Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Сведения по изучаемым вопросам

Лабораторная работа № 2

Изучение свойств керамических материалов

(Продолжительность лабораторной работы 2 ч;

домашняя подготовка ─ 2 ч)

I. ВВЕДЕНИЕ

Керамикой называют материалы, полученные при высокотемпературном спекании минеральных порошков. При нагреве исходные вещества взаимодействуют между собой, образуя кристаллическую и аморфную фазу. Керамика представляет собой пористый материал, содержащий ковалентные или ионные кристаллы — сложные оксиды, карбиды или твердые растворы на их основе. Аморфная фаза является стеклом, которое по своему химическому составу отличается от кристаллов. Керамический материал содержит одну или несколько кристаллических фаз, отдельные виды керамики совсем не имеют стекла в своей структуре. Как правило, керамика имеет поликристаллическую структуру с прослойками стекла и с беспорядочным расположением зерен и поэтому однородна по свойствам.

Характерной особенностью керамических материалов является хрупкость. Сопротивление разрушению тем выше, чем мельче кристаллы и чем меньше пористость. Например, плотная микрокристаллическая керамика на основе А1₂O₃ с размерами зерен 1-5 мкм в 5-6 раз прочнее обычной. Изделия из плотной мелкозернистой керамики - тонкой керамики - получают по более сложной технологии, и поэтому такие изделия дороги. Пористую керамику используют в качестве огнеупорных материалов, фильтров, диэлектриков в электротехнике. Более прочную плотную керамику применяют для некоторых деталей машин.

II. КРАТКИЕ ПРИКЛАДНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

СВЕДЕНИЯ ПО ИЗУЧАЕМЫМ ВОПРОСАМ

КЕРАМИКА (слово греческого происхождения – keramike — гончарное искусство, от keramos — глина) это изделия и материалы, получаемые спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов и других неорганических соединений. В зависимости от состава сырья и температуры обжига керамические изделия и материалы подразделяют на 2 класса:

¾ полностью спёкшиеся, плотные, блестящие в изломе изделия с водопоглощением не выше 0,5% и

¾ частично спёкшиеся, пористые изделия с водопоглощением до 15%.

Различают грубую керамику, имеющую крупнозернистую, неоднородную в изломе структуру, и тонкую керамику с однородным, мелкозернистым в изломе и равномерно окрашенным черепком.

Для декоративной отделки и защиты керамических изделий от внешних воздействий их покрывают глазурями и ангобами.

Глазурь (слово немецкого происхождения Glasur, от Glas — стекло) этостекловидное покрытие толщиной 0,15¸0,30 мм на керамике, закреплённое обжигом. По химической природе глазурь представляет собой щелочные, щёлочноземельные и другие алюмосиликатные и алюмоборосиликатные стёкла. Глазурь предохраняет керамические изделия от загрязнения, действия кислот и щелочей, делает их водонепроницаемыми и придаёт изделиям декоративные свойства, соответствующие архитектурно-художественным требованиям. Глазури разделяют на прозрачные и непрозрачные (глухие), бесцветные и окрашенные.

Ангоб (французское слово engobe) это декоративное керамическое покрытие, наносимое на поверхность изделия до его обжига и закрывающее цвет или грубую структуру его материала. Различают ангобы белые (из беложгущихся глин) и цветные (из глин с цветообразующими добавками). Ангобы применяют в производстве цветного кирпича и двухслойных фасадных облицовочных изделий. Ангоб может быть покрыт слоем прозрачной глазури, росписью и т. д.

Декорирование керамических изделий осуществляют с помощью керамических красок, которыми являются окрашенные минеральные вещества (обычно оксиды тяжёлых цветных металлов или синтетические соединения типа корундов, гранатов, цирконов), стойкие при высоких температурах. Керамические краски подразделяются на подглазурные и надглазурные. Первые наносят на неглазурованные изделия, которые затем покрывают глазурью и обжигают, вторые — на глазурованные обожжённые изделия, закрепляя их обжигом.

