s является важнейшей характеристикой при оценке изоляционных материалов в таких изделиях, как линейные изоляторы.

Удельное поверхностное сопротивление ρ_s численно равно сопротивлению образца материала в виде квадрата со стороной единичных размеров при прохождении тока через две его противоположные стороны:

.                                                   (5.9)

где R_s – поверхностное сопротивление материала образца, находящегося между электродами, Ом; L – длина электродов; h – расстояние между электродами, м.

Удельное объемное и поверхностное электрические сопротивления и твердых диэлектриков зависят от температуры, влажности и величины приложенного напряжения. Электропроводность диэлектриков зависит от содержания примесей. Чем выше содержание примесей, тем меньше удельное объемное сопротивление изоляционного материала.

Влияние напряженности внешнего поля влияет на электропроводность диэлектрика только для полей, со значениями напряженностей электрического поля близких к пробивным.

Электропроводность многих изоляционных материалов зависит не только от строения и химического состава, но и от технологии их изготовления. Например, проводимость синтетических смол зависит от степени полимеризации каучуков - вулканизации, синтетических смол.

Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков определяется наличием в их строении адсорбированных вводно-коллоидных пленок. По отношению к воде изоляционные материалы делятся на гидрофобные и гидрофильные материалы. К гидрофобным материалам относятся, воски, янтарь, полистирол и др. Их поверхностная проводимость мала и не зависит от влажности воздуха.

К гидрофильным материалам относятся электроизоляционные стекла, мрамор, бумага, многие виды пластмасс. Электропроводность у них зависит от влажности окружающей среды.

Диэлектрические потери.

Диэлектрические потери связаны с явлениями, которые происходят в материале при воздействии на него электрического поля. Они проявляются на постоянном и переменном токе. Однако качество диэлектрика на постоянном токе обычно характеризуется не диэлектрическими потерями, а удельным объемным и поверхностным сопротивлениями.

При воздействии электрического поля на любое вещество, часть потребляемой им электрической энергии необратимо превращается в тепловую.

Эта энергия и называется диэлектрическими потерями.

Рис. 5.2. Векторная диаграмма плотности тока в диэлектрике: δ – угол сдвига суммарного тока относительно тока идеального диэлектрика; γ – угол сдвига фаз между током и напряжением; J_см, – плотность тока смещения; J_пр, – плотность тока проводимости; J – плотность общего тока.

В диэлектрике, помещенном в переменное электрическое поле с напряженностью Е и угловой частотой ω, возникают ток смещения и ток проводимости (рис. 5.2). Угол δ между векторами плотности переменного тока диэлектрика J и тока смещения J_см на комплексной плоскости называют углом диэлектрических потерь.

Тангенс этого угла является одним из важнейших параметров не только диэлектриков, но также конденсаторов, изоляторов и других электроизоляционных материалов.

Тангенс угла диэлектрических потерь определяет активную мощность, которая теряется в диэлектрике, работающем под переменным напряжением. Его значение отношением плотности тока проводимости J_пр к плотности тока смещения J_см

.                                            (5.10)

Введение безразмерного параметра tg δ удобно тем, что он не зависит от формы и размеров участка изоляции, а определяется лишь свойствами диэлектрического материала. Чем выше тангенс угла диэлектрических потерь tg δ, тем больше нагрев диэлектрика в электрическом поле заданной частоты и напряжения.

Пробой. Явление образования в диэлектрике проводящего канала под действием электрического поля называют пробоем. Если проводящий канал проходит от одного электрода к другому и замыкает их, происходит полный пробой. Если проводящий канал не достигает хотя бы одного из электродов, то имеет место неполный пробой. В этом случае пробивается лишь газовое или жидкое включение твердого диэлектрика.

У твердых диэлектриков кроме пробоя по объему возможен пробой по поверхности, такой пробой называют поверхностным.

Минимальное напряжение, приводящее к пробою диэлектрика, называют пробивным напряжением U_пр. Пробивное напряжение U_пр растет с увеличением толщины диэлектрика h. Для характеристики способности материала противостоять разрушению в электрическом поле используют напряженность электрического поля, при которой происходит пробой, мВ/м:

.                                                       (5.11)

Где: U_пр - величина приложенного к диэлектрику напряжения, при котором произошел пробой, В; h - толщина материала в месте пробоя, м.

Напряженность однородного электрического поля, приводящую к пробою, называют электрической прочностью.

Механизмы пробоя газообразных, жидких и твердых диэлектриков имеют существенные различия.

5.1.2. Механические свойства

При выборе диэлектрического материала в каждом конкретном случае следует учитывать не только электрические свойства (относительную диэлектрическую проницаемость ε , удельное электрическое сопротивление ρ, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ, электрическую прочность Е_пр), но и его механические свойства.

К основным механическим свойствам относят упругость, прочность и вязкость.

Упругость. Воздействие на материалы сосредоточенных или распределенных нагрузок, вызывает в них механические напряжения . Под действием механических напряжений материал деформируется. При небольших механических напряжениях выполняется закон Гука, который устанавливает линейную зависимость между механическими напряжениями и относительной деформацией . В этом случае после снятия нагрузок форма образца восстанавливается.

Прочность. Закон Гука справедлив только до определенного значения σ_j. При превышении некоторого значения механического напряжения , деформация растет быстрее, чем механическое напряжение, (зависимость становится нелинейной). Происходит холодное пластическое течение материала, и после снятия напряжения форма образца не восстанавливается, это значение механического напряжения , называется пределом текучести.

Дальнейшее повышение механического напряжения приводит к разрушению образца при напряжении . Значение этого напряжения называется пределом прочности.

Прочность материалов характеризуют пределами прочности при растяжении , сжатии и изгибе . Пределы прочности измеряются в единицах механического напряжения – паскалях, (Па).

Предел прочности материала при растяжении, (Н/м)

.                                                    (5.12)

Где: – разрушающее усилие при растяжении (разрыве) образца материала, Н; - площадь поперечного сечения образца материала до испытания, м².

Предел прочности материала при сжатии, (Н/м):

.                                              (5.13)

где − разрушающее усилие при сжатии образца материала, Н; − площадь поперечного сечения образца до испытании, м².

Предел прочности материала при статическом изгибе, (Н/м²):

.                                  (5.14)

Где: – разрушающее усилие, приложенное посредине образца при изгибе, Н; L – расстояние между опорами, на которых располагается образец, м; b – ширина образца, м; h – толщина образца, м.

Вязкость. Вязкость присуща материалам, которые находятся в жидком агрегатном состоянии; она характеризует сопротивление их течению.

Различают динамическую n_д и кинематическую n_k вязкости. Динамическая вязкость измеряется в паскалях, умноженных на секунду (Пас). Кинематическая вязкость определяется отношением динамической вязкости n_д к плотности жидкости р и измеряется в квадратных метрах на секунду (м²/с).

Вязкость сильно уменьшается с повышением температуры: Это особенно важно для заливочных и пропиточных электроизоляционных материалов. Заливку таких материалов производят в нагретом состоянии, при этом они быстро заполняют мельчайшие отверстия.

5.1.3. Тепловые свойства

К основным тепловым свойствам диэлектрика относят нагревостойкость, теплопроводность, тепловое расширение и холодостойкость (морозостойкость).

Нагревостойкость – это способность диэлектрика функционировать при повышенных температурах или при резкой смене температур без недопустимого ухудшения его свойств.

В зависимости от вида материала и условий его эксплуатации длительное или кратковременное воздействие повышенной температуры вызывает в диэлектрике различные изменения. Например, в зависимости от температуры линейные полимеры могут находиться в стеклообразном, высоко эластичном или вязко-текучем состояниях.

Результатом воздействия повышенной температуры является появление больших остаточных напряжений, которые нарушают форму изделия или ухудшают его механические свойства. У лаковых покрытий, при длительном нагревании резко снижается эластичность.

У некоторых материалов при нагревании могут наблюдаться химическое разложение, интенсивное окисление, обугливание даже горение. Помимо ухудшения качества изоляционных свойств, которые проявляются при кратковременном повышении температуры, при длительном воздействии повышенной температуры могут наблюдаться изменения в результате медленно протекающих химических процессов – тепловое старение изоляции.

У трансформаторного масла старение проявляется в образовании продуктов окисления, у лаковых пленок – в повышении хрупкости, образовании трещин и отслаивании от подложки. Тепловое старение ускоряется при освещении образца ультрафиолетовыми лучами, воздействии электрического поля, механических нагрузок.

Нагревостойкость определяется той температурой, при которой происходит недопустимое изменение эксплуатационных характеристик диэлектрика.

Одним из наиболее применяемых методов оценки нагревостойкости электроизоляционных материалов является определение теплостойкости по Мартенсу. Испытываемые образцы, к которым приложено изгибающее усилие равное 5 МПа, помещают в термостат и нагревают со скоростью 1 ⁰К/с. Температура, при которой образец прогнется на 6 мм от первоначального положения или сломается, представляет собой теплостойкость по Мартенсу.

Теплостойкость по Мартенсу для некоторых диэлектриков следующая: 75...90 ⁰С – для полистирола, 80... 90 ⁰С – для полиэтилена, 150... 200 ⁰С – для стеклотекстолита.

Для электроизоляционных материалов установлено семь классов нагревостойкости и соответствующая им максимальная рабочая температура.

Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов приведены в табл. 5.1 [1].

Таблица 5.1.

Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов

Класс нагревостойкости	Предельно допустимая рабочая температура Траб, 0С	Диэлектрики
Y	90	Органические диэлектрики; непропитанные волокнистые материалы на основе целлюлозы и шелка (древесина, бумага фибра, пряжа); полистирол, полиэтилен, картон непропитанный
А	105	Те же, волокнистые материалы, но пропитанные полиамидными смолами, масляно смоляными и поливинилацетатными лаками
Е	120	Слоистые пластики (гетинакс, текстолит), пластмассы с органическим наполнителем
В	130	Материалы с большим содержанием неорганических компонентов (стекло, ткань, стеклотекстолит)
F	155	Материалы на основе слюды, стекловолокна, асбеста в сочетании со связующими с повышенной нагревостойкостью (кремнийорганческнх, эпоксидных средств
Н	180	Кремнийорганические лаки, резины, ком позиционные материалы из слюды, асбеста, склеенных с помощью нагревостойких кремнийорганических смол
G	Выше 180	Неорганические материалы без склеивающих или пропитывающих составов (слюда, стекло, кварц) из органических – только фторопласт-4 и полиамиды

У диэлектриков кристаллического строения (слюда, парафин др.) переход из твердого в жидкое состояние происходит при четко выраженной температуре плавления Т_пл. У аморфных диэлектриков (смолы, битум и др.) переход из твердого состояния в жидкое, происходит постепенно (в широком интервале температур) и характеризуется температурой размягчения Т_раз.

При определенной концентрации пары некоторых электроизоляционных жидкостей воспламеняются. Температура, при которой смесь паров жидкости с воздухом вспыхивает от внесенного пламени горелки, называется температурой вспышки паров.

Теплопроводность – это способность диэлектрика проводить теплоту.

Теплота, возникающая при прохождении электрического тока в проводниках, окруженных диэлектрическим изолятором, передается изолятору. Вследствие диэлектрических потерь теплота выделяется в самом изоляторе. Суммарные тепловые потери проводника и изолятора передаются в окружающую среду.

От способности изоляции проводить теплоту зависят нагревание проводника и электрическая прочность изоляции. Особое значение имеет теплопроводность сравнительно толстой изоляции в устройствах высокого напряжения.

Теплопроводность оценивается коэффициентом теплопроводности γ_т, который пропорционален количеству теплоты прошедшей через единицу площади в единицу времени при градиенте температуры 1 ⁰К/м.

Ориентировочные значения коэффициента теплопроводности некоторых материалов приведены в таблице 5.2.

Коэффициент теплопроводности большинства γ_т диэлектриков много меньше, чем у проводниковых материалов. Близкий к проводниковым материалам коэффициент теплопроводности имеют некоторые оксиды металлов (А1₂0₃, МgО, ВеО).

Таблица 5.2.

Ориентировочные значения коэффициента теплопроводности некоторых материалов

Материал	γт Вт/(м∙К)	Материал	γт ,Вт/(м∙К)
Воздух (в малых зазорах)	0.05	Нитрит бора: по направлению горячего прессования; перпендикулярно направлению горячего прессования	19
Полистирол	0,08...0,16		37
Бумага	0,10
1	2	3	4
Лакоткань	0,13	Оксид бериллия	218
Гетинакс	0.35	Алюминий	226
Фарфор	1,6	Медь	290
Графит	18	Кварцевое стекло	1.16
Оксид алюминия	25...30	Фторопласт-4	0.23…0.24
Железо	68	Винипласт	0.17

Коэффициент теплопроводности у оксида бериллия выше, чем у металлического бериллия. Наименьшим значением коэффициента теплопроводности обладают пористые диэлектрики с газовыми включениями. Для повышения их теплопроводности применяют пропитку или уплотнение материала под давлением.

Для оценки теплопроводности, кроме коэффициента теплопроводности γ_т используют также температуропроводность:

.                                                   (5.15)

Где: с - удельная теплоемкость, Дж/(кг∙К); р - плотность материала, кг/м³.

Тепловое расширение – это свойство диэлектрика изменять свои линейные размеры под действием температуры. Тепловое расширение оценивается температурным коэффициентом линейного расширения .

Средние значения температурных коэффициентов линейного расширения ТКL приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Коэффициент линейного расширения диэлектриков

Органические материалы	,10-6 К -1	Неорганические материалы	,10-6 К -1
поливинилхлорид	160	слюда мусковит (вдоль слоев спайности)	13...14
полиэтилен	145	стекло	9,0
фторопласт-4	100	фарфор	3,5
органическое стекло	70	кварцевое стекло	0,55
полистирол	68

Холодостойкость – это способность электрической изоляции работать при низких температурах без недопустимого ухудшения эксплуатационных характеристик.

При понижении температуры электроизоляционные свойства диэлектриков, как правило, повышаются. При этом ряд механических свойств диэлектриков может ухудшаться. Органические диэлектрики в области низких температур растрескиваются, теряют гибкость.

Ориентировочные значения предельно низких допустимых рабочих температур некоторых диэлектриков следующие: для фторопяаста-4 − 269 ⁰С,    для лавсана − (50...60) ⁰С, для полиэтилена − (40...70) ⁰С, для полистирола− 40 ⁰С, для капрона − 20 ⁰С, для полипропилена − (5...15) ⁰С.

5.1.4. Влажностные свойства

Практически все изолирующие материалы поглощают влагу. Размер молекулы воды примерно равен 2,7∙10 ^-9 м, что позволяет ей проникать даже в поры таких диэлектриков, как стекло.

Интенсивность и количество проникающей в материал влаги в основном зависят от состава и строения материала. Чем ближе химические свойства молекул воды и изоляционного материала, тем сильнее их взаимодействие и выше влагопоглощение. Наличие в материале пор, сообщающихся с атмосферой, приводит к снижению влагостойкости материала, плотная его структура затрудняет проникновение воды и повышает влагостойкость.

Нанесение лакокрасочных покрытий, пропитка лаками, маслами и компаундами, опресовка пластмассами повышают влагостойкость материала, но не могут полностью исключить проникновения влаги в его объем. В композитных конструкциях критичными к проникновению влаги в объем являются места сопряжения материалов с различными термомеханическими свойствами (спаи стекла с металлом, керамики с металлом, пластмассы с металлом).

Влагостойкость – это способность материала сохранять свои эксплуатационные свойства при воздействии влаги.

Твердые материалы обладают различной способностью смачиваться водой, нанесенной на поверхность тела (рис. 5.3.).

Чем меньше угол смачивания , тем сильнее выражена смачиваемость материала. Для смачиваемых материалов (рис. 5.3, а), а для не смачиваемых (рис. 5.3, б).

Влажностные свойства диэлектриков определяются гигроскопичностью (влагопоглощаемостью) и влагопроницаемостью.

Гигроскопичность. Электроизоляционный материал, находящийся в условиях влажности окружающей среды, постепенно поглощает влагу из воздуха.

Способность материала поглощать водяные пары из окружающей атмосферы называется гигроскопичностью. Гигроскопичность материалов зависит от их строения и химической природы.

Материалы, содержащие капилляры, в которые может проникать влага, более гигроскопичны, чем материалы плотного строения. Лишенные пор материалы, например керамика или стекло, накапливают поглощенную из окружающей среды влагу на своей поверхности виде тонкой пленки. Эта влага не проникает  глубь материала, и такие материалы обладают только поверхностной гигроскопичностью.

Повышение влажности, как правило, ухудшает электрические свойства диэлектриков (удельное электрическое сопротивление ρ, электрическую прочность Е, диэлектрическую проницаемость ε, тангенс угла диэлектрических потерь ). Одно и то же количество поглощенной влаги по-разному влияет на электроизоляционные свойства разных материалов. Если поглощенная влага способна образовывать внутри изолятора области, которые пронизывают весь промежуток или значительную часть промежутка между электродами, то даже весьма малые количества поглощенной влаги приводят к резкому ухудшению электрических свойств изоляции. Если же влага распределяется по объему электроизоляционного материала в виде отдельных, не соединенных между собой, малых включений, то влияние влаги на электрические свойства материала менее существенно.

