Электроизоляционные материалы

В процессе высокотемпературного обжига данных изделий между частицами  исходных веществ происходят сложные физико-химические процессы с образованием новых веществ кристаллического и стеклообразного строения.

Электрокерамические материалы делят на 3 группы: материалы, из которых изготовляют изоляторы (изоляторная керамика), материалы, из которых изготовляют конденсаторы (конденсаторная керамика), и сегнетокерамические  материалы, обладающие аномально большими значениями диэлектрической проницаемости  и пьезоэффектом. Последние получили применение в радиотехнике. Все электрокерамические материалы отличаются высокой нагревостойкостыо, атмосферостойкостью, стойкостью к электрическим искрам и дугам и обладают хорошими электроизоляционными свойствами и достаточно высокой механической прочностью.

Наряду с электрокерамическими материалами, многие типы изоляторов изготовляют  из стекла. Для производства изоляторов применяют малощелочное и щелочное стекла. Большинство типов изоляторов высокого напряжения изготовляют из закаленного стекла. Закаленные стеклянные изоляторы по своей механической прочности превосходят фарфоровые изоляторы.

16.  Магнитные материалы

Величины, с помощью  которых оцениваются магнитные  свойства материалов, называются магнитными характеристиками. К ним относятся: абсолютная магнитная проницаемость, относительная магнитная проницаемость, температурный коэффициент магнитной  проницаемости, максимальная энергия  магнитного поля и пр. Все магнитные  материалы делятся на две основные группы: магнитно-мягкие и магнитно-твердые.

Магнитно-мягкие материалы отличаются малыми потерями на гистерезис (магнитный гистерезис - отставание намагниченности тела от внешнего намагничивающего поля). Они имеют относительно большие значения магнитной проницаемости, малую коэрцитивную силу и относительно большую индукцию насыщения. Данные материалы применяются для изготовления магнитопроводов трансформаторов, электрических машин и аппаратов, магнитных экранов и прочих устройств, где требуется намагничивание с малыми потерями энергии.

Магнитно-твердые  материалы отличаются большими потерями на гистерезис, т. е. обладают большой  коэрцитивной силой и большой  остаточной индукцией. Эти материалы, будучи намагниченными, могут длительное время сохранять полученную магнитную  энергию, т. е. становятся источниками  постоянного магнитного поля. Магнитно-твердые  материалы применяются для изготовления постоянных магнитов.

Согласно своей  основе, магнитные материалы подразделяются на металлические, неметаллические и магнитодиэлектрики. К металлическим магнитно-мягким материалам относятся: чистое (электролитическое) железо, листовая электротехническая сталь, железо-армко, пермаллой (железо-никелевые сплавы) и др. К металлическим магнитно-твердым материалам относятся: легированные стали, специальные сплавы на основе железа, алюминия и никеля и легирующих компонентов (кобальт, кремний и пр.). К неметаллическим магнитным материалам относятся ферриты. Это материалы, получаемые из порошкообразной смеси окислов некоторых металлов и окиси железа. Отпрессованные ферритовые изделия (сердечники, кольца и др.) подвергают обжигу при температуре 1300-1500° С. Ферриты бывают магнитно-мягкие и магнитно-твердые.

Магнитодиэлектрики - это композиционные материалы, состоящие из 70-80% порошкообразного магнитного материала и 30-20% органического высокополимерного диэлектрика. Ферриты и магнитодиэлектрики отличаются от металлических магнитных материалов большими значениями удельного объемного сопротивления, что резко снижает потери на вихревые токи. Это позволяет использовать эти материалы в технике высоких частот. Кроме этого, ферриты обладают стабильностью своих магнитных характеристик в широком диапазоне частот.

17.  Электротехническая  листовая сталь

Электротехническая  сталь является магнитно-мягким материалом. Для улучшения магнитных характеристик  в нее добавляют кремний, который  повышает величину удельного сопротивления  стали, что приводит к уменьшению потерь на вихревые токи. Такая сталь выпускается в виде листов толщиной 0,1; 0,2; 0,35; 0,5; 1,0 мм, шириной от 240 до 1000 мм и длиной от 720 до 2000 мм.

18.  Пермаллои

Данные материалы  представляют собой железо-никелевые сплавы с содержанием никеля от 36 до 80%. Для улучшения тех или иных характеристик пермаллоев в их состав добавляют хром, молибден, медь и др. Характерными особенностями всех пермаллоев являются их легкая намагничиваемость в слабых магнитных полях и повышенные значения удельного электрического сопротивления.

Пермаллои - пластичные сплавы, легко прокатываемые в  листы и ленты толщиной до 0,02 мм и менее. Благодаря повышенным значениям  удельного сопротивления и стабильности магнитных характеристик пермаллои  могут применяться до частот 200-500 кГц. Пермаллои очень чувствительны  к деформациям, которые вызывают ухудшение их первоначальных магнитных  характеристик. Восстановление первоначального  уровня магнитных характеристик  деформированных пермаллойных деталей достигается термической обработкой их по строго разработанному режиму.

