Príklady použitia keramických materiálov v elektrotechnike a energetike

Keramika - zmiešané a špeciálne upravené jemne mleté ​​anorganické látky - sa v modernej elektrotechnike často používa. Úplne prvé keramické materiály sa získali presne spekaním práškov, vďaka ktorým silný, tepelne odolný, inertný voči väčšine médií, s nízkymi dielektrickými stratami, odolný proti žiareniu, schopný dlhodobej práce v podmienkach premenlivej vlhkosti, teploty a tlaku keramiky. A to je len časť pozoruhodných vlastností keramiky.

V 50-tych rokoch začalo aktívne rásť používanie feritov (komplexných oxidov na báze oxidu železa), potom sa pokúsili používať špeciálne pripravenú keramiku v kondenzátoroch, odporoch, vysokoteplotných prvkoch, na výrobu mikroobvodových substrátov a začiatkom 80. rokov v supravodičoch s vysokou teplotou. , Neskôr boli špeciálne vyvinuté a vytvorené keramické materiály s požadovanými vlastnosťami - vyvinul sa nový vedecký smer v oblasti materiálovej vedy.

Trojfázová štruktúra keramiky je vytvorená z: kryštalickej, sklovitej a plynnej fázy. Hlavná fáza je kryštalická, sú to tuhé roztoky alebo chemické zlúčeniny, ktoré špecifikujú hlavné vlastnosti výsledného materiálu.

Sklovitá fáza je vrstva medzi kryštálmi alebo jednotlivými mikročasticami, ktorá slúži ako spojivo. Plynná fáza je v póroch materiálu. Prítomnosť pórov v podmienkach vysokej vlhkosti nepriaznivo ovplyvňuje kvalitu keramiky.

1. Termistory

Zmiešané termistory s oxidom prechodného kovu sa nazývajú termistory. Prichádzajú s kladným teplotným koeficientom odporu a záporným teplotným koeficientom odporu (PTC alebo NTC).

Jadrom tohto detailu je keramický polovodič vyrobený spekaním viacfázovej štruktúry granulovaných nitridov a oxidov kovov na vzduchu.

Spekanie sa uskutočňuje pri teplote asi 1200 ° C. V tomto prípade sú prechodné kovy: nikel, horčík, kobalt.

Špecifická vodivosť termistora závisí predovšetkým od stupňa oxidácie a od aktuálnej teploty výslednej keramiky a ďalšia zmena vodivosti v jednom alebo druhom smere sa dosiahne zavedením malého množstva prísad vo forme lítia alebo sodíka.

Termistory sú malé, vyrábajú sa vo forme guľôčok, diskov alebo valcov s priemerom 0,1 až 4 cm, s drôtenými vodičmi. Na platinové drôty je pripevnená guľôčka, potom je guľôčka pokrytá sklom, ktoré je spekané pri 300 ° C, alebo je guľôčka utesnená vo vnútri sklenenej trubice.

V prípade diskov sa na disk nanáša kovový povlak z obidvoch strán, na ktoré sa pripájajú závery. Tieto keramické časti sa často nachádzajú na doskách plošných spojov mnohých elektrických zariadení, ako aj na teplotných senzoroch.

Pozri tiež na našich webových stránkach:

Použitie termistorov v teplotných senzoroch

Ako zvoliť správny snímač teploty

Prístroj a princíp činnosti termistorových snímačov vlhkosti

2. Vykurovacie telesá

Keramické vykurovacie telesá sú odporový (volfrámový) drôt obklopený plášťom z keramického materiálu. Obzvlášť sa vyrábajú priemyselné infračervené ohrievače, ktoré sú odolné voči extrémnym teplotám a inertné voči chemicky agresívnemu prostrediu.

Pretože v týchto prvkoch je vylúčený prístup kyslíka k špirále, kov špirály počas prevádzky neoxiduje.Takéto ohrievače sú schopné pracovať desaťročia a špirála vo vnútri zostáva neporušená.

Pozrite si túto tému:

Ako sú usporiadané moderné vykurovacie telesá?

Porovnanie vykurovacích telies a keramických ohrievačov

Iným príkladom úspešného použitia keramického vyhrievacieho prvku v elektrotechnike je spájkovačka. Keramický ohrievač je tu vyrobený vo forme zvitku, v ktorom je jemne rozptýlený volfrámový prášok nanášaný špirálovito na keramický tenký substrát, ktorý je navinutý do rúrky okolo tyče z oxidu hlinitého a vypaľovaný vo vodíkovom médiu pri teplote asi 1500 ° C.

