Exempel på användning av keramiska material inom elektroteknik och elkraftsindustri

Keramik - blandade och specialbehandlade finmalda oorganiska ämnen - används ofta inom modern elektroteknik. De allra första keramiska materialen erhölls exakt genom sintring av pulver, på grund av vilken en stark, värmebeständig, inert mot de flesta media, med låga dielektriska förluster, beständig mot strålning, som kan arbeta på lång tid under förhållanden med varierande fuktighet, temperatur och tryck hos keramiken. Och detta är bara en del av de anmärkningsvärda egenskaperna hos keramik.

På 50-talet började användningen av ferriter (komplexa oxider baserade på järnoxid) växa aktivt, sedan försökte de använda speciellt framställda keramik i kondensatorer, motstånd, högtemperaturelement, för tillverkning av mikroskretssubstrat, och började i slutet av 80-talet, i högtemperatur superledare . Senare utvecklades och skapades keramiska material med de önskade egenskaperna - en ny vetenskaplig inriktning inom materialvetenskap har utvecklats.

Tre-fasstrukturen i keramik bildas av: kristallina, glasartade och gasfaser. Huvudfasen är kristallin, det är fasta lösningar eller kemiska föreningar som specificerar huvudegenskaperna för det resulterande materialet.

Den glasartade fasen är ett skikt mellan kristallerna eller enskilda mikropartiklar som tjänar som ett bindemedel. Gasfasen är i materialets porer. Närvaron av porer, under förhållanden med hög fuktighet, påverkar negativt kvaliteten på keramik.

1. Termistorer

Blandade övergångsmetalloxidtermistorer kallas termistorer. De har en positiv temperaturkoefficient för motstånd och en negativ temperatur motståndskoefficient (PTC eller NTC).

I hjärtat av en sådan detalj är en keramisk halvledare tillverkad genom sintring i luft en flerfasstruktur av granulära nitrider och metalloxider.

Sintring utförs vid en temperatur av cirka 1200 ° C. I detta fall är övergångsmetallerna: nickel, magnesium, kobolt.

Den specifika konduktiviteten hos en termistor beror främst på graden av oxidation och på den aktuella temperaturen hos den resulterande keramiken, och en ytterligare förändring i konduktiviteten i en eller annan riktning uppnås genom att införa en liten mängd tillsatser i form av litium eller natrium.

Termistorer är små, de är gjorda i form av pärlor, skivor eller cylindrar med en diameter från 0,1 mm till 4 cm, med trådkablar. En pärla fästs på platinatrådarna, sedan täcks pärlan med glas, som sintras vid 300 ° C, eller pärlan förseglas inuti glasröret.

När det gäller skivor appliceras en metallbeläggning på skivan från båda sidor, till vilka slutsatserna är lödda. Dessa keramiska delar kan ofta hittas på kretskort på mycket elektriska apparater, liksom i termiska sensorer.

Se även på vår webbplats:

Använda termistorer i temperatursensorer

Hur man väljer rätt temperatursensor

Enheten och principen för drift av termistorfuktighetssensorer

2. Värmeelement

Keramiska värmeelement är en resistiv (volfram) tråd omgiven av en mantel av keramiskt material. I synnerhet tillverkas industriella infraröda värmare som är motståndskraftiga mot extrema temperaturer och inerta mot kemiskt aggressiva miljöer.

Eftersom i dessa element tillträde av syre till spiralen utesluts, oxiderar inte spiralen metall under drift.Sådana värmare kan fungera i decennier, och spiralen inuti förblir intakt.

Se detta ämne:

Hur är moderna värmeelement anordnade?

Jämförelse av värmeelement och keramiska värmare

Ett annat exempel på en framgångsrik användning av ett keramiskt värmeelement i elektroteknik är ett lödkolv. Här tillverkas den keramiska värmaren i form av en rulle, inuti vilken fint dispergerat volframpulver appliceras spiralformigt på ett keramiskt tunt underlag, som rullas in i ett rör runt en aluminiumoxidstång och bakas i ett vätemedium vid en temperatur av cirka 1500 ° C.

