Voorbeelden van het gebruik van keramische materialen in de elektrotechniek en de elektriciteitsindustrie

Keramiek - gemengde en speciaal behandelde fijngemalen anorganische stoffen - wordt veel gebruikt in de moderne elektrotechniek. De allereerste keramische materialen werden precies verkregen door sinterpoeders, waardoor een sterk, hittebestendig, inert voor de meeste media, met lage diëlektrische verliezen, bestand tegen straling, in staat om langdurig te werken onder omstandigheden van variabele vochtigheid, temperatuur en druk van de keramiek. En dit is slechts een deel van de opmerkelijke eigenschappen van keramiek.

In de jaren 50 begon het gebruik van ferrieten (complexe oxiden op basis van ijzeroxide) actief te groeien, daarna probeerden ze speciaal geprepareerd keramiek te gebruiken in condensatoren, weerstanden, elementen op hoge temperatuur, voor de vervaardiging van microcircuitsubstraten, en vanaf het einde van de jaren 80 in supertemperatuurgeleiders op hoge temperatuur . Later werden keramische materialen met de vereiste eigenschappen speciaal ontwikkeld en gecreëerd - een nieuwe wetenschappelijke richting in de materiaalwetenschap heeft zich ontwikkeld.

De structuur in drie fasen van keramiek wordt gevormd uit: kristallijne, glasachtige en gasfasen. De hoofdfase is kristallijn, het zijn vaste oplossingen of chemische verbindingen die de belangrijkste eigenschappen van het resulterende materiaal specificeren.

De glasachtige fase is een laag tussen de kristallen of individuele microdeeltjes die als bindmiddel dienen. De gasfase bevindt zich in de poriën van het materiaal. De aanwezigheid van poriën in omstandigheden met een hoge luchtvochtigheid beïnvloedt de kwaliteit van keramiek nadelig.

1. Thermistoren

Gemengde overgangsmetaaloxide-thermistoren worden thermistoren genoemd. Ze hebben een positieve temperatuurcoëfficiënt van weerstand en een negatieve temperatuurcoëfficiënt (PTC of NTC).

De kern van zo'n detail is een keramische halfgeleider gemaakt door een meerfasenstructuur van korrelige nitriden en metaaloxiden in lucht te sinteren.

Het sinteren wordt uitgevoerd bij een temperatuur van ongeveer 1200 ° C In dit geval zijn de overgangsmetalen: nikkel, magnesium, kobalt.

De specifieke geleidbaarheid van een thermistor hangt in de eerste plaats af van de oxidatiegraad en van de huidige temperatuur van de resulterende keramiek, en een extra verandering in geleidbaarheid in een of andere richting wordt bereikt door een kleine hoeveelheid additieven in de vorm van lithium of natrium te introduceren.

Thermistors zijn klein, ze zijn gemaakt in de vorm van kralen, schijven of cilinders met een diameter van 0,1 mm tot 4 cm, met draadkabels. Een parel wordt bevestigd aan de platinadraden, vervolgens wordt de parel bedekt met glas, dat wordt gesinterd bij 300 ° C, of ​​de parel wordt verzegeld in de glazen buis.

In het geval van schijven wordt aan beide kanten een metalen coating op de schijf aangebracht, waaraan de conclusies worden gesoldeerd. Deze keramische onderdelen zijn vaak te vinden op printplaten van heel veel elektrische apparaten, evenals in thermische sensoren.

Zie ook op onze website:

Gebruik van thermistors in temperatuursensoren

Hoe de juiste temperatuursensor te kiezen

Het apparaat en het werkingsprincipe van thermistor-vochtigheidssensoren

2. Verwarmingselementen

Keramische verwarmingselementen zijn een resistieve (wolfraam) draad omringd door een omhulsel van keramisch materiaal. In het bijzonder worden in het bijzonder industriële infraroodstralers vervaardigd die bestand zijn tegen extreme temperaturen en inert zijn voor chemisch agressieve omgevingen.

Omdat in deze elementen de toegang van zuurstof tot de spiraal is uitgesloten, oxideert het metaal van de spiraal niet tijdens bedrijf.Dergelijke kachels kunnen tientallen jaren werken en de spiraal binnenin blijft intact.

Zie dit onderwerp:

Hoe zijn moderne verwarmingselementen gerangschikt?

Vergelijking van verwarmingselementen en keramische kachels

Een ander voorbeeld van het succesvolle gebruik van een keramisch verwarmingselement in de elektrotechniek is een soldeerbout. Hier wordt de keramische verwarmer gemaakt in de vorm van een rol, waarbinnen fijn gedispergeerd wolfraampoeder helixvormig wordt aangebracht op een dun keramisch substraat, dat in een buis rond een aluminiumoxidestaaf wordt gerold en in een waterstofmedium wordt gebakken bij een temperatuur in de orde van 1500 ° C.

