Παραδείγματα χρήσης κεραμικών υλικών στην ηλεκτροτεχνία και στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας

Κεραμικά - μικτές και ειδικά επεξεργασμένες λεπτές ανόργανες ουσίες - χρησιμοποιείται ευρέως στη σύγχρονη ηλεκτροτεχνία. Τα πρώτα κεραμικά υλικά ελήφθησαν ακριβώς με σκόνες πυροσυσσωμάτωσης, λόγω των οποίων ένα ισχυρό, ανθεκτικό στη θερμότητα, αδρανές στα περισσότερα μέσα, που έχει χαμηλές διηλεκτρικές απώλειες, ανθεκτικό στην ακτινοβολία, ικανό για μακροχρόνια εργασία υπό συνθήκες μεταβλητής υγρασίας, θερμοκρασίας και πίεσης του κεραμικού. Και αυτό είναι μόνο ένα μέρος των αξιοσημείωτων ιδιοτήτων των κεραμικών.

Στη δεκαετία του '50, η χρήση φερριτών (σύνθετα οξείδια με βάση το οξείδιο του σιδήρου) άρχισε να αναπτύσσεται ενεργά, στη συνέχεια προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν κεραμικά ειδικά κατασκευασμένα σε πυκνωτές, αντιστάτες, στοιχεία υψηλής θερμοκρασίας για την κατασκευή υποστρωμάτων μικροκυκλωμάτων και ξεκινώντας στα τέλη της δεκαετίας του '80 σε υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας . Αργότερα, δημιουργήθηκαν και δημιουργήθηκαν ειδικά κεραμικά υλικά με τις απαιτούμενες ιδιότητες - αναπτύχθηκε μια νέα επιστημονική κατεύθυνση στην επιστήμη των υλικών.

Η τριφασική δομή των κεραμικών σχηματίζεται από: κρυσταλλική, υαλώδη και αέρια φάσεις. Η κύρια φάση είναι κρυσταλλική, είναι στερεά διαλύματα ή χημικές ενώσεις που καθορίζουν τις κύριες ιδιότητες του προκύπτοντος υλικού.

Η υαλώδης φάση είναι ένα στρώμα μεταξύ των κρυστάλλων ή μεμονωμένων μικροσωματιδίων που χρησιμεύουν ως συνδετικό υλικό. Η αέρια φάση βρίσκεται στους πόρους του υλικού. Η παρουσία πόρων, σε συνθήκες υψηλής υγρασίας, επηρεάζει δυσμενώς την ποιότητα των κεραμικών.

1. Θερμοστάτες

Τα μικτά θερμίστορ οξειδίου μετάπτωσης ονομάζονται θερμοστάτες. Έρχονται με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας αντίστασης και αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας αντίστασης (PTC ή NTC).

Στην καρδιά μιας τέτοιας λεπτομέρειας είναι ένας κεραμικός ημιαγωγός που παράγεται με σύντηξη στον αέρα μιας πολυφασικής δομής από κοκκώδη νιτρίδια και μεταλλικά οξείδια.

Η πυροσυσσωμάτωση διεξάγεται σε θερμοκρασία περίπου 1200 ° C. Στην περίπτωση αυτή, τα μεταβατικά μέταλλα είναι: νικέλιο, μαγνήσιο, κοβάλτιο.

Η ειδική αγωγιμότητα ενός θερμίστορ εξαρτάται πρωτίστως από τον βαθμό οξείδωσης και από την τρέχουσα θερμοκρασία του προκύπτοντος κεραμικού και μια επιπλέον μεταβολή της αγωγιμότητας σε μια ή την άλλη κατεύθυνση επιτυγχάνεται με την εισαγωγή μίας μικρής ποσότητας προσθέτων υπό τη μορφή λιθίου ή νατρίου.

Οι θερμίστορ είναι μικροσκοπικοί, κατασκευάζονται με τη μορφή χαντρών, δίσκων ή κυλίνδρων διαμέτρου 0,1 έως 4 cm, με καλώδια. Ένα σφαιρίδιο συνδέεται με τα καλώδια πλατίνας, στη συνέχεια το σφαιρίδιο καλύπτεται με γυαλί που συσσωρεύεται στους 300 ° C ή το σφαιρίδιο σφραγίζεται εντός του γυάλινου σωλήνα.

Στην περίπτωση των δίσκων, εφαρμόζεται μια μεταλλική επίστρωση στο δίσκο και από τις δύο πλευρές, στην οποία τα συμπεράσματα είναι συγκολλημένα. Αυτά τα κεραμικά μέρη μπορούν συχνά να βρεθούν σε πίνακες τυπωμένων κυκλωμάτων πολλών ηλεκτρικών συσκευών, καθώς και σε θερμικούς αισθητήρες.

Δείτε επίσης στην ιστοσελίδα μας:

Χρησιμοποιώντας θερμοστάτες σε αισθητήρες θερμοκρασίας

Πώς να επιλέξετε τον σωστό αισθητήρα θερμοκρασίας

Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας αισθητήρων υγρασίας θερμίστορ

2. Στοιχεία θέρμανσης

Τα κεραμικά θερμαντικά στοιχεία είναι ένα σύρμα αντιστάσεως (βολφραμίου) που περιβάλλεται από ένα περίβλημα από κεραμικό υλικό. Συγκεκριμένα, κατασκευάζονται βιομηχανικοί υπέρυθροι θερμαντήρες που είναι ανθεκτικοί σε ακραίες θερμοκρασίες και αδρανείς σε χημικά επιθετικά περιβάλλοντα.

Επειδή σε αυτά τα στοιχεία αποκλείεται η πρόσβαση του οξυγόνου στον σπειροειδή, το μέταλλο της σπείρας δεν οξειδώνεται κατά τη διάρκεια της λειτουργίας.Τέτοιες θερμάστρες είναι ικανές να δουλεύουν εδώ και δεκαετίες και η εσωτερική σπείρα παραμένει άθικτη.

Δείτε αυτό το θέμα:

Πώς τακτοποιούνται τα σύγχρονα στοιχεία θέρμανσης;

Σύγκριση θερμαντικών στοιχείων και κεραμικών θερμαντήρων

Ένα άλλο παράδειγμα της επιτυχούς χρήσης ενός κεραμικού θερμαντικού στοιχείου στην ηλεκτροτεχνική είναι ένας συγκολλητικός σίδηρος. Εδώ, ο κεραμικός θερμαντήρας είναι κατασκευασμένος υπό μορφή κυλίνδρου εντός του οποίου λεπτή διασκορπισμένη σκόνη βολφραμίου εφαρμόζεται ελικοειδώς σε κεραμικό λεπτό υπόστρωμα, το οποίο τυλίγεται σε σωλήνα γύρω από ράβδο οξειδίου αργιλίου και ψήνεται σε μέσο υδρογόνου σε θερμοκρασία περίπου 1500 ° C.

Το στοιχείο είναι ανθεκτικό, η μόνωση του είναι υψηλής ποιότητας και η διάρκεια ζωής του είναι μεγάλη. Το στοιχείο διαθέτει χαρακτηριστικό τεχνολογικό αυλάκι.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις κεραμικές παρενθέσεις, δείτε εδώ - Σχέδια σύγχρονων ηλεκτρικών συγκολλητικών σίδερων

Κεραμικό ρυθμό θέρμανσης συγκόλλησης:

3. Varistors

Ο βαρίστορ έχει μια μη γραμμική αντίσταση που συνδέεται με την τάση που εφαρμόζεται στους ακροδέκτες του, σε αυτό το χαρακτηριστικό I-V του βαρίστορ είναι κάπως παρόμοιο με μια συσκευή ημιαγωγού - μια δι-κατευθυντική διόδου zener.

Ο κεραμικός κρυσταλλικός ημιαγωγός για ένα βαρίστορ κατασκευάζεται με βάση το οξείδιο του ψευδαργύρου με την προσθήκη βισμούθου, μαγνησίου, κοβαλτίου κλπ. Με πυροσυσσωμάτωση. Είναι σε θέση να διαχέει πολλή ενέργεια κατά τη διάρκεια της προστασίας του κυκλώματος από την υπέρταση, ακόμα και αν η αιτία του ηλεκτροπληξίας είναι η αστραπή ή το επαγωγικό φορτίο που έχει αποσυνδεθεί απότομα.

Κεραμικά βαρίστορ διαφόρων σχημάτων και μεγεθών - χρησιμεύουν σε δίκτυα τάσης AC και DC, σε τροφοδοτικά χαμηλής τάσης και σε άλλες εφαρμοσμένες περιοχές ηλεκτρολογίας. Πολύ συχνά μπορεί κανείς να βρει βαρίστορ σε πίνακες τυπωμένων κυκλωμάτων, όπου παραδοσιακά παρουσιάζονται με τη μορφή δίσκων με καλώδια.