Elementet är hållbart, dess isolering är av hög kvalitet och dess livslängd är lång. Elementet har en karakteristisk teknisk spår.

För mer information om keramiska konsoler, se här - Design av moderna elektriska lödkolvar

Uppvärmningshastighet för keramiskt lod

3. Varistorer

Varistorn har ett olinjärt motstånd associerat med den spänning som anbringas på dess terminaler, i denna I-V-karakteristik av varistorn är den något liknande en halvledaranordning - en dubbelriktad zenerdiod.

Keramisk kristallin halvledare för en varistor tillverkas på basis av zinkoxid med tillsats av vismut, magnesium, kobolt, etc. genom sintring. Den är i stånd att sprida mycket energi vid tidpunkten för att skydda kretsen från en kraftöverspänning, även om blixtnedslag eller en kraftigt frånkopplad induktiv belastning är källan till chocken.

Keramiska varistorer i olika former och storlekar - fungerar i växelströms- och likspänningsnät, i lågspänningsförsörjning och i andra tillämpade områden inom elektroteknik. Oftast kan man hitta varistorer på tryckta kretskort, där de traditionellt presenteras i form av skivor med trådkablar.

Exempel på användning av keramiska varistorer inom teknik:

Modulära överspänningsavledare för att skydda ledningar

Överspänningsskydd för hushållsapparater

Spänningsskydd för halvledarapparater

4. Keramiska underlag för integrerade kretsar

Isolering av värmeledande underlag för transistorer är inte bara silikon, utan också keramik. De mest populära är keramiska aluminiumoxidunderlag, de kännetecknas av hög hållfasthet, god värmebeständighet, motstånd mot mekanisk nötning och har små dielektriska förluster.

Aluminiumnitridsubstrat är 8 gånger högre värmeledningsförmåga än aluminiumoxid. Och zirkoniumoxid kännetecknas av ännu högre mekanisk hållfasthet.

5. Keramiska isolatorer

Keramiska isolatorer tillverkade av elektroteknisk porslin används traditionellt i elektroteknik. Högspänningsutrustning är utan tänkbara. Det speciella med denna typ av keramik är att dess tekniska egenskaper gör att du kan skapa produkter med komplexa former och nästan vilken storlek som helst. I detta fall är sintringstemperaturområdet för porslin tillräckligt stort för att erhålla tillräckligt god enhetlighet i processen att avfyra isolatorn genom hela produktvolymen.

Med ökande spänningar finns det ett behov av att öka storleken på isolatorer gjorda av elektroteknisk porslin, och styrkan och motståndet mot utfällning gör bara porslinsmassan nödvändig för högspänningsteknik. 50% - lera och kaoliner, de ger elasticiteten av elektriskt porslin, liksom dess formbarhet och styrka i härdat tillstånd. Fältspatmaterial som tillsätts blandningen - utvidga sintringens temperaturintervall.

Även om många moderna keramiska material överträffar elektroteknisk porslin i vissa avseenden, kräver tekniskt porslin inte dyra råmaterial, det finns inget behov av att öka bränningstemperaturen och dess smidighet är utmärkt till en början.

6. Superledare

Det superledande fenomenet som används för att skapa de starkaste magnetfälten (i synnerhet används det i cyklotroner) realiseras genom att ström passerar genom en superledare utan värmeförlust. För att uppnå ovanstående resultat används super II-ledare av typ II, som kännetecknas av samexistensen av både superledningsförmåga och magnetfält samtidigt.

Tunna filament av en normal metall tränger igenom provet och varje filament bär ett magnetiskt flödeskvantum. Vid låga temperaturer, i området för kvävets kokpunkt (över -196 ° C), måste keramik med väl separerade koppar-syreplan (kupratbaserade superledare) användas.

Superledningsrekordet tillhör den keramiska föreningen Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), som upptäcktes 2003, eftersom det vid ett tryck på 400 kbar blir en superledare även vid temperaturer upp till −107 ° C. Detta är en mycket hög temperatur för supraledningsförmåga.

Se mer om detta ämne: Hög temperatur superledningsförmåga och dess tillämpning