Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Неорганические твердые диэлектрики

Читайте также:
  1. Лекция 4. Охрана и использование земель. Нормирование ПДК вредных веществ в почве. Твердые отходы, их классификация, их переработка и утилизация.
  2. ЛЕКЦИЯ 6. ДИЭЛЕКТРИКИ_Часть2
  3. Мягкие и твердые согласные звуки.
  4. Неорганические биоматериалы
  5. Неорганические вещества в клетке, их роль в обеспечении процессов жизнедеятельности и поддержания гомеостаза.
  6. Неорганические вещества клетки. Роль микроэлементов.
  7. Неорганические материалы - стекло, керамика
  8. Неорганические оксиды в атмосфере. Проблема кислотных дождей. Меры борьбы с кислотными дождями.
  9. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ

Большинство неорганических твердых диэлектриков имеют ионно-кристаллическое строение, отличаются высокой нагревостойкостью и электрической прочностью.

 

Слюда

 

Слюда - минерал ионно-кристаллического строения, обладающий способностью расщепляться на пластины. По химическому составу слюда представляет собой водные алюмосиликаты. Основные диэлектрические характеристики слюды:

- ε = 5…7;

- tgδ = (5…50). 10-4;

- ρ = 1013 Ом·м;

- Е пр = 12 МВ/м.

Слюда относится к электроизоляционным материалам высшего класса нагревостойкости: температура начала резкого ухудшения свойств составляет 700...900°С. Слюда применяется для конденсаторов, штампованных деталей электронных и осветительных ламп, для изоляции коллекторных пластин электрических машин.

 

Стекла

 

Стекла - материалы аморфного строения, состоящие из оксидов различных элементов. В качестве стеклообразующих оксидов используются SiO2, B2O3, Al2O3, P2O5. Наибольшее распространение получили силикатные стекла на основе двуокиси кремния SiO2, благодаря химической стойкости, дешевизне и доступности сырья.

При охлаждении расплава имеются две характерные точки: температура текучести Т т, выше которой стекло проявляет текучесть, и температура стеклования Т с, ниже которой проявляется хрупкость стекла. Для большинства силикатных стекол Т т = 900...700 °С, Т с=600...400°С. Интервал температур между Т т и Т с называют интервалом размягчения, когда стекло обладает пластичными свойствами.

Чем шире интервал размягчения, тем технологичнее стекло.

Формовку изделий осуществляют путем выдувания, центробежного литья, вытяжки, прессования, прокатки, отливки и т.д. Изготовленные изделия подвергают отжигу для снятия внутренних напряжений. При отжиге изделие нагревают до 300...400°С и медленно охлаждают.

Группы силикатных стекол:

- щелочные стекла - это большинство обычных стекол, в которых помимо стеклообразующих оксидов содержатся оксиды щелочных металлов (Na2O, K2O), понижающие интервал размягчения стекла. Они отличаются пониженными электрическими свойствами, невысокой нагревостойкостью, но легко обрабатываются;

- бесщелочные стекла не содержат оксидов щелочных металлов. Стекла данной группы обладают более высокой нагревостойкостью и высокими электрическими свойствами;

- щелочные стекла с добавлением оксидов тяжелых металлов (PbO, BaO и др.) удовлетворительно обрабатываются, а по электрическим свойствам приближаются к бесщелочным стеклам.

Стекла - это неорганические диэлектрики с ионным типом поляризации. По механическим свойствам они обладают высокой прочностью на сжатие, но малой прочностью на растяжение, твердостью в сочетании с хрупкостью. Оптические свойства стекол характеризуются прозрачностью, коэффициентом преломления и т.д. Их электрические свойства зависят от состава и меняются в следующих пределах:

- ε = 3,8…16;

- tgδ = (1…100). 10-4;

- ρ = 106...1016 Ом·м;

- Е пр = 30...150 МВ/м.

