Keraminių medžiagų naudojimo pavyzdžiai elektrotechnikoje ir elektros energetikos pramonėje

Keramika - sumaišytos ir specialiai apdorotos susmulkintos neorganinės medžiagos - plačiai naudojama šiuolaikinėje elektrotechnikoje. Pačios pirmosios keraminės medžiagos buvo gaunamos tiksliai sukepinant miltelius, dėl kurių stipri, karščiui atspari, inertiška daugumai terpių, turinti mažus dielektrinius nuostolius, atspari radiacijai, gebanti ilgą laiką dirbti kintančios keramikos drėgmės, temperatūros ir slėgio sąlygomis. Ir tai tik dalis nuostabių keramikos savybių.

Penktajame dešimtmetyje pradėjo aktyviai populiarėti feritai (kompleksiniai oksidai, kurių pagrindai yra geležies oksidas), tada jie bandė naudoti specialiai paruoštą keramiką kondensatoriuose, rezistoriuose, aukštos temperatūros elementuose, gaminant mikroschemų substratus, o pradedant 80-ųjų pabaigoje - aukštos temperatūros superlaidininkuose. . Vėliau buvo specialiai kuriamos ir kuriamos reikalingų savybių keraminės medžiagos - sukurta nauja mokslo kryptis medžiagų moksle.

Trifazė keramikos struktūra susidaro iš: kristalinės, stiklinės ir dujų fazės. Pagrindinė fazė yra kristalinė, tai yra kieti tirpalai arba cheminiai junginiai, nurodantys pagrindines gautos medžiagos savybes.

Stiklinė fazė yra sluoksnis tarp kristalų ar atskirų mikrodalelių, kurie tarnauja kaip rišiklis. Dujų fazė yra medžiagos porose. Porų buvimas esant didelei drėgmei neigiamai veikia keramikos kokybę.

1. Termistoriai

Mišrios pereinamosios metalo oksido termistoriai vadinami termistoriais. Jie turi teigiamą temperatūros pasipriešinimo koeficientą ir neigiamą temperatūros pasipriešinimo koeficientą (PTC arba NTC).

Tokios detalės centre yra keraminis puslaidininkis, pagamintas sukepinant ore daugiafazę granuliuotų nitridų ir metalų oksidų struktūrą.

Sukepinimas atliekamas maždaug 1200 ° C temperatūroje. Šiuo atveju pereinamieji metalai yra: nikelis, magnis, kobaltas.

Savitasis termistoriaus laidumas visų pirma priklauso nuo oksidacijos laipsnio ir esamos susidariusios keramikos temperatūros, o papildomas laidumo pokytis viena ar kita kryptimi pasiekiamas įvedant nedidelį priedų kiekį ličio ar natrio pavidalu.

Termistoriai yra mažyčiai, jie pagaminti iš rutuliukų, diskų ar cilindrų, kurių skersmuo nuo 0,1 mm iki 4 cm, su vieliniais laidais. Prie platinos laidų pritvirtinamas karoliukas, tada karoliukas uždengiamas stiklu, kuris sukepinamas 300 ° C temperatūroje, arba granulė uždaroma stiklinio vamzdžio viduje.

Diskų atveju diskas iš abiejų pusių uždengiamas metaline danga, prie kurios išvados yra išlyginamos. Šias keramines dalis dažnai galima rasti labai daugelio elektrinių prietaisų spausdintinėse plokštėse, taip pat šilumos jutikliuose.

Taip pat žiūrėkite mūsų svetainėje:

Termistorių naudojimas temperatūros davikliuose

Kaip pasirinkti tinkamą temperatūros jutiklį

Termistorinių drėgmės jutiklių įtaisas ir veikimo principas

2. Šildymo elementai

Keraminiai kaitinimo elementai yra varžinė (volframo) viela, apgaubta keraminių medžiagų apvalkalu. Visų pirma, visų pirma, gaminami pramoniniai infraraudonųjų spindulių šildytuvai, atsparūs kraštutinėms temperatūroms ir inertiški chemiškai agresyviai aplinkai.

Kadangi šiuose elementuose deguonies prieiga prie spiralės yra pašalinta, spiralės metalas veikimo metu neoksiduoja.Tokie šildytuvai sugeba dirbti dešimtmečius, o spiralė viduje lieka nepažeista.

Žiūrėti šią temą:

Kaip išdėstomi modernūs kaitinimo elementai?

Šildymo elementų ir keraminių šildytuvų palyginimas

Kitas sėkmingo keraminio kaitinimo elemento naudojimo elektrotechnikoje pavyzdys yra lituoklis. Čia keramikinis šildytuvas pagamintas ritinio pavidalu, kurio viduje susmulkinti volframo milteliai yra spiraliniu būdu uždedami ant plono keraminio pagrindo, kuris susukamas į vamzdelį aplink aliuminio oksido strypą ir kepamas vandenilio terpėje maždaug 1500 ° C temperatūroje.

