Общая характеристика керамических электроизоляционных материалов

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 (обожженное) изделие приобретает нужные свойства. Ранее кера­мические материалы изготовлялись на основе глины, образующей в смеси с водой пластичную, способную формироваться массу и после обжига приобретать значительную механическую прочность. Впоследствии появились и другие виды керамических материалов, состав которых глина входит лишь в очень малом количестве или же совсем не входит.

Керамические материалы могут быть весьма разнообразны по свойствам и области применения; в электротехнике исполь­зуют керамические материалы в качестве полупроводниковых и магнитных материалов. Чрезвы­чайно большое значение имеют керамические диэлектрики, в частности электроизоляционные, а также сегнетоэлектрические и не­которые другие специальные керамические материалы. Многие ке­рамические электроизоляционные материалы имеют высокую ме­ханическую прочность, очень малый угол диэлектрических потерь, значительную нагревостойкость и другие ценные свойства. По сравнению с органическими электроизоляционными материалами керамика, как правило, более стойка к электрическому и тепловому старению, не дает остаточных деформаций при продолжительном при­ложении к ней механической нагрузки. Металлизация керамики (обычно нанесением серебра методом вжигания) обеспечивает воз­можность осуществления спайки с металлом, что имеет особое зна­чение для создания герметизированных конструкций.

Электротехнический фарфор.

С самого начала развития электротехники фарфор широко ис­пользовался как электроизоляционный материал, и в настоящее время он является одним из основных изоляционных материалов. Для изготовления фарфора применяют специальные сорта глин и минералы — кварц SiO₂ и полевой шпат. Сущность технологического процесса изготовления фарфора сводится к очистке от примесей всех составных частей, тщательному их измельчению и перемешиванию в однород­ную массу с водой. Из фарфоровой массы получают изделия нужной конфигурации. Отформованные изоляторы или другие фар­форовые изделия сушат для удаления избытка воды. Следующие операции — глазуровка и обжиг. Глазурь улучшает внешний вид фарфора и позволяет придавать фарфоровым изделиям окраску в желаемый цвет. К гладкой поверхности глазури менее пристают различные загрязнения; глазурь уменьшает ток утечки по поверхности изоляторов и повышает их напряжение перекры­тия. Наконец, глазурь, «заглаживая» трещины и другие дефекты на поверхности фарфора, которые являются местами начала разрушения при механических нагрузках, существенно повышает механическую прочность фарфоровых изделий. Обжиг — чрезвычайно важная операция, придающая фарфору высокую механи­ческую прочность, водостойкость и хорошие электроизоляционные свойства. Фарфор имеет широкое при­менение в электротехнике. Однако отмеченные недостатки фарфора — прежде всего сравнительно высокий угол диэлектрических потерь, быстро увеличивающийся к тому же при повышении температуры, — затрудняют применение фарфора в качестве электрической изоляции при высоких частотах, а также при высоких температурах.

Стеатит.

Стеатит — вид керамики, изготовляемый на основе минерала талька 3MgO*4SiO₂*H₂O. Таким образом, в то время как обычная керамика (фарфор и его разновидности) состоит в основном из силикатов алюминия, стеатитовая керамика — из силикатов магния, прежде всего клиноэнстатита. Тальк — хорошо известный минерал, обладающий способностью благодаря его чрезвычайной мягкости легко размалываться в порошок. Стеатитовая керамика обычно изготовляется обжигом массы, составляемой из талькового порошка с не­которыми добавками. Возможно также изготовлять детали из талькового камня пу­тем его непосредственной механической обработки (которая проста ввиду мягкости материала) с последующим обжигом. Специальные сорта стеатита с особо малым содержанием примесей оксидов железа, предназначенные для высококачественной изоляции, имеют малый tg (до 2-10~⁴) и хорошие механические свойства. Пре­имуществом стеатитовой керамики является также малая усадка при обжиге, поз­воляющая получать изделия сравнительно точных размеров. К тому же он не нуждается в глазуровке (благодаря плотной структуре) и может сравнительно легко дополнительно обрабатываться шлифовкой. Стеатит широко используется для установочной изоляции в радиотехнической аппаратуре, а также и в силовой электротехнике.