Жаростойкие керамические покрытия защищают металлы от окисления и действия высоких температур. Они представляют собой тонкие (15¸150 мкм) плёнки, преимущественно на основе огнеупорных оксидов металлов и керметов*, получаемые эмалированием, газопламенным или плазменным напылением, химическим осаждением из газовой фазы и другими способами на металлической или иной (например, графитовой) поверхности с целью повышения её химической, термической и механической стойкости. Применяются для покрытия поверхности лопаток турбин, поршней и головок цилиндров двигателей внутреннего сгорания и других деталей.

Высокие эксплуатационные и художественно-декоративные качества керамики обусловливают её широкое применение в технике и быту.

Основным сырьём в керамической промышленности являются глины и каолины.

Глины это тонко дисперсные несцементированные, но связные осадочные горные породы, состоящие в основном из так называемых глинистых минералов — водных силикатов со слоистой структурой. Способны при увлажнении приобретать пластичность и иногда разбухать, а после обжига приходить в камнеподобное состояние. По составу различают глины каолинитовые, монтмориллонитовые (бентонитовые), гидрослюдистые (в том числе глауконитовые) и другие. Глины — основной материал для керамики (кирпич, черепица, облицовочный камень, облицовочные плитки, фарфор, фаянс и другие). Огнеупорные глины применяют в металлургии.

Каолин (от названия местности Каолин в Китае) это белая глина — осадочная горная порода, состоящая главным образом из каолинита (глинистый минерал, основной силикат алюминия Al₄[Si₄О₁₀](OH)₈, цвет белый с оттенкам, твердость по минералогической шкале 1—3*; плотность около 2600 кг/м³), иногда с примесью песчанистого материала (песчаный каолин). Цвет белый, желтоватый, сероватый, при наличии органических примесей — до чёрного. В сухом виде — кусковатая, слабосвязанная, реже прочная порода, жирная в ощупь. При увлажнении малопластичен, почти не разбухает. Высокоогнеупорен. Важнейший потребитель каолина — бумажная промышленность, использующая 40-50% всей добычи. Каолин, входящий в состав бумаги (до 40%), в значительной степени определяет её качество. Около 20% добываемого каолина потребляется в резиновой промышленности, 5-10% — для производства фарфоровых и фаянсовых изделий. Каолин применяется также в производстве огнеупоров, в химической промышленности, в парфюмерии, медицине.

Однако повышенные и резко дифференцированные требования, предъявляемые к керамике металлургией, электротехникой и приборостроением, обусловили развитие производства огнеупоров и других видов технической керамики на основе чистых оксидов, карбидов и других соединений. Свойства некоторых видов технической керамики резко отличаются от свойств изделий, изготовляемых из глин и каолинов, и потому объединяющими признаками керамических изделий и материалов, в настоящее время, остаются их получение спеканием при высоких температурах, а также использование в производстве родственных технологических методов, к которым относятся обработка сырья и приготовление керамической массы, изготовление (формование), сушка и обжиг изделий.

К грубой керамике, имеющей крупнозернистую, неоднородную в изломе структуру, относиться строительная керамика, то есть материалы и изделия из керамики, применяемые в строительстве. К строительной керамике относятся

¾ стеновые материалы которые включают в себя глиняный обыкновенный обожженный кирпич размером 250´120´65 мм со средней (по объёму) плотностью 1600¸1800 кг/м³, эффективный кирпич (пустотелый и пористый) со средней плотностью 1200¸1600 кг/м³, применяемые главным образом для возведения стен, перегородок и т. п., и керамические камни, имеющие по сравнению с кирпичом большие размеры. Эти виды кирпича в зависимости от предела прочности при сжатии (в кгс/см²) разделяют на марки 75, 100, 150, 200 и 300. Сюда же можно отнести и керамзитобетон, являющийся легким бетоном, в котором заполнителем является керамзит, а вяжущим – цемент, гипс или синтетические смолы. Керамзит представляет собой пористый материал в виде гравия, получаемый быстрым обжигом легкоплавких глин до их вспучивания (1100¸1200 ºС). Иногда керамзит используется в качестве тепло- и звукоизоляционной засыпки в конструкциях зданий. Средняя плотность (марка) керамзита 250¸600 кг/м³.

