Неорганические материалы

Твердые электроизоляционные материалы. К ним относятся твердые органические и неорганические диэлектрики. К числу твердых диэлектриков относятся и такие, которые в процессе технологии изолирования из жидких превращаются в твердые, например, лаки и компаунды. Волокнистые материалы — бумага, картон изготовляются из органических волокон и неорганических (стекла, асбеста и др.). Применяются для изоляции обмоточных проводов и кабелей, в качестве основного диэлектрика конденсаторов, служат волокнистой основой слоистых пластиков, подложкой слюдяной изоляции, для пазовой изоляции электрических машин и изоляции трансформаторов.

Очаги внутренней ионизации в порах действуют разрушающим образом на твердый, основной компонент изоляции за счет бомбардировки ионами и электронами, вызывающими эрозию, за счет теплового воздействия и воздействия озона и-окислов азота. Разные материалы проявляют различную стойкость против этих воздействий. Как правило, неорганические диэлектрики проявляют большую стойкость, чем органические, довольно сильно отличающиеся в этом отношении друг от друга. При ионизационном пробое начальной стадией является ионизация в порах (внутренняя корона), второй — завершающей — разрушение диэлектрика под

Гигроскопичность диэлектриков зависит от их структуры и состава. Неполярные органические диэлектрики, например парафин, полиэтилен, полипропилен, обладают очень малой гигроскопичностью, почти не поглощают влаги из воздуха и даже при длительном пребывании во влажной среде сохраняют хорошие диэлектрические свойства. Полярные диэлектрики обладают обычно большей гигроскопичностью, причем закрепление полярных молекул воды около полярных групп молекул диэлектрика замедляет поглощение влаги и равновесное состояние (предельное влагопоглоще-ние) наступает в них за большее время, чем у неполярных. Некоторые вещества, поглощая влагу, образуют с ней твердый коллоидный раствор — набухают. У таких диэлектриков (например, целлюлозные материалы) влагопоглощение может быть очень большим и вызывать сильное ухудшение электрических параметров. Наличие в диэлектриках водорастворимых составных частей и солей повышает их гигроскопичность. Многие неорганические диэлектрики, обладающие плотной структурой, например стекло, непористая керамика, практически не обнаруживают объемного поглощения воды. Проникновение влаги в диэлектрик может происходить через имеющиеся в нем поры. По своему характеру пористость может быть открытой в виде каверн на поверхности; закрытой — в виде внутренних воздушных пустот, не сообщающихся с окружающей средой; сквозной — в виде каналов, пронизывающих диэлектрик насквозь. Наибольшее влияние на электрические параметры оказывает влага, попадающая в сквозные поры. Конденсируясь на их стенках, вода образует сплошные пленки повышенной проводимости. Имеют значение и размеры пор, которые могут быть разными: от макроскопических до субмикроскопических размером (5—10)-10~8 см.

Неорганические диэлектрики аморфной структуры, не содержащие полярных групп. К ним относятся, прежде всего, неорганические стекла, которые. характеризуются ионно-релаксационной поляризацией. Диэлектрическая проницаемость стекол значительно зависит от их химического состава и температуры в пределах е = 3,8 -н 20.

Третью группу составляют твердые неорганические диэлектрики с электронной, ионной и ионно-электронно-релаксационной поляризациями. В этой группе целесообразно выделить две подгруппы материалов ввиду существенного различия их электрических характеристик:

При длительном использовании электроаппаратуры, особенно н тропических условиях, на органических диэлектриках развивается плесень. Появление плесени уменьшает удельное поверхностное сопротивление диэлектриков, приводит к росту потерь, может снизить механическую прочность изоляции и вызвать коррозию соприкасающихся с ней металлических частей. Плесень развивается чаще всего в канифоли, масляных лаках, целлюлозных материалах, ь том числе и в пропитанных (гетинакс, текстолит). Наиболее стойкими к образованию плесени являются неорганические диэлектрики: керамика, стекло, слюда, кремнийорганические материалы и некоторые органические, например эпоксидные смолы, фторопласт-4, полиэтилен, полистирол.

Влияние облучения на неорганические диэлектрики, кварц, слюду, глинозем, оксид циркония, оксид бериллия и слюдяные материалы со стекловидным связующим — менее сильное. У них образуются центры окрашивания; удельное электрическое сопротивление и электрическая прочность их могут снизиться.

При изготовлении токог.роводных элементов на диэлектриках применяют термореактивиые пластмассы (пресс-^атериал типа АГ-4, карболиты,феноло-формальдегидкые и эпоксидные стеклопластики), а также неорганические диэлектрики (керамику, фарфор, стекло, кварц, слюду, аиталлы, ферриты). Большинство этих материалов характеризуется повышенными электроизоляционными свойствами, мало подвергаются деформациям при воздействии повышенной температуры, отличаются повышенной хрупкостью.

пич специальных покрытий на неорганические диэлектрики и гермореак-тинные пластмассы.