Elementas yra patvarus, jo izoliacija yra aukštos kokybės, o jo tarnavimo laikas yra ilgas. Elementas turi būdingą technologinį griovelį.

Norėdami gauti daugiau informacijos apie keramikos laikiklius, žiūrėkite čia - Šiuolaikinių elektrinių litavimo lygintuvų projektai

Keraminių lituoklių kaitinimo greitis:

3. Varistoriai

Varistorius turi netiesinį pasipriešinimą, susijusį su jo gnybtams taikoma įtampa, šioje varistoriaus I – V charakteristikoje jis yra šiek tiek panašus į puslaidininkinį įtaisą - dvikryptį „Zener“ diodą.

Keraminis kristalinis puslaidininkis varistoriui gaminamas cinko oksido pagrindu, pridedant bismuto, magnio, kobalto ir kt., Sukepinant. Apsaugodamas grandinę nuo elektros srovės viršįtampio, jis gali išsklaidyti daug energijos, net jei smūgio šaltinis yra žaibas ar smarkiai atjungta indukcinė apkrova.

Įvairių formų ir dydžių keramikiniai varistoriai tarnauja kintamos ir nuolatinės įtampos tinkluose, žemos įtampos maitinimo šaltiniuose ir kitose taikomose elektrotechnikos srityse. Varistorius dažniausiai galima rasti ant spausdintinių plokščių, kur jie tradiciškai pateikiami diskų su vieliniais laidais pavidalu.

Keraminių varistorių panaudojimo technologijoje pavyzdžiai:

Moduliniai viršįtampių ribotuvai, skirti apsaugoti laidus

Buitinių prietaisų apsaugos nuo viršįtampių apsaugos priemonės

Galios puslaidininkinių įtaisų apsauga nuo viršįtampių

4. Keraminiai integrinių grandynų pagrindai

Izoliaciniai šilumą laidojantys tranzistorių substratai yra ne tik silikono, bet ir keramikos. Populiariausi yra keraminiai aliuminio oksido substratai, jie pasižymi dideliu stiprumu, dideliu atsparumu karščiui, atsparumu mechaniniam dilimui ir turi mažus dielektrinius nuostolius.

Aliuminio nitrido substratai turi 8 kartus didesnį šilumos laidumą nei aliuminio oksidas. O cirkonio oksidas pasižymi dar didesniu mechaniniu atsparumu.

5. Keraminiai izoliatoriai

Keraminiai izoliatoriai, pagaminti iš elektrotechninio porceliano, tradiciškai plačiai naudojami elektrotechnikoje. Aukštos įtampos įranga neįsivaizduojama be jų. Šios rūšies keramikos ypatumas yra tas, kad jos technologinės savybės leidžia jums sukurti sudėtingų formų ir beveik bet kokio dydžio gaminius. Tokiu atveju porceliano sukepinimo temperatūros diapazonas yra pakankamai platus, kad izoliatoriaus kūrenimo per visą gaminio tūrį procesas būtų pakankamai tolygus.

Didėjant įtempiams, reikia padidinti izoliatorių, pagamintų iš elektrotechninio porceliano, dydį, o stiprumas ir atsparumas krituliams daro porceliano masę būtiną aukštos įtampos elektrotechnikai. 50% - molis ir kaolinas, jie suteikia elektrinio porceliano elastingumą, taip pat jo formuojamumą ir stiprumą sukietėjusioje būsenoje. Į mišinį pridėtos lauko špatos medžiagos - padidina sukepinimo temperatūros diapazoną.

Nors daugelis šiuolaikinių keramikos medžiagų tam tikru atžvilgiu pranoksta elektrotechninį porcelianą, technologiškai porcelianui nereikia brangių žaliavų, nereikia didinti degimo temperatūros, o jo tampumas iš pradžių yra puikus.

6. Superlaidininkai

Superlaidumo reiškinys, naudojamas stipriausiems magnetiniams laukams sukurti (ypač jis naudojamas ciklotronuose), realizuojamas praleidžiant srovę per superlaidininką be šilumos nuostolių. Aukščiau pateiktam rezultatui pasiekti naudojami II tipo superlaidininkai, kuriems būdingas ir superlaidumas, ir magnetinis laukas.

Į mėginį prasiskverbia ploni normalaus metalo siūlai, o kiekvienas siūlas turi magnetinio srauto kvantą. Esant žemai temperatūrai, azoto virimo temperatūros srityje (aukštesnėje kaip –196 ° C), vėlgi, turi būti naudojama keramika su gerai atskirtomis vario ir deguonies plokštumomis (supermatiniai vario pavidalo varikliai).

Superlaidumo rekordas priklauso keraminiam junginiui Hg-Ba-Ca-Cu-O (F), kuris buvo atrastas 2003 m., Nes esant 400 kbar slėgiui jis tampa superlaidininku net esant –107 ° C temperatūrai. Tai labai aukšta superlaidumo temperatūra.

Žr. Daugiau šia tema: Aukštos temperatūros superlaidumas ir jo taikymas