Для не смачиваемых материалов уменьшение поверхностного удельного электрического сопротивления ρ_s при выдержке во влажной среде незначительно, так как влага даже в виде росы образует на их поверхности отдельные капли, а не сплошную водяную пленку. Наиболее заметное ухудшение электрических свойств наблюдается у пористых материалов. Анизотропные материалы впитывают влагу в разных направлениях с различной скоростью. Так, в слоистых пластиках влага с большей скоростью распространяется вдоль слоев, а у дерева − вдоль волокон.

Для оценки гигроскопичности образцы твердых диэлектриков высушивают и помещают в атмосферу с относительной влажностью 96... 98% при нормальной температуре на 24...48 ч. По истечении времени выдержки образцы взвешивают и определяют увеличение массы по сравнению с первоначальной массой.

Водопоглощаемость. Иногда электроизоляционные материалы соприкасаются не только с воздухом, содержащим пары воды, но и непосредственно с водой. В таких условиях функционирует изоляция открытых установок, которые подвергаются действию атмосферных осадков; изоляция радиоэлектронной аппаратуры на кораблях или изоляция деталей в насосах.

Водопоглощаемость – это способность материала поглощать воду.

Влагопроницаемость − это способность материала пропускать сквозь себя пары воды. Она имеет большое практическое значение, при оценке защитных покрытий.

Большинство материалов пропускают воду, только для стекол, хорошо обожженной керамики и металлов влагопроницаемость равна нулю.

5.1.5. Физико-химические свойства

Основными физико-химическими свойствами диэлектриков относятся: кислотное число, растворимость, химическая стойкость, светостойкость и радиационную стойкость.

Кислотное число равняется количеству миллиграммов (мг) едкого кали (КОН), необходимого для нейтрализации свободных кислот, содержащихся в 1 г диэлектрика. Кислотное число позволяет оценивать количество свободных кислот в диэлектрике, которые ухудшают электроизоляционные и другие свойства диэлектриков.

Растворимость. Различные материалы при соприкосновении друг с другом в процессе изготовления или эксплуатации изделий могут частично или полностью проникать друг в друга. Такое явление называют растворимостью. Это свойство важно для подбора растворителей лаков или для оценки стойкости электроизоляционных материалов к действию различных жидкостей, с которыми они контактируют.

Растворимость твердых материалов можно оценить двумя способами: по количеству материала, перешедшего в раствор за единицу времени с единицы поверхности материала; по наибольшему количеству вещества, которое может быть растворено в данном растворителе, т.е. по концентрации насыщенного раствора.

Растворимость материалов значительно повышается с повышением температуры и уменьшается с повышением степени полимеризации.

Легче всего растворяются вещества, близкие к растворителю по химической природе и содержащие в молекулах похожие группировки атомов. Полярные вещества легче растворяются в полярных жидкостях. Например, полярные фенолформальдегидные смолы растворяются в спирте и других полярных растворителях, неполярные углеводороды (парафин, каучук) растворяются в жидких углеводородах.

Химостойкость. При соприкосновении с химически активными веществами (газами, водой, кислотами, щелочами и солевыми растворами) электроизоляционные материалы могут вступать с ними в химическое взаимодействие и разрушаться. Химостойкость − это способность электроизоляционных материалов противостоять химически активным веществам.

Для определения химостойкости образцы материалов помещают в среду, близкую к эксплуатационной или более интенсивной по концентрации химически активных элементов и неблагоприятную по температурным условиям, и выдерживают определенное время. После этого определяют изменения массы, внешнего вида и других показателей.

Для масел, смол измеряют кислотное число, которое характеризует содержание в материале свободных кислот (пример обозначения: 0.5 г КОН/кг).

Кислотное число определяет технологические особенности материала и его способность вызывать коррозию соприкасающихся с ним тел. В трансформаторном масле высокое кислотное число является признаком плохой очистки масла при его изготовлении или признаком старения масла.

Светостойкость. Способность материалов сохранять свои эксплуатационные характеристики под действием светового облучения называется светостойкостью.

Световые и особенно ультрафиолетовые лучи могут вызывать фотопроводимость, химические изменения в некоторых органических материалах, а также стимулировать процессы, которые ухудшают их механическую прочность и эластичность. Под действием светового облучения также ускоряется старение электроизоляционных материалов.

Радиационная стойкость. Способность диэлектрика сохранять свои эксплуатационные характеристики при воздействии ионизирующего излучения называется радиационной стойкостью.

К ионизирующему излучению относят: корпускулярное излучение (быстрые и медленные нейтроны осколки ядер, α-частицы и β-частицы), единицами измерения, ионизирующего излучения являются рад и Дж/кг (1 рад = 0,01 Дж/кг); волновое излучение (γ-лучи, жесткое и мягкое рентгеновское излучение), единицами измерения волнового излучения являются рентген Р и Кл/кг (1Р=2,58∙10^-4 Кл/кг). Действие излучения ведет к ряду молекулярных преобразований и химических реакций, которые приводят к изменению всех свойств материала: электрических, механических, физико-химических.

Наиболее подвержены действию облучения органические диэлектрики, так как в результате длительного или интенсивного облучения может произойти разрушение любого полимера. Неорганические диэлектрики, такие как кварц, слюда, оксиды бериллия и циркония, менее подвержены влиянию облучения.

Радиационное излучение может вызывать не только ухудшение свойств диэлектриков, но и придавать им новые свойства (радиационная сшивка полимеров, легирование полупроводников).

Радиационную стойкость выражают общим числом радиоактивных частиц, попадающих на единицу площади вещества и вызывающих заметное ухудшение его основных характеристик, например нейтрон/м². Многие диэлектрики выдерживают дозу облучения до 10²² нейтрон/м², для сравнения предельно допустимая доза излучения для полупроводниковых материалов и приборов 10 ¹⁸ нейтрон/м².

5.2. Твердые органические диэлектрики

К органическим диэлектрикам относятся материалы, в составе которых находится углерод.

К органическим диэлектрикам относятся, как природные, так и синтетические полимеры, которые получают методом химического синтеза. Часто их называю смолами. Синтетические полимеры сыграли большую роль в развитии многих отраслей, в том числе электротехники и радиоэлектроники.

Большинство органических диэлектриков представляют собой высокомолекулярные вещества, которые содержат очень большое число атомов или простейших молекул. Основу многих высокомолекулярных диэлектриков составляют полимерные соединения, которые получают из мономеров (низкомолекулярных соединений) в процессе реакций полимеризации или поликонденсации.

Полимеризация – это процесс соединения большого числа мономеров с образованием нового высокомолекулярного вещества (полимера) без выделения побочных продуктов реакции.

Поликонденсация – это процесс соединения разнородных мономеров с образованием полимера и выделением побочного продукта реакции.

Свойства полимеров определяются химическим составом, взаимным расположением атомов и строением макромолекул. По строению макромолекулы полимеров делятся на линейные (нитевидные) и пространственные (сетчатые).

Линейные полимеры представляют собой сочетание звеньев одной определенной структуры. Сочетание двух или трех химически различных звеньев образуют полимеры, которые называются совмещенными или сополимерами.

Линейные полимеры относят к термопластичным материалам. Они обладают следующими свойствами: температура размягчения 50...120 ⁰С, высокий температурный коэффициент объемного расширения , невысокая теплостойкость, легко деформируются при нагревании и затвердевают при охлаждении, имеют аморфную структуру и при нагревании плавно переходят из твердого состояния в жидкое или текучее.

Электрические свойства линейных полимеров зависят от расположения атомов или определенной группы атомов в цепи макромолекулы. Линейные полимеры с несимметричным строением атомов являются полярными и имеют большие диэлектрические потери. Линейные полимеры с симметричным строением мономеров являются неполярными и имеют малые диэлектрические потери. Большинство материалов на основе линейных полимеров имеют аморфную структуру и при нагревании плавно переходят из твердого состояния в жидкое или текучее. Некоторые полимеры склонны к образованию кристаллов, т.е. способны кристаллизоваться.

В пространственных полимерах макромолекулы связаны поперечными химическими связями.

Пространственные полимеры относятся к термореактивным материалам. Они обладают следующими свойствами: большая жесткость, чем у линейных полимеров; при нагревании не размягчаются; не гибкие; не способны образовывать пленки и волокна; не растворяются в растворителях.

По тепловым свойствам полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные материалы (термопласты) характеризуются тем, что нагревание до температуры, соответствующей пластическому состоянию, не вызывает необратимых изменений их свойств. Они тверды при достаточно низких температурах, но при нагревании становятся пластичными и легко деформируются.

В настоящее время термопластичные материалы составляют примерно 75% всех потребляемых мировой электротехнической промышленностью полимерных материалов.

В термореактивных материалах при достаточной выдержке и высокой температуре происходят необратимые процессы, в результате которых они отвердевают, приобретая механическую прочность, теряют способность, плавится и растворяться.

5.2.1. Полимеризационные синтетические полимеры

Полимеризационные синтетические полимеры получают в процессе полимеризации под действием теплоты, давления, ультрафиолетовых лучей, а также инициаторов и катализаторов. При полимеризации двойные и тройные связи мономеров разрываются и молекулы, соединяясь между собой, еще больше удлиняются.

Наибольшее распространение получили блочный, эмульсионный, лаковый и газовый способы полимеризаций.

Блочный способ полимеризации состоит в том, что предварительно очищенный от примесей жидкий мономер смешивают с катализатором, заливают в нагретую до определенной температуры форму и выдерживают при этой температуре до полного окончания процесса полимеризаций. В результате получают твердые блоки материала, которые поступают в дальнейшую переработку. Таким способом получают полистирол, полиметилметакрилат (оргстекло).

Эмульсионный способ полимеризации представляет собой процесс, при котором  жидкий исходный мономер с помощью эмульгатора превращают в мельчайшие капельки, взвешенные в другой жидкости, которая не растворяет этот мономер (вода, бензин и др.). В полученную эмульсию вводят инициатор и массу нагревают до температуры, при которой начинается химическая реакция. В процессе полимеризации эмульсию постоянно перемешивают. В результате получают порошкообразный полимер, незначительно загрязненный эмульгатором, что снижает его диэлектрические свойства. Затем порошок подвергают грануляции. Таким способом получают поливинилхлорид, нитрон.

Лаковый способ полимеризации осуществляется непосредственно в мономере, который растворяется в определенном растворителе. Таким способом получают поливинилацетат.

При газовом способе полимеризация осуществляется в газовой фазе в присутствии катализатора при температуре примерно 200 ⁰С и высоком давлении. Этот способ применяют в том случае, когда мономеры не полимеризуются ни по одному из перечисленных способов. Таким способом получают полиэтилен высокого давления.

К полимеризационным синтетическим полимерам относятся полимерные углеводороды, фторорганические полимеры, кремнийорганические полимеры.

Полимерные углеводороды. К ним относятся: полистирол, полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), винипласт, полиметилметакрилат (оргстекло) и другие.

Полистирол – твердый прозрачный материал, неполярный диэлектрик с высокими электроизоляционными свойствами. Он является продуктом полимеризации мономерного стирола в присутствии различных инициаторов (перекисей, гидроперекисей).

Полистирол обладает следующими свойствами: температура размягчения Т_раз = 110...120 ⁰С; теплостойкость но Мартенсу 78...80 ⁰С; низкая гигроскопичность; водостоек; малое значение тангенса угла диэлектрических потерь tgδ;  не растворяется в спиртах, парафиновых углеводородах; стоек к действию щелочей и ряда кислот.

К недостаткам полистирола относятся: хрупкость при пониженных температурах; склонность к старению с образованием трещин; растворимость в ароматических углеводородах (бензоле, толуоле), хлороформе, концентрированной кислоте; невысокую нагревостойкость.

Теплостойкость и механическую прочность полистирола повышают сополимеризацией стирола с другими мономерами и совмещением его с каучуками.

Полистирол – один из лучших высокочастотных диэлектриков. Он применяется для изготовления каркасов индуктивных катушек, корпусов радиоприемников и телевизоров, плат переключателей, для изоляции кабелей и конденсаторов.

Из блочного размягченного полистирола способом вытягивания получают электроизоляционные нити и гибкие полистирольные пленки. Полистирольная пленка для радиодеталей должна быть прозрачной, без поверхностных загрязнений, пор, изломов, царапин и трещин.

Детали из полистирола получают литьем под давлением, прессованием и механической обработкой. После изготовления детали, подвергают термообработке при температуре 70...80 ⁰С в течение 2...3 ч, а затем медленно охлаждают для снятия внутренних напряжений и предупреждения образования трещин.

Полиэтилен – твердый, белый или светло-серый материал без запаха, неполярный диэлектрик, полученный в результате реакции полимеризации газа этилена.

Его электроизоляционные свойства отличаются высокой стабильностью и так же высоки, как и у полистиролов. В отличие от полистирола полиэтилены содержат значительное количество кристаллической фазы.

Полиэтилен имеет следующие свойства: высокая морозостойкость (сохраняет гибкость при температуре – 70 ⁰С); высокая влагостойкость, не гигроскопичен; устойчив к действию кислот, (кроме азотной), щелочей и многих растворителей. При комнатной температуре не растворим ни в одном растворителе стоек к плесени; газонепроницаем; стоек к истиранию и вибрациям; в пламени горит и оплавляется.

Предельная рабочая температура 100 ⁰С (прочность начинает уменьшаться только при нагревании выше 60 ⁰С).

К недостаткам полиэтилена относят: тепловое старение приводит к образованию трещин на поверхности изделий; при нагревании до температуры 80 ⁰С и выше. Растворяется в ароматических хлорированных углеводородах. Под действием концентрированной серной кислоты чернеет, а в концентрированной азотной даже при комнатной температуре набухает, увеличиваясь в массе на 4,6% в течение 85 суток. Под воздействием тепла, ультрафиолетового излучения, кислорода воздуха стареет; в сильных электрических полях происходят структурные изменения, снижающие качество изоляции.

Для получения электроизоляционного материала с необходимыми свойствами, смешивают полиэтилен трех разновидностей друг с другом или с другими полимерами, а также подвергают ионизирующему облучению.

Благодаря высоким электроизоляционным свойствам полиэтилен широко применяется, как конструкционный материал, для изготовления каркасов катушек, деталей, работающих в цепях высокой частоты. Полиэтиленовые пленки толщиной от 0,02 до 0,2 мм применяются при изготовлении кабелей и проводов.

В микроэлектронике применяют полиэтиленовые трубы в качестве соединительных шлангов, в установках для очистки различных газов, а также трубопроводов для подачи и разлива особо чистой воды и дли изготовления посуды для хранения, транспортировки жидких неорганических химикатов.

Одним из основных методов изготовления изделий из полиэтилена является литье под давлением при температуре 150...180 ⁰С. Пластины, блоки, листы и стержни из полиэтилена легко поддаются механической обработке резанием; сверлением, фрезерованием на станках, применяемых для обработки металлов.

Полипропилен – линейный, неполярный полимер, полученный полимеризацией газа пропилена, аналогично полимеризации этилена низкого давления. Он обладает такими же электроизоляционными свойствами, как полиэтилен.

Полипропилен имеет температуру размягчения 160…170 ⁰С (выше, чем у полиэтилена); повышенную температуру плавления Т_пл до 200 ⁰С; водостойкость; хорошие механические свойства; более хорошую холодостойкость и гибкость, чем полиэтилен; эластичность (удлинение при разрыве 500...700%).

Полипропилен применяют как комбинированный бумажно-пленочный диэлектрик в силовых конденсаторах, как пленочный диэлектрик в обмоточных проводах. Полипропилен перерабатывается в изделия теми же способами, что и полиэтилен; его выпускают в виде порошка, гранул, из него могут быть получены пленки, волокна, ткани и фасонные изделия.

Поливинилхлорид (ПВХ) – белый мелкодисперсный порошок. Линейный полярный полимер, полученный в результате полимеризации газообразного мономера винилхлорида в присутствии эмульгаторов (желатина, поливинилового спирта) и инициаторов (перекиси водорода, перекиси ацетилена).

Вследствие полярного строения поливинилхлорид имеет пониженные электрические свойства по сравнению с неполярными полимерами, но удельное электрическое сопротивление почти не изменяется при повышении температуры до 90 ⁰С.

Поливинилхлорид не растворяется в воде, бензине, спирте, растворяется в дихлорэтане и метиленхлориде; набухает в ацетоне и бензоле.

При нагревании выше 140 ⁰С под действием света поливинилхлорид разлагается с выделением хлористого водорода. Выделяющийся газ вредно действует на организм человека и вызывает коррозию аппаратуры.

Этот процесс сопровождается изменением физико-механических свойств: снижается прочность, относительное удлинение при разрыве; повышается хрупкость, приводящая к появлению трещин; меняется цвет.

Винипласт – твердый, не содержащий пластификатора полимер, который получают, горячим прессованием порошкообразного или пленочного поливинилхлорида.

Винипласт обладает следующими свойствами: предельная рабочая температура 80 ⁰С, устойчив к действию бензина, масел, спиртов, фенола; до температуры 40 ⁰С, устойчив к действию концентрированных кислот, щелочей, растворов солей, хлора; высокая прочность на удар; хорошая механическая прочность; низкая гигроскопичность; хорошие электроизоляционные свойства; низкая холодостойкость; низкая теплостойкость.

Винипласт перерабатывается в изделия ударным прессованием при температуре 165 ⁰С, механической обработкой, сваркой, склеиванием.