Наилучшими характеристиками обладает кварцевое стекло - материал на основе чистой двуокиси кремния SiO2. Его получают при температуре выше 1700°С. Стекломасса обладает очень узким интервалом размягчения и даже при температурах выше 1700°С имеет высокую вязкость. Основу микроструктуры кварцевого стекла составляют кремний-кислородные тетраэдры [SiO4]4- (рис. 27), которые, соединяясь друг с другом через кислородные ионы, образуют сплошные трехмерные сетки. В принципе, кварцевое стекло можно рассматривать как неорганический пространственный полимер.

Рис. 27. Кремний-кислородный тетраэдр [SiO4]4- микроструктуры кварцевого стекла

 

Свойства кварцевого стекла:

- высокие механические свойства (σсж = 2500 МПа, σраст = 60 МПа, что в 4-5 раз выше, чем у остальных стекол),

- высокая нагревостойкость (до 1000°С);

- низкий температурный коэффициент линейного расширения (α l = 0,01 . 10-6 К-1),

- высокая химическая инертность;

- высокая прозрачность в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области спектра до λ = 4 мкм, радиопрозрачность.

Кварцевое стекло находит широкое применение во многих областях техники: в производстве лабораторной посуды (реакторы, тигли, лодочки, ампулы и т.д.), оптических линз, призм, баллонов ламп ультрафиолетового излучения, стабилизаторов частот и т.д.

Применение стекол:

Электровакуумное стекло применяется для изготовления баллонов и других деталей электровакуумных приборов. По химическому составу электровакуумные стекла относятся к группе боросиликатных (B2O3+SiO2) или алюмосиликатных (Al2O3+SiO2) с добавками щелочных оксидов. Для них важное значение имеет температурный коэффициент линейного расширения, который должен быть близок к α l соответствующего металла. Электровакуумные стекла подразделяются на:

- платиновые - α l = (8,5…9,2). 10-6 К-1;

- молибденовые - α l = (4,6…5,2). 10-6 К-1;

- вольфрамовые - α l = (3,5…4,2). 10-6 К-1.

Изоляторные стекла используются для герметизации вводов в металлических корпусах различных приборов (конденсаторов, диодов, транзисторов, и др.). Для таких проходных изоляторов в полупроводниковых приборах применяют щелочное силикатное стекло.

Цветные стекла - обычные силикатные стекла с добавками, придающими стеклам соответствующую окраску: CaO - синюю, Cr2O3 - зеленую, MnO2 - фиолетовую и коричневую, UO3 - желтую, что используется при изготовлении светофильтров, эмалей и глазурей.

Лазерные стекла применяются в качестве рабочего тела в твердых лазерах. Центрами излучения являются активные ионы, равномерно распределенные в диэлектрической, прозрачной матрице. Наиболее часто применяют баритовый крон (BaO-K2O-SiO2), активированный ионами неодима Nd3+.

Преимущество лазерных стекол перед монокристаллами - оптическая однородность, изотропность свойств, высокая технологичность, низкая теплопроводность, что важно для генерации импульсов высокой мощности.

Стекловолокно получают из расплавленной стекломассы вытяжкой через фильеру с быстрой намоткой на вращающийся барабан (d = 4...7 мкм). Из стекловолокна методом текстильной технологии ткут ткани, ленты, делают шланги. Преимущества стекловолокнистой изоляции состоят в высокой нагревостойкости, значительной прочности, малой гигроскопичности и хороших электроизоляционных свойствах.

Световоды используются в оптоэлектронике для передачи различной информации от источника к приемнику с помощью тончайших волокон. Отдельные волокна соединяются в световые кабели (жгуты) с внутренними межволоконными светоизолирующими покрытиями. Чтобы предотвратить прохождение света из одного волокна в другое их покрывают светоизолирующей оболочкой из стекла с меньшим показателем преломления, чем у сердцевины. Тогда световой луч, падая из среды, оптически более плотной (сердцевина), на поверхность раздела со средой, оптически менее плотной (оболочка) под углом больше предельного, будет испытывать многократное полное внутреннее отражение и пойдет вдоль волокна практически без потерь энергии.

Специальные технологические приемы (осаждение пленок на подложку, ионное легирование, ионный обмен) позволяют изготовлять плоские световоды, которые являются основой оптических интегральных схем.

 




Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 127 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.011 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав