Esimerkkejä keraamisten materiaalien käytöstä sähkötekniikassa ja sähköteollisuudessa

Keramiikkaa - sekoitettuja ja erityisesti käsiteltyjä hienojakoisia epäorgaanisia aineita - käytetään laajasti nykyaikaisessa sähkötekniikassa. Aivan ensimmäiset keraamiset materiaalit saatiin tarkalleen sintraamalla jauheita, joiden ansiosta vahva, lämmönkestävä, inertti useimmille väliaineille, jolla on pienet dielektriset häviöt, säteilykestävä ja kykenevä pitkäaikaiseen työskentelyyn keraamisen kosteuden, lämpötilan ja paineen olosuhteissa. Ja tämä on vain osa keramiikan merkittäviä ominaisuuksia.

50-luvulla ferriittien (monimutkaisten rautaoksidiin perustuvien oksidien) käyttö alkoi kasvaa aktiivisesti, minkä jälkeen he yrittivät käyttää erityisesti valmistettuja keramiikkaa kondensaattoreissa, vastuksissa, korkean lämpötilan elementeissä mikropiiritubstraattien valmistukseen ja 80-luvun lopulta alkaen korkean lämpötilan suprajohteissa. . Myöhemmin kehitettiin ja luotiin tarvittavia ominaisuuksia omaavia keraamisia materiaaleja - uusi tieteellinen suunta materiaalitieteessä on kehittynyt.

Keramiikan kolmivaiheinen rakenne muodostetaan: kiteisestä, lasimaisesta ja kaasufaasista. Pääfaasi on kiteinen, se on kiinteitä liuoksia tai kemiallisia yhdisteitä, jotka määrittelevät syntyvän materiaalin pääominaisuudet.

Lasimainen faasi on kerros kiteiden tai yksittäisten mikrohiukkasten välillä, jotka toimivat sideaineena. Kaasufaasi on materiaalin huokosissa. Huokosten esiintyminen korkean kosteuden olosuhteissa vaikuttaa haitallisesti keramiikan laatuun.

1. Termistorit

Sekoitettuja siirtymämetallioksiditermistoreita kutsutaan termistoreiksi. Niillä on positiivinen lämpötilaresistenssikerroin ja negatiivisella lämpötilakertoimella (PTC tai NTC).

Tällaisen yksityiskohdan ytimessä on keraaminen puolijohde, joka on valmistettu sintraamalla ilmassa rakeisten nitridien ja metallioksidien monivaiheinen rakenne.

Sintraus suoritetaan noin 1200 ° C: n lämpötilassa. Tässä tapauksessa siirtymämetallit ovat: nikkeli, magnesium, koboltti.

Termistorin ominaisjohtavuus riippuu ensisijaisesti hapettumisasteesta ja tuloksena olevan keraamin nykyisestä lämpötilasta, ja ylimääräinen johtavuuden muutos yhteen tai toiseen suuntaan saavutetaan lisäämällä pieni määrä lisäaineita litiumin tai natriumin muodossa.

Termistorit ovat pieniä, ne on valmistettu helmien, kiekkojen tai sylinterien muodossa, joiden halkaisija on 0,1–4 cm ja joissa on johdinjohdot. Helmi kiinnitetään platinalankoihin, sitten helmi peitetään lasilla, joka sintrataan 300 ° C: ssa, tai helmi suljetaan lasiputken sisälle.

Kiekkojen tapauksessa levylle levitetään metallipinnoite molemmilta puolilta, joihin johtopäätökset juotetaan. Nämä keraamiset osat löytyvät usein hyvin monien sähkölaitteiden piirilevyiltä, ​​kuten myös lämpöantureista.

Katso myös verkkosivuiltamme:

Termistorien käyttö lämpötila-antureissa

Kuinka valita oikea lämpötila-anturi

Termistorin kosteusanturien laite ja toimintaperiaate

2. Lämmityselementit

Keraamiset lämmityselementit ovat resistiivinen (volframi) lanka, jota ympäröi keraaminen materiaalikuori. Erityisesti valmistetaan teollisia infrapunalämmittimiä, jotka ovat kestäviä lämpötilan ääripisteille ja inerttejä kemiallisesti aggressiivisille ympäristöille.

Koska näissä elementeissä hapen pääsy spiraaliin on suljettu pois, spiraalin metalli ei hapettu toiminnan aikana.Tällaiset lämmittimet kykenevät toimimaan vuosikymmenien ajan, ja kierre sisällä on ehjä.

Katso tämä aihe:

Kuinka nykyaikaiset lämmityselementit on järjestetty?

Lämmityselementtien ja keraamisten lämmittimien vertailu

Toinen esimerkki keraamisen lämmityselementin onnistuneesta käytöstä sähkötekniikassa on juotin. Tässä keraaminen lämmitin valmistetaan telan muodossa, jonka sisällä hienoksi hajotettu volframijauhe levitetään kierteisesti ohuelle keraamiselle alustalle, joka vieritetään putkeen alumiinioksiditangon ympärille ja paistetaan vetyväliaineessa noin 1500 ° C: n lämpötilassa.

Elementti on kestävä, sen eristys on korkealaatuista ja sen käyttöikä on pitkä. Elementillä on ominainen tekninen ura.

Lisätietoja keraamisista kiinnikkeistä on täällä - Suunnittelu moderneja sähköjuotosraudat

Keraamisen juotosraudan lämmitysnopeus:

3. Varistorit

Varistorilla on epälineaarinen vastus, joka liittyy sen napoihin kohdistuvaan jännitteeseen, tässä varistorin I-V-ominaisuudessa se on jonkin verran samanlainen kuin puolijohdelaite - kaksisuuntainen zener-diodi.

Varistorin keraaminen kiteinen puolijohde valmistetaan sinkkioksidin perusteella lisäämällä vismutti, magnesium, koboltti jne. Sintraamalla. Se pystyy hävittämään paljon energiaa suojattaessa virtapiiriä virtapiikiltä, ​​vaikka iskun lähde olisi salama tai jyrkästi kytketty induktiivinen kuorma.

Erimuotoiset ja -kokoiset keraamiset varistorit - toimivat vaihto- ja tasajänniteverkoissa, matalajännitevirtalähteissä ja muilla sähkötekniikan sovellusalueilla. Useimmin varistoreita voi löytää piirilevyiltä, ​​joissa ne esitetään perinteisesti kiekkojen muodossa, joissa on johdinjohdot.

Esimerkkejä keraamisten varistorien käytöstä tekniikassa:

Modulaariset ylijännitesuojat johdotuksen suojaamiseksi

Kodinkoneiden ylijännitesuojat

Ylijännitesuoja tehopuolijohdelaitteille

4. Keraamiset substraatit integroituihin piireihin

Transistorien eristävät lämpöä johtavat substraatit eivät ole vain silikonia, vaan myös keraamisia. Suosituimmat ovat keraamiset alumiinioksidisubstraatit; niille on ominaista korkea lujuus, hyvä lämmönkestävyys, mekaanisen kulutuksenkestävyys ja niillä on pienet dielektriset häviöt.

Alumiininitridisubstraatit ovat 8 kertaa suurempia lämmönjohtavuudella kuin alumiinioksidilla. Ja zirkoniumoksidille on ominaista vielä suurempi mekaaninen lujuus.

5. Keraamiset eristeet

Sähköteknisestä posliinista valmistettuja keraamisia eristeitä käytetään perinteisesti laajasti sähkötekniikassa. Korkeajännitelaitteita ei voida kuvitella ilman niitä. Tämän tyyppisen keraamin erityispiirre on, että sen teknologisten ominaisuuksien avulla voit luoda monimutkaisten ja melkein minkä kokoisten tuotteiden tahansa. Samanaikaisesti posliinin sintrauslämpötila-alue on riittävän leveä riittävän hyvän tasaisuuden saavuttamiseksi eristimen polttoprosessissa koko tuotteen tilavuuden suhteen.

Lisääntyneiden rasitusten myötä on tarpeen lisätä sähköteknisestä posliinista tehtyjen eristimien kokoa, ja lujuus ja sadekestävyys tekevät posliinimassasta välttämättömän korkeajännitteisessä sähkötekniikassa. 50% - savea ja kaoliinia, ne tarjoavat sähkö posliinin taipuisuuden, samoin kuin sen muovattavuuden ja lujuuden kovettuneessa tilassa. Seokseen lisätyt maasälpämateriaalit - laajentavat sintrauslämpötila-aluetta.

Vaikka monet nykyaikaiset keraamiset materiaalit ylittävät tietyiltä osin sähköteknisen posliinin, teknologisesti posliini ei vaadi kalliita raaka-aineita, polttamislämpötilaa ei tarvitse nostaa, ja sen taipuisuus on aluksi erinomainen.

6. Suprajohteet

Suprajohtavuusilmiö, jota käytetään luomaan voimakkaimpia magneettikenttiä (erityisesti sitä käytetään syklotroneissa), toteutetaan johtamalla virta suprajohteen läpi ilman lämpöhäviötä. Tämän tuloksen saavuttamiseksi käytetään tyypin II suprajohteita, joille on ominaista sekä suprajohtavuuden että magneettikentän samanaikainen esiintyminen.

Normaalin metallin ohuet filamentit tunkeutuvat näytteeseen, ja jokainen hehkulanka kantaa magneettisen vuon kvantin. Alhaisissa lämpötiloissa, typen kiehumispisteen alueella (yli –196 ° C), on taas käytettävä keramiikkaa, joilla on hyvin erotetut kupari-happi-tasot (kuparipohjaiset suprajohteet).

Suprajohtavuusrekisteri kuuluu vuonna 2003 löydettyyn keraamiseen yhdisteeseen Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), koska 400 kbar: n paineessa siitä tulee suprajohdin jopa –107 ° C: n lämpötiloissa. Tämä on erittäin korkea lämpötila suprajohtavuudelle.

Katso lisää tästä aiheesta: Korkean lämpötilan suprajohtavuus ja sen käyttö