Prvok je odolný, jeho izolácia je vysoko kvalitná a jeho životnosť je dlhá. Prvok má charakteristickú technologickú drážku.

Viac informácií o keramických konzolách nájdete tu - Dizajn moderných elektrických spájkovačiek

Rýchlosť ohrevu keramickej spájky:

3. Varistory

Varistor má nelineárny odpor spojený s napätím privedeným na jeho svorky, v tejto charakteristike I-V varistora je trochu podobný polovodičovému zariadeniu - obojsmernej zenerovej dióde.

Keramický kryštalický polovodič pre varistor sa vyrába na báze oxidu zinočnatého s pridaním bizmutu, horčíka, kobaltu atď. Spekaním. Je schopný rozptýliť veľa energie v čase ochrany obvodu pred prepätím, aj keď je zdrojom nárazu blesk alebo prudko odpojená induktívna záťaž.

Keramické varistory rôznych tvarov a veľkostí - slúžia v sieťach striedavého a jednosmerného napätia, v nízkonapäťových napájacích zdrojoch av iných aplikovaných oblastiach elektrotechniky. Najčastejšie je možné nájsť varistory na doskách s plošnými spojmi, kde sú tradične prezentované vo forme diskov s drôtovými vodičmi.

Príklady použitia keramických varistorov v technológii:

Modulárne zvodiče prepätia na ochranu vedenia

Prepäťové ochrany pre domáce spotrebiče

Prepäťová ochrana výkonových polovodičových zariadení

4. Keramické substráty pre integrované obvody

Izolačné tepelne vodivé substráty pre tranzistory sú nielen silikónové, ale tiež keramické. Najobľúbenejšie sú keramické alumínové substráty, vyznačujúce sa vysokou pevnosťou, dobrou tepelnou odolnosťou, mechanickou odolnosťou a malými dielektrickými stratami.

Substráty nitridu hliníka majú 8-krát vyššiu tepelnú vodivosť ako oxid hlinitý. A oxid zirkoničitý sa vyznačuje ešte vyššou mechanickou pevnosťou.

5. Keramické izolátory

Keramické izolátory vyrobené z elektrotechnického porcelánu sa v elektrotechnike bežne používajú. Vysokonapäťové zariadenia sú bez nich nemysliteľné. Zvláštnosťou tohto typu keramiky je to, že jej technologické vlastnosti vám umožňujú vytvárať produkty zložitých tvarov a takmer akejkoľvek veľkosti. Súčasne je spekací teplotný rozsah porcelánu dostatočne široký na to, aby sa dosiahla dostatočne dobrá rovnomernosť procesu vypaľovania izolátora na celý objem produktu.

So zvyšujúcim sa napätím je potrebné zväčšiť veľkosť izolátorov vyrobených z elektrotechnického porcelánu a pevnosť a odolnosť proti zrážaniu robí z porcelánovej hmoty nevyhnutnú elektrotechniku ​​vysokého napätia. 50% - hlina a kaolín, zabezpečujú ťažnosť elektrického porcelánu, ako aj jeho tvárnosť a pevnosť v kalenom stave. Živočíšne materiály pridané do zmesi - rozšírte teplotný rozsah spekania.

Aj keď veľa moderných keramických materiálov v niektorých ohľadoch presahuje elektrotechnický porcelán, technologicky porcelán nevyžaduje drahé suroviny, nie je potrebné zvyšovať teplotu spaľovania a jeho ťažnosť je spočiatku vynikajúca.

6. Supravodiče

Fenomén supravodivosti, ktorý sa používa na vytvorenie najsilnejších magnetických polí (najmä sa používa v cyklotrónoch), sa realizuje prechodom prúdu cez supravodič bez tepelných strát. Na dosiahnutie vyššie uvedeného výsledku sa používajú supravodiče typu II, ktoré sa vyznačujú koexistenciou supravodivosti a magnetického poľa súčasne.

Tenké vlákna z normálneho kovu prenikajú do vzorky a každé vlákno nesie kvantové množstvo magnetického toku. Pri nízkych teplotách sa musí v oblasti bodu varu dusíka (nad -196 ° C) opäť používať keramika s dobre oddelenými rovinami medi s kyslíkom (supravodiče na báze kalátu).

Záznam supravodivosti patrí k keramickej zlúčenine Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), ktorá bola objavená v roku 2003, pretože pri tlaku 400 kbar sa stáva supravodičom aj pri teplotách až do - 107 ° C. To je veľmi vysoká teplota pre supravodivosť.

Ďalšie informácie k tejto téme: Supravodivosť pri vysokých teplotách a jej aplikácia