1.18 слюда и слюдяные материалы

Слюда обладает исключительно ценными качествами: высокой электрической прочностью, нагревостойкостью, гибкостью, теплопроводностью. Встречается в природе в виде кристаллов, легко расщепляющихся на пластинки. Водные алюмосиликаты – мусковит K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O и флогопит K2O·6MgO·Al2O3·6SiO2·2H2O. Кроме того в состав слюды могут входить соединения железа, натрия, кальция и др. Мусковиты бесцветные или имеют оттенки – красноватый, зеленоватый и др., по электрическим и механическим свойствам лучше. Флогопиты тёмные – янтарные, золотистые, коричневые до чёрных, но встречаются и светлые. Наилучшие электрические свойства – перпендикулярно слоям. Применяется для изоляции мощных высоковольтных электрических машин и высоковольтных высокочастотных конденсаторов. При нагреве до нескольких сотен градусов из слюды выходит кристаллическая вода, она вспучивается и теряет прозрачность, электрические и механические свойства ухудшаются.

Кроме пластин самой слюды применяют материалы на её основе: миканиты, слюдиниты, слюдопласты, микалекс.

Миканиты – листовые материалы, склеенные из отдельных лепестков слюды с помощью клеящего лака или сухой смолы. Их используют в качестве различных изоляционных прокладок, например между коллекторными пластинами электродвигателей. Пластины миканита используют также в качестве конструктивных изоляционных элементов например внутри электронно-вакуумных приборов.

При изготовлении микаленты на  подложку из стеклоткани или особо прочной бумаги с двух сторон приклеивают пластинки слюды с перекрытием. Из отходов слюды с использованием различных связующих изготавливают слюдинитовые и слюдопластовые бумаги. Микалекс это пластмасса, в которой наполнитель – отходы слюды, а связующее – легкоплавкое стекло.

Синтетическая слюда фторфлогопит применяется для изготовления штампованных деталей, способных работать при температуре от минус 200 до плюс 800 °С. В её структуре атомы кислорода частично заменены на атомы фтора.

1.19 Асбест и асбестовые материалы

Асбест – название группы минералов, обладающих волокнистым строением. Хризотиловый 3MgO·2SiO2·2H2O. Залегает в каменных породах в виде жил, состоящих из параллельных друг другу волокон (горный лён). Длина волокон асбеста достигает нескольких сантиметров. Нагревостойкость асбеста превышает 400 °С.

Из асбеста изготавливают пряжу, ленты, ткани, бумаги, картоны и другие изделия. Ленты из асбеста с высоким содержанием магнетита используют в электрических машинах высокого напряжения для улучшения картины электрического поля. В качестве наполнителя асбест входит в состав термостойких пластмасс. Из него изготавливают асбогетинакс, асботекстолит.

Асбоцемент – материал холодной прессовки, в котором наполнителем является асбест, а связующим – цемент, применяется для распределительных щитов, искрогасящих камер, труб кабельной канализации. Следует помнить о канцерогенности асбеста.

1.20 Неорганические диэлектрические плёнки

Оксидные плёнки на поверхности некоторых металлов, в частности алюминия, широко применяются в качестве изоляции электролитических конденсаторов. Диэлектрическая проницаемость оксида алюминия около 10. Более перспективны танталовые (ε около 27) и ниобиевые (ε примерно 40) оксидные конденсаторы. Толщину оксидных плёнок можно наращивать с помощью химических и электрохимических процессов.

Из оксидированного алюминия изготавливают также различные катушки без дополнительной межвитковой и межслойной изоляции. Недостатками оксидной изоляции является её малая гибкость и заметная из-за пористости плёнки гигроскопичность. Если не требуется особая нагревостойкость, оксидную изоляцию можно пропитать и покрыть лаком. Температура плавления оксида алюминия 2050 °С.

Оксидные плёнки кремния используют в качестве изоляции в микросхемах. Оксид гафния наилучший материал для изоляционных подложек и плёнок наноэлектронных устройств.

4.21 Нагревостойкость электроизоляционных материалов

По наибольшей температуре длительной эксплуатации электроизоляционных материалов их подразделяют на 7 классов нагревостойкости:

Y (до 90 °С) – волокнистые материалы на основе целлюлозы и шёлка (пряжа, ткани, бумаги, картоны, древесина), а также большинство термопластичных полимерных материалов;

А (до 105 °С) – материалы из органических волокон, пропитанных лаками, компаундами либо погруженых в жидкий диэлектрик, а также полиамиды и поливинилацетали;

Е (до 120 °С) – термореактивные полимерные материалы, а также полиэфиры, полиуретан и эпоксидные смолы;

В (до 130 °С) – материалы с большим содержанием неорганических компонентов и органическими связующими;

F (до 155 °С) – неорганические вещества с с эпоксидными, кремнийограническими и термореактивными связующими повышенной нагревостойкости;

Н (до 180 °С) – материалы, получаемые при использовании кремнийорганических смол особо высокой нагревостойкости;

С (выше 180 °С) – чисто неорганические материалы, а также фторопласт и полиимиды.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1 В каких единицах измеряется электропроводность и сопротивление диэлектрика?

2 Назовите и охарактеризуйте механизмы поляризации диэлектриков.

3 Какие потери происходят в изоляции? Как их оценивают?