Het element is duurzaam, de isolatie is van hoge kwaliteit en de levensduur is lang. Het element heeft een karakteristieke technologische groef.

Voor meer informatie over keramische beugels, zie hier - Ontwerpen van moderne elektrische soldeerbouten

Verwarmingssnelheid keramische soldeerbout:

3. Varistoren

De varistor heeft een niet-lineaire weerstand geassocieerd met de spanning die op zijn klemmen wordt aangelegd, in deze I-V-karakteristiek van de varistor is het enigszins vergelijkbaar met een halfgeleiderapparaat - een bidirectionele zenerdiode.

Keramische kristallijne halfgeleider voor een varistor wordt gemaakt op basis van zinkoxide met de toevoeging van bismut, magnesium, kobalt, enz. Door sinteren. Het kan veel energie afvoeren op het moment van bescherming van het circuit tegen een stroomstoot, zelfs als bliksem of een sterk ontkoppelde inductieve belasting de bron van de schok blijkt te zijn.

Keramische varistoren in verschillende vormen en maten - dienen in AC- en DC-spanningsnetwerken, in laagspanningsvoedingen en in andere toegepaste gebieden van elektrotechniek. Meestal kan men varistoren vinden op printplaten, waar ze traditioneel worden gepresenteerd in de vorm van schijven met draadkabels.

Voorbeelden van het gebruik van keramische varistoren in technologie:

Modulaire overspanningsafleiders om bedrading te beschermen

Overspanningsbeveiliging voor huishoudelijke apparaten

Overspanningsbeveiliging voor power halfgeleiderapparaten

4. Keramische substraten voor geïntegreerde schakelingen

Isolerende warmtegeleidende substraten voor transistoren zijn niet alleen siliconen, maar ook keramiek. De meest populaire zijn keramische aluminiumoxidesubstraten; ze worden gekenmerkt door een hoge sterkte, goede hittebestendigheid, weerstand tegen mechanische slijtage en hebben kleine diëlektrische verliezen.

Aluminium nitridesubstraten hebben een 8 keer hogere warmtegeleiding dan aluminiumoxide. En zirkoniumoxide wordt gekenmerkt door een nog hogere mechanische sterkte.

5. Keramische isolatoren

Keramische isolatoren gemaakt van elektrotechnisch porselein worden traditioneel veel gebruikt in de elektrotechniek. Hoogspanningsapparatuur is zonder hen ondenkbaar. Het bijzondere van dit type keramiek is dat u dankzij de technologische eigenschappen producten van complexe vormen en bijna elke maat kunt maken. In dit geval is het sintertemperatuurbereik van porselein breed genoeg om voldoende goede uniformiteit te verkrijgen in het proces van het ontsteken van de isolator over het gehele volume van het product.

Met toenemende spanningen is er een behoefte aan het vergroten van de grootte van isolatoren gemaakt van elektrotechnisch porselein, en de sterkte en weerstand tegen neerslag maakt de porseleinmassa gewoon onmisbaar voor hoogspanning elektrotechniek. 50% - klei en kaolien, ze bieden de ductiliteit van elektrisch porselein, evenals de vormbaarheid en sterkte in de geharde toestand. Veldspaatmaterialen toegevoegd aan het mengsel - vergroot het temperatuurbereik van sinteren.

Hoewel veel moderne keramische materialen in sommige opzichten elektrotechnisch porselein overtreffen, vereist technologisch porselein geen dure grondstoffen, is het niet nodig om de brandtemperatuur te verhogen en is de ductiliteit aanvankelijk uitstekend.

6. Supergeleiders

Het fenomeen supergeleiding dat wordt gebruikt om de sterkste magnetische velden te creëren (in het bijzonder wordt het in cyclotrons gebruikt) wordt gerealiseerd door stroom door een supergeleider te leiden zonder warmteverlies. Om het bovenstaande resultaat te bereiken, worden type II supergeleiders gebruikt, die worden gekenmerkt door de coëxistentie van zowel supergeleiding als magnetisch veld tegelijkertijd.

Dunne filamenten van een normaal metaal dringen het monster binnen en elk filament draagt ​​een magnetische fluxquantum. Bij lage temperaturen, in het gebied van het kookpunt van stikstof (boven -196 ° C), moeten we opnieuw keramiek gebruiken met goed gescheiden koper-zuurstofvlakken (supergeleiders op cupraatbasis).

Het supergeleidendheidsrecord behoort tot de keramische samenstelling Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), ontdekt in 2003, omdat het bij een druk van 400 kbar een supergeleider wordt, zelfs bij temperaturen tot -107 ° C. Dit is een zeer hoge temperatuur voor supergeleiding.

Zie meer over dit onderwerp: Supergeleiding op hoge temperatuur en zijn toepassing