Примери употребе керамичких материјала у електротехници и електропривреди

Керамика - мешане и посебно обрађене ситно млевене неорганске материје - широко се користи у савременој електротехници. Први керамички материјали добивени су управо синтерим прахом, због чега је јак, отпоран на топлоту, инертан на већину медија, који има мале диелектричне губитке, отпоран на зрачење, способан за дуготрајан рад у условима променљиве влажности, температуре и притиска керамике. И то је само део изванредних својстава керамике.

Током 50-их, употреба ферита (сложени оксиди на бази гвожђевог оксида) почела је активно да расте, а затим су покушали да користе посебно припремљену керамику у кондензаторима, отпорницима, високотемпературним елементима, за производњу микрострујних супстрата, а почевши од касних 80-их, у високотемпературним суперпроводницима . Касније су посебно развијени и створени керамички материјали са траженим својствима - развио се нови научни правац у науци о материјалима.

Трофазна структура керамике је формирана из: кристалне, стаклене и гасне фазе. Главна фаза је кристална, чврсти раствори или хемијска једињења одређују главна својства добијеног материјала.

Стакласта фаза је слој између кристала или појединих микрочестица који служе као везиво. Плинска фаза је у порама материјала. Присуство пора у условима високе влажности штетно утиче на квалитет керамике.

1. Термистори

Мешани термисори прелазног оксидног метала називају се термистори. Долазе са позитивним температурним коефицијентом отпора и негативним температурним коефицијентом отпора (ПТЦ или НТЦ).

У средишту таквог детаља је керамички полуводич израђен синтеровањем у ваздуху вишефазне структуре гранулисаних нитрида и металних оксида.

Синтрање се врши на температури од око 1200 ° Ц. У овом случају, прелазни метали су: никл, магнезијум, кобалт.

Специфична проводљивост термистора зависи пре свега од степена оксидације и тренутне температуре резултирајуће керамике, а додатна промена проводљивости у једном или другом смеру постиже се уношењем мале количине адитива у облику литијума или натријума.

Термистори су ситни, израђени су у облику перлица, дискова или цилиндара пречника од 0,1 мм до 4 цм, са жицама. Куглица је причвршћена на платинасте жице, а затим је перла прекривена стаклом које је синтеровано на 300 ° Ц или је куглица запечаћена у стакленој цеви.

У случају дискова, метални премаз се наноси са диска са обе стране, на који су закључци залепљени. Ови керамички делови се често могу наћи на штампаним плочама многих електричних уређаја, као и у термичким сензорима.

Погледајте и на нашој веб страници:

Коришћење термистора у сензорима температуре

Како одабрати прави сензор температуре

Уређај и принцип рада сензора влажности термистора

2. Грејни елементи

Керамички грејни елементи су отпорна (волфрамова) жица окружена омотачем од керамичког материјала. Посебно се производе индустријски инфрацрвени грејачи који су отпорни на температурне екстремне разлике и инертни на хемијски агресивна окружења.

Пошто је у тим елементима искључен приступ кисеоника до спирале, метал спирале не оксидира током рада.Такви грејачи су способни да раде деценијама, а спирала изнутра остаје нетакнута.

Погледајте ову тему:

Како су уређени савремени грејни елементи?

Поређење грејних елемената и керамичких грејача

Други пример успешне употребе керамичког грејног елемента у електротехници је лемљење. Овде је керамички грејач направљен у облику ролне, унутар које се фино диспергирани волфрамов прах спирално наноси на керамичку танку супстрат, која се ваља у цев око алуминијум-оксидне шипке и пече у водоничном медијуму на температури од око 1500 ° Ц.

Елемент је издржљив, висока изолација, а радни век је дуг. Елемент има карактеристичан технолошки утор.

Више информација о керамичким носачима потражите овде - Дизајни савремених електричних пегле за лемљење

Стопа загревања керамичког лемилице:

3. Варистори

Варистор има нелинеарни отпор повезан са напоном који се аплицира на његове терминале, у овој И-В карактеристици варистор-а је нешто слично полуводичком уређају - двосмерној зенер диоди.

Керамички кристални полуводич за варистор израђен је на бази цинковог оксида са додатком бизмута, магнезијума, кобалта итд. Синтеровањем. У моменту заштите круга од пренапона струје може да расипа пуно енергије, чак и ако се муње или оштро одспојени индуктивни терет покаже као извор шока.

Керамички варистори различитих облика и величина - служе у мрежним и истосмјерним напонским мрежама, у напајањима ниског напона и у другим примењеним областима електротехнике. Најчешће се могу наћи варистори на штампаним плочама, где су традиционално представљени у облику дискова са жицама.

Примери употребе керамичких варистора у технологији:

Модуларни одводници пренапона за заштиту ожичења

Штитници од пренапона за кућанске апарате

Заштита од пренапона за енергетске полуводичке уређаје

4. Керамичке подлоге за интегрисане склопове

Изолирајуће подлоге за проводење топлоте за транзисторе нису само силиконске, већ и керамичке. Најпопуларније су керамичке подлоге од глинице које одликују велика чврстоћа, добра отпорност на топлоту, отпорност на механичко абразију и имају мале диелектричне губитке.

Подлоге алуминијум нитрида су 8 пута веће топлотне проводљивости од глинице. А цирконијум-оксид се одликује још већом механичком чврстином.

5. Керамички изолатори

Керамички изолатори направљени од електротехничког порцулана традиционално се широко користе у електротехници. Без њих је незамислива високонапонска опрема. Посебност ове врсте керамике је да јој технолошка својства омогућавају стварање производа сложених облика и готово било које величине. Истовремено је распон температуре синтеровања порцулана довољно широк да се добије довољно добра уједначеност у процесу паљења изолатора током целог волумена производа.

Уз све већа напрезања, треба повећати величину изолатора од електротехничког порцулана, а чврстоћа и отпорност на таложење само чине порцеланску масу неопходном за високонапонску електротехнику. 50% - глина и каолини, они пружају пластичност електричног порцулана, као и његову обликованост и чврстоћу у очврслом стању. Масени производи од фелдспрат додани смеши - проширују опсег температуре синтеровања.

Иако многи савремени керамички материјали у неким аспектима надмашују електротехнички порцулан, технолошки порцулан не захтева скупе сировине, нема потребе за повећањем температуре печења, а његова пластичност је у почетку одлична.

6. Суперпроводници

Феномен суперпроводљивости који се користи за стварање најјачих магнетних поља (нарочито се користи у циклотронима) остварује се пропуштањем струје кроз суперпроводник без губитка топлоте. Да би се постигао горе наведени резултат, користе се суперпроводници типа ИИ, за које је карактеристичан суживот и суправодљивости и магнетног поља истовремено.

Танке нити нормалног метала продиру у узорак, а сваки филамент носи квант магнетног флукса. На ниским температурама, у подручју тачке врелишта азота (изнад –196 ° Ц), поново се мора користити керамика са добро одвојеним равнинама бакар-кисеоник (суперпреводници на бази кукрата).

Запис суперпроводљивости припада керамичком једињењу Хг - Ба - Ца - Цу - О (Ф), откривеном 2003. године, јер под притиском од 400 кбар постаје суперпроводник чак и на температурама до -107 ° Ц. Ово је веома висока температура за суперпроводљивост.

Погледајте више о овој теми: Високотемпературна суправодљивост и његова примена