Пленки из винипласта применяют для изоляции водопогруженных электродвигателей, разделения катодных и анодных пластин, в аккумуляторных батареях и другой электрической аппаратуре, работающей в условиях повышенной влажности и воздействия кислот.

В качестве конструкционного материала винипласт используют для изготовления гальванических ванн, кислотостойкой посуды (емкостей для хранения кислот, воронок для слива отработанных кислот, щелочей).

Латексный поливинилхлорид используют для изготовления прочных пластиков, мягкой пленки, технической пасты и изоляционных изделий.

Вводя различные добавки: пластификаторы, стабилизаторы, наполнители, красители, свойства поливинилхлоридов можно изменять в широких пределах.

Поливинилхлоридный пластикат применяют для изготовления пленок, изоляционных лент, монтажных и телефонных проводов, трубок, в качестве специальных светотермостойких изоляционных и шланговых материалов. При воздействии электрической дуги поливинилхлорид выделяет большое количество газообразных продуктов, что способствует, гашению дуги.

Полиметилметакрилат (оргстекло, плексиглас) – прозрачный бесцветный материал, полярный диэлектрик, который получают в результате полимеризации эфиров метакриловой кислоты.

Полиметилметакрилат имеет малую гигроскопичность, высокую химическую стойкость; легко сваривается в специальных устройствах, при температуре 140...150 ⁰С с применением давления на свариваемые поверхности 0,5…1,0 МПа, склеивается полярными растворителями.

Применяют органическое стекло для изготовления корпусов приборов, шкал, линз, а также в качестве дугогасящего материала так как оно обладает свойством выделять при воздействии электрической дуги большое количество газов (СО, Н₂, СО₂ пары Н₂О)

Фторорганические полимеры.

Одним из существенных недостатков органических синтетических полимеров является пониженная теплостойкость. Для большинства органических полимеров допустимые рабочие температуры от 60 до + 120 ⁰С. Углерод, составляющий основу органических полимеров, на воздухе, а тем более при нагревании, может окисляться, что приводит к разрушению полимера. Для повышения теплостойкости в качестве основы для органических полимеров используют кроме углерода фтор, кремний, титан и др. Наибольшее распространение получили фторорганические (фторопласты) и кремнийорганические полимеры (полисилоксаны).

Фторопласты – кристаллические полимеры на основе фторпроизводных этилена, в которых атомы водорода замещены фтором. Введение в молекулу полимера фтора, который прочно связывается с углеродом, повышает теплостойкость и химическую стойкость получаемого материала. Их получают в автоклавах полимеризацией газообразных низкокипящих мономеров при повышенном давлении.

В электротехнике наиболее часто используют фторопласт-4 (политетрафторэтилен) и фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен).

Фторопласт-4 – белый или сероватый материал с более высокой плотностью, чем у других органических полимеров. Цифра 4, указывает на число атомов фтора в молекуле мономера. Он выпускается также под названием фторлон-4, а за рубежом – под названием тефлон.

Фторопласт-4 обладает следующими свойствами: рабочий диапазон температур от − 250 до + 250 ⁰С, высокие диэлектрические свойства, мало зависящие от температуры. Хорошие вакуумные свойства, наиболее химически стойкий материал из всех известных полимеров. Его устойчивость к химическому воздействию выше, чем у золота, платины, стекла, фарфора, эмали, т.е. тех материалов, которые применяют для защиты от коррозии в самых сильнодействующих агрессивных средах. Не смачивается водой и не набухает в ней; не растворяется ни в одном растворителе, не горит, по электроизоляционным свойствам принадлежит к лучшим из известных диэлектриков. Абсолютно стоек в тропических условиях и не подвержен действию грибков.

К недостаткам фторопласта-4 относят: выделение ядовитого газообразного фтора в результате разложения при температуре выше 400 ⁰С, низкую радиационную стойкость, сложную технологию переработки, высокую стоимость, сравнительную мягкость и склонность к хладотекучести.

Из фторопласта-4 изготавливают тонкие конденсаторные и электроизоляционные пленки толщиной 5...200 мкм. В зависимости от способа изготовления выпускаются ориентированные и неориентированные пленки. В радиоэлектронике из фторопласта изготавливают химическую посуду для выполнения технологических операций в агрессивных средах; в оснастке для температурных испытаний, так как он хорошо переносит резкую смену температур в широком диапазоне; в вакуумных вентилях.

Фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен)-полимер трихлорэтилена, в результате замены в элементарном звене одного атома фтора на атом хлора превращается в полярный диэлектрик.

Фторопласт-3 обладает следующими свойствами: нижний предел рабочей температуры 195 ⁰С,  высокие механические свойства и влагостойкость, нагревостойкость составляет 125 ⁰С. Высокая химическая стойкость, но ниже, влагостоек, высокая дугостойкость, простая технология получения, дешевый.

Кремнийорганические полимеры (полисилоксаны) представляют собой материалы, которые являются промежуточным звеном между органическими и неорганическими материалами. В их состав кроме характерного для органических полимеров углерода С входит кремний Si.

Кремнийорганические полимеры могут быть термопластичными с линейным строением и термореактивными с образованием пространственных структур.

Кремнийорганические полимеры имеют следующие характеристики:

Высокие электроизоляционные свойства, дугостойкость. Теплостойкость (они способны длительно выдерживать температуру до 200 ⁰С и кратковременно  температуру 500 ⁰С). Водостойкость, не смачиваются водой, так как образуют на поверхности тончайшую пленку, которая не впитывается и не пропускает воду. Устойчивость к действию грибковой плесени морозостойкость. К их недостаткам относятся плохая адгезия к большинству других материалов, низкая маслостойкость, достаточно высокая стоимость.

В зависимости от исходных веществ и технологий изготовления получают кремнийорганические пластмассы, клеи, лаки, компаунды.

5.2.2. Поликонденсационные синтетические полимеры

Поликонденсационные синтетические полимеры получают в результате участия в реакции не менее двух химических веществ. В ходе реакции образуются полимеры пространственной структуры, из которых получают прочные и теплостойкие термореактивные материалы. Продуктами поликонденсации являются фенолформальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и полиамидные смолы.

Фенолформальдегидные смолы. Фенолформальдегидные смолы получают путем поликонденсации фенола в водном растворе формальдегида при температуре 70...90 ⁰С в присутствии катализатора (кислоты иди щелочи). Они могут быть термореактивными и термопластичными.

Особенностью фенолформальдегидных смол является их способность в сочетании с различными наполнителями образовывать фенопласты, которые обладают следующими свойствами: высокая прочность, хорошие электроизоляционные свойства, способность длительное время функционировать при высоких температурах, способность функционировать в любых климатических условиях.

Фенолформальдегидные смолы способны совмещаться со многими полимерами и образовывать сополимеры, которые обладают свойствами фенопласта и всеми положительными качествами совмещенного с ним компонента.

Фенолформальдегидные смолы подразделяют на резольные и новолачные. Если процесс ведут с избытком формальдегида в присутствии щелочи, то получают смолу, которая называется бакелитовой. Она может находиться в трех стадиях: резол − может находиться в твердом или жидком состоянии, может растворяться в органических растворителях и плавиться; резитол − твердая смола, не растворяется в органических растворителях, но набухает в них; не плавится, но может размягчаться при повышении температуры; резит − твердая смола, не набухает в растворителях, не плавится, обладает механической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами, устойчива в водных и слабокислых средах, бензине, маслах.

Резольные смолы – термореактивные материалы, полярные диэлектрики. Применяются для изготовления таких слоистых пластиков, как текстолит, гетинакс, входят в состав композиционных пресс-материалов (фенопластов), трубок, клеев и других материалов.

Если процесс идет с избытком фенола, в присутствии кислых катализаторов (соляной или щавелевой кислоты), то получают твердые, хрупкие, прозрачные термопластичные смолы, которые называют новолаками.

Новолаки термопластичны, температура плавления 100...120 ⁰С, растворяются в спирте, ацетоне и других органических растворителях. Новолаки имеют невысокие электроизоляционные свойства, особенно во влажной атмосфере; низкую стойкость к искровым разрядам.

Новолачные смолы применяют для изготовления корпусов приборов, плат, разъемов, различных кнопок и ручек управления радиоаппаратуры, лака и как заменитель шеллака.

Полиэфирные смолы. Полиэфирные смолы получают в результате реакции поликонденсации различных многоатомных спиртов (гликоля, глицерина и др.) и многоосновных органических кислот (фталевой, малеиновой и др.) или их ангендридов. По физическим свойствам они близки к природным смолам (канифоль, шеллак), Из полиэфирных смол наибольшее распространение получили лавсановая смола (полиэтилентетрафталат), глифталевая смола, поликарбонаты.

Лавсановую смолу − полиэтилентетрафталат (лавсан) получают поликонденсацией терефталевой кислоты и этиленгликоля. Этот материал является термопластичным диэлектриком кристаллического или аморфного строения.

В результате реакции поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля при медленном охлаждении образуется непрозрачный кристаллический лавсан (кристаллическая фаза до 75%).

Кристаллический лавсан имеет высокую температуру плавления Т_плав = 265 ⁰С, высокую механическую прочность в широком диапазоне температур, хорошие электроизоляционные свойства; стоек к действию слабых щелочей, соляной кислоты, эфиров, масел, жиров, плесени и грибков. Но он не устойчив к действию крепкой азотной и серной кислот, фенола, хлора. Светопроницаемость пленки такая же, как у стекла. Имеет малые гигроскопичность и газопроницаемость. Кристаллический лавсан стареет под действием солнечных лучей.

Лавсан кристаллического строения применяют для изготовления волокон, пряжи, тканей, тонких электроизоляционных пленок. Волокна и пленки используют для изоляции проводов и кабелей. Лавсановая конденсаторная пленка обладает высокой электрической прочностью и повышенной нагревостойкостью.

Прозрачный аморфный, лавсан получают в результате реакции поликонденсации терефталевой кислоты, этиленгликоля, глицерина и отвердителя (бутилтитаната), при быстром охлаждении.

Аморфный лавсан применяют при изготовлении эмалированных проводов, при производстве электроизоляционных лаков. Пленки лавсановых лаков термореактивны, т.е. не размягчаются при нагревании.

Глифталевую смолу получают из простейшего трехатомного спирта глицерина и избыточного количества фталевого ангидрида при температуре 150...200 ⁰С в алюминиевых котлах. Это термореактивные смолы с ярко выраженными дипольно-релаксационными потерями.

Глифталевые смолы имеют следующее свойства: высокая нагревостойкость, (до 130 ⁰С), высокая гибкость, достаточно высокая твердость, высокая клеящая способность растворимость в органических растворителях, размягчаются при нагревании, повышенная гигроскопичность при неполной полимеризации, стойкость к поверхностным разрядам. Является основным компонентом клеящих, пропиточных и покрывных лаков, пленки которых стойки к нагретому минеральному маслу.

Поликарбонаты – это полиэфиры угольной кислоты. Поликарбонаты имеют хорошие электрические и механические свойства, относительно высокую температуру размягчения (кристаллический поликарбонат размягчается при температуре 140 ⁰С), высокую химическую стойкость и малую гигроскопичность. Применяют поликарбонаты для изготовления слоистых пластиков, компаундов, пленок для изоляции обмоток электрических машин.

Кремнийорганические смолы.

Кремнийорганические полимеры (смолы) имеют пространственную структуру и относятся термореактивным материалам.

Кремнийорганические смолы обладают высокой нагревостойкостью до температуры + 250 ⁰С, высокой холодостойкостью до температуры − 60 ⁰С, хорошими диэлектрическими свойствами, которые мало зависят от температуры; малой гигроскопичностью; химической инертностью.

В электротехнике кремнийорганические смолы применяют для изготовления электроизоляционных материалов, таких как стеклотекстолиты, слюдяная изоляция, компаунды, кремнийорганический лак, покрывные эмали.

Эпоксидные смолы.

Эпоксидные смолы получают в процессе хлорирования глицеринов с двухатомными или многоатомными фонолами в щелочной среде. В чистом виде эпоксидные смолы представляют собой термопластичные низкоплавкие жидкие материалы, которые легко растворяются во многих органических растворителях (ацетоне, толуоле, хлорированных углеводородах и др.), не растворяются в воде, мало растворяются в спиртах, длительно хранятся, не изменяя свойств.

После добавления отвердителей эпоксидные смолы быстро отвердевают. Отвердевание проходит в процессе реакции полимеризации без выделения побочных продуктов (воды и других многомолекулярных веществ). Отвердевшие эпоксидные смолы являются термореактивными и могут образовывать толстый слой монолитной, водонепроницаемой изоляции. В зависимости от типа отвердителя эпоксидные смолы могут отвердевать при комнатной температуре («холодное отвердение») или с использованием нагревания от 80 до 150 ⁰С, а также при атмосферном или повышенном давлении. Для холодного отвердения используют азотосодержащие вещества, а для отвердевания при нагревании − ангидриды органических кислот. Выбор отвердителя влияет на свойства отвердевшей эпоксидной смолы.

Отвердевшие эпоксидные смолы обладают сравнительно небольшой усадкой, примерно 0,5...2%, высокой адгезией к пластмассам, стеклам, фарфору, металлам. Нагревостойкость и механические свойства эпоксидных смол выше, чем у кремнийорганических смол, а стоимость − меньше. Эпоксидные смолы применяются для изготовления лаков, клеев заливочных компаундов.

Многие эпоксидные смолы токсичны и могут вызывать кожные заболевания, при работе с ними необходимо соблюдать правила техники безопасности. Отвердевшие эпоксидные смолы уже не оказывают на организм человека вредного воздействия.

5.2.3. Электроизоляционные пластмассы

Пластические массы (пластмассы) объединяют группу твердых или упругих материалов, которые состоят полностью или частично из полимерных соединений. Пластмассы формуются в изделия методами, основанными на использовании их пластических деформаций.

Пластмассы получают на основе натуральных и различных искусственных смол. Они успешно заменяют металлы, фарфор, каучук, стекло, шелк, кожу и другие материалы.

Пластмассы имеют следующие свойства: хорошие механические характеристики, которые позволяют изготовлять изделия, которые не подвергаются значительным динамическим нагрузкам; высокие электроизоляционные свойства, что позволяет использовать их в качестве диэлектриков; высокие коррозийная и химическая стойкости; низкая гигроскопичность; малый удельный вес (плотность пластмасс обычно составляет 900...1800кг/м²); широкий диапазон коэффициентов трения и высокое сопротивление истиранию; хорошие оптические свойства и прозрачность.

Основное исходное сырье для производства пластмасс недорого и доступно (продукты переработки нефти, природного газа, поваренной соли, известь, песок и др.). Переработка пластмасс в изделия – относительно несложный и дешевый процесс.

К основным недостаткам пластмасс относят ползучесть, т. е способность материала медленно деформироваться на холоде под действием постоянных механических нагрузок, сравнительно невысокую теплостойкость, пониженную прочность при переменных нагрузках и относительно быстрое, по сравнению с другими материалами, старение.

В состав пластмассы входят связующие вещества и наполнители. Для придания им необходимых свойств в их состав вводят пластификаторы, стабилизаторы и красители.

Связующие вещества определяют основные свойства деталей из пластмасс. Введение добавок значительно удешевляет пластмассу и существенно влияет на физико-механические свойства деталей из пластмасс.

Органическими связующими веществами являются натуральные и синтетические термопластичные и термореактивные смолы (полимеры), кремнийорганические и фторорганические полимеры и другие материалы, обладающие, способностью деформироваться при нагревании и давлении. В отдельных случаях применяют и неорганические вещества (цемент, стекло и др.). Содержание связующего вещества в пластмассах колеблется в пределах 30... 60%.

Наполнители прочно сцепляются со связующим веществом и придают пластмассам требуемые свойства. Механическую прочность придают древесная мука, асбест, теплопроводность − молотый мрамор, кварц, диэлектрические свойства − молотая слюда или кварц, нагревостойкость − асбест, стекловолокно.

Введение наполнителей уменьшает объемную усадку пластмасс, однако повышает гигроскопичность и ухудшает их электроизоляционные свойства, поэтому в пластмассах с высокими диэлектрическими характеристиками наполнитель часто отсутствует. Обычно пластмассы содержат 40...70% наполнителя.

Для повышения пластичности и холодостойкости, а также для предупреждения прилипания изделий к стенкам пресс-формы при прессовании, в пластмассы вводят пластификаторы. Доза пластификатора должна быть оптимальной, превышение ее приводит к понижению теплостойкости и механической прочности пластмасс.

Пластификаторами являются маслообразные синтетические жидкости с высокой температурой кипения (стеарин, олеиновая кислота, сульфитная целлюлоза).

Стабилизаторы способствуют длительному сохранению пластмассами своих основных свойств.

Пластмассы классифицируют по областям применения и различным свойствам: нагревостойкости, химическим свойствам, способу переработки, используемым связующим смолам.

По областям применения, пластмассы делят: на конструкционные − для изготовления корпусов приборов, ручек управления и других деталей; электроизоляционные − для каркасов катушек, панелей, плат); специальные (магнитодиэлектрики, электропроводные).

По нагревостойкости пластмассы разделяют на четыре класса. Класс Е − с нагревостойкостью до 120 ⁰С. Класс В − с нагревостойкостью до 130 ⁰С. Класс F − с нагревостойкостью до 155 ⁰С.

