Példák a kerámia anyagok elektromos és villamosenergia-ipari felhasználására

A kerámiákat - kevert és speciálisan kezelt finoman őrölt szervetlen anyagokat - széles körben használják a modern villamosmérnöki munkában. A legelső kerámia anyagokat pontosan szinterező porokkal állítottuk elő, amelyek eredményeként egy erős, hőálló, a legtöbb közeg számára inert, alacsony dielektromos veszteséggel, sugárzásnak ellenálló, hosszú távra képes munkát végezni a kerámia változó páratartalma, hőmérséklete és nyomása mellett. És ez csak egy része a kerámia figyelemre méltó tulajdonságainak.

Az 50-es években a ferritek (a vas-oxid alapú komplex oxidok) felhasználása aktívan növekedett, majd megpróbáltak speciálisan előkészített kerámiát használni kondenzátorokban, ellenállásokban, magas hőmérsékletű elemekben mikroáramkörök előállításához, a 80-as évek végétől pedig magas hőmérsékleti szupravezetőkben. . Később kifejezetten a szükséges tulajdonságokkal rendelkező kerámia anyagokat fejlesztették ki és készítették - új tudományos irány fejlődött ki az anyagtudományban.

A kerámia háromfázisú szerkezete a következőkből áll: kristályos, üveges és gázfázisok. A fő fázis kristályos, szilárd oldatok vagy kémiai vegyületek határozzák meg a kapott anyag fő tulajdonságait.

Az üveges fázis egy réteg a kristályok vagy egyes mikrorészecskék között, amelyek kötőanyagként szolgálnak. A gázfázis az anyag pórusaiban van. A pórusok jelenléte magas páratartalom mellett hátrányosan befolyásolja a kerámiák minőségét.

1. Termisztorok

A vegyes átmeneti fém-oxid termisztorokat termisztoroknak nevezzük. Pozitív hőmérsékleti ellenállási együtthatóval és negatív hőmérsékleti ellenállási együtthatóval (PTC vagy NTC) jönnek.

Egy ilyen alkotóelem egy kerámia félvezetőn alapul, amely granulált nitridek és fém-oxidok többfázisú szerkezetének levegőn történő szinterelésével készül.

A szinterezést körülbelül 1200 ° C hőmérsékleten hajtjuk végre. Ebben az esetben az átmeneti fémek a következők: nikkel, magnézium, kobalt.

A termisztor fajlagos vezetőképessége elsősorban az oxidáció mértékétől és a kapott kerámia aktuális hőmérséklettől függ, és a vezetőképesség további változása az egyik vagy a másik irányba kis mennyiségű adalékanyag lítium vagy nátrium formájában történő bevezetésével érhető el.

A termisztorok aprók, gyöngyök, tárcsák vagy hengerek formájában készülnek, amelyek átmérője 0,1 mm-től 4 cm-ig terjed, huzalvezetékekkel. A platinahuzalokhoz gyöngyöt csatlakoztatnak, majd üveggel borítják, amelyet 300 ° C-on szintereznek, vagy a gyöngyöt az üvegcső belsejében lezárják.

Tárcsák esetén mindkét oldalról fémbevonatot alkalmaznak a tárcsára, amelyre a következtetéseket megforrasztják. Ezek a kerámia alkatrészek gyakran találhatók nagyon sok elektromos eszköz nyomtatott áramköri tábláin, valamint hőérzékelőkön.

Lásd még a weboldalunkon:

Termisztorok használata hőmérséklet-érzékelőkben

Hogyan válasszuk ki a megfelelő hőmérséklet-érzékelőt?

A termisztoros páratartalom-érzékelők berendezése és működési elve

2. fűtőelemek

A kerámia fűtőelemek egy ellenálló (volfrám) huzal, amelyet kerámia anyag hüvely vesz körül. Különösen olyan ipari infravörös melegítőket gyártanak, amelyek ellenállnak a hőmérsékleti szélsőségeknek és inertek a kémiailag agresszív környezettel szemben.

Mivel ezekben az elemekben az oxigénnek a spirálhoz való hozzáférése kizárt, a spirál fémje nem működik az oxidáció során.Az ilyen melegítők évtizedek óta képesek működni, és a belső spirál ép marad.

Lásd ezt a témát:

Hogyan vannak elrendezve a modern fűtőelemek?

A fűtőelemek és a kerámia fűtőtestek összehasonlítása

A kerámia fűtőelem villamosmérnöki sikeres alkalmazásának másik példája a forrasztópáka. Ebben az esetben a kerámia melegítőt tekercs formájában készítik, amelynek belsejében a finoman diszpergált volfrámport spirálisan felhordják egy vékony kerámia hordozóra, amelyet egy alumínium-oxid-rúd körüli csőbe hengerelnek és hidrogén közegben sütnek kb. 1500 ° C hőmérsékleten.