¾ материалы для отделки фасадов, то есть фасадная керамика предназначенная для облицовки фасадов зданий, получаемая преимущественно из тугоплавких глин. Различают кирпич и камни лицевые глазурованные и неглазурованные, плиты прикладные, плитки малогабаритные, ковровую керамику и архитектурно-художественные детали (с естественным цветом черепка, покрытые глазурью, с гладким или рельефным рисунком). Водопоглощение лицевых изделий не менее 6% и не более 14%. Фасадная керамика применяется также для отделки стен вестибюлей, лестничных клеток, переходов и т. д.)

¾ материалы для облицовки внутренних поверхностей зданий включающие в себя плитки для стен и полов. Керамические плитки для полов прессуются из полусухих порошкообразных керамических масс с последующей сушкой и обжигом до спекания. Характеризуются высокими прочностью, износостойкостью, водо- и химической стойкостью. Плитки бывают гладкие, шероховатые и рифлёные, одноцветные и многоцветные. По форме они выпускаются квадратные, прямоугольные, 6-гранные, 8-гранные и фигурные. Керамические плитки для стен, как правило, глазурованы.

¾ кровельные материал – черепица, которая является долговечным и огнестойким кровельным штучным материалом из обожжённой глины. Недостатки: большая масса 1 м² кровли (до 70—80 кг), трудоёмкость её устройства (необходимость большого уклона и мощной стропильной системы) и хрупкость черепицы.

¾ санитарно-техническую керамику,

¾ керамические трубы,

¾ кислотоупорные изделия — кирпич и плитки применяемые в качестве конструкционного и футеровочного* материала в промышленных установках (печи, химические агрегаты, хранилища, отстойники и т. п.).

¾ футеровочные и облицовочные теплоизоляционные изделия – скорлупы и сегменты применяемые в качестве защитного материала в промышленных печах.

¾ изделия специального назначения (клинкер, камни для подземных сооружений). Клинкер дорожный это высокопрочный кирпич, получаемый из специальных (клинкерных) глин обжигом до спекания, обычно темно-бурого или синевато-красного цвета, применяется для мощения дорог, улиц, полов в промышленных зданиях, реже — для кладки фундаментов и канализационных коллекторов.

¾ огнеупорные изделия это изделия, обладающие огнеупорностью (способностью противостоять, не расплавляясь, действию высокой температуры — не ниже 1580 °С; по стандартам ряда стран — не ниже 1500 °С). Применяются для кладки промышленных печей, топок и других тепловых агрегатов. Изготовляются в виде штучных изделий (фасонных и нормальных кирпичей), порошков, обмазок и т. д. Главные виды огнеупоров: шамотные, динасовые, магнезиальные. С точки зрения керамики представляет интерес шамот — обожжённая (большей частью до спекания) огнеупорная глина, или каолин. Измельченный шамот применяют для отощения (уменьшения пластичности и усадки в сушке и обжиге) огнеупорной глины при производстве из неё шамотных огнеупоров, а также раствора для огнеупорной кладки.

К тонкой керамике с однородным, мелкозернистым в изломе и равномерно окрашенным черепком относится фарфор, фаянс, электротехническая керамика.

Фарфор (слово турецкого происхожденя farfur, fagfur, от персидского фегфур) это плотный керамический материал, непроницаемый для воды и газов (водопоглощение до 0,5%), обычно белый, просвечивающий в тонком слое. Фарфор получают обжигом полуфабрикатов из тонкой смеси беложгущейся глины, каолина, кварца, полевого шпата. Фарфор обладает высокой механической прочностью, термической и химической стойкостью. Различают фарфор технический и хозяйственный, покрытый глазурью и неглазурованный (так называемый бисквит*). Фарфор применяется для изготовления коррозионностойких химических аппаратов, электро- и радиотехнических изделий, высококачественной посуды, художественно-декоративных, санитарно-технических и строительных изделий.