По химическим свойствам пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные пластмассы (термопласты) при повышении температуры переходят в жидкое состояние (плавятся), а при охлаждении затвердевают, принимая требуемую форму. Изделия из термопластов могут перерабатываться многократно.

Термореактивные пластмассы размягчаются под действием температуры и давления, но при дальнейшем нагревании необратимо переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, сохраняя приобретенную форму. Термореактивные пластмассы не поддаются вторичной переработке.

По способу переработки пластмассы разделяются на пресс-порошки и пресс-материалы, листовые и фасонные слоистые материалы и пленочные материалы.

Основными способами переработки пластмасс в изделия являются литье под давлением, прямое и литьевое прессование. Термопласты для литья под давлением выпускаются в виде гранулированных порошков. В радиоэлектронике детали отливаются из полиэтилена, полистирола, капрона, полиамидов и других материалов.

Прямое и литьевое прессование применяют для формования изделий из термореактивных материалов при повышенной температуре.

5.2.4. Слоистые пластики и фольгированные материалы

Слоистые пластики являются разновидностью пластмасс, получаемых горячим прессованием волокнистых листовых материалов, предварительно пропитанных синтетическими смолами. Связующими веществами служат синтетические фенолформальдегидные, кремнийорганические и эпоксидные смолы, а наполнителями − полотна ткани, бумаги или древесного шпона.

Из слоистых пластиков широкое распространение получили гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит.

Гетинакс − слоистый листовой материал, изготовленный методом горячего прессования двух или более слоев бумаги, пропитанной термореактивной смолой. В зависимости от марки гетинакса в качестве связующего вещества применяют фенолформальдегидную или эпоксидную смолу.

Гетинакс сохраняет основные параметры в интервале температур от − 60 до + 105 ⁰С. Обладает высокой анизотропностью .Гетинакс имеет низкую дугостойкость. Влагостойкость вдоль слоев гетинакса значительно ниже, чем поперек. Гетинакс растворяется в кислотах и щелочах, устойчив к действию минеральных масел и жиров.

Изделия из гетинакса изготавливают механической обработкой, штамповкой и вытяжкой. Выпускается гетинакс в виде листов и плит толщиной 0,4…50 мм, в виде трубок и цилиндров, из которых изготавливают каркасы катушек и изоляционные трубки диаметром 10…80 мм с толщиной стенок 1,5…5 мм. Гетинакс используют также для изготовления оснований печатных плат.

Текстолит − слоистый материал, изготовленный методом горячего прессования хлопчатобумажной ткани, пропитанной фенолформальдегидной смолой. Промышленность выпускает текстолит конструкционный и электротехнический на основе таких тканей, как бязь, миткаль, шифон, (для изделий, работающих на высоких частотах).

Текстолит конструкционный выпускается в виде листов толщиной 0,5...8 мм и плит толщиной 8...70 мм. Текстолит используют в  интервале температур от − 60 до + 150 ⁰С.

Текстолит электротехнический выпускается в виде листов толщиной 0,5...8 мм и плит толщиной 0,5...50 мм. Этот текстолит используют в интервале температур от − 60 до + 105 ⁰С.

Листовой текстолит применяют как конструкционно-изоляционный материал для изготовления изделий, которые подвергаются ударным нагрузкам, истиранию (детали переключателей), не требуют высоких электроизоляционных свойств (панели, каркасы, щиты крепежные планки), а также в качестве оснований для печатных плат. Детали из текстолита изготавливают по такой же технологии, как и детали из гетинакса.

Текстолит значительно дороже гетинакса, так как стоимость ткани значительно выше стоимости бумаги.

Стеклотекстолит – это слоистый материал, полученный горячим прессованием стеклоткани, пропитанной термореактивными смолами. Выпускается в виде листов толщиной 0,5...8 мм и плит толщиной 9...35 мм. Стеклотекстолит используют при температуре до 200 ⁰С. Он обладает повышенной влагостойкостью и лучшими электрическими и механическими параметрами, по сравнению с гетинаксом и текстолитом, но хуже поддается механической обработке.

Асботекстолит – это слоистый пластик, полученный горячим прессованием асбестовой ткани, пропитанной резольной фенолформальдегидной смолой. Выпускается в виде плит толщиной 6...30 мм. Применяется для изготовления деталей с повышенной теплостойкостью.

5.2.5. Пленочные электроизоляционные материалы

Пленочными считаются материалы, толщина которых значительно меньше их длины.

Пленки являются ценным диэлектрическим материалом, благодаря повышенной электрической прочности, достаточной механической прочности, при малой толщине. Во многих случаях существенное значение имеет их высокая влагостойкость.

Для повышения механической прочности пленок молекулы полимера ориентируют, в результате чего они вытягиваются в определенном направлении и закрепляются в таком состоянии. Неориентированные пленки имеют изотропную структуру, а ориентированные пленки – анизотропную.

Механическая прочность вдоль анизотропной пленки меньше, чем поперек нее. Такие пленки имеют значительную усадку при нагревании и могут самопроизвольно менять структуру на изотропную.

Механическая прочность изотропных пленок ниже, чем у анизотропных, но они имеют более устойчивую структуру.

Полиэтиленовые пленки получают несколькими способами.

1) На токарном станке срезают с полимерной заготовки толстый непрерывный слой материала, который затем прокатывают между горячими валиками. В результате получают изотропную пленку определенной толщины.

2) Раствор или расплав полимера разливают на гладкую холодную металлическую поверхность. В результате охлаждения расплава или испарения растворителя масса затвердевает, образовавшуюся пленку наматывают на барабан. Полученную таким способом изотропную пленку ориентируют вытяжкой или прокаткой.

3) Толстостенные, трубки из полимера выпрессовывают, выдувают с помощью сжатого воздуха и разрезают. Таким способом получают уже ориентированную (анизотропную) пленку.

Свойства пленок обусловлены свойствами исходных полимеров, в зависимости от которых их делят на полярные и неполярные пленки.

Неполярные пленки.

К неполярным пленкам относятся: полистирольная, полиэтиленовая, полипропиленовая, политетрафторэтиленовая.

Полярные пленки. Из полярных синтетических электроизоляционных пленок чаще всего применяют полиэтилентерефталатную (лавсановую), поливинилхлоридную (ПВХ), винипластовую, полиамидную, поликарбонатную, пленки из эфиров целлюлозы.

5.2.6. Электроизоляционные материалы на основе каучуков

Полимеры, которые при нормальной температуре подвержены большим обратимым деформациям растяжения (до многих сотен процентов), называются эластомерами. Эластомерами являются все каучуки и резины. На основе каучука получают также твердые резины, которые имеют относительное удлинение на разрыв всего несколько процентов (2...6 %). Такими полимерами являются пластмассы на основе каучука.

Каучуки бывают натуральные и искусственные (синтетические) Натуральный каучук (НК) получают из млечного сока (латекса) тропических растений гевеи, каучуконосных кустарников типа кок-сагыза. Каучуки по химическому составу являются полимерными углеродами, имеющий структуру, характеризующуюся наличием двойных связей.

Высокая эластичность каучука связана с зигзагообразной формой цепочек его молекул. При действии на каучук растягивающего усилия форма цепочки приближается к прямоугольной. В естественном состоянии каучук − аморфное вещество, а в растянутом состоянии имеет упорядоченное расположение молекул, характерное для кристаллических тел. После снятия растягивающего усилия каучук снова приобретает аморфное состояние

Натуральный каучук неполярен. Он легко растворяется в эфире, бензине, минеральных маслах; не растворяется в воде; при нагревании до температуры 90 ⁰С. размягчается, а при температуре ниже нуля становится твердым и хрупким.

Сырьем для синтетических каучуков (СК) служат спирт, попутные продукты нефтедобычи, природного газа и нефтепереработки. Наиболее близкими по свойствам к натуральному каучуку являются синтетические каучуки углеводородного состава: бутадиеновый (СКБ), бутадиен-стирольный (СКС), бутилкаучук. В промышленности синтезируют изопреновый (СКИ), полихлоропреновый полисилоксановый каучуки.

Синтетические каучуки делятся на каучуки общего назначения (универсальные) и специального назначения (теплостойкие, морозостойкие, маслостойкие, кислотоупорные).

Натуральный и синтетический каучуки в чистом виде не используются, так как имеют ряд недостатков, к которым относятся малая стойкость к действию повышенных и пониженных температур и растворителей, малая прочность при растяжении и большое водопоглащение.

Для устранения этих недостатков каучук подвергают вулканизации, которая состоит в нагревании каучука предварительно введенными вулканизирующими веществами (сера, металлический натрий, перекись бензола и др.). В зависимости от количества введенной, серы получают различные продукты. При содержании серы 1...3% получают мягкую эластичную резину, а при 30...35% − пластмассы на основе каучука (твердую резину).

Кроме каучука и вулканизаторов, для производства резин используют ускорители полимеризации − дифенил, оксид цинка, наполнители − сажу, углекислый марганец, мел; пластификаторы − стеариновую и олеиновую кислоты, парафины; красители − охру, ультрамарин.

Резина. Технологический процесс получения резиновых изделий состоит из приготовления сырой резины, изготовления полуфабрикатов или изделий из сырой резины, вулканизации изделий.

Для приготовления сырой резины каучук разрезают на куски и пропускают через вальцы для придания ему пластичности. Полученную массу смешивают с остальными компонентами в соответствующих пропорциях в специальных смесителях и получают сырую резину в виде однородной пластичной и малоупругой массы. Сырая резина легко поддается обработке давлением, растворяется в органических растворителях, при нагревании становится клейкой.

Для изготовления полуфабрикатов и изделий используют каландрирование, непрерывное выдавливание, прессование, литье под давлением, прорезинивание тканей.

Каландрирование – процесс получения гладкой или узорчатой листовой резины при пропускании сырой резины через валки (каландры).

Непрерывное выдавливание проводят на мундштучных прессах для получения профильных изделий.

Прессование производят в пресс-формах, которые устанавливают на гидравлические прессы.

Литье под давлением, осуществляют в литьевых машинах холодного прессования, в которых резиновую смесь выдавливают в форму поршнем. Полученные заготовки имеют высокую вибростойкость и хорошо воспринимают знакопеременные нагрузки.

Вулканизацию заготовок осуществляют без нагревания или с нагреванием до температуры 120... 150 ⁰С. Вулканизацию проводят в атмосфере нагретого пара при повышенном давлении в специальных котлах.

Резине свойственны хорошая вибростойкость, высокая эластичность, повышенная химическая стойкость, достаточная механическая прочность, хорошие электроизоляционные характеристики, устойчивость к износу. Она хорошо сочетается в эксплуатации с такими материалами, как ткань и асбест.

К недостаткам резины относятся: низкая нагревостойкость (при повышении температуры и влажности ухудшаются диэлектрические и механические свойства резины, она высыхает и растрескивается); плохая стойкость к действию нефтяных масел и других неполярных жидкостей (бензина, бензола и др.); неустойчивость к воздействию света, особенно ультрафиолетового; в присутствии озона быстро стареет и трескается.

Применяют в производстве изоляции проводов и кабелей, для изготовления прокладок, шайб, изолирующих трубок, диэлектрических перчаток, электроизоляционных ковриков.

Пластмассы на основе каучука. К пластмассам на основе каучука относятся эбонит, эскапон, асбодин, хлоркаучук и изомеризованный каучук.

Эбонит − твердая резина, которую получают при вулканизации натурального каучука, синтетического бутадиенового каучука или синтетического бутадиен-стирольного каучука, в который добавляют 25...30% серы и наполнители (эбонитовую пыль, тальк).

Эбонит имеет сравнительно высокие электроизоляционные свойства; он устойчив к действию кислот и щелочей, не растворяется в органических растворителях, также имеет высокую дугостойкость и стойкость к ударным нагрузкам. Незначительное удлинение при разрыве, всего 2...6%. Эбонит хорошо обрабатывается резанием и полируется.

К недостаткам эбонита относятся низкая теплостойкость (сохраняет свои свойства в интервале температур 50...80°С), склонность к холодной текучести; он быстро стареет под действием тепла и света.

Эбонит выпускается в виде пластин толщиной 0,5...32 мм, стержней диаметром 5...75мм и трубок с внутренним диаметром 3...50 мм.

5.2.7. Лаки и эмали

Лаки. Лаки – это коллоидные растворы пленкообразующих веществ в соответствующих летучих растворителях. В состав лака входят следующие компоненты: пленкообразующие вещества, способные давать пленку (растительные высыхающие масла, смолы, битумы, эфиры целлюлозы, полиэфирные и кремнийорганические соединения); растворители (бензол, толуол, спирт, сероуглерод, ацетон).

Пластификаторы – вещества, придающие пленке пластичность^{(касторовое масло).}

Сиккативы – твердые или жидкие вещества, которые вводятся в некоторые лаки для ускорения высыхания; красители; разжижители, добавляемые в лак для получения консистенции в соответствии с требованиями технических условий (лаковый керосин, бензин, скипидар).

При сушке лака растворитель улетучивается, а пленкообразователь в результате химических реакций, переходит в твердое состояние, образуя лаковую пленку. По режиму сушки электроизоляционные лаки делят на лаки холодной и горячей сушки.

Лаки холодной сушки хорошо высыхают при комнатной температуре 20...25 ⁰С.

Лаки горячей сушки приобретают оптимальные свойства при температуре сушки выше 70 ⁰С. Они, как правило, обладают более высокими электрическими и механическими свойствами.

Для сушки лаков, основу которых составляют термореактивные смолы, требуется нагревание. Лаки с термопластичной основой не требуют сушки при высокой температуре. Если в состав лака входит высокотемпературный растворитель (керосин), требуется сушка при высокой температуре независимо от вида лаковой основы. Для лаков с легкоиспаряющимися растворителями выбор способа сушки определяется пленкообразующей основой.

По назначению электроизоляционные лаки делят на пропиточные, покрывные и клеящие.

Один и тот же лак может использоваться в качестве пропиточного, покрывного и клеящего.

Пропиточные лаки служат для пропитки пористой и волокнистой изоляции. Изготавливают пропиточные лаки холодного и горячего отвердения.

Пропиточные лаки должны иметь необходимые изоляционные свойства, хорошие пропитывающую и цементирующую способности, быстро отвердевать и нормально функционировать в диапазоне рабочих температур.

В процессе пропитки воздух вытесняется из пор и заполняется лаком, который после высыхания по сравнению воздухом, имеет более высокие электрическую прочность и теплопроводность. После пропитки у изоляции повышается пробивное напряжение, увеличивается теплопроводность, что важно для отвода тепловых потерь, уменьшается гигроскопичность, улучшаются механические свойства.

К пропиточным лакам относят кремнийорганические, битумно-масляные, масляно-алкидные и другие лаки.

Кремнийорганические лаки применяют для пропитки стеклянной обмотки проводов кабелей и изготовления стеклотекстолита.

Битумно-масляные лаки состоят из смеси черных и масляных лаков.

В состав черных лаков входят битумы, которые определяют черный цвет жидкого лака и лаковой пленки. Битумы бывают природными (ископаемые), которые называются асфальтами, и искусственными (нефтяные), которые являются тяжелыми продуктами перегонки нефти.

Черные лаки дешевле масляных, их пленки менее гигроскопичные. Но зато они менее эластичны и более подвержены действию растворителей, а при нагревании склонны к размягчению. Поэтому в производстве электроизоляционных материалов используют битумно-масляные лаки.

В качестве растворителей для битумно-масляных лаков используют ароматические углеводороды (бензол, толуол и др.), а также скипидар.

Ароматические углеводороды вредны для организма человека, особенно бензол, поэтому их чаще всего используют в смеси с бензином. Битумно-масляный лак применяют для изготовления лакотканей.

Масляно-алкидные лаки получают взаимодействием многоосновных карбоновых кислот с многоатомными спиртами.

Покрывные лаки служат для защиты изделий от воздействия атмосферной влаги и паров агрессивных веществ. Они должны соответствовать следующим требованиям. Иметь высокие электроизоляционные свойства. Их электрическая прочность должна быть больше напряженности поля, возникающей при электрическом пробое. Удельное объемное и поверхностное сопротивление в рабочем диапазоне температур должно быть не менее 10 ¹¹ 0м∙см. Иметь высокие теплостойкость и радиационная стойкость.

Не должны вызывать дополнительных механических напряжений вследствие разности коэффициентов линейного расширения и усадки при сушке и полимеризации. От них требуются высокие гидрофобность и плотность, защищающие поверхность от проникновения воды и других веществ, а также хорошая адгезия к покрываемым поверхностям.

В оптоэлектронных устройствах они должны обладать хорошими оптическими свойствами, прозрачностью в рабочей области спектра и высоким показателем преломления. Эти характеристики не должны ухудшаться под воздействием различных климатических факторов.

Процесс нанесения защитного покрытия не должен влиять на электрические характеристики прибора и ухудшать его надежность. Защитное покрытие должно улучшать внешний вид и препятствовать загрязнению поверхностей.

К покрывным лакам относятся следующие лаки: кремнийорганические, лаки на поливинилацетатной основе, лаки на полиуретановой основе, масляные, полиамидный и полиимидный, целлюлозные.

Нитролак используют также для пропитки хлопчатобумажных оплеток проводов.

Эмали. Эмали представляют собой разновидность покрывных лаков, в состав которых вводится неорганический наполнитель − пигмент.