Παραδείγματα χρήσης κεραμικών βαρίστορ στην τεχνολογία:

Μονωτικές απαγωγείς υπέρτασης για την προστασία καλωδίων

Προστασία από υπερτάσεις για οικιακές συσκευές

Προστασία από υπέρταση για συσκευές ημιαγωγών ισχύος

4. Κεραμικά υποστρώματα για ολοκληρωμένα κυκλώματα

Η μονωτική θερμότητα αγώγιμα υποστρώματα για τα τρανζίστορ δεν είναι μόνο σιλικόνη, αλλά και κεραμικά. Τα πιο δημοφιλή είναι τα κεραμικά υποστρώματα αλουμίνας που χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή, καλή αντοχή στη θερμότητα, αντοχή στη μηχανική απόξεση και μικρές διηλεκτρικές απώλειες.

Τα υποστρώματα νιτριδίου αργιλίου είναι 8 φορές υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα από ό, τι η αλουμίνα. Και το οξείδιο του ζιρκονίου χαρακτηρίζεται από ακόμα μεγαλύτερη μηχανική αντοχή.

5. Κεραμικοί μονωτήρες

Οι κεραμικοί μονωτήρες από ηλεκτροτεχνική πορσελάνη παραδοσιακά χρησιμοποιούνται ευρέως στην ηλεκτρική μηχανική. Ο εξοπλισμός υψηλής τάσης είναι αδιανόητος χωρίς αυτούς. Η ιδιαιτερότητα αυτού του τύπου κεραμικού είναι ότι οι τεχνολογικές του ιδιότητες επιτρέπουν τη δημιουργία προϊόντων σύνθετων σχημάτων και σχεδόν οποιουδήποτε μεγέθους. Ταυτόχρονα, το εύρος θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης της πορσελάνης είναι αρκετά ευρύ ώστε να επιτυγχάνεται επαρκής ομοιομορφία στη διαδικασία πυροδότησης του μονωτήρα σε ολόκληρο τον όγκο του προϊόντος.

Με αυξανόμενες τάσεις, υπάρχει ανάγκη να αυξηθεί το μέγεθος των μονωτών από ηλεκτροτεχνική πορσελάνη και η αντοχή και η αντοχή στις βροχοπτώσεις καθιστούν την μάζα πορσελάνης απαραίτητη για την ηλεκτροτεχνική υψηλής τάσης. 50% - άργιλος και καολίνη, παρέχουν την ολκιμότητα της ηλεκτρικής πορσελάνης, καθώς και τη δυνατότητα μορφοποίησης και αντοχής της σε σκληρυμένη κατάσταση. Αδρανή υλικά που προστίθενται στο μείγμα - επεκτείνετε το εύρος θερμοκρασιών της σύντηξης.

Αν και πολλά σύγχρονα κεραμικά υλικά ξεπερνούν την ηλεκτροτεχνική πορσελάνη από ορισμένες απόψεις, η τεχνολογία πορσελάνης δεν απαιτεί ακριβές πρώτες ύλες, δεν υπάρχει ανάγκη αύξησης της θερμοκρασίας καύσης και η ολκιμότητα της είναι εξαιρετική αρχικά.

6. Υπεραγωγοί

Το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία των ισχυρότερων μαγνητικών πεδίων (ειδικότερα, χρησιμοποιείται σε κυκλοτρόνια) πραγματοποιείται με τη διέλευση ρεύματος μέσω ενός υπεραγωγού χωρίς απώλεια θερμότητας. Για να επιτευχθεί το παραπάνω αποτέλεσμα, χρησιμοποιούνται υπεραγωγούς τύπου II, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από ταυτόχρονη συνύπαρξη τόσο υπεραγωγιμότητας όσο και μαγνητικού πεδίου.

Λεπτά νημάτια κανονικού μετάλλου διεισδύουν στο δείγμα και κάθε νήμα φέρει κβαντική μαγνητική ροή. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, κοντά στο σημείο βρασμού του αζώτου (πάνω από -196 ° C), πάλι, πρέπει να χρησιμοποιηθούν κεραμικά με καλά διαχωρισμένα επίπεδα χαλκού-οξυγόνου (υπεραγωγοί με βάση το χαλκό).

Το ρεκόρ υπεραγωγιμότητας ανήκει στην κεραμική ένωση Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), που ανακαλύφθηκε το 2003, αφού σε πίεση 400 kbar γίνεται υπεραγωγός ακόμα και σε θερμοκρασίες έως -107 ° C. Αυτή είναι μια πολύ υψηλή θερμοκρασία για την υπεραγωγιμότητα.

Δείτε περισσότερα σχετικά με αυτό το θέμα: Υπεραγωγιμότητα σε υψηλή θερμοκρασία και εφαρμογή