Фаянс (французское слово faïence, от названия итальянского города Faenza — Фаэнца, где производился фаянс) это керамический материал с белым пористым черепком (водопоглощение 8—12%), получается обжигом полуфабрикатов из тонкой смеси беложгущейся глины, каолина, кварца, полевого шпата. Различают фаянс, покрытый глухой и прозрачной глазурью. Фаянсовые массы применяются для изготовления санитарно-технических изделий и медицинского оборудования, облицовочных плиток, посуды, декоративных изделий.

Электротехническая керамика представляет собой материал, получаемый в результате спекания формовочной массы заданного химического состава из минералов и оксидов металлов. При соответствующем выборе состава керамики из нее можно получить материалы, обладающие разнообразными свойствами. В электротехнической и радиоэлектронной промышленности керамическая технология применяется для изготовления диэлектрических, полупроводниковых, пьезоэлектрических, магнитных, металлокерамических и других изделий. Многие керамические материалы имеют высокую механическую прочность и нагревостойкость, высокие электрические характеристики, отсутствие механических деформаций при длительном приложении нагрузки, большую, чем у органических материалов, устойчивость к электрическому и тепловому старению. Керамику можно подвергать металлизации обычно методом выжигания серебра и осуществлять герметичные спаи с металлом.

Широкое применение в качестве электроизоляционного материала находит электротехнический фарфор, который является основным керамическим материалом, используемым в производстве широкого ассортимента низковольтных и высоковольтных изоляторов и других изоляционных элементов с рабочим напряжением до 1150 кВ переменного и до 1500 кВ постоянного тока. Электротехнический фарфор, как и любая керамика, состоит из кристаллической, аморфной и газовой фаз. Его свойства определяются химическим и фазовым составом, микро- и макроструктурой и технологией изготовления.

Рассмотрим основные особенности керамической технологии на примере электротехнического фарфора. Основными компонентами фарфора являются сырьевые материалы минерального происхождения — глинистые вещества (каолин и глина, кварц, полевой шпат, гипс, пегматит). Глинистые вещества в сыром виде при замешивании их с водой обладают свойствами пластичности и при достаточно высокой температуре способны спекаться. Пластичность глинистых веществ дает возможность формовать их них изделия различной формы, которая сохраняется после сушки и обжига при высоких температурах. Изделия, изготовленные из глинистых веществ, дают большую усадку при сушке и при обжиге, кроме того, они склонны к образованию трещин. Температура спекания таких веществ высока. Поэтому в состав фарфора вводят «отощающие» материалы, снижающие усадку и деформацию изделий при сушке. Такими материалами служат кварц и битые фарфоровые изделия. Полевой шпат и пегматит являются плавнями при образовании фарфора: они плавятся при более низких температурах, чем глинистые вещества и кварц. Главной составной частью каолина является гидроалюмосиликат, называемый глинистым веществом или каолинитом, его состав Аl₂O₃·2SiO·2Н₂О—это высокосортная глина. В воде каолин образует суспензию. Пластичные огнеупорные глины в качестве составной части содержат каолинит. Кварц состоит из кремнезема SiO₂ с ничтожными примесями. Полевые шпаты представляют собой безводные алюмосиликаты, содержащие ионы Na⁺ К⁺, Са²⁺. Пегматит состоит из полевого шпата и кварца. Твердые компоненты фарфоровой массы подвергаются грубому и тонкому помолу и после добавления небольшого количества воды взмучиваются, образуя суспензию, и подаются в сборники через вибросито и магнитные сепараторы. Затем на фильтр-прессах отжимается избыточная вода и масса после переминки в вакуумных прессах, проходя через мундштук определенной формы, превращается в заготовки требуемой длины, которые и подаются на формовку.

