Материал: Учебное пособие ЭТМ

Таблица 4.5

Электрические свойства мусковита и флогопита при 20 °С

Помимо высокой нагревостойкости слюдам присуща высокая короностойкость. По величине короностойкости все диэлектрики делятся на десять классов, при этом слюды имеют самый высокий десятый класс. Данное качество очень важно для материалов, применяемых в высоковольтных установках. Для слюд характерна высокая стойкость к механическому истиранию, что имеет большое значение для изоляции электрических машин из-за наличия в них вращающихся деталей.

К достоинствам слюд следует отнести их широкое распространение в природе. В Земной коре содержится порядка 3,8 % слюды (для сравнения меди около 0,01 %).

Первичная технологическая обработка слюды представлена на рис. 4.29.

Рис. 4.29. Технологическая схема первичной обработки слюды

Слюда расщепляется до пластинок, толщина которых 5-45 мкм, полученная щипаная слюда используется для производства клееной слюдяной изоляции. Путем склейки слюды связующим изготавливают широкую гамму различных композиционных материалов. Расщепление пластин площадью более 10 см2 осуществляется вручную.

98

Из лучших сортов мусковита изготавливают штамповкой пластин прямоугольного формы (слюда конденсаторная), а также фасонные детали для различных электронных приборов и телевизоров.

Помимо этого широкое распространение получили композиционные материалы на основе слюдяных бумаг (слюдинитовой и слюдопластовой), применение которых позволяет исключить ручной труд и полностью механизировать производство, повысить электрическую прочность (измельченные частицы слюды более плотно укладываются в материале по сравнению со щипаной слюдой) и геометрические размеры (площадь) диэлектрика.

4.6.3. Стекла

Стеклом называется квазиаморфный твердый материал, обладающий ближним порядком в расположении атомов при отсутствии дальнего. Стеклообразное состояние является основной разновидностью аморфного. Оно возникает из жидких расплавов после переохлаждения последних.

Стеклообразные вещества — это твердые, однородные, хрупкие, прозрачные в различной степени тела, обладающие общими физико-химическими свойствами:

изотропны (свойства одинаковы во всех направлениях); при нагревании не плавятся как кристаллы, а постепенно размяг-

чаются, переходя из твердого в высоковязкое, а затем в капельножидкое состояние (при этом вязкость и другие свойства изменяются непрерывно);

расплавляются и отвердевают обратимо (будучи разогретыми до расплавленного состояния, после охлаждения по тому же режиму вновь приобретают первоначальные свойства, если не произойдет кристаллизация);

при соответствующих температурных условиях имеют тенденцию к кристаллизации (кристаллы в стекле — брак).

Наиболее широкое применение в электротехнике имеют неорганические стекла. По химическому составу их можно подразделять

99

на пять типов (табл. 4.6). Наиболее важными для техники являются оксидные стекла. Их получают при скорости охлаждения расплава менее 102 К/с. Они подразделяют по своему составу на определенные классы и группы. Деление на классы производится в соответствии с природой стеклообразующего оксида (табл. 4.7).

Таблица 4.6

Классификация стекол

100

Это основные стеклообразующие оксиды. Ряд других оксидов возможно привести в состояние стекла лишь в условиях быстрого охлаждения расплава (As2О3, Sb2O3, ТеО2, V2О5).

Ряд оксидов сами по себе практически не стеклуются (А12О3, Ga2O3, Bi2O3, TiO2, MoO3, WO3). Однако в комбинациях с другими компонентами их слабые стеклообразующие свойства резко усиливаются, и они могут служить основой для синтеза самостоятельных классов стекол. Способность к стеклообразованию ослабляется по мере металлизации химических ковалентных связей в системах.

Стекла могут содержать два или три оксида стеклообразователя. Силикатные стекла являются наиболее важным для техники

классом, так как обладают высокой химической устойчивостью и являются недорогими, потому что содержат самые распространенные в Земной коре элементы — кислород и кремний.

Для предания стеклам определенных физических свойств, а также из технологических соображений в состав силикатных стекол вводят различные оксиды.

В бесщелочных стеклах отсутствуют оксиды натрия и калия. В эту группу входит чисто кварцевое стекло (плавленый кварц), которое обладает высокими нагревостойкостью и электрическими свойствами, но из него тяжело изготавливать изделия, особенно сложной конфигурации и с малыми допусками по размерам.

Щелочные стекла не содержат оксидов тяжелых металлов (или содержат незначительное их количество). Эта группа стекол состоит из двух подгрупп:

натриевые стекла; калиевые стекла и калиево-натриевые стекла.

Эти стекла отличаются пониженной нагревостойкостью, легко обрабатываются при нагреве, но имеют пониженные электрические свойства.

Щелочные стекла характеризуются высоким содержанием тяжелых металлов. Эти стекла обладают удовлетворительной

101

технологичностью, имеют повышенные электрические свойства, которые при нормальной температуре приближаются к свойствам стекол первой группы. Диэлектрическая проницаемость всех типов стекол возрастает с повышением температуры.

Силикатные стекла устойчивы к действию кислот, за исключением плавиковой кислоты (HF), которая их растворяет. Стойкость к щелочам значительно меньше. Диэлектрические свойства силикатных стекол лежат в очень широком диапазоне, так как зависят от состава и технологии получения стекла.

Кварцевое стекло (100 % SiO2). Температура получения этого стекла 1700 – 2000 ° С. Основу микрокристаллической структуры кварцевого стекла составляет кремнекислородный тетраэдр [SiO4]4-

(рис. 4.30).

Рис. 4.30. Схематическое изображение кремнекислородного тетраэдра

Эти тетраэдры, соединяясь друг с другом через кислородные ионы, образуют сплошные трехмерные сетки. Дальний порядок (строгая периодичность) в расположении тетраэдра отсутствует, что является признаком аморфного тела.

Кварцевые стекла обладают рядом высочайших свойств: минимальный из всех известных веществ температурный коэф-

фициент линейного расширения αl , меньше в 10 – 20 раз, чем у остальных материалов;

высокий предел прочности на сжатие, в 4 – 5 раз выше, чем у остальных стекол;

высокий предел прочности при растяжении; высокая стойкость к тепловым импульсам;

102