Eksempler på anvendelse af keramiske materialer i elektroteknik og elektrisk kraftindustri

Keramik - blandede og specielt behandlede finmalte uorganiske stoffer - er vidt brugt i moderne elektroteknik. De allerførste keramiske materialer blev opnået nøjagtigt ved sintring af pulvere, på grund af hvilken en stærk, varmebestandig, inert over for de fleste medier, med lave dielektriske tab, modstandsdygtig over for stråling, i stand til langtidsarbejde under betingelser med variabel fugtighed, temperatur og tryk af keramikken. Og dette er kun en del af de bemærkelsesværdige egenskaber ved keramik.

I 50'erne begyndte brugen af ​​ferriter (komplekse oxider baseret på jernoxid) at vokse aktivt, derefter prøvede de at bruge specielt forberedt keramik i kondensatorer, modstande, højtemperaturelementer, til fremstilling af mikrokredsløbssubstrater, og startede i slutningen af ​​80'erne i højtemperatur superledere . Senere blev keramiske materialer med de krævede egenskaber specielt udviklet og skabt - en ny videnskabelig retning inden for materialevidenskab har udviklet sig.

Trefasestrukturen i keramik er dannet af: krystallinske, glasagtige og gasfaser. Hovedfasen er krystallinsk, det er faste opløsninger eller kemiske forbindelser, der specificerer det resulterende materiales hovedegenskaber.

Den glasagtige fase er et lag mellem krystaller eller individuelle mikropartikler, der tjener som et bindemiddel. Gasfasen er i porerne på materialet. Tilstedeværelsen af ​​porer under betingelser med høj luftfugtighed påvirker kvaliteten af ​​keramik negativt.

1. Termistorer

Blandede overgangsmetaloxidtermistorer kaldes termistorer. De har en positiv temperaturkoefficient af modstand og en negativ temperaturskoefficient for modstand (PTC eller NTC).

I hjertet af en sådan detalje er en keramisk halvleder fremstillet ved sintring i luften en flerfasestruktur af granulære nitrider og metaloxider.

Sintering udføres ved en temperatur på ca. 1200 ° C. I dette tilfælde er overgangsmetallerne: nikkel, magnesium, kobolt.

Den specifikke ledningsevne for en termistor afhænger primært af graden af ​​oxidation og af den resulterende keramiske aktuelle temperatur, og en yderligere ændring i konduktiviteten i den ene eller den anden retning opnås ved at indføre en lille mængde additiver i form af lithium eller natrium.

Termistorer er små, de er lavet i form af perler, skiver eller cylindre med en diameter fra 0,1 mm til 4 cm, med trådledninger. En perle fastgøres til platinatrådene, derefter dækkes perlen med glas, der sintres ved 300 ° C, eller perlen forsegles inde i glasrøret.

I tilfælde af skiver påføres en metalcoating på skiven fra begge sider, hvortil konklusionerne er loddet. Disse keramiske dele kan ofte findes på trykte kredsløbskort fra meget mange elektriske apparater såvel som i termiske sensorer.

Se også på vores hjemmeside:

Brug af termistorer i temperatursensorer

Sådan vælges den rigtige temperatursensor

Enheden og princippet for drift af termistorfugtighedssensorer

2. Varmeelementer

Keramiske varmeelementer er en resistiv (wolfram) ledning omgivet af en kappe af keramisk materiale. Især fremstilles industrielle infrarøde varmeapparater, der er resistente over for ekstreme temperaturer og inerte over for kemisk aggressive miljøer.

Da i disse elementer er adgangen til ilt til spiralen udelukket, oxiderer spiralens metal ikke under drift.Sådanne varmeapparater er i stand til at arbejde i årtier, og spiralen indeni forbliver intakt.

Se dette emne:

Hvordan er moderne varmeelementer arrangeret?

Sammenligning af varmeelementer og keramiske opvarmere

Et andet eksempel på den vellykkede anvendelse af et keramisk varmeelement i elektroteknik er et loddejern. Her fremstilles den keramiske opvarmning i form af en rulle, inden i hvilken det fint spredte wolframpulver påføres spiralformet på et keramisk tyndt underlag, der rulles i et rør omkring en aluminiumoxidstang og bages i et brintmedium ved en temperatur i størrelsesordenen 1500 ° C.