Пигменты повышают твердость, теплопроводность, влагостойкость покрытий и придают им соответствующий цвет. В качестве наполнителей используют железный сурик, оксиды цинка, титана и др. Эмали на эпоксидных лаках обладают хорошей адгезией и нагревостойкостью до температуры    150 ⁰С. Нагревостойкость эмалей на основе кремнийорганических лаков достигает температуры 180...200 ⁰С.

Эмали используют в качестве защитных покрытий поверхностей различных деталей и элементов радиоэлектроники и для декоративной отделки корпусов электро радиотехнических приборов.

Лаки и эмали маркируют буквенно-цифровыми обозначениями. Буква обозначает химическую основу основного компонента лака, первая цифра указывает назначение лака, а следующие цифры, его порядковый номер в соответствующей группе. Например, обозначение лака ПЭ-993 расшифровывается так: ПЭ − полиэфирный, 9 − электроизоляционный, 93 − порядковый номер в группе полиэфирных лаков.

Лакокрасочные покрытия. Нанесение жидких лаков, компаундов и эмалей с последующим их отвердением является одним из главных методов защиты поверхности и относится к наиболее простым и широко распространенным способам защиты при сборке изделий электронной техники.

Каждое покрытие имеет свои достоинства и недостатки. Нет такого материала, который удовлетворял бы всем требованиям, предъявляемым к защитным покрытиям. Поэтому выбор покрытия прибора определяется его техническими требованиями и условиями его эксплуатации.

Сушка является заключительным этапом и может проводиться на воздухе при комнатной температуре или в сушильных шкафах.

При простоте получения лакокрасочные покрытия имеют ряд недостатков. Достаточно длительный цикл отвердения, невоспроизводимость результатов в зависимости от партии лака. Слабая прочность части материалов при циклических изменениях температуры и низкая влагостойкость Растрескивание и отслаивание при низких температурах. Создание в приповерхностном слое полупроводникового кристалла значительных механических напряжений, которые оказывают сильное влияние на стабильность электрических параметров готовых приборов.

Клеящие лаки применяют для склеивания между собой твердых материалов (фольгированных диэлектриков, листов пакетов трансформаторов, пластинок расщепленной слюды).

Требования, предъявляемые к клеящим лакам. Высокая клеящая способность, хорошие электрические и механические свойства, высокая адгезия к склеиваемым материалам и технологичность.

К клеящим лакам относят полиуретановые и эпоксидные клеи на основе фенолформальдегидной смолы, карбонильный клей, глифталевый лак.

5.2.8. Компаунды

Компаунды являются механическими смесями из электроизоляционных материалов, не содержащих растворителей.

По сравнению с лаками, компаунды придают лучшую влагостойкость и влагонепроницаемость изоляции, так как при охлаждении после пропитки полностью затвердевают без следов испаряющегося растворителя. Применение компаундов дает возможность повысить мощности электротехнического устройства, при тех же габаритах, за счет улучшения условий отвода тепла.

В исходном состоянии компаунды могут быть жидкими или твердыми. Перед употреблением в жидкие компаунды вводят отвердитель, в результате чего они постепенно отвердевают, превращаясь в монолитный твердый диэлектрик.

Свойства компаунда зависят, как от исходной смолы, так и от рода отвердителя. Компаунды, состоящие только из смолы и отвердителя, обычно обладают высоким коэффициентом термического расширения. При изоляции таким компаундом металлических деталей возникают большие внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию изоляции. Для устранения внутренних напряжений в компаунд вводят наполнитель, который уменьшает усадку и улучшает теплопроводность компаунда.

Твердый компаунд предварительно нагревают до соответствующей температуры, для получения массы с определенной вязкостью.

В зависимости от применяемых смол компаунды могут быть термопластичными или термореактивными.

Термопластичные компаунды размягчаются при нагревании и отвердевают при охлаждении. При этом температура пропитки не должна вызывать термического разрушения изделия и вытекания компаунда при работе.

Термореактивные компаунды в исходном состоянии являются жидкостями.

Для повышения нагревостойкости, механической прочности и уменьшения склонности к растрескиванию в термореактивные компаунды вводят наполнители (кварц, фарфоровую муку). Они, как правило, имеют большую нагревостойкость, по сравнению с термопластичными, так как при нагревании отвердевают необратимо, что делает залитые термореактивным компаундом детали не ремонтнопригодными.

По назначению компаунды делят на пропиточные и заливочные. Пропиточные компаунды, как и аналогичные лаки, служат для пропитки пористых и волокнистых материалов. Пропитка может производиться при атмосферном давлении (свободная пропитка), под давлением или в вакууме. Пропитку при атмосферном давлении используют в тех случаях, когда пропиточный состав имеет небольшую вязкость.

Пропитку под давлением применяют при использовании вязких пропиточных компаундов с наполнителями. Изделие при этом подвергают вакуумной сушке для удаления воздуха и паров воды, а затем в том же резервуаре (для исключения проникновения воздуха в поры вакуумированного изделия) пропитывают компаундом под давлением. Для создания избыточного давления используют нейтральный газ (азот, аргон и др.), так как атмосферный воздух вызывает повышение кислотности пропиточных компаундов. Этот способ обеспечивает проникновение пропиточного состава в глубокие и узкие поры.

Пропитка в вакууме осуществляется одновременно с сушкой в специальных установках.

3аливочные компаунды служат для заполнения больших полостей и промежутков в различных деталях, а также для нанесения толстых покрытий на детали, узлы и блоки. Для заливки изделия помещают в соответствующие формы и заливают компаундом.

После окончания процесса отвердения заливочного материала форма удаляется. При этом образуется гладкая однородная поверхность, повторяющая поверхность формы.

Наибольшее распространение получили синтетические компаунды эпоксидные, кремнийорганические и полиэфирные.

Эпоксидные компаунды являются модификацией эпоксидных смол с отвердителями, пластификаторами и наполнителями.

Эпоксидные компаунды обладают хорошей адгезией к металлам, керамике, пластмассам и волокнистой изоляции; повышенной механической прочностью; малой объемной усадкой (0,5... 2,5%); могут переходить из жидкого в твердое состояние при высоких температурах, примерно 120...140 ⁰С, (в зависимости от отвердителя).

Время, в течение которого приготовленная жидкая масса сохраняет текучесть, у некоторых компаундов − до 4 ч.

Эпоксидные компаунды применяются в процессе производства трансформаторов, работающих в тяжелых условиях, блоков сопротивлений вместо громоздких фарфоровых и металлических деталей и в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Кремнийорганические компаунды в исходном состоянии являются вязкими жидкостями, которые после полимеризации превращаются в упругие твердые вещества.

Кремнийорганические компаунды имеют высокие диэлектрические и механические свойства, малую вязкость, высокую пропитывающую способность. Их нагревостойкость достигает 350 ⁰С, а холодостойкость − 60 °С.

Их применяют для герметизации полупроводниковых приборов и интегральных схем методом трансфертного прессования и заливки в формы.

IIолиэфирные компаунды изготавливают на основе ненасыщенных полиэфиров в сочетании со стиролом, метилметакрилатом и другими мономерами. В качестве катализаторов отверждения используют органические перекиси. IIолиэфирные компаунды подвержены значительной усадке (до 6 %). Применяются для герметизации оптоэлектронных приборов и интегральных схем.

5.3. Твердые неорганические диэлектрики

Стекла, стеклокристаллические материалы, получаемые с использованием специальной термообработки стекла, оксидные электроизоляционные пленки, керамика, слюда и материалы на ее основе являются твердыми неорганическими диэлектриками.

5.3.1. Стекло

Стекла, это твердые неорганические аморфные вещества, представляющие собой сложные системы различных оксидов, атомы которых не могут свободно перемещаться друг относительно друга.

Стекла не имеют резко выраженной температуры плавления. При нагревании вязкость стекла уменьшается, и оно постепенно переходит в жидкое состояние. Этот переход происходит в некотором температурном интервале t_1…t₂; t₁ − температура, при которой стекло теряет (при размягчении) или приобретает (при охлаждении) свойство хрупкости: t₂, − температура, при которой из стекла можно вытягивать нити. Чем больше температурный интервал t_1…t, тем ниже диэлектрические свойства стекла.

Размягченное в процессе нагревания стекло обрабатывается выдуванием, вытяжкой, прессовкой, литьем. Нагретые до достаточно высокой температуры стеклянные детали могут привариваться друг к другу, а также к деталям из других материалов.

Изделия из стекла подвергаются отжигу для устранения механических напряжений, которые возникают в стекле при быстром и неравномерном его остывании. В процессе отжига изделие нагревают до определенной температуры, а затем медленно охлаждают. Свойства стекол меняются в широких пределах в зависимости от их состава и режима тепловой обработки.

К основным параметрам, характеризующим стекла, относят плотность, механическую прочность, твердость, электрические и тепловые свойства, химическую стойкость.

Плотность стекол колеблется от 2 до 8 г/см³. Плотность обычных силикатных стекол близка к 2.5 г/см³. Плотность наиболее тяжелых свинцовых стекол, содержащих до 80% оксида свинца РbО, примерно равна плотности железа (примерно 8 г/см³). Кварцевое стекло, состоящее только из окиси кремния SiO₂, имеет наименьшую плотность (2,3 г/см³).

Предел прочности при растяжении и сжатии определяют механические свойства стекол. Предел прочности стекла при растяжении не превышает 83 МН/м² и увеличивается при повышении содержания в нем кремнезема SiO₂ и оксида кальция СаО. Щелочные оксиды снижают прочность стекла. Гораздо лучше стекло противостоит сжатию, предел прочности обычного стекла при сжатии равен 90 10⁷ Н/м². т.е. более чем в 10 раз больше предела прочности при растяжении. Правильный отжиг повышает прочность стекла на растяжение и сжатие. Прочностные особенности стекла при растяжении и сжатии учитывают при конструировании металлостеклянных спаев.

Твердость стекла − это его способность сопротивляться царапанью. Стекло обладает значительной твердостью, но плохо переносит ударные нагрузки. Наибольшую твердость имеют боросиликатные стекла, содержащие примерно 15% борного ангидрида В₂О₃,. а самые мягкие свинцовые стекла. Твердость стекла имеет большое значение при его резании, шлифовке, сверлении и других видах механической обработки.

Стекло относится к хрупким материалам. Наименьшей хрупкостью обладают боросиликатные стекла.

Электрические свойства стекол зависят от их химического состава и термообработки. При нормальной температуре удельное электрическое сопротивление стекол ρ изменяется от 10⁶ до 10⁹ 0м∙м, но у некоторых стекол ρ может составлять 10³ Ом∙м. Удельное сопротивление стекла существенно зависит от температуры. При повышении температуры от 20 ⁰С, до 200 ⁰С, оно уменьшается в 10⁴ раз. Большое содержание оксидов щелочных металлов в составе стекломассы, существенно снижает объемное сопротивление стеклянных деталей. Введение оксидов двухвалентных металлов снижает на несколько порядков электропроводность стекла, и уменьшает ее зависимость от температуры.

Относительная диэлектрическая проницаемость стекол ε зависит от их состава и температуры. В области температур 20...60 ⁰С ее изменение незначительно, а начиная с температуры 110 ⁰С у щелочных стекол она резко возрастает. Наименьшую диэлектрическую проницаемость ε, имеет чистое кварцевое стекло (ε = 3,7). Содержание щелочных оксидов (Nа₂0 в большей степени, чем К₂0) повышает диэлектрическую проницаемость силикатных стекол. Самые высокие диэлектрические потери имеют щелочные стекла.

Основными тепловыми свойствами стекол являются температура размягчения Т_раз, температурный коэффициент линейного расширения , коэффициент термического расширения .

Температурой размягчения стекла называется температура, при которой вязкость его составляет 10⁷…10⁸ Па∙с. Температуры размягчения большинства стекол лежит в пределах от 350 до 1700 ⁰С, при температуре 1700 ⁰С размягчается кварцевое стекло.

Стекло плохо проводит тепло. Теплопроводность его изменяется с изменением температуры. С повышением температуры, теплопроводность стекла растет. При росте температуры от 20 ⁰С, до температуры размягчения, она увеличивается примерно в 2 раза.

Температурный коэффициент линейного расширения стекол изменяется от 5,5∙10^-7 до 150∙10^-7 К^-1. Этот коэффициент нужен для оценки стойкости стекол к термоударам, чем меньше, тем больше стойкость стекла к термоударам. Значение  стекол необходимо знать, если их соединяют с другими материалами и при нанесении стекло эмали на различные поверхности. При этом  стекла и соединяемых с ним материалов должны иметь близкие значения.

Принадлежность стекол к молибденовой или вольфрамовой группе объясняется близостью этих стекол к молибдена и вольфрама. Сочетание стекло − вольфрам, стекло − молибден часто применяются в электровакуумных приборах.

Значение коэффициента термического расширения стекол находится в пределах от 5∙10^-8 до 8∙10 ^-7 К^-1. Наименьшим из всех стекол, обладает кварцевое стекло. Стекла с малыми хорошо выдерживают резкие колебания температуры. При введении в стекло щелочных оксидов его значительно повышается. Увеличение содержания SiO₂, и В₂0₃, до 15% снижает стекла. В электровакуумном и полупроводниковом производстве стекла классифицируют по коэффициенту термического расширения.

К твердым или тугоплавким стеклам относят стекла, имеющие значение К^-1. Стекла с боросиликатным или алюмосиликатным составами тугоплавки и обладают высокими диэлектрическими свойствами, термостойкостью и температурой размягчения, а также механической прочностью.

К мягким или легкоплавким относят стекла с К^-1. Стекла со свинцовым, баритовым или магнезиальным составами легкоплавкие.

Для стекол принята буквенно-цифровая маркировка, например, в марке С52-1 буква С означает стекло, двузначное число его, а последняя цифра – порядковый номер разработки данной марки стекла.

Коэффициент термического расширения стекла определяют методом двойной нити. Для этого в пламени газовой горелки изготовляют спай двух стекол – эталонного и испытываемого, а затем из спая вытягивают нить. При равенстве эталона и образца нить после охлаждения остается прямой, а при разнице – изгибается.

Химическая стойкость стекла зависит от его состава. Стекло обладает сравнительно высокой химической стойкостью, но вода, щелочи и кислоты постепенно разрушают его поверхность. С повышением температуры воды, щелочей и кислот процесс разрушения стекла усиливается. К действию органических растворителей стекло устойчиво. Стекло хорошо растворяется в плавиковой кислоте, поэтому при травлении полупроводниковых материалов в смеси плавиковой и азотной кислот нельзя использовать стеклянную посуду. По химической стойкости стекла разделяют на пять гидролитических классов.

По химическому составу технические силикатные стекла делят на три группы.

1) Щелочные стекла без тяжелых оксидов или с незначительным их содержанием. К ним относят наиболее распространенные в быту стекла оконные, бутылочные.

2) Щелочные стекла с большим содержанием тяжелых оксидов (ВаО, РbО), которые применяют в качестве электроизоляторов.

3) Бесщелочные стекла (кварцевое стекло), а также стекла с очень малым содержанием щелочных оксидов.

По применению в радиоэлектронике различают электровакуумные стекла, изоляторные стекла, стеклоэмали, стекловолокно и свекловоды.

Электровакуумные стекла применяют для изготовления баллонов газоразрядных и электронных ламп, оболочек рентгеновских ламп, кинескопов и др.

Изоляторные стекла используют для герметизации выводов некоторых типов конденсаторов, терморезисторов, для получения металлостеклянных спаев корпусов микросхем. Боросиликатные и алюмосиликатные стекла применяют для изготовления изоляционных подложек, на которые монтируют активные и пассивные элементы микросхем.

Стеклоэмали – это легкоплавкие стекла, которые наносятся на поверхности изделий с целью защиты от коррозии, электрической изоляции, а также для придания эстетичного внешнего вида. Измельченный порошок стекла наносят на поверхность изделия и обжигают. В результате плавления эмаль растрескивается по поверхности изделия, и после охлаждения остается на ней в виде тонкого (0,1... 1,0 мм) сплошного стекловидного покрытия.

В качестве электроизоляционного материала стекло эмали применяют для трубчатых резисторов. На наружную поверхность керамической трубки наносится проволочная обмотка, которая покрывается слоем эмали. Эмаль создает изоляцию между отдельными витками, между оболочкой и окружающей средой, а также защищает ее от окисления, влаги.

Стекловолокно получают из расплава стекла, чаще из бесщелочного алюмоборосиликатного. Расплавленная стекломасса проходит через фильеры диаметром 1 мм. Выходящая из фильеры нить наматывается на барабан с большой скоростью (примерно 30 м/с) и в горячем виде вытягивается в тонкое волокно толщиной несколько микрометров. Стекловолокно отличается от органических волокон более высокой нагревостойкостью, повышенной механической прочностью, относительно малой гигроскопичностью, хорошими электроизоляционными свойствами.

Недостатками изоляции из стекловолокна являются относительно высокая хрупкость, низкая стойкость к истиранию и изгибу и малое значение относительного удлинения при разрыве (2...3%).

Из стеклянных нитей изготавливают световоды, изоляцию монтажных, обмоточных и микропроводов, стеклянные ткани, которые используют в производстве нагревостойких стеклолакотканей и стеклотекстолитов. Пресс-порошок из коротких стекловолокон применяют как наполнитель для пластмасс.