Изделия из фарфоровой массы получают различными способами: обточкой, прессовкой, отливкой в гипсовые формы, выдавливанием через отверстие нужной конфигурации. После оформления изделия производится сушка полуфабриката для удаления воды, вводимой в массу для придания ей пластичности. Следующая операция — глазурование фарфоровых изоляторов — производится для предохранения от загрязнения и создания поверхности, легко очищаемой в условиях эксплуатации. При обжиге глазурное покрытие плавится и покрывает поверхность изолятора тонким стекловидным слоем. Глазурь увеличивает механическую прочность, «заглаживая» трещины и другие дефекты, уменьшает ток утечки по поверхности изоляторов и повышает их напряжение перекрытия. Обжиг фарфоровых изоляторов в зависимости от размеров длится от 20 до 70 ч по соответствующему режиму. Максимальная температура обжига в зависимости от вида фарфора от 1300 до 1410 °С. Фарфоровые изделия помещаются в печь в специальных коробках — капселях, изготовляемых из огнеупорных глин, чтобы предохранить изделия от топочных газов и других загрязнений. Обжиг производится в горнах — печах прерывного действия — или в туннельных печах непрерывного действия. При обжиге происходит усадка изделий (уменьшение размеров обжигаемого изделия), которая может достигать 20%, поэтому усадку необходимо учитывать при конструировании изделий.

Наличие стекловидной фазы определяет довольно высокую механическую прочность фарфора. Фарфор имеет высокий предел прочности на сжатие (400 700 МПа), значительное меньший предел прочности при растяжении (45—70 МПа) и при изгибе (80—150 МПа). Электроизоляционные свойства фарфора при нормальной температуре позволяют использовать его при низких частотах: ε _r @6—7, tg δ» 0,02; tg δ электротехнического фарфора, однако, быстро растет при увеличении температуры, что затрудняет применение его при высоких температурах и на высоких частотах.

Относительная диэлектрическая проницаемость ε _r равна отношению емкости конденсатора с диэлектриком к емкости того же конденсатора, где между электродами вакуум:

ε _r = С/С ₀.

Диэлектрическими потерями называют мощность, поглощаемую в диэлектрике под действием приложенного напряжения. Потери мощности вызываются электропроводностью и медленными поляризациями. Если в диэлектрике имеют место газовые включения (поры), то при работе его на высоких напряжениях и высоких частотах происходит ионизация газа в порах, что вызывает потери на ионизацию.

При включении на постоянное напряжение конденсатора, между электродами которого находится диэлектрик, через него протекает падающий со временем ток, равный I == I _с + I _абс + I _ск(рис. 1, а).

Ток смещения (емкостный ток) Iс вызван смещением электронных оболочек атомов, ионов, молекул, т.е. процессом установления быстрых, упругих поляризаций; он спадает в течение 10-16 — 10-15 с, а поэтому практически не вызывает рассеяния энергии в диэлектрике.

Спадающий со временем ток абсорбции Iабс обусловлен смещением связанных зарядов в ходе медленных поляризаций и вызывает рассеяние энергии в диэлектрике, диэлектрические потери.

Сквозной ток утечки Iск вызван перемещением свободных зарядов в диэлектрике в процессе электропроводности, не изменяется со временем и вызывает потери, аналогичные потерям по закону Джоуля — Ленца в проводниках.

Следовательно, на постоянном напряжении потери, вызванные током абсорбции, имеют место только в период, когда происходит процесс медленных поляризаций, т. е. при включении конденсатора.

На переменном напряжении Iабс имеет место, если время релаксации процесса медленной поляризации меньше или соизмеримо с полупериодом приложенного напряжения (τ ≤ T/2). В этом случае мощность, рассеиваемая в диэлектрике под воздействием на него электрического поля — диэлектрические потери, обусловливаемые токами Iск и Iабс наблюдаются в течение всего времени приложения напряжения.

На рис. 1, б приведена диаграмма токов, протекающих через конденсатор с диэлектриком на переменном напряжении. Емкостный ток Iс опережает напряжение U по фазе на угол 90° и поэтому не создает потерь мощности в диэлектрике. Ток абсорции Iабс определяется поляризациями, процесс установления которых связан с потерями энергии. Поэтому он имеет реактивную Iра и активную Iаa составляющие. Сквозной ток Iск совпадает по фазе с приложенным напряжением. Суммарный ток I имеет реактивную Iр = Iс + Iра и активную Iа = Iаа + Iск составляющие и опережает напряжение на угол φ < 90°. Угол δ, дополняющий до 90° угол фазового сдвига между током и напряжением в емкостной цепи, называют углом диэлектрических потерь.

