Здавалка
Главная | Обратная связь

ТВЕРДЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ



К ним относятся материалы, в составе которых находится углерод C. В качестве органических диэлектриков в промышленности применяют как природные, так и синтетические полимеры, которые получают методом химического синтеза. Часто их называют смолами.

Основу многих высокомолекулярных диэлектриков составляют полимерные соединения, которые получают из мономеров. Полимеризация - это процесс соединения большого числа мономеров с образованием нового высокомолекулярного вещества (полимера) без выделения побочных продуктов реакции. Поликонденсация - это процесс соединения разнородных мономеров с образованием полимера и выделением побочного продукта реакции.

По строению макромолекулы полимеров делятся на линейные (нитевидные) и пространственные (сетчатые). Линейные полимеры представляют собой сочетание звеньев одной определенной структуры. Сочетание двух или трех химически различных звеньев образуют полимеры, которые называют совмещенными или сополимерами. Линейные полимеры с несимметричным строением атомов являются полярными и имеют большие диэлектрические потери. Линейные полимеры с симметричным строением мономеров являются неполярными и имеют малые диэлектрические потери. Большинство материалов на основе линейных полимеров имеют аморфную структуру и при нагревании плавно переходят из твердого состояния в жидкое или текучее.

В пространственных полимерах макромолекулы связаны поперечными химическими связями. Пространственные полимеры относятся к термореактивным материалам. Они обладают следующими свойствами: большая жесткость, чем у линейных полимеров; при нагревании не размягчаются; не гибкие; не способны образовывать пленки и волокна; не растворяются в растворителях.

Термопластичные материалы (термопласты) характеризуются тем, что нагревание до температуры, соответствующей пластическому состоянию, не вызывает необратимых изменений их свойств. Они тверды при достаточно низких температурах, но при нагревании становятся пластичными и легко деформируются. В настоящее время термопластичные материалы составляют примерно 75% всех потребляемых мировой электротехнической промышленностью полимерных материалов.

В термореактивных (термоотверждающихся) материалах при достаточной выдержке при высокой температуре происходят необратимые процессы, в результате которых они теряют способность плавится и растворяться, становясь твердыми и механически прочными.

Полимеризационные синтетические полимеры получают в процессе полимеризации под действием теплоты, давления, ультрафиолетовых лучей, а также инициаторов и катализаторов.

Наибольшее распространение получили блочный, эмульсионный, лаковый и газовый способы полимеризации.

Полимерные углеводороды.Полистирол - твердый прозрачный материал, неполярный диэлектрик с высокими электроизоляционными свойствами. Он является продуктом полимеризации мономерного стирола C8H8

Полистирол - один из лучших высокочастотных диэлектриков. Он применяется для изготовления каркасов индуктивных катушек, корпусов радиоприемников и телевизоров, плат переключателей, для изоляции кабелей и конденсаторов.

Полиэтилен- твердый белый или светло-серый материал без запаха, неполярный диэлектрик, полученный в результате реакции полимеризации газа этилена

Самый распространённый в мире пластик, применяется как конструкционный материал для изготовления каркасов катушек, деталей, работающих в цепях высокой частоты. Полиэтиленовые пленки толщиной от 0,02 до 0,2 мм применяются при изготовлении кабелей и проводов.Одним из основных методов изготовления изделий из полиэтилена является литье под давлением при температуре 150 ... 180 °С.

Полипропилен - линейный неполярный полимер, полученный полимеризацией газа пропилена (пропена) СН2=СН-СН3 аналогично полимеризации этилена низкого давления. Полипропилен применяют как комбинированный бумажно-пленочный диэлектрик в силовых конденсаторах, как пленочный диэлектрик в обмоточных проводах.

Поливинилхлорид (ПВХ, полихлорвинил, винил) - белый мелкодисперсный порошок. Линейный полярный полимер, полученный в результате полимерии-зации газообразного мономера винилхлорида в присутствии эмульгаторов (желатина, поливинилового спирта) и инициаторов (перекиси водорода, перекиси ацетилена).

Полиметилметакрилат (оргстекло, плексиглас) - прозрачный бесцветный материал, полярный диэлектрик, который получают в результате полимеризации эфиров метакриловой кислоты. Состоит из термопластичной смолы. Применяют органическое стекло для изготовления корпусов приборов, шкал, линз, а также в качестве дугогасящего материала, так как оно обладает свойством выделять при воздействии электрической дуги большое количество газов (СО, Н2, СО2, пары Н2О).

Фторорганические полимеры. Фторопласты - кристаллические полимеры фторпроизводных этилена, где атомы водорода замещены фтором. Фторопласт-4 - белый или сероватый материал с более высокой плотностью, чем у других органических полимеров. Цифра 4 указывает на число атомов фтора в молекуле мономера. Он выпускается также под названием фторлон-4, а за рубежом - под названием тефлон. Из фторопласта-4 изготавливают тонкие конденсаторные и электроизоляционные пленки толщиной 5...200 мкм.

АКТИВНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИотличаются от обычных тем, что их электрическими свойствами можно управлять в широком диапазоне, воздействуя на них электрическим, магнитным, тепловым полями и т.д. Так, поляризация может создаваться не только электрическим полем, но и при деформации (пьезоэлектрический эффект), намагничиванием (сегнетомагнитный эффект), изменением температуры (пироэлектрический эффект). Возможны также и обратные явления. Их используют для генерации, усиления, модуляции и преобразования электрических сигналов.

К активным диэлектрикам относят - сегнетодиэлектрики, - пьезоэлектрики, - электреты, - диэлектрики для оптической генерации, - электрооптические материалы.

Сегнетодиэлектриками называются материалы, которые обладают спонтанной (самопроизвольной) поляризацией в определенном интервале температур.

Спонтанная поляризация - это поляризация, которая возникает в диэлектрике под влиянием внутренних процессов, без внешних воздействий. Это явление связано с особенностями сегнетодиэлектриков. Объем сегнетодиэлектрика разделен на домены, которые представляют собой макроскопические области с различным направлением векторов спонтанной поляризованности Рс. Зависимость поляризованности Р от напряженности внешнего электрического поля Е в сегнентодиэлектриках нелинейна и при циклическом изменении напряженности поля имеет вид характерной замкнутой кривой, которая называется петлей гистерезиса.

Рс - поляризованность сегнетодиэлектрика; Ес - напряженность внешнего электрического поля; Рн - поляризованность начала участка насыщения; Ен - напряженность начала участка насыщения. При напряженности поля Е = 0 поляризованность Р образца, состоящего из одного домена, равна + Рс или - Рс. С увеличением напряженности поля, приложенного по направлению Рс, поляризованность Р растет линейно благодаря обычным механизмам поляризации (электронному, ионному, дипольному).

Если прикладывать электрическое поле противоположного знака, то при некотором значении напряженности поля Ес происходит переполяризация, т. е. изменение направления вектора Рс на противоположное. Напряженность поля, при которой происходит изменение направления спонтанной поляризованнос, называют коэрцитивной силой Нс.

Сегнетоэлектрическая точка Кюри - температура, при которой возникает (при охлаждении) или исчезает (при нагревании) спонтанная поляризация. Диэлектрическая проницаемость e вещества при температуре точки Кюри Тк максимальна. После достижения точки Кюри происходит фазовый переход из сегнетоэлектрического состояния в параэлектрическое, когда Рс = 0.

К ионным сегнетоэлектрикам относятся многие соединения со структурой типа перовскита (минерал СаТiO3), титанат бария ВаТiO3к, = 120 °С), титанат свинца PbTiO, (Тк = 490°С), ниобат калия KNbО3к = 435 °С и др.). Сегне́това соль — NaKC4H4O6· 4H2O (тартрат калия-натрия). Названа по имени французского аптекаря Пьера Сеньета (Pierre Seignette), получившего её около 1655 г. Сегнетоэлектрики с прямоугольной петлей гистерезиса применяют в запоминающих устройствах (ЗУ) электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

Пьезоэлектрикаминазывают твердые, анизотропные кристаллические вещества, обладающие пьезоэффектом. Пьезоэффект был открыт братьями Кюри в 1880 г.

Явление образования электрического заряда на поверхности соответствующих граней диэлектрика (поляризации) при его деформации под действием механических напряжений называют прямым пьезоэлектрическим эффектом. Возникающая при этом поляризованность Р прямо пропорциональна приложенному механическому напряжению s: P = ds, где d - коэффициент пропорциональности, называемый пьезоэлектрическим модулем или пьезомодулем. Изменение знака s, т. е. замена растяжения сжатием, приводит к изменению знака поляризации Р, т. е. переполяризации. Материалы с прямым пьезоэлектрическим эффектом используют для преобразования механических напряжений или смещений в электрические сигналы (звукосниматели, приемники ультразвука, датчики деформаций).

Изменение формы диэлектрика при изменении напряженности электрического поля называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Обратный пьезоэффект используют для преобразования электрических сигналов в механические (акустические излучатели, генераторы ультразвука).

Поляризованную сегнетокерамику, предназначенную для использования ее пьезоэффекта, называют пъезокерамикой. В качестве пьезокерамических материалов используют титанат бария и его производные, ниабат бария - свинца, цирконат - титанат свинца и его производные.

На высоких частотах (ВЧ) и сверхвысоких частотах (СВЧ) применяют только монокристаллические природные или синтетические пьезоэлектрики.

Кварц (горный хрусталь ) - двуокись кремния SiО2, широко распространенный в природе минерал, который обладает: высокими электрическими свойствами (тангенс угла диэлектрических потерь tgd< 0,0001);

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫобладают способностью при внесении их в магнитное поле намагничиваться, а некоторые из них сохраняют свою намагниченность и после прекращения воздействия магнитного поля. Магнитные свойства материалов характеризуются петлей гистерезиса, кривой намагничивания, магнитной проницаемостью, потерями энергии при перемагничивании.