Световоды представляют собой световедущее волокно, состоящее из световедущей жилы с высоким показателем преломления света и изоляционной оболочки с меньшим показателем преломления света. В видимой и ближней инфракрасной области спектра наибольшее распространение получили световодные волокна, изготовленные из оптического стекла. Световоды широко применяют для передачи различной информации в вычислительной технике, телевидении, фототелеграфии и т.д. В менее ответственных случаях, например для освещения, вместо стеклянных световодных волокон применяют более дешевые пластмассовые волокна из полиметилметакрилата, полистирола и других пластмасс.

5.3.2. Ситаллы

Ситаллы получают в результате частичной кристаллизации стекломассы, в которую кроме обычных оксидов вводят тонкодисперсные примеси, служащие для образования центров кристаллизации. Различные марки ситаллов содержат разного вида окислы кремния – от 30 до 90%, титана – от 10 до 20%, бора – от 15 до 30%, алюминия - от 12 до 28%, магния - от 5 до 20%, калия - от 2 до 4%о, лития - от 5 до 10%.

Для образования центров кристаллизации применяют оксид титана ТiO₂, серное железо FеS, фториды и фосфаты некоторых металлов и другие вещества.

От стекол ситаллы отличаются иным химическим составом и строением. Они занимают промежуточное место между обычными стеклами и керамикой. Ситаллы состоят из равномерно распределенных по всему объему мелких кристалликов, сросшихся друг с другом или соединенных тонкими прослойками остаточного стекла. Содержание кристаллической фазы в ситаллах достигает 95%, а размеры оптимально развитых кристалликов 0,01...2 мкм. В отличие от стекол ситаллы непрозрачны.

Процесс производства ситаллов происходит в два этапа. В начале получают изделия из стекломассы специально подобранного состава традиционными способами, а затем их подвергают двухступенчатой термообработке. При температуре 500...700 ⁰С происходит образование центров кристаллизации, а при температуре 900...1100 ⁰С – развитие кристаллической фазы.

Силикаты – группа широко распространенных минералов, имеющих сложные и разнообразные химические составы. Они являются кристаллохимическими конструкциями солей метакремниевой и ортокремниевой кислот, в которых иногда кремний замещается алюминием, бором, титаном и некоторыми другими элементами.

В процессе термообработки происходит усадка материала, достигающая 2%. Полученные таким способом ситаллы называют термоситаллами.

Формирование кристаллического строения в ситаллах может производиться фотохимическим способом. В процессе облучения и последующей низкотемпературной обработки (процесса проявления) из оксидов, входящих в состав стекла, выделяются мельчайшие частицы металлов – меди, золота, серебра, алюминия, которые являются стимуляторами кристаллизации. В процессе проявления ранее бесцветный материал приобретает определенную окраску (от белого до коричневого цвета). Эти ситаллы получили название фотоситаллов.

В настоящее время получены сегнетоситаллы и пьезоситаллы, которые используют в качестве активных диэлектриков.

Подбирая химический состав исходного стекла и режим термообработки, можно получить ситаллы с необходимыми свойствами. Ситаллы с высокой механической прочностью и твердостью, с хорошей термической и химической стойкостью, (интервалом рабочих температур от − 50 до + 700 ⁰С), с малыми диэлектрическими потерями. С более высокими электроизоляционными свойствами, по сравнению со стеклами того же химического состава. Изделия из ситаллов имеют низкую стоимость, благодаря доступности сырья и простоты технологии изготовления.

Эти свойства ситаллов позволяют широко использовать их в производстве различных приборов электронной техники, работающих в широком диапазоне частот и температур.

Основные характеристики ситаллов приведены ниже.

Плотность р, кг/м³...................................................................... 2300...3000

Температура размягчения Т_раз, ⁰С ........................................... 900...1300

Предел прочности, МПа:

при изгибе ............................................................................. 120... 200

при сжатии ............................................................................. 500... 1200

Температурный коэффициент линейного

расширения , К^-1 ..................................................................... (0,1...12)∙10⁶

Удельное электрическое сопротивление ρ, Ом∙м ……............. 10¹⁰...10¹²

Диэлектрическая проницаемость ε …………………………… 5…7

Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ,

при частоте 1 МГц ...................................................................... (10...800)∙10^–4

Электрическая прочность Е, МВ/м ................................................. 20...80

5.3.3. Керамика

Керамика − твердый плотный материал, который получают в результате спекания неорганических солей с минералами и оксидами металлов.

В процессе ее производства, качестве исходных материалов используют непластичные кристаллообразующие компоненты и пластичные компоненты.

К кристаллообразующим компонентам относятся неорганические соли (хлористый алюминий, хлористое железо, хлористый магний), минералы (кварц, глинозем и тальк), а также карбонаты.

К пластичным компонентам относятся различные глинистые материалы. Глина является необходимым компонентом при изготовлении большинства изделии из керамики.

Керамические материалы представляют собой многофазовую систему, состоящую яз кристаллической, аморфной или стекловидной и газовой фаз.

Кристаллическая фаза является основной; стекловидная представляет собой прослойки стекла, которые связывают кристаллическую фазу. Газовая фаза присутствует в керамике в виде пор, микротрещин, которые приводят к снижению механических и электрических свойств материала.

Высокие изоляционные свойства имеет керамика, содержащая только кристаллическую фазу. Но ее аморфная составляющая играет исключительно важную роль в технологическом процессе изготовления керамических изделий. Вследствие сложных реакций она цементирует отдельные зерна исходного порошка и обеспечивает материалу необходимую механическую прочность.

Электрические свойства керамических материалов зависят от числа и степени закрепления слабо связанных ионов, например калия и натрия, которые под действием внешних факторов (температуры, электрического поля) могут покидать места закрепления и перемещаться. В результате этого электропроводность керамики повышается.

Процесс производства керамических изделий состоит из следующих этапов: приготовление керамической массы, формирование изделий, сушка, отжиг.

В процессе приготовления керамической массы, исходные материалы сортируют и очищают от крупных посторонних примесей. Затем их мелят и смешивают по заданной рецептуре. Помол осуществляется в шаровых мельницах с добавлением воды. Вначале размалывают непластичные компоненты, а затем загружают пластичные материалы. Смесь материалов, подученных в шаровых мельницах, называется шликером.

Формование деталей проводят разными способами − прессованием, штамповкой, горячим литьем и обработкой резанием.

Сушка заготовок проводится на воздухе при комнатной температуре, или в сушильных шкафах при температуре 60...70 ⁰С.

Перед обжигом заготовки нагревают .до температуры 70...80 ⁰С и погружают в ванну с парафином от одного до шести часов. Температура ванны составляет 80... 100 ⁰С. После пропитки заготовки устанавливают на наклонный противень для стекания излишков парафина.

Обжиг проводят в печах непрерывного или периодического действия в два этапа. На первом этапе при температуре 800...1000 ⁰С происходит выгорание органических веществ, имеющихся в керамической массе. Второй этап проводят при температуре 1000...1700 ⁰С. В результате чего, происходит спекание керамической массы. Детали получают окончательные размеры и необходимую механическую прочность.

Свойства керамических изделий в значительной степени зависят от режимов отжига и содержания примесей. Для получения стабильных свойств керамики режимы обжига выбираются так, чтобы не создавалось неустойчивых соединений и не происходило распада твердых растворов. Примесями могут быть оксиды посторонних металлов и влага. Влага ухудшает электрические параметры керамики.

В некоторых случаях обожженные изделия могут подвергаться дополнительной механической обработке и металлизации.

Керамические материалы обладают хорошими нагревостойкостью, влагостойкостью, механической прочностью, высокими диэлектрическими свойствами, стабильностью и надежностью параметров при эксплуатации. Для керамики возможно получение заранее заданных электрофизических параметров.

Керамические материалы разнообразны по свойствам и области применения. В зависимости от назначения изготавливают радиотехнические керамические материалы следующих типов: конденсаторная керамика (высокочастотная и низкочастотная), установочная керамика (высокочастотная и низкочастотная).Каждый тип керамики подразделяют на 10 классов.

Конденсаторная керамика должна иметь высокую диэлектрическую проницаемость, малый тангенс угла диэлектрических потерь, электрическую и механическую прочность, высокую термостабильность и малый температурный коэффициент диэлектрической проницаемости (контурные стабильные конденсаторы), отрицательное значение температурного коэффициента диэлектрической проницаемости (термокомпенсирующие конденсаторы).

Свойства керамических изделий (конденсаторов) можно изменять, меняя состав исходного сырья, технологические режимы изготовления и вводя различные добавки.

Основными компонентами исходного сырья для изготовления конденсаторной керамики являются кристаллообразующие оксиды титана, олова, циркония, стронция, кальция, магния, алюминия и др. Исходное сырье конденсаторной керамики мало пластично, поскольку глина в нем отсутствует или содержится в незначительном количестве. Поэтому при изготовлении изделий из него, для обеспечения необходимой пластичности, часто вводят органическую связку, которая выгорает при обжиге.

Высокочастотная конденсаторная керамика отличается высоким содержанием кристаллической фазы и небольшим содержанием бесщелочной аморфной фазы.

Высокочастотная керамика подразделяется на I, II, III классы.

Керамика I класса получается на основе титаната стронция SrTiO₃, или титаната кальция СаTiO₃,. Керамику I класса применяют для изготовления высокочастотных конденсаторов, к которым не предъявляют требований стабильности емкости.

Керамика II класса получается на основе твердых растворов цирконата кальция СаZrO₃, и титаната кальция СаTiO₃ или нитратов алюминия и кальция. Эта керамика применяется для изготовления термокомпенсирующих и разделительных конденсаторов низкого и высокого напряжения.

Керамика III класса получается на основе кристаллообразующих твердых растворов станата кальция СаSnO₃, титаната кальция СаTiO₃ цирконата кальция СаСg O₃, а также нитратов алюминия и кальция. Эта керамика отличается высокой термостабильностью и применяется для контурных конденсаторов высокой стабильности.

Низкочастотная конденсаторная керамика характеризуется высоким значением диэлектрической проницаемости и относительно большим тангенсом угла диэлектрических потерь. Диэлектрическая проницаемость низкочастотной керамики зависит от температуры и напряженности электрического поля. Эта зависимость нелинейная, поэтому керамику называют нелинейной. Низкочастотную конденсаторную керамику делят на IV, V классы.

Керамику IV класса получают на основе кристаллообразующих твердых растворов титанатов стронция SrTiO₃, и висмута Вi₄Ti₃O₁₂. Используют данную керамику в производстве низкочастотных конденсаторов (на частоты до 10 кГц) и однополярных видеоимпульсных конденсаторов.

Керамику V класса получают на основе твердых растворов титаната и цирконата бария, титаната висмута, ниобитов свинца, стронция и кальция. В некоторых случаях используют высокотемпературный сегнетоэлектрик метаниобат свинца РЬNb₂О₆. Керамику этого класса применяют для изготовления разделительных и блокировочных конденсаторов.

Установочная керамика применяется в производстве изделий, которые подвергаются механической нагрузке (опорные и подвесные изоляторы), или деталей для композитных конструкций.

Высокочастотная установочная керамика используется для изготовления различных установочных деталей радиоэлектронной аппаратуры, которые подвергаются механической нагрузке, работая в поле высокой частоты. Эта керамика характеризуется низким тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ в области высоких частот, малой зависимостью тангенса учла диэлектрических потерь tgδ от температуры и частоты, высокой механической прочностью.

Высокочастотную установочную керамику подразделяют на VI, VII, VIII классы. Керамика VI класса отличается высокой нагревостойкостью и состоит из трех групп.

Основой кристаллообразующей фазы форстеритовой керамики является форстерит 2МgOSiO₂, который получают после обжига талька, и оксид магния. Для снижения температуры обжига и придания материалу определенных свойств в керамическую массу вводят различные добавки: бораты, углекислый барий. Применяется она для согласованных металлокерамических спаев в радиолампах, а также для изготовления изоляторов корпусов полупроводниковых приборов на основе спаев керамики с металлами, которые обладают повышенным коэффициентом линейного расширения .

Кристаллической фазой шпинельно-форстеритовой керамики являются кристаллы форстерита и шпинели МgO∙Аl₂O₃.

Цельзиановая керамика получила название от цельзиана ВаО∙Аl₂O∙2SiO₂. В исходный состав сырья кроме цельзиана входят глинозем, аморфный кварц, углекислый барий, каолин, глина.

Виллемитовая керамика производится на основе виллемита 2ZnO SiO₂.

Из цельзиановой и виллемитовой керамики изготавливают каркасы для катушек со стабильной индуктивностью и конденсаторы малой мощности.

Керамика VII класса изготавливается на основе природного магнезиального (силикатного) сырья, преимущественно талька ЗМgO∙4 SiO₂∙Н₂O. Разновидностью этого класса керамик являются стеатитовая керамика. Аморфную фазу стеатитов составляет бесщелочное бариевое стекло. Кроме талька в исходное сырье включают глинистые компоненты, энстатит, серпинтин, а также искусственно синтезированный метасиликатный магний.

Для снижения усадки керамической массы при сушке и обжиге входящий в ее состав тальк предварительно обжигают и измельчают. Введение в исходное сырье обожженного талька снижает пластичность готовых изделий, поэтому для придания стеатитовой керамике необходимой пластичности в исходное сырье добавляют большее количество глинистых компонентов. В зависимости от требуемых свойств и методов формирования изделия содержание глинистых компонентов в стеатите колеблется от 5 до 15%.

В зависимости от состава исходных компонентов и технологии изготовления получают непластичную и пластичную стеатитовую керамику. Стеатитовую керамику используют для изготовления изолирующих колец, проходных изоляторов, опорных плит и подложек, элементов корпусов полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Керамика VIII класса – это глиноземистая керамика, кристаллообразующую основу которой составляет корунд Аl₂,0₃. Глиноземистая керамика обладает наибольшей механической прочностью, высокой твердостью, высокой химической стойкостью, повышенным значением теплопроводности и высокими электроизоляционными свойствами.

Ультрафарфор – это высококачественный керамический материал с большим содержанием корунда. Его исходное сырье состоит из глинозема, глины, углекислых солей бария и стронция. Чем больше глинозема в исходном сырье, тем менее пластична формовочная масса, что позволяет изготавливать изделия только небольших размеров.

Ультрафарфор имеет повышенные по сравнению с обычным фарфором механическую прочность и теплопроводность, меньший тангенс угла диэлектрических потерь tgδ до частот 10¹⁰ Гц. Он применяется для изготовления ответственных установочных деталей сложной конфигурации, высоковольтных конденсаторов, вакуум-плотных спаев с металлами, плат и радиотехнических подложек.

Алюмооксид (высокоглиноземистая керамика) – непластичный, очень твердый материал, обладающий высокой нагревостойкостью (рабочая температура до 1600 ⁰С). Исходное сырье алюмооксида содержит 95...98% глинозема и 5...2% минерализаторов (мрамор, глина).

Алюмооксидную керамику получают из предварительно обожженного молотого технического глинозема или электроплавленного корунда. Общее содержание стекловидной фазы от 8 до 14%.

Диэлектрические свойства алюмооксидной керамики определяют количество содержащихся в ней примесей и добавок, а также структура и фазовый состав. Удельное сопротивление керамики с увеличением температуры снижается.

Широкое применение изделий из алюмооксида ограничено из-за значительной стоимости и сложности технологии изготовления. Он используется в качестве изоляции для электронных ламп, изготовления вакуум-плотных переходных изоляторов корпусов полупроводниковых приборов и радиотехнических антенных изоляторов. испытывающих большие механические нагрузки.

Поликор является высокоглиноземистой керамикой, его плотность близка к плотности корунда А1₂О₃,. В отличие от обычной (непрозрачной) корундовой керамики поликор прозрачен. Поликор используют в качестве подложек для гибриднопленочных интегральных микросхем.

Низкочастотная установочная керамика по сравнению с высокочастотной имеет худшие электрические характеристики и меньшую механическую прочность, но отличается высокой пластичностью исходного сырья и более простой технологией изготовления изделий.

Низкочастотная установочная керамика включает в себя IX, Х классы.

Керамика IX класса – это стеатиты со значительным содержанием глинистых материалов и оксида бария ВаО.

Керамика Х класса получается при использовании специальных сортов глин и минералов: кварца и полевого шпата.

Фарфор является одним из основных материалов для производства малоответственных установочных деталей (розеток, патронов электрических ламп). Электротехнический фарфор содержит: SiO₂, − 70%; А1₂O₃ − 25%;

К₂O, Na₂O, Fe₂O₃ − 5%.

При обжиге, из-за потерь составными частями фарфора воды и уплотнения структуры наблюдается усадка − значительное (до 20%) уменьшение размеров изделия. Усадка не позволяет получать обожженные изделия из фарфора с малыми допусками по размерам.

Операцию обжига часто сочетают с глазуровкой, т.е. покрытием поверхности изделия стекловидной массой, придающей изделию механическую прочность и влагостойкость, а также красивый внешний вид и требуемую окраску.

Радиофарфор – это фарфор, в стекловидную фазу которого вводят тяжелый оксид бария ВаО.

Радиофарфор применяют в производстве каркасов катушек индуктивности, ламповых панелей, изоляции статорных пластин воздушных конденсаторов, антенных изоляторов.

Кроме керамических материалов, являющиеся оксидами или системами из нескольких оксидов, существуют безоксидные керамические материалы – нитриды, карбиды, силициды, бориды и их композиции.

