Eksempler på bruk av keramiske materialer i elektroteknikk og elektrisk kraftindustri

Keramikk - blandede og spesialbehandlede finmalte uorganiske stoffer - er mye brukt i moderne elektroteknikk. De aller første keramiske materialene ble oppnådd nøyaktig ved sintring av pulver, på grunn av hvilken en sterk, varmebestandig, inert mot de fleste medier, med lave dielektriske tap, motstandsdyktig mot stråling, i stand til langsiktig arbeid under betingelser med variabel fuktighet, temperatur og trykk på keramikken. Og dette er bare en del av de bemerkelsesverdige egenskapene til keramikk.

På 50-tallet begynte bruken av ferriter (komplekse oksider basert på jernoksid) å vokse aktivt, deretter prøvde de å bruke spesiallagde keramikk i kondensatorer, motstander, høye temperaturelementer, for fremstilling av mikrokretssubstrater, og starter på slutten av 80-tallet, i høgtemperatur superledere . Senere ble keramiske materialer med de nødvendige egenskapene spesielt utviklet og laget - en ny vitenskapelig retning innen materialvitenskap har utviklet seg.

Trefasestrukturen i keramikk er dannet av: krystallinske, glassaktig og gassfaser. Hovedfasen er krystallinsk, det er faste løsninger eller kjemiske forbindelser som spesifiserer hovedegenskapene til det resulterende materialet.

Den glasslegeme fasen er et lag mellom krystallene eller individuelle mikropartikler som fungerer som et bindemiddel. Gassfasen er i porene til materialet. Tilstedeværelsen av porene, under forhold med høy luftfuktighet, påvirker kvaliteten på keramikk negativt.

1. Termistorer

Blandede overgangsmetalloksydtermistorer kalles termistorer. De kommer med en positiv temperatur-motstandskoeffisient og en negativ temperatur-motstandskoeffisient (PTC eller NTC).

I hjertet av en slik detalj er en keramisk halvleder laget av sintring i luft en flerfasestruktur av granulære nitrider og metalloksider.

Sintring utføres ved en temperatur på ca. 1200 ° C. I dette tilfellet er overgangsmetallene: nikkel, magnesium, kobolt.

Den spesifikke konduktiviteten til en termistor avhenger først og fremst av oksydasjonsgraden og av den aktuelle temperaturen til det resulterende keramikken, og en ytterligere endring i ledningsevnen i en eller annen retning oppnås ved å innføre en liten mengde tilsetningsstoffer i form av litium eller natrium.

Termistorer er små, de er laget i form av perler, disker eller sylindere med en diameter fra 0,1 mm til 4 cm, med trådledninger. En perle er festet til platinatrådene, deretter blir perlen dekket med glass som er sintret ved 300 ° C, eller perlen blir forseglet inne i glassrøret.

Når det gjelder skiver, påføres et metallbelegg på platen fra begge sider, som konklusjonene er loddet til. Disse keramiske delene kan ofte finnes på trykte kretskort på veldig mange elektriske apparater, så vel som i termiske sensorer.

Se også på vår hjemmeside:

Bruke termistorer i temperatursensorer

Hvordan velge riktig temperatursensor

Enheten og prinsippet for drift av termistorfuktighetssensorer

2. Varmeelementer

Keramiske varmeelementer er en resistiv (wolfram) ledning omgitt av en kappe av keramisk materiale. Spesielt produseres industrielle infrarøde varmeovner som er motstandsdyktige mot ekstreme temperaturer og inerte mot kjemisk aggressive miljøer.

Siden i disse elementene er tilgangen av oksygen til spiralen utelukket, oksiderer ikke metallets spiral under drift.Slike varmeovner er i stand til å fungere i flere tiår, og spiralen inni forblir intakt.

Se dette emnet:

Hvordan er moderne varmeelementer ordnet?

Sammenligning av varmeelementer og keramiske ovner

Et annet eksempel på vellykket bruk av et keramisk varmeelement i elektroteknikk er loddejern. Her er den keramiske varmeapparatet laget i form av en rulle, inni hvilken fint spredt wolframpulver påføres spiralformet på et keramisk tynt underlag, som rulles i et rør rundt en aluminiumoksydstav og bakes i et hydrogemedium ved en temperatur i størrelsesorden 1500 ° C.