Рис. 1. Зависимость тока утечки через диэлектрик от времени на постоянном напряжении (а) и векторная диаграмма токов, протекающих через диэлектрик на переменном напряжении (б)

Из векторной диаграммы токов следует, что

(5.17)

где tg δ —тангенс угла диэлектрических потерь, который является важным параметром, характеризующим качество диэлектрика при работе на переменном напряжении.

Для диэлектриков, применяемых в технике высоких частот и высоких напряжений, значение tg δ не должно превышать 10^-3 ¸ 10^-4. Значение tg δ диэлектриков, предназначенных для работы в менее ответственных условиях, допускается много большей.

Если емкость конденсатора С (Ф), то реактивный ток равен I _р = U ω C, где U — приложенное напряжение, В; ω=2л f —угловая частота, рад/с; f — частота приложенного напряжения, Гц. Следовательно, активная составляющая суммарного тока I _а равна I _a = I _ptg δ = U ω C tg δ. Тогда мощность P _a == UI _a (Вт), выделяющихся в конденсаторе диэлектрических потерь равна

(5.18)

Подставив в (5.18) значение емкости плоского конденсатора, рассчитываемой по (5.12), и приняв S = 1 м², h == 1 м, получим формулу для расчета удельных диэлектрических потерь (Вт/м³):

(5.19)

где Е — напряженность электрического поля, В/м; ε _r tg δ == ε^” _r — коэффициент диэлектрических потерь; σ_a == 5,56´10^-11 ´ ε _r f tg δ —проводимость диэлектрика на переменном напряжении частоты f, См·м^-1.

Измерение tg δ на частоте 50 Гц производят по той же стандартизованной методике, которая применяется для измерения электрической емкости с помощью четырех-плечего моста

Электротехнический фарфор находит применение для изготовления высоковольтных и низковольтных изоляторов различного типа. К числу высоковольтных изоляторов относятся: 1) стационарные для оборудования распределительных устройств и аппаратуры — опорные, проходные, вводы, маслонаполненные, покрышки разного назначения. 2) линейные для линий электропередачи—подвесные и штыревые. На рис. 2 показаны некоторые типы изоляторов, изготовляемые из электротехнического фарфора.

Для изготовления высокочастотных высоковольтных изоляторов применяют стеатитовую керамику, так как фарфор имеет сильную зависимость электрических характеристик от температуры из-за наличия большого количества полевошпатового стекла с повышенной электропроводностью. Стеатитовая керамика изготовляется на основе тальковых минералов, основной кристаллической фазой которых является метасиликат магния MgO-SiO₂. Стеатитовые материалы характеризуются высокими значениями удельного сопротивления ρ в том числе при высокой температуре, малым tg δ, за исключением материала группы 210 ГОСТ 20419—83, предназначенного для производства крупных высоковольтных изоляторов. Стеатитовая керамика характеризуется высокими механическими свойствами, стабильностью параметров при воздействии различных внешних факторов (влаги, температуры, высокого напряжения и др.). Благодаря высоким электромеханическим свойствам стеатит нашел применение для изготовления высокочастотных установочных деталей, высоковольтных и низковольтных конденсаторов, высоковольтных антенных внутриламповых пористых и других изоляторов. Пластичный высокочастотный высоковольтный стеатитовый материал СПК-2 применяется для изготовления крупногабаритных изоляторов, а непластичные СНЦ, СК-1, Б-17, С-55 и С-4—для изготовления электроизоляционных деталей и высокочастотных конденсаторов.

Для применения в радиотехнической и электронной промышленности было разработано большое количество новых керамических материалов, обладающих повышенными свойствами по сравнению с фарфором. Отметим лишь некоторые из этих материалов.