В микроэлектронике широко применяют нитрид бора ВN (боразон), который является электроизоляционным материалом высокой нагревостойкости. Он может функционировать при очень высоких температурах, но в нейтральной или восстановительной атмосфере. Кипящая вода и слабые кислоты разрушают его.

5.3.4. Неорганические электроизоляционные пленки

Неорганические электроизоляционные пленки являются химическими покрытиями, которые получают в процессе создания на поверхности деталей тонких оксидных пленок или пленок трудно растворимых солей с помощью специальных растворов.

Химические покрытия применяют для защиты от коррозии, повышения износостойкости и декоративной отделки различных изделий.

Для изоляции алюминиевых проводов и лент, в качестве диэлектрика пленочных электролитических конденсаторов, элементов интегральных схем используют пленки оксидов алюминия А1₂O₃, тантала Та₂О₅, титана ТiO₂, ниобия Nb₂O₅, кремния SiO₂ германия GеО. Такие пленки наносят на металлы, полупроводники или другие материалы.

Для оценки способности металла к образованию сплошного оксидного слоя используют объемный коэффициент оксидирования К, который определяется как отношение объема полученного оксида к объему металла, перешедшего в оксид.

Если К > 1, то на поверхности металла образуется сплошной оксидный слой. Если К < 1, то на поверхности такого металла нельзя получить сплошное покрытие. Например, для железа К < 1, следовательно, на железе нельзя получить сплошной оксидный слой, а для алюминия К > 1, поэтому алюминий даже на воздухе покрыт пленкой оксида А1₂ O₃.

Наибольшее распространение в радиоэлектронике получили оксидирование, фосфатирование и азотирование.

Оксидирование – это процесс получения на поверхности деталей тонких оксидных пленок. Оксидированию подвергают детали из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов. Оксидные покрытия получают химическим и электрохимическим способами. Химическое оксидирование проводят после подготовки деталей в растворе едкого калия КОН, в котором поверхность приобретает перламутрово-матовый цвет, или в растворе Nа₂,СО₃ + Nа₂ СrО + NаОН, в котором поверхность приобретает цвет от золотистого до темно-зеленого.

Электрохимическое оксидирование (анодирование) проводят в электролитических ваннах в растворе серной кислоты. Деталь при этом является анодом, а в качестве катода используют свинцовые пластины.

Оксидную пленку на поверхности алюминиевых проводов и лент получают анодированием. При использовании в процессе анодирования хромовокислых растворов образуются оксидные пленки светло-серого цвета, а сернокислых – бесцветные. Для уменьшения пористости полученной пленки, применяют дополнительную обработку анодированных деталей горячей водой, водяным паром, пропитывание ланолином, парафином, лаками.

Процесс изолирования прост и дешев и позволяет получать оксидную изоляцию, обладающую малой толщиной (от 3 до 12 мкм), высокой нагревостойкостью (рабочая температура достигает 600 ⁰С); высокой теплопроводностью, высокой химической стойкостью. К недостаткам такой оксидной изоляции относят плохую гибкость и заметную гигроскопичность.

Оксидную изоляцию, полученную анодированием, применяют также в оксидных электролитических, оксидно-полупроводниковых и металлооксидных конденсаторах. Благодаря малой толщине диэлектрика (до 1 мкм), малым размерам и массе оксидные конденсаторы обладают высокой емкостью и значительной диэлектрической проницаемостью (от 10 до 40).

Оксидные пленки на черных металлах получают химическим и электрохимическим способами. При химическом способе деталь нагревают в атмосфере водяного пара или расплавленной селитры. Таким способом получают изоляционные пленки на трансформаторных пластинах.

Качество пленок при химическом и электрохимическом оксидировании стали равноценны. Размеры стальных деталей при оксидировании практически не изменяются. Цвет оксидной пленки на малоуглеродистых сталях – черный, на высокоуглеродистых сталях – черный с серым оттенком. Толщина пленок составляет 0,6...0,8 мкм, но может достигать 1,5...3 мкм.

Оксидные пленки на поверхности сталей обладают эластичностью; низкой прочностью, поэтому не могут быть использованы для деталей, работающих в условиях трения.

Защитные свойства пористых оксидных пленок на стальных изделиях повышают обработкой смазочными маслами или покрытием лаками.

При оксидировании деталей из меди и ее сплавов для защиты от влаги более качественными получаются оксидные пленки, полученные электрохимическим оксидированием. Толщина пленки составляет 3...12 мкм. Она обладает твердостью, более высокой, чем у основного металла, износоустойчивостью и влагостойкостью.

Оксидную изоляцию применяют также в оксидных электролитических, оксидно-полупроводниковых и металлооксидных конденсаторах. В качестве диэлектрика в этих конденсаторах используют оксиды алюминия, титана, ниобия.

Благодаря малой толщине диэлектрика (до 1 мкм), малым размерам и массе оксидные конденсаторы обладают высокой емкостью и значительной (примерно 10...40) диэлектрической проницаемостью ε.

Тонкопленочный конденсатор конструктивно представляет собой, многослойную структуру, в простейшем случае состоящую из двух металлических обкладок. разделенных слоем диэлектрика. Параметры пленочных конденсаторов определяются в основном свойствами диэлектрического слоя, который может быть в виде анодоокисляемых пленок или может наноситься на подложку методом вакуумной технологии.

Пленки окиси титана получают анодным окислением. Они обладают относительной диэлектрической проницаемостью ε = 16...25, малой дефектностью, возможностью строгого контроля толщины пленки в процессе ее получения и хорошей влагостойкостью.

Моноокись кремния получают обычно термическим испарением и используют в качестве защитных слоев при создании пленочных конденсаторов и резисторов. Пленки обладают относительной диэлектрической проницаемостью ε = 3,5...6.8, удельной емкостью С₀ = 104 пф/см². малой дефектностью и хорошей влагостойкостью.

Моноокись германия, как и моноокись кремния, получают термическим испарением, но при более низких температурах. Преимуществом моноокиси германия является наличие большого количества травителей, что позволяет селективно снимать моноокись германия без влияния на другие ранее изготовленные пленочные элементы микросхемы. Пленки обладают относительной диэлектрической проницаемостью ε = 10, удельной емкостью С₀ = 150...200 пФ/см² и влагостойкостью, худшей, чем у моноокиси кремния (требует дополнительных мер защиты).

В полупроводниковой технологии для защиты кристаллов с р-п-переходами от воздействий окружающей среды (прежде всего влаги и кислорода) применяют пленки на основе оксидов алюминия, титана, циркония, бериллия и т.п., полученные осаждением в кварцевой трубе. Исходный материал берут в виде порошка, а в качестве несущего агента используют галоген или галоидное соединение водорода. Эти же пленки можно получать вакуумным катодным распылением.

Защитные пленки для полупроводниковых кристаллов с p-n-переходами должны обладать малой химической активностью, высокими электроизоляционными свойствами, хорошей адгезией, низкими механическими напряжениями при резких изменениях температуры, стабильностью защитных свойств в диапазоне температур от 60 до +400 ⁰С.

Фосфатирование – это процесс нанесения на поверхность деталей покрытий в виде трудно растворимых солей.

Полученные пленки служат защитным покрытием от коррозии, а также электроизоляционным слоем и подслоем для последующего лакокрасочного покрытия.

Фосфатирование применяют для защиты от коррозии черных металлов магния, цинка (трансформаторные, роторные и статорные пластины); для уменьшения трения при получении изделий вытяжкой (образование пленки производится после вырубки, снятия заусенцев и отжига пластин), а также для изоляции поверхности при лужении и цинковании. Химическое фосфатирование проводится при погружении деталей в ванну, содержащую фосфорнокислые соли железа и марганца.

Фосфатирование не изменяет размеров детали, поскольку в процессе увеличения толщины оксидной пленки уменьшается толщина металла за счет его растворения. Цвет покрытия светло-серый или темно-серый. Для повышения коррозионной стойкости фосфатного покрытия применяют дополнительную обработку жировыми лаками и красками. Толщина пленки при мелкокристаллическом строении составляет 2...4 мкм, а при крупнокристаллическом − 10...15мкм.

Фосфатные пленки обладают хорошей адгезионной способностью, жаростойкостью (примерно 500 ⁰С), высоким электрическим сопротивлением (выдерживают напряжение до 1200 В); хорошо удерживают масла, лаки и краски.

Азотирование – это процесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий азотом при температуре 500...600 ⁰С. Азотирование проводят для придания изделиям большей твердости, износостойкости, повышения предела усталости и коррозионной стойкости.

5.3.5. Слюда и материалы на ее основе

Слюда является природным кристаллическим электроизоляционным материалом, который легко расщепляется на тонкие пластинки по параллельным друг к другу плоскостям. Эти плоскости называются плоскостями спайности.

Слюда обладает высокими электроизоляционными свойствами нагревостойкостью, механической прочностью, гибкостью прозрачностью (в тонких слоях многих видов слюды), резко выраженной анизотропией (свойства слюды поперек и вдоль плоскости спайности существенно различаются).

Слюда встречается в природе в виде кристаллов, включенных в горные породы, и составляет 3,8% массы земной коры. Однако богатые промышленные месторождения, где добывают слюду высокой чистоты в виде крупных кристаллов, немногочисленны.

Первоначальная обработка слюды состоит в ее очистке от посторенних примесей. Очищенную слюду сначала раскалывают на пластины толщиной 0,1...0,6 мм, обрезают дефектные участки, расщепляют на пластинки толщиной 1...5 мкм и подразделяют на размеры, группы и сорта. Размер определяется величиной прямоугольника, который можно вписать в слюдяную пластинку.

Промышленностью выпускаются пластинки слюды с площадью прямоугольника от 0,5 до 50 см². Группа слюды устанавливается в зависимости от толщины пластинок, а сорт зависит от состояния поверхности пластинки и площади различных включений. Например, слюда первого сорта имеет ровную поверхность и включений не более 10%, а слюда третьего сорта – слегка волнистую поверхность и примесей до 50%. Такая слюда называется щипаной.

По химическому составу слюда является водным алюмосиликатом щелочноземельных металлов. Присутствующая в минерале вода является кристаллизационной водой, входящей в состав кристаллической решетки. Выделяясь при нагревании, кристаллизационная вода вызывает вспучивание слюды и увеличение ее толщины из-за расслаивания по плоскостям спайности. При этом слюда теряет свою прозрачность, резко снижаются ее электрические и механические свойства.

Известно более 30 разновидностей слюды, однако для диэлектрической изоляции применяют только мусковит и флогопит.

Мусковит – это алюмосиликат калия. Он прозрачен, примеси окрашивают его в светлые тона (зеленый, розовый). Мусковит имеет хорошие электроизоляционные свойства (лучшие, чем у флогопита), высокую механическую прочность (выше, чем у флогопита), твердость, гибкость, упругость, стабильность свойств во времени, температуру начала обезвоживания и резкого ухудшения свойств 500...600 ⁰С.

Из лучших сортов мусковита производят конденсаторную слюду и телевизионную слюду. Конденсаторную слюду в виде пластинок прямоугольной формы длиной 7...60 мм, шириной 4...50 мм и толщиной 20...55 мкм применяют для изготовления слюдяных конденсаторов постоянной емкости.

Телевизионную слюду применяют в виде диэлектрической основы для фотокатодов и мишеней в передающих телевизионных трубках.

Флогопит – это магнезиальный силикат калия. Он имеет темный цвет и более высокую в сравнении с мусковитом нагревостойкость (рабочая температура до 1000 ⁰С), но по изоляционным свойствам уступает ему.

Слюду применяют также в виде штампованных фасонных изделий для крепления и электрической изоляции внутренней арматуры в электронных лампах, в качестве тепловой защиты цоколей мощных электрических ламп накаливания, в качестве наполнителя в нагревостойких органических пластмассах.

Кроме минеральной (природной) также применяется синтетическая слюда фторфлогопит_, в котором атомы воды замещены фтором. Эту слюду получают в результате выращивания кристаллов из расплавленной шихты, содержащей кварцевый песок, оксиды алюминия и магния, фтористые соединения калия и магния. Фторфлогопит обладает более высокими электрическими параметрами, чем природная слюда, более нагревостоек, химически устойчивее обычного флогопита, не вспучивается при нагревании и выдерживает смену температуры от − 70 до + 1000 ⁰С.

Сравнительно высокая стоимость синтетической слюды ограничивает ее применение. Ее используют в процессе изготовления окон волноводов, счетчиков частиц высокой энергии, конденсаторов с высокой рабочей температурой.

Слюдяные электроизоляционные материалы изготавливают на основе пластинок щипаной природной или синтетической слюды. К ним относятся миканиты, слюдиниты, слюдокерамика, прессмика, микалекс.

Миканиты – это слоистые материалы, в которых отдельные пластинки слюды склеивают между собой лаком или органическим связующим веществом. Иногда эти материалы прессуются.

Коллекторный миканит – это прессованная слюда флогопит с добавкой небольшого количества связующего вещества, в качестве которого используют лак на основе синтетической смолы. Применяется в электрических машинах для изоляции коллекторных пластин.

Прокладочный миканит содержит большее количество связующего вещества по сравнению с коллекторным (15...25%),обладает меньшей плотностью и более широкими допусками по толщине. Применяется в качестве твердых прокладок в электрических машинах.

Формовочный миканит изготавливается в виде листов толщиной 0,1...0,5 мкм. Хорошо формуется при температурных и механических нагрузках в процессе изготовления, сохраняет принятую форму после соответствующей термообработки. Применяется для изготовления различных фланцев, каркасов катушек, для изоляции коллекторных пластин.

Гибкий миканит должен формоваться и изгибаться, в отличи от формовочного, при нормальной температуре. Выпускается в рулонах и листах толщиной 0,15...0,60 мм. Применяется для междувитковой и пазовой изоляции электрических машин.

Жароупорный миканит получают на основе слюды флогопит и нагревостойкого связующего вещества (жидкого стекла, фосфорнокислого аммония). Применяется для изоляции нагревательных приборов.

Микафолий отличается от гибкого миканита тем, что он приобретает гибкость только в нагретом состоянии. Его получают наклеиванием одного и более слоев слюды на бумагу или стеклоткань. Применяют для изготовления различных изоляционных шпилек и стержней.

Слюдиниты по сравнению с миканитами более монолитны и однородны по толщине, имеют более высокую рабочую температуру и электрическую прочность. Для изготовления слюдинитов используют слюдинитовую бумагу. Ее получают из отходов слюды мусковит, которые нагревают до температуры 800 ⁰С и обрабатывают содой, серной и соляной кислотами. В результате этих операций, пластинки расслаиваются на более тонкие. Образуется пульпа, которая фильтруется и на специальных бумагоделательных машинах превращается в слюдинитовую бумагу. Области применения те же, что у миканитов.

Слюдокерамика получается в процессе обжига спрессованной мелкокристаллической слюды (мусковита и фторофлогопита) со связующим компонентом. Синтетическую слюду измельчают до получения зерен размером 0,15 мм, хорошо смешивают со связующим компонентом и прессуют в стальных формах. В качестве связующего компонента используют 85 процентный раствор ортофосфорной кислоты в количестве от 5 до 15% массы. Готовые изделия сушат и обжигают. Применяют в качестве термостойкой изоляции установочных и вакуум-плотных деталей, элементов корпусов полупроводниковых приборов и интегральных схем, изоляторов радиоламп.

Прессмика – плотный материал, который получают, горячим прессованием измельченной синтетической смолы без связующего компонента. Применяется для изготовления проходных и антенных изоляторов, конденсаторов, работающих при температурах до 400 ⁰С.

Микалекс – высококачественный изоляционный материал, негигроскопичен, огнестоек, может подвергаться сложной технологической обработке и запрессовке металлических стержней. Его получают в результате термической обработки и последующего отжига смеси порошкообразной слюды с боратом свинца или легкоплавким борнобариевым стеклом. Применяют для изготовления плат переключателей, панелей малогабаритных воздушных конденсаторов, гребенок катушек индуктивности.

5.4. Жидкие диэлектрики

Жидкие диэлектрики представляют собой низкомолекулярные вещества органического происхождения, которые бывают полярными и неполярными. Их электрофизические свойства в значительной степени зависят от строения молекул и наличия примесей. Примеси образуются при окислении и разложении углеводородных фракций, при поглощении воды и попадании частичек волокнистых материалов.

Основными характеристиками жидких диэлектриков являются: диэлектрическая проницаемость , электропроводность, диэлектрические потери (тангенс угла диэлектрических потерь tgδ), электрическая прочность Е_пр.

У полярных жидкостей (совол, гексол, этиленгликоль) значение диэлектрической проницаемости ε зависит, как от электронной, так и дипольной поляризации.

У неполярных жидкостей диэлектрической проницаемости ε зависит только от электронной поляризации, не зависит от частоты. Значение ε уменьшается с ростом температуры.

Электропроводность жидких диэлектриков обусловлена перемещением ионов, которые возникают в результате диссоциации в самой жидкости и примесей, а также перемещением заряженных частиц примеси.

Кроме ионной электропроводности у жидких диэлектрик наблюдается молионная электропроводность, в этом случае носителями зарядов являются мельчайшие примеси. Такими примесями являются вода, различные твердые высокодисперсные частицы, находящиеся во взвешенном состоянии (волокна, пылинки). Эти частицы адсорбируют своей поверхностью ионы и при воздействии электрического поля перемещаются к соответствующим электродам.

Очистка жидких диэлектриков от примесей заметно повышает их удельное сопротивление, но по разным причинам невозможно полностью удалить все примеси.