Elementet er holdbart, dets isolering er af høj kvalitet, og dets levetid er lang. Elementet har en karakteristisk teknologisk rille.

For mere information om keramiske konsoller, se her - Design af moderne elektriske loddejern

Keramisk loddejerns opvarmningshastighed:

3. Varistorer

Varistoren har en ikke-lineær modstand forbundet med den spænding, der påføres terminalerne, i denne I-V-karakteristik af varistoren ligner den en halvlederindretning - en tovejs zenerdiode.

Keramisk krystallinsk halvleder til en varistor fremstilles på basis af zinkoxid med tilsætning af vismut, magnesium, kobolt osv. Ved sintring. Det er i stand til at sprede en masse energi i det øjeblik, hvor kredsløbet beskyttes mod strømstød, selvom lynnedslag eller en kraftigt frakoblet induktiv belastning viser sig at være kilden til stødet.

Keramiske varistorer i forskellige former og størrelser - tjener i vekselstrøms- og jævnspændingsnetværk, i lavspændingsforsyninger og i andre anvendte områder inden for elektroteknik. Oftest kan man finde varistorer på trykte kredsløb, hvor de traditionelt præsenteres i form af diske med trådledninger.

Eksempler på anvendelse af keramiske varistorer i teknologi:

Modulære overspændingsarrestere til beskyttelse af ledninger

Overspændingsbeskyttere til husholdningsapparater

Overspændingsbeskyttelse til strøm halvlederenheder

4. Keramiske underlag til integrerede kredsløb

Isolerende varmeledende underlag til transistorer er ikke kun silikone, men også keramiske. De mest populære er keramiske aluminiumoxidunderlag; de er kendetegnet ved høj styrke, god varmemodstand, modstand mod mekanisk slid og har små dielektriske tab.

Aluminiumnitridsubstrater er 8 gange højere termisk ledningsevne end aluminiumoxid. Og zirkoniumoxid er kendetegnet ved endnu højere mekanisk styrke.

5. Keramiske isolatorer

Keramiske isolatorer lavet af elektroteknisk porcelæn anvendes traditionelt i elektroteknik. Højspændingsudstyr kan ikke tænkes uden dem. Det særlige ved denne type keramik er, at dens teknologiske egenskaber giver dig mulighed for at skabe produkter af komplekse former og næsten enhver størrelse. På samme tid er sintringstemperaturområdet for porcelæn bredt nok til at opnå tilstrækkelig god ensartethed i processen med at skyde isolatoren igennem hele produktets volumen.

Med stigende spændinger er der et behov for at øge størrelsen på isolatorer lavet af elektroteknisk porcelæn, og styrken og modstanden mod nedbør gør netop porcelænsmassen uundværlig for højspændingselektronik. 50% - ler og kaoliner, de giver elasticiteten af ​​elektrisk porcelæn, såvel som dets formbarhed og styrke i hærdet tilstand. Feltspatmaterialer tilsat til blandingen - udvid sintringens temperaturområde.

Selvom mange moderne keramiske materialer overgår elektroteknisk porcelæn i nogle henseender, kræver teknologisk porcelæn ikke dyre råmaterialer, er der ikke behov for at øge fyringstemperaturen, og dens duktilitet er i første omgang fremragende.

6. Superledere

Superledningsfænomenet, der bruges til at skabe de stærkeste magnetiske felter (især bruges det i cyclotroner) realiseres ved at føre strøm gennem en superleder uden varmetab. For at opnå dette resultat anvendes type II superledere, som er kendetegnet ved sameksistensen af ​​både superledningsevne og magnetfelt samtidigt.

Tynde filamenter af et normalt metal trænger ind i prøven, og hver filament bærer et magnetisk fluxkvantum. Ved lave temperaturer, i området for kvælstofets kogepunkt (over −196 ° C), skal der igen anvendes keramik med godt adskilte kobber-iltplan (cupratbaserede superledere).

Superledningsrekorden hører til den keramiske forbindelse Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), opdaget i 2003, da det ved et tryk på 400 kbar bliver en superleder selv ved temperaturer op til −107 ° C. Dette er en meget høj temperatur for superledningsevne.

Se mere om dette emne: Superledningsevne ved høj temperatur og dens anvendelse