При изготовлении токопроводных элементов на диэлектриках применяют термореактивиые пластмассы (пресс-материал типа АГ-4, карболиты,феноло-формальдегидкые и эпоксидные стеклопластики), а также неорганические диэлектрики (керамику, фарфор, стекло, кварц, слюду, аиталлы, ферриты). Большинство этих материалов Характеризуется повышенными электроизоляционными свойствами, мало подвергаются деформациям при воздействии повышенной температуры, отличаются повышенной хрупкостью.

пич специальных покрытий на неорганические диэлектрики и гермореак-тинные пластмассы.

Для герметизации используются и неорганические материалы, которые практически не адсорбируют влагу, обладают высокой нагревостойкостью и стойкостью к воздействию механических нагрузок, не выделяют летучих соединений. Из этих материалов изготавливают вакуум-плотные корпуса (металлические, стеклянные, керамические) или наносят защитное покрытие (легкоплавкие халькогенидные стекла, окисные пленки кремния или алюминия, нитриды кремния). Использование таких корпусов усложняет сборку и герметизацию изделий, вызывает повышенный расход материала, затрудняет механизацию процесса. По этим причинам герметизация в вакуум-плотные корпуса с использованием неорганических материалов применяется в тех случаях, когда к изделиям предъявляются особенно жесткие требования. Пленочные защитные покрытия имеют малую толщину (0,5. ..10 мкм) и используются для стабилизации параметров полупроводниковых приборов и ИС на стадии производства.

Корпусная герметизация применяется в тех случаях, когда требуется обеспечить надежную защиту изделий от воздействия внешних климатических факторов. Для изготовления корпусов используют разнообразные органические полимерные и неорганические материалы.

Изоляция класса В. К этому классу относятся слюда, асбест, стеклянное волокно и другие неорганические материалы со связывающими материалами органического происхождения. Допустимая предельная температура нагрева 130 °С. Эти материалы применяются в двигателях серий 2П с высотой оси вращения до 120 мм включительно; 4А с высотой оси вращения до 132 мм. Применялись в старых сериях П мощностью от 3,2 до 14 кВт и в компенсированных двигателях мощностью 100—400 кВт; АО свыше 6-го габарита; А2 и АК2 мощностью от 400 до 1250 кВт.

5. Класс F. Неорганические материалы из слюды, стекловолокна и асбеста в сочетании с синтетическими склеивающими или пропитывающими составами. Предельно допустимая температура 155° С.

' Керамические материалы. Это различные по химическому составу неорганические материалы. Изделия получают из разных видов минерального сырья путем обжига полуфабрикатов соответствующей формы.

Класс В образуют неорганические материалы: слюда, стекловолокно и асбест в сочетании со связующими и пропитывающими органическими маслянобитум-ными и другими составами: миканиты, стеклолакоткань, стеклотекстолит и пр., пластмассы с минеральным наполнителем.

К классу нагревостойкости С относятся чисто неорганические материалы, не содержащие склеивающих или пропитывающих органических составов (слюда, стекло и стекловолокнистые материалы, кварц, асбест, микалекс, непропитанный асбоцемент, нагревостойкие (на неорганических связующих) миканиты и т. п.). Из всех органических электроизоляционных материалов к классу нагревостойкости С относятся только политетрафторэтилен (фторо-пласт-4) и материалы на основе полиимидов (пленки, волокна, изоляция эмалированных проводов и т. п.).

Керамическими материалами (керамикой) называют неорганические материалы, из которых могут быть изготовлены изделия той или иной формы, подвергаемые в дальнейшем обжигу при высокой температуре; в результате обжига в керамической массе происходят сложные физико-химические процессы, благодаря которым готовое

Наибольшее значение в электромашиностроении имеют твердые • изоляционные материалы. Их можно разбить на следующие группы: 1) естественные органические волокнистые материалы —хлопчатая бумага, материалы на основе древесной целлюлозы и шелк; 2) неорганические материалы — слюда, стекловолокно, асбест; 3) различные синтетические материалы в виде смол, пленок, листового материала и т. д.; 4) различные эмали, лаки и компаунды на основе .природных и синтетических материалов.

Наибольшее значение в электромашиностроении имеют твердые изоляционные материалы. Их можно разбить на следующие группы: 1) естественные органические волокнистые материалы —хлопчатая бумага, материалы на основе древесной целлюлозы и шелк; 2) неорганические материалы — слюда, стекловолокно, асбест; 3) различные синтетические материалы в виде смол, пленок, листового материала и т. д.; 4) различные эмали, лаки и компаунды на основе природных и синтетических материалов.

Твердые неорганические материалы принято разделять по "характеру их разрушения на хрупкие, -полухрупкие и пластичные. Хрупкие материалы характеризуются полным отсутствием пластической деформации. В результате действия на керамику разрушающих усилий при нормальной температуре типичен хрупкий характер разрушения. Характерная для металлов пластическая деформация, предшествующая разрушению, в керамике при нормальных температурах почти полностью отсутствует.