Диэлектрическими потерями у неполярных жидкостей, не содержащих примесей, являются потери на электропроводность. Они не зависят от частоты и растут с ростом температуры, что объясняется увеличением сквозного тока.

Электрическая прочность жидких диэлектриков зависит от наличия посторонних примесей, полярности жидкости, температуры и других факторов.

Присутствующие в жидкости пузырьки газа, в электрическом поле ионизируются, выделяя энергию, которая приводит к местному перегреву жидкости. Это ведет к образованию газового канала между электродами и в результате к пробою жидкости.

Кроме газовых включений важным фактором, снижающим электрическую прочность жидких диэлектриков, является вода. Капельки воды поляризуются под влиянием электрического поля и образуют между электродами цепочки с повышенной проводимостью, по которым и происходит электрический пробой.

В качестве электроизоляционных материалов в электротехнических устройствах используют нефтяные (минеральные) масла (трансформаторное, кабельное, конденсаторное), синтетические жидкие диэлектрики (хлорированные углеводороды, кремний и фторорганические жидкости, сложные эфиры различных типов) и растительные масла.

К жидким диэлектрикам относятся нефтяные электроизоляционные масла (трансформаторное, кабельное, конденсаторное), синтетические жидкие диэлектрики (хлорированные углеводороды, кремнийорганические жидкости, фторорганические жидкости).

Нефтяные электроизоляционные масла. Нефтяные масла получают в процессе ступенчатой перегонки нефти и удаления из нефтяного дистиллята.

Эти масла обладают рядом свойств, которые обеспечили им широкое применение в электротехнике. Они сравнительно дешевы и могут производиться в больших объемах. При хорошей очистке, имеют малый тангенс угла диэлектрических потерь, обладают достаточно высокой электрической прочностью.

Недостатками нефтяных масел являются ограниченный интервал рабочих температур, пожаропасность и взрывоопасность, склонность к старению.

При эксплуатации электрических аппаратов, содержащих нефтяное масло, оно постепенно стареет, в результате окисления соответствующих фракций углеводородов. При старении масло становится более темным.

При старении, в электрическом поле некоторые сорта масел выделяют газы, что опасно, так как пузырьки газов могут стать очагами частичных разрядов. Если при этом температура газообразных продуктов (смеси паров масла и воздуха) превосходит их температуру вспышки, то это может привести к взрыву.

Способность масел не выделять газов при старении в электрическом поле (или даже поглощать ранее выделившиеся газы) называют газостойкостью масел.

Трансформаторное масло – жидкость, имеющая цвета, от почти бесцветного до темно-желтого. По химическому составу оно является смесью нафтеновых и парафиновых углеводородов.

Относится к неполярным диэлектриком с малой диэлектрической проницаемостью (ε = 2,2...2,3).

Трансформаторное масло имеет следующие свойства: малая вязкость; температура застывания − 70 ⁰С; электрическая прочность Е = 10...25 МВ/м.

К основным недостаткам трансформаторного масла относятся: парение, воспламеняемость и горючесть, гигроскопичность (категорически запрещается хранить его в открытой таре).

Используют трансформаторное масло в качестве изолирующей и охлаждающей среды в силовых и импульсных трансформаторах, реакторах, высоковольтных выключателях.

Кабельное масло отличается от трансформаторного, повышенной вязкостью. Оно входит в составы маслянно-канифольных компаундов для пропитки изоляции силовых кабелей.

Конденсаторное масло получают из трансформаторного, после дополнительной обработки его в вакууме, с целью удаления из него растворенного воздуха, что снижает диэлектрические потери. Его используют для пропитки изоляции в бумажных и пленочных конденсаторах.

Синтетические жидкие диэлектрики. В электротехнике синтетические жидкие диэлектрики применяют в тех случаях, когда они по своим свойствам превосходят электроизоляционные масла.

Хлорированные углеводороды получают заменой некоторых или даже всех атомов водорода атомами хлора. Наиболее часто применяют полярные продукты хлорирования дифенила.

Хлорированные дифенилы, а также газы, которые образуются при воздействии на эти жидкости электрической дуги, токсичны. Поэтому в ряде стран применение хлорированных дифенилов для пропитки конденсаторов запрещено законом.

Наиболее известными представителями этой группы являются совол и севтол-10. Атомы в молекулах этих материалов расположены симметрично, поэтому совол и севтол-10 являются полярными диэлектриками.

Совол и севтол-10 долго не стареют, не образуют воздухом взрывчатых смесей, негигроскопичны, но при этом, токсичны и имеют высокую стоимость.

Совол является негорючим веществом, не окисляется, что является его главным преимуществом перед нефтяными маслами. Но его применение ограничивается следующими причинами: недостаточная плотность р = 1,5...1,56 г/см³; температура вспышки Т_всп = 205...230 ⁰С; температура застывания Т_з = +5⁰ С, электрическая прочность при температуре Т= 20 ⁰С − Е_пр = 14...18 МВ/м; значительная вязкость в области рабочих температур, что не позволяет использовать чистом виде; он примерно в 10 раз дороже трансформаторного масла.

Наряду с конденсаторным маслом, применяется для пропитки высоковольтных бумажных конденсаторов с повышенной емкостью.

Севтол-10 – негорючая жидкость, с повышенной температурой застывания, ее получают, разбавляя совол трихлоробензолм.

Применяют вместо трансформаторного масла для трансформаторов, работающих во взрывоопасных средах.

Кремнийорганические жидкости являются продуктом синтеза кремнистых и углеродистых соединений, свойства которых определяются типом органических радикалов. В соответствии с этим различают полидиметилсилоксановые, полидиэтилсилоксановые и полиметилфенилсилоксановые жидкости.Эти жидкости характеризуются высокой нагревостойкостью, низкой температурой застывания Т_з; малым температурным коэффициентом вязкости; химической инертностью; малыми диэлектрическими потерями; низкой гигроскопичностью.

Полиметилсилоксановые жидкости не растворяются в спиртах и ацетоне, обладают высокой инертностью и не влияют на свойства металлов и резин при контакте с ними. Применяются для пропитки бумажных конденсаторов и гидрофобизации изоляционных лент.

Полидиэтилсилоксановые жидкости представляют собой смеси полиэтилсилоксанов. Бесцветны, применяются для пропитки и заливки конденсаторов, работающих в интервале температур от − 60 до + 100 ⁰С.

Полиметилфенилсилоксановые жидкости отличаются более высокой нагревостойкостью и стойкостью к радиационному излучению.

Основные свойства некоторых электроизоляционных жидкостей приведены в таблице 5.7

Таблица 5.7.

Основные свойства электроизоляционных жидкостей

Параметр	Совол		Откол		Минеральное масло
					трансформаторное		конденсаторное
Плотность р, г/см3	1,50...1,56	0.85		0,84...0.89		0.85...0.92
Удельное электрическое сопротивление ρ, Ом∙м	1014…1015	1013...1014		1014…1015		1014   1016
Диэлектрическая проницаемость при температуре 20 0С	5,0...5,2	2,2...2,4		2,1...2,4		2,1...2,3
Тангенс угла диэлектрических потерь при температуре 20 0С и частоте 50 Гц	0,002... 0.0004	0,005		0,0006... 0.001		0,0003... 0,0006
Электрическая прочность ЕПР при температуре 20 0С и частоте 50 Гц, кВ/мм	14…18	12...15		15...20		20...25
Температура застывания 0С, не более	− 8	− 15		− 45		− 45
Температура вспышки 0С, не менее	200...230	165		135		135
Кислотное число, мг КОН/г масла	0,01...0,02	0,03		0.03...0.05		0,015...1.02

Фторорганические жидкости являются производными углеводородов, у которых атомы водорода замещены фтором. Их пары не образуют с воздухом взрывоопасных смесей. Они обладают малыми диэлектрическими потерями, ничтожно малой гигроскопичностью, высокой нагревостойкостью (некоторые жидкости могут длительно работать при температуре 200 ⁰С и выше), высокой теплопроводностью, полной негорючестью, высокой дугостойкостью.

Фторорганические жидкости применяют в производстве конденсаторов и трансформаторов, для испытания элементов радиоэлектроники при низких и высоких температурах. Кроме указанных жидких диэлектриков, в радиоэлектронике применяют сильно полярные синтетические электроизоляционные жидкости. Например, этиленгликоль, который используют в качестве контрольной жидкости при контроле герметичности микросхем.

5.5. Газообразные диэлектрики

Газообразные диэлектрики должны быть химически инертны, при ионизации не должны образовывать особо активных, способных разрушать твердые материалы или вызывать коррозию металлов.

Основными характеристиками газообразных диэлектриков являются электропроводность, пробой в однородном электрическом поле, пробой в неоднородном электрическом поле.

Электропроводность газов. Электропроводность газов связана с наличием в них некоторого числа ионов и электронов, которые образуются в результате внешних воздействий или соударений заряженных частиц с молекулами газа. В соответствии этим в газах возникает несамостоятельная или самостоятельная проводимость. В нормальных условиях число заряженных частиц (ионов газа или твердых и жидких примесей, которые находятся в взвешенном состоянии) в 1 м³ атмосферного воздуха не превышает нескольких десятков миллионов.

Образование свободных носителей зарядов связано с различными внешними факторами: радиоактивное излучение Земли; излучение Солнца; радиация; проникающая из космического пространства; тепловое воздействие; рентгеновские и гамма-лучи, поток нейтронов.

С повышением напряженности электрического поля, проводимость газа повышается.

При достижении напряженностью электрического поля некоторого значения, начинается процесс ударной ионизации, в результате которого возникает электронная лавина, которая, двигаясь к положительному электроду, встречает лавинный поток положительных ионов, направленный к отрицательному электроду. Это приводит к образованию в газовом промежутке проводящей газоразрядной плазмы, в результате чего возникает пробой газа.

Пробой газов в однородном электрическом поле. Однородное поле образуется между электродами одинаковой геометрической формы с большой площадью поверхности (например, плоскость-плоскость, шар-шар), когда их площадь в 10 раз больше расстояния между ними.

Электрическая прочность газов по сравнению с твердыми и жидкими диэлектриками невелика. Нарушение их изоляционных свойств, связано с явлением ударной ионизации.

При увеличении напряженности электрического поля электроны ударяются между собой и приобретают энергию, достаточную для ионизации молекул газа.

Значение энергии ионизации для различных газов находится в пределах 4...25 эВ.

Не многочисленные свободные заряды сталкиваются с атомами и молекулами газа, рождают новые электроны, которые называются вторичными. Вторичные электроны под действием поля вызывают ионизацию молекул газа, в результате этого процесса число электронов в газовом промежутке, нарастая лавинообразно.

Ударная ионизация электронами, составляет основу электрического пробоя газа. Однако электронная лавина еще не достаточна для образования пробоя, так как не создает проводящего пути между электродами.

Кроме явления ударной ионизации, создающей первую лавину заряженных частиц, при пробое газа большую роль играют фотоны. Параллельно с явлением ударной ионизации газа происходит переход электронов на более высокие энергетические уровни.

Пробой газа происходит мгновенно, при расстоянии между электродами h= 1 см, время пробоя составляет примерно 10^-8 с.

Электрическая прочность газов Е_пр, зависит от однородности электрического поля, давления газа Р, расстояния между электродами h, частоты f.

Пробой газа в неоднородном поле. Неоднородное поле образуется  между электродами, если хотя бы один из которых имеет малую площадь. В основном неоднородные электрические поля существуют в газоразрядных приборах, между контактами реле, между проводами линий электропередачи.

Пробой газа в неоднородном электрическом поле отличаете пробоя в однородном электрическом поле величиной пробивного напряжения и характером развития процесса пробоя.

Пробой газа в неоднородном поле, как правило, происходит при меньшем значении пробивного напряжения, в сравнении с пробивным напряжением того же слоя газа в однородном электрическом поле.

Особенностью пробоя газа в неоднородном поле является возникновение частичного разряда в виде короны, который сопровождается свечением. При дальнейшем повышении напряжения корона перерастает в кистевой разряд, который затем превращается в искровой разряд.

При большой мощности разряда образуется дуговой разряд, который сопровождается образованием озона и оксидов азота и характерным шипением, потрескиванием и своеобразным свечением.

Пробой в газах часто возникает на границе раздела их с твердым диэлектриком. Такой пробой в технике называют поверхностным. В области низких частот, на поверхностное пробивное напряжение оказывают влияние влажность воздуха, степень запыления изолятора и химический состав пыли.

Газообразные диэлектрики часто используются в качестве электроизоляционных материалов, так как имеют высокое удельное сопротивление ρ, малую (близкую к единице) диэлектрическую проницаемость ε, малый тангенс угла диэлектрических потерь Основным недостатком газообразных электрической диэлектриков является их низкая электрическая прочность.

В качестве газообразных диэлектриков применяют воздух, инертные и электроотрицательные газы.

Воздух является смесью, состоящей из азота, (78,03%), кислорода (20,93%), углекислого газа инертных газов. Относительная плотность воздуха 1.

Азот (N₂) – бесцветный газ, не имеющий запаха. Он бесцветен как в жидком, так и твердом состоянии. Обладает одинаковой с воздухом электрической проницаемостью, но менее активен, чем воздух, который содержит кислород.

Молекула газообразного азота двухатомна и не распадается на отдельные атомы даже при высокой температуре. Азот химически инертен, при комнатной температуре не реагирует с металлами, за исключением лития.

При нагревании соединяется с некоторыми металлами (магний, кальций), а при очень высокой температуре непосредственно с кислородом и водородом.

В чистом виде азот применяется сравнительно редко (для высоковольтных конденсаторов постоянной емкости, для наполнения баллонов осветительных ламп), В микроэлектронике газообразный азот применяют в качестве защитной среды, а жидкий − для наполнения ловушек в вакуумных системах.

Кислород газообразный (О₂) – бесцветный газ без запаха и вкуса.

Получают кислород из атмосферного воздуха методом кого охлаждения или электролизом воды.

Водород (Н₂) – бесцветный горючий газ, не имеющий запаха, самый легкий газ (1л водорода при нормальных условиях массу 0,09 г). Электрическая прочность Е_пр водорода примерно на 40% ниже электрической прочности воздуха.

Смесь кислорода и водорода в пропорции два к одному, называется гремучим газом. Поджигание этой смеси приводит к взрыву.

Водород имеет высокие удельные теплоемкость и теплопроводность, поэтому используется, как  охлаждающая среда в крупных турбогенераторах.

Гелий (Не) − инертный газ, имеющий наименьшую плотность из всех инертных газов. Гелий не горит и не поддерживает горение. Из всех газов имеет самую низкую температуру сжижения и испарения, поэтому применяется в качестве низкотемпературного хладагента.

Аргон (Ar₂) − бесцветный инертный газ.

Технология получения и очистки аргона сравнительно проста. Аргон применяется в производстве газоразрядных приборов и осветительных ламп.

Некоторые газы, в силу своих химических свойств, электроотрицательны. Они содержат галогены (фтор, хлор), для ионизации которых требуется большая энергия. Поэтому они обладают высокой электрической прочностью. К ним относится шестифтористая сера (SF₆), названная элегазом.

Элегаз не токсичен, химически стоек, не разлагается при нагревании. Он имеет электрическую прочность выше, чем у воздуха, примерно в 25 раз. В последнее время широко применяется в производстве высоковольтных выключателей.

5.7. Электротехнические изделия на основе диэлектрических материалов.

5.7.1. Изоляторы

Изолятор – устройство, предназначенное для электрической изоляции и механического крепления электрооборудования и проводов, находящихся под разными электрическим потенциалами (СТ МЭК 50 (417)-84).

Изоляторы разделяют на изоляторы низкого напряжения, работающие при напряжениях до 1000 В включительно, и изоляторы высокого напряжения, работающие при номинальных напряжениях свыше 1000 В.

По признаку изолирующего материала различают изоляторы фарфоровые и стеклянные. В последние годы все шире применяются полимерные изоляторы на основе кремнийорганических композиций, расположенных на стержне из стеклопластика.

Керамические материалы. Керамические материалы находят широкое применение в качестве изоляторов. Изоляторный фарфор относится к керамическим низкочастотным материалам. Его получают путем обжига специальной тины, кварцевого песка и щелочного полевого шпага. Другие разновидности фарфора (по степени улучшения их электрических свойств) –

радиофарфор и ультрафарфор. Ультрафарфор является высокочастотным диэлектриком с малыми диэлектрическими потерями и высокой механической прочностью. Получают ультрафарфор на основе корунда (высокотемпературной -модификации окиси алюминия).

Керамика на основе окиси бериллия, отличающаяся высокой теплопроводностью (в 200—250 раз выше, чем у стекла), называется брокеритом. Ее используют в качестве подложки для интегральных микросхем, а также в особо мощных СВЧ установках.

Для изготовления высокостабильных изоляторов и высокочастотных конденсаторов используют цельзиановую керамику, которая обладает повышенной электрической прочностью (до 45 МВ/м), низким температурным коэффициентом линейного расширения.

Для изготовления мелких деталей для высокочастотных установок используют стеатитовую керамику, получаемую на основе минерала талька. Для тех же целей, а также для изготовления изоляторов электровакуумных и полупроводниковых приборов используется форстеритовая керамика.

Для производства низкочастотных и высокочастотных конденсаторов используют конденсаторную керамику: тиконды. лантзновую и стегннатную керамику.