Az elem tartós, szigetelése kiváló minőségű, élettartama hosszú. Az elem jellegzetes technológiai horonyval rendelkezik.

A kerámia tartókkal kapcsolatos további információkért lásd: Modern elektromos forrasztópályák tervei

Kerámia forrasztópáka melegítési sebessége:

3. Varisztorok

A varisztor nemlineáris ellenállása kapcsolódik a kapcsaira alkalmazott feszültséghez, ebben a varisztor I-V tulajdonságában kissé hasonlít egy félvezető eszközhöz - egy kétirányú Zener-diódához.

A varisztorok kerámia kristályos félvezetőjét cink-oxid alapján állítják elő, bizmut, magnézium, kobalt stb. Hozzáadásával szinterezéssel. Nagyon sok energiát képes eloszlatni abban az időben, amikor megvédi az áramkört az áramkimaradástól, még akkor is, ha villámlás vagy élesen leválasztott induktív terhelés okozza az áramütést.

Különböző formájú és méretű kerámia varisztorok váltakozó és egyenáramú hálózatokban, alacsony feszültségű tápegységekben és az elektrotechnika más alkalmazott területein szolgálnak. A varisztorokat leggyakrabban a nyomtatott áramköri táblákon találják meg, ahol hagyományosan huzalvezetékekkel ellátott lemezek formájában jelenítik meg.

Példák a kerámia varisztorok technológiai felhasználására:

Moduláris túlfeszültség-levezetők a vezetékek védelmére

Túlfeszültség-védő eszközök háztartási készülékekhez

Túlfeszültség-védelem nagy teljesítményű félvezető eszközök számára

4. Kerámia aljzatok az integrált áramkörökhöz

A tranzisztorok hőszigetelő hőszigetelő anyagai nemcsak szilikonok, hanem kerámia is. A legnépszerűbbek a kerámia alumínium-oxid-hordozók, amelyek nagy szilárdsággal, jó hőállósággal, mechanikai kopásállósággal és kis dielektromos veszteségekkel jellemezhetők.

Az alumínium-nitrid szubsztrátumok hőszigetelési képessége nyolcszoros, mint az alumínium-oxiddal szemben. A cirkónium-oxidot még nagyobb mechanikai szilárdság jellemzi.

5. Kerámia szigetelők

Az elektrotechnikai porcelánból készült kerámia szigetelőket hagyományosan széles körben használják az elektrotechnikában. A nagyfeszültségű berendezések ezek nélkül nem elképzelhetők. Az ilyen típusú kerámia sajátossága, hogy technológiai tulajdonságai lehetővé teszik, hogy összetett alakú és szinte bármilyen méretű terméket készítsen. Ugyanakkor a porcelán szinterezési hőmérsékleti tartománya elég széles ahhoz, hogy kellően jó egységességet biztosítson a szigetelő teljes termékmennyiségének égetésekor.

A növekvő feszültségek mellett növelni kell az elektrotechnikai porcelánból készült szigetelők méretét, és a csapadékállóság és a csapadékállóság csak a porcelán tömegét teszi nélkülözhetetlenné a nagyfeszültségű villamosmérnöki munkákhoz. 50% - agyag és kaolin, biztosítják az elektromos porcelán rugalmasságát, formálhatóságát és szilárdságát edzett állapotban. A keverékhez hozzáadott földpát-anyagok - kibővíti a szinterelés hőmérsékleti tartományát.

Bár sok modern kerámia anyag bizonyos értelemben meghaladja az elektrotechnikai porcelánt, a technológiailag alkalmazott porcelán nem igényel drága alapanyagokat, nincs szükség a tüzelési hőmérséklet növelésére, és rugalmassága kezdetben kiváló.

6. Szupravezetők

A legerősebb mágneses mezők létrehozására használt szupravezető képesség (különösen a ciklotronokban alkalmazható) úgy valósul meg, hogy áramot vezetünk át egy szupravezetőn hőveszteség nélkül. A fenti eredmény elérése érdekében II. Típusú szupravezetőket használunk, amelyeket mind a szupravezető képesség, mind a mágneses mező együttes jelenléte jellemzi.

Normál fém vékony szálai behatolnak a mintába, és mindegyik izzószál mágneses fluxus kvantumot hordoz. Alacsony hőmérsékleten, a nitrogén forráspontjának tartományában (–196 ° C felett) ismét jól elkülönített réz-oxigén síkokkal (kuratát alapú szupravezetők) készült kerámiákat kell használni.

A szupravezető képesség a 2003-ban felfedezett Hg-Ba-Ca-Cu-O (F) kerámiavegyülethez tartozik, mivel 400 kbar nyomáson még –107 ° C hőmérsékleten szupravezetővé válik. Ez a szupravezető képesség nagyon magas hőmérséklete.

További információ a témáról: Magas hőmérsékletű szupravezető képesség és alkalmazása