Петля гистерезиса. При циклическом изменении напряженности постоянного магнитного поля от 0 до + H, от + H до -H и снова от -H до + H кривая изменения индукции (кривая перемагничивания) имеет форму замкнутой кривой - петли гистерезиса. Для слабых полей петля имеет вид эллипса.

Петлю гистерезиса, полученную при условии насыщения намагничивания, называют предельной петлей гистерезиса. Она характеризуется максимально достигнутым значением индукции Bs, называемым индукцией насыщения. Чтобы получить остаточную магнитную индукцию, равную нулю, необходимо приложить противоположно направленное размагничивающее поле определенной напряженности -Hс. Отрицательная напряженность магнитного поля -Hс называется коэрцитивной силой материала.

Площадь гистерезисной петли зависит от свойств материала, его геометрических размеров и частоты перемагничивания. По предельной петле гистерезиса определяют такие характеристики магнитных материалов, как индукцию насыщения Bs, остаточную индукцию Вс, коэрцитивную силу Hс.

Кривая намагничивания. Это важнейшая характеристика магнитных материалов, она показывает зависимость намагниченности или магнитной индукции материала от напряженности внешнего поля H.

Намагни́ченность — векторная физическая величина, характеризующая магнитное состояние макроскопического физического тела. Обозначается обычно М или J. Определяется как магнитный момент единицы объёма вещества:

Основная (коммутационная) кривая намагничивания представляет собой геометрическое место вершин петель гистерезиса, полученных при циклическом перемагничивании (см. рис. 6.1) и отражает изменение магнитной индукции В в зависимости от напряженности магнитного поля Н, которое создается в материале при намагничивании.

абсолютной магнитной проницаемости mа и относительной магнитной проницаемости m0:

m0 - магнитная постоянная, равная 1,257 мкГн/м

Потери на перемагничивание магнитного материала складывается из потерь на гистерезис и динамических потерь. Динамические потери Рвт вызываются частично вихревыми токами, которые возникают при изменении направления и напряженности магнитного поля; они также рассеивают энергию. Разделяют на магнитомягкие и магнитотвердые.

В магнитомягких материалах намагничивание происходит в основном за счет смещения границ доменов. Магнитотвердые материалы намагничиваются преимуществено за счет вращения векторов намагничивания и парапроцесса. Для них разница в коэрцитивной силе Нс достигает очень большого значения. для магнитотвердых материалов наибольшая коэрцитивная сила Нс = 800 кА/м, а для магнитомягких материалов наименьшая коэрцитивная сила Нс = 0,4 А/м.

Магнитомягкие материалы с округлой петлей гистерезиса применяют для работы в низкочастотных магнитных полях (железо и стали). Магнитотвердые материалы служат для изготовления постоянных магнитов.

Максимальная удельная магнитная энергия, Дж/м2:

Магнитный поток постоянного магнита с течением времени уменьшается. Это явление называется старением магнита.

Магнитотвердые материалы подразделяют на материалы для постоянных магнитов и материалы для записи и хранения информации (звуковой, цифровой, видеоинформации и др.).

Литые материалы на основе сплавов. Эти материалы имеют основой сплавы железо-никель-алюминий (Fe-Ni-Al) и железо-никель-кобальт (Fe-Ni-Co) и являются основными материалами для изготовления постоянных магнитов. Магнитотвердые литые материалы получают в результате дисперсионного твердения сплава при его охлаждении с определенной скоростью от температуры плавления до температуры начала распада.

В процессе твердения происходит высокотемпературный распад твердого раствора на b-фазу и b2-фазу. b-фаза близка по составу к чистому железу, которое обладает сильно выраженными магнитными свойствами. Она выделяется в виде пластинок однодоменной толщины. b2-фаза близка по составу к интерметаллическому соединению никель-алюминий Ni-Al, обладающему низкими магнитными свойствами. В результате получают систему, состоящую из немагнитной фазы b2 с однодоменными сильномагнитными включениями фазы b, которая обладает большой коэрцитивной силой Нс.

Наиболее распространенными являются сплавы железо-никель-алюминий, легированные медью Сu и кобальтом Со. При использовании легирующих металлов в обозначение марок вводят дополнительные буквы, которые соответствуют этим металлам, например, сплав системы железо-никель-алюминий, легированный кобальтом, марки ЮНДК.

Порошковые магнитотвердые материалы (постоянные магниты). применяют для изготовления миниатюрных постоянных магнитов сложной формы. Их подразделяют на металлокерамические, металлопластические, оксидные и микропорошковые. Металлокерамические магниты по магнитным свойствам лишь немного уступают литым магнитам, но дороже их.

Получают металлокерамические магниты в результате прессования металлических порошков без связующего материала и спекания их при высоких температурах. Для порошков используют сплавы ЮНДК (сплав системы Fe-Ni-Al, легированный кобальтом); на основе платины (Pt-Co, Pt-Fe); на основе редкоземельных металлов.

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.