Твердые неорганические диэлектрики

4.12.1 Неорганические стёкла

Стекла – неорганические термопластичные аморфные вещества, представляющие собой сложные системы различных окислов SiO₂, B₂O₃, P₂O₅, Na₂O, K₂O (щелочные металлы), щелочноземельные (CaO, BaO), ZnO.

Большинство стекол состоят из SiO₂ – это силикатные стекла.

Получение стекол и стеклянных изделий. Сырьем служат следующие материалы: кварцевый песок, сода, известняк, доломит, сульфат натрия, борная кислота, сурик, полевой шпат. Все эти материалы измельчают, отвешивают в нужных соотношениях, тщательно перемешивают, полученную шихту загружают в стекловарочную печь. При нагревании шихта плавится, летучие соединения удаляются, а оставшиеся окислы вступают в химические реакции друг с другом, в результате чего и образуется однородная кашеобразная стекломасса, из которой получают листовое стекло или стеклянные изделия. Стекло получается при быстром охлаждении стекломассы. Горячее стекло, благодаря своей пластичности, легко обрабатывается путем выдувания (баллоны электровакуумных приборов, химическая посуда), путем прессования, отливки и так далее. Нагретые стеклянные части можно приварить друг к другу, а так же к деталям из металла, керамики. Таким образом, из стекла можно получить изделия любой, в том числе и сложной конфигурации.

Изготовленные стеклянные изделия подвергаются отжигу, чтобы снять внутренние механические напряжения, возникающие при остывании. Отжигание состоит в нагреве до достаточно высокой температуры, а затем медленно охлаждают. Особо прочные на удар стеклянные изделия получают путем закалки стекла – это очень быстрое и равномерное охлаждение в потоке воздуха или жидкости.

Стекла подвержены механической обработке в холодном состоянии. Их можно резать алмазом, шлифовать, полировать, сверлить, например, победитовыми или латунными сверлами с применением абразивов.

Можно проводить матирование поверхности стекла путем кратковременных воздействий плавиковой кислоты. Стекло покрывают парафином. Надписи, деление на шкалах наносят процарапыванием штрихов в слое парафина до поверхности стекла и погружением в плавиковую кислоту.

Металлизация стекла – нанесение металла в вакууме; вжиганием Ag и Pt пасты при t t размягчению стекла.

Свойства стекол: зависят от состава стекол.

Наилучшими электроизоляционными свойствами обладает кварцевое стекло, удельное сопротивление стекла резко уменьшается при введении окислов щелочных металлов Na₂O, K₂O.

Окислы тяжелых металлов (бария, Ti, Pb) приводят к значительному увеличению удельного сопротивления стекол. И при высокой температуре у таких стекол электроизоляционные свойства лучше, чем у кварцевого стекла. Поверхностная проводимость зависит от наличия загрязнений поверхности и увеличивается при увеличении загрязнения.

Стекла с большой плотностью имеют более высокие значения ε, что зависит от их состава. Содержания Na₂O повышает ε у силикатных стекол увеличивается при увеличении температуры.

Стекла, содержащие в большом количестве окислы тяжелых металлов (PbO, BaO) отличаются маленьким tgd при нормальных и при повышенных температурах.

При значительном увеличении f tgd у большинства технических стекол увеличивается и только у кварцевого стекла, он практически не изменяется.

Электрическая прочность зависит от однородности поля. В однородном поле электрическая прочность очень велика E_пр = 500 Мв/м. Пробой стекла носит электротепловой характер.

Из изложенного следует, что изменяя химический состав, можно получить различные сорта стекол, которые имеют различные характеристики, что обеспечивает их различное применение.