Elementet er holdbart, isolasjonen er av høy kvalitet og levetiden er lang. Elementet har en karakteristisk teknologisk rille.

For mer informasjon om keramiske braketter, se her - Design av moderne elektriske loddejern

Keramisk loddejerns oppvarmingshastighet:

3. Varistorer

Varistoren har en ikke-lineær motstand assosiert med spenningen påført terminalene, i denne I-V-karakteristikken til varistoren er den noe lik en halvlederanordning - en toveis zenerdiode.

Keramisk krystallinsk halvleder for en varistor er laget på basis av sinkoksid med tilsetning av vismut, magnesium, kobolt, etc. ved sintring. Den er i stand til å spre mye energi på tidspunktet for å beskytte kretsen mot en strømstøt, selv om lyn eller en kraftig frakoblet induktiv belastning er kilden til støtet.

Keramiske varistorer i forskjellige former og størrelser - tjener i vekselstrøm og likespenningsnett, i lavspent strømforsyning og i andre anvendte områder innen elektroteknikk. Oftest kan man finne varistorer på trykte kretskort, der de tradisjonelt presenteres i form av disker med ledninger.

Eksempler på bruk av keramiske varistorer i teknologi:

Modulære overspenningsarrangører for å beskytte ledninger

Overspenningsvern for husholdningsapparater

Overspenningsvern for kraftige halvlederenheter

4. Keramiske underlag for integrerte kretsløp

Isolerende varmeledende underlag for transistorer er ikke bare silikon, men også keramisk. De mest populære er keramiske aluminiumoksydsubstrater; de er preget av høy styrke, god varmemotstand, motstand mot mekanisk slitasje og har små dielektriske tap.

Aluminiumnitrid-underlag er 8 ganger høyere varmeledningsevne enn aluminiumoksyd. Og zirkoniumoksyd er preget av enda høyere mekanisk styrke.

5. Keramiske isolatorer

Keramiske isolatorer laget av elektroteknisk porselen brukes tradisjonelt i elektroteknikk. Høyspent utstyr er utenkelig uten dem. Det særegne ved denne typen keramikk er at dens teknologiske egenskaper lar deg lage produkter av komplekse former og nesten alle størrelser. Samtidig er sintringstemperaturområdet for porselen bredt nok til å oppnå tilstrekkelig god ensartethet i prosessen med å skyte isolatoren over hele volumet av produktet.

Med økende påkjenninger er det behov for å øke størrelsen på isolatorer laget av elektroteknisk porselen, og styrken og motstanden mot nedbør gjør bare porselensmassen uunnværlig for høyspent elektroteknikk. 50% - leire og kaolin, de gir duktiliteten til elektrisk porselen, så vel som dets formbarhet og styrke i herdet tilstand. Feltspatmaterialer lagt til blandingen - utvid sintringens temperaturområde.

Selv om mange moderne keramiske materialer overgår elektroteknisk porselen i noen henseender, krever teknologisk porselen ikke dyre råvarer, det er ikke behov for å øke branntemperaturen, og dens duktilitet er utmerket til å begynne med.

6. Superledere

Superledningsfenomenet som brukes til å lage de sterkeste magnetfeltene (spesielt brukes det i syklotroner) realiseres ved å føre strøm gjennom en superleder uten varmetap. For å oppnå ovennevnte resultat brukes super II-ledere av type II, som er preget av sameksistensen av både superledningsevne og magnetfelt samtidig.

Tynne filamenter av et normalt metall trenger inn i prøven, og hvert glødetråd har en magnetisk flukskvantum. Ved lave temperaturer, i området med kokepunktet for nitrogen (over -196 ° C), må keramikk med godt separerte kobber-oksygenplan (kupratbaserte superledere) også brukes.

Superledningsrekorden tilhører den keramiske forbindelsen Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), oppdaget i 2003, siden den ved et trykk på 400 kbar blir en superleder selv ved temperaturer opp til −107 ° C. Dette er en veldig høy temperatur for superledelse.

Se mer om dette emnet: Høytemperatur superledelse og dens anvendelse