Радиофарфор представляет собой фарфор, стекловидная фаза которого облагорожена введением в нее тяжелого оксида ВаО. Ультрафарфор различных марок характеризуется большим содержанием Аl₂О₃ и является дальнейшим усовершенствованием радиофарфора. Ультрафарфор имеет по сравнению с обычным фарфором повышенную механическую прочность и теплопроводность.

Электрические характеристики некоторых высокочастотных керамических материалов приведены в табл. 1

Таблица 1

Материал	tgδ·10⁴ при 1 МГц	Электрическая прочность npи 20 °С и 50 Гц, МВ/м
при 20 °С	при 100 °С
Радиофарфор	35–45	50–60	15—20
Ультрафарфор	6–9	16–15	15—20
Стеатит	12–20	15–24	20—30
Ультрастеатит	3–6	6–10	20– 30

Конденсаторная керамика имеет повышенные (ε _r = 10¸230) и высокие (ε _r = 900) значения диэлектрической проницаемости. В первом случае керамика относится к высокочастотным диэлектрикам и tg δ на частоте 1 МГц не должен превышать 0,0006, во втором случае керамика низкочастотная — на частоте 1000 Гц tgδ = 0,002—0,025. К конденсаторной керамике обычно предъявляется требование возможно меньшего значения температурного коэффициента диэлектрической проницаемости. Многие из конденсаторных материалов имеют в своем составе диоксид титана — рутил (ТiO₃). В принятом в РФ обозначении такие составы имеют букву Т («титановая керамика»); последующая цифра обычно обозначает номинальную диэлектрическую проницаемость. Эти материалы называют также тикондами. Среди них можно выделить керамику на основе титаната кальция и титаната стронция—СаТiO₃ и SrTiO₃. При высоких частотах у этих материалов температурная зависимость tg δ выражена слабо, однако эти виды материалов характеризуются пониженной электрической прочностью (8-12 МВ/м). При длительной выдержке под постоянным напряжением тикондовая керамика подвергается электрохимическому старению. Из-за высокого отрицательного значения температурного коэффициента ε _r эти материалы применяются для конденсаторов, к которым не предъявляются требования температурной стабильности емкости. Для повышения температурной стабильности в керамику вводят компоненты с положительным значением температурного коэффициента ε _r. Такие материалы часто называют термокомпенсированными. К этой группе относятся титано-циркониевая керамика ТiO₂— ZrO₂; СаТiO₃ — CaZrO₃; лантановая керамика системы LaAlO₃ — СаТiO₃, станнатная и другие керамические материалы. Преимуществом беститановой керамики является более высокая устойчивость к воздействию постоянного напряжения.

В ряде случаев для изготовления конденсаторов применяют ультрафарфор, стеатит и другие виды установочной керамики.

Основу низкочастотной керамики составляют титанат бария ВаТiO₃ и твердые растворы на его основе. Эти материалы отличаются высокими значениями диэлектрической проницаемости и ее нелинейной зависимостью от напряженности электрического поля.

Высокоглиноземистая керамика (алюминооксид) в основном состоит из оксида алюминия (глинозема) Аl₂О₃. Это материал требует весьма высокой температуры обжига (до 1750 °С), затрудняющей его изготовление. Он отличается высокими характеристиками: нагревостойкостью до 1600 °С, высоким ρ и малым tg δ при повышенных температурах, чрезвычайно высокой теплопроводностью и механической прочностью. Кроме того, этот материал, называемый «поликор», имеющий особо плотную структуру (близкую к теоретической для Аl₂О₃), обладает оптической прозрачностью и применяется для изготовления колб некоторых разрядных источников оптического излучения, как правило, натриевых и металлогалогенных ламп.

Оптические свойства любого материала характеризуются коэффициентами: отражения – ρ, поглощения – α и пропускания – τ. Они определяются следующими соотношениями:

r= Ф _υρ/ Ф _υ, a= Ф _υα/ Ф _υ, t= Ф _υτ/ Ф _υ,

где Ф _υ - падающий световой поток; Ф _υρ, Ф _υα, Ф _υτ - соответственно отраженный, поглощенный и пропущенный световые потоки.

12 Следующая ⇒