19.  Магнитно-твердые  материалы

магнитный полупроводниковый  электроизоляционный электрический

Магнитно-твердые  материалы обладают большими значениями коэрцитивной силы и большой остаточной индукцией, а следовательно, большими значениями магнитной энергии. К магнитно-твердым материалам относятся:

·  сплавы, закаливаемые на мартенсит (стали, легированные хромом, вольфрамом или кобальтом);

·  железо-никель-алюминиевые  нековкие сплавы дисперсионного твердения (альни, альнико и др.);

·  ковкие сплавы на основе железа, кобальта и ванадия (виккалой) или на основе железа, кобальта, молибдена (комоль);

·  сплавы с  очень большой коэрцитивной силой  на основе благородных металлов (платина - железо; серебро - марганец - алюминий и др.);

·  металлокерамические  нековкие материалы, получаемые прессованием порошкообразных компонентов с  последующим обжигом отпрессованных изделий (магнитов);

·  магнитно-твердые  ферриты;

·  металлопластические нековкие материалы, получаемые из прессовочных порошков, состоящих из частиц магнитно-твердого материала и связующего вещества (синтетическая смола);

·  магнитоэластические материалы (магнитоэласты), состоящие из порошка магнито-твердого материала и эластичного связующего (каучук, резина).

Остаточная индукция у металлопластических и магнитоэластических магнитов на 20-30% меньше по сравнению с литыми магнитами из тех же магнито-твердых материалов (альни, альнико и др.).

20.  Ферриты

Ферриты представляют собой неметаллические магнитные  материалы, изготовленные из смеси  специально подобранных окислов  металлов с окисью железа. Название феррита определяется названием  двухвалентного металла, окисел которого входит в состав феррита. Так, если в  состав феррита входит окись цинка, то феррит называется цинковым; если в  состав материала добавлена окись  марганца - марганцевым.

В технике находят  применение сложные (смешанные) ферриты, имеющие более высокие значения магнитных характеристик и большее  удельное сопротивление по сравнению  с простыми ферритами. Примерами  сложных ферритов являются никель-цинковый, марганцево-цинковый и др.

Все ферриты - вещества поликристаллического строения, получаемые из окислов металлов в результате спекания порошков различных окислов при температурах 1100-1300° С. Ферриты могут обрабатываться только абразивным инструментом. Они являются магнитными полупроводниками. Это позволяет применять их в магнитных полях высокой частоты, т. к. потери у них на вихревые токи незначительны.

21.  Полупроводниковые  материалы и изделия

К полупроводникам  относится большое количество материалов, отличающихся друг от друга внутренней структурой, химическим составом и  электрическими свойствами. Согласно химическому составу, кристаллические  полупроводниковые материалы делят  на 4 группы:

1)  материалы,  состоящие из атомов одного  элемента: германий, кремний, селен,  фосфор, бор, индий, галлий и  др.;

2)  материалы,  состоящие из окислов металлов: закись меди, окись цинка, окись кадмия, двуокись титана и пр.;

3)  материалы  на основе соединений атомов  третьей и пятой групп системы  элементов Менделеева, обозначаемые  общей формулой и называемые  антимонидами. К этой группе относятся  соединения сурьмы с индием, с  галлием и др., соединения атомов  второй и шестой групп, а  также соединения атомов четвертой  группы;

4)  полупроводниковые  материалы органического происхождения,  например полициклические ароматические  соединения: антрацен, нафталин и  др.

Согласно кристаллической  структуре, полупроводниковые материалы  делят на 2 группы: монокристаллические  и поликристаллические полупроводники. К первой группе относятся материалы, получаемые в виде больших одиночных  кристаллов (монокристаллы). Среди них  можно назвать германий, кремний, из которых вырезают пластинки для  выпрямителей и других полупроводниковых  приборов.

Вторая группа материалов - это полупроводники, состоящие  из множества небольших кристаллов, спаянных друг с другом. Поликристаллическими полупроводниками являются: селен, карбид кремния и пр.

По величине удельного объемного сопротивления  полупроводники занимают промежуточное  положение между проводниками и  диэлектриками. Некоторые из них  резко уменьшают электрическое  сопротивление при воздействии  на них высокого напряжения. Это  явление нашло применение в вентильных разрядниках для защиты линий  электропередачи. Другие полупроводники резко уменьшают свое сопротивление  под действием света. Это используется в фотоэлементах и фоторезисторах. Общим свойством для полупроводников  является то, что они обладают электронной  и дырочной проводимостью.

22.  Электроугольные изделия (щетки для электрических машин)

К, данного рода изделиям относятся щетки для электрических машин, электроды для дуговых печей, контактные детали и др. Электроугольные изделия изготовляют методом прессования из исходных порошкообразных масс с последующим обжигом.

Исходные порошкообразные  массы составляют из смеси углеродистых материалов (графит, сажа, кокс, антрацит и пр.), связующих и пластифицирующих веществ (каменноугольные и синтетические  смолы, пеки и пр.). В некоторых  порошкообразных массах связующего нет.

Щетки для электрических  машин бывают графитными, угольно-графитными, электрографитированными, металло-графитными. Графитные щетки изготовляют из натурального графита без связующего (мягкие сорта) и с применением связующего (твердые сорта). Графитные щетки отличаются мягкостью и при работе вызывают незначительный шум. Угольно-графитные щетки производят из графита с добавлением других углеродистых материалов (кокс, сажа), с введением связующих веществ. Полученные после термической обработки щетки покрывают тонким слоем меди (в электролитической ванне). Угольно-графитные щетки обладают повышенной механической прочностью, твердостью и малым износом при работе.

Электрографитированные щетки изготовляют из графита и других углеродистых материалов (кокс, сажа), с введением связующих веществ. После первого обжига щетки подвергают графитизации, т. е. отжигу при температуре 2500-2800° С. Электрографитированные щетки обладают повышенной механической прочностью, стойкостью к толчкообразному изменению нагрузки и применяются при больших окружных скоростях. Металло-графитные щетки производят из смеси порошков графита и меди. В некоторые из них вводят порошки свинца, олова или серебра. Эти щетки отличаются малыми значениями удельного сопротивления, допускают большие плотности тока и имеют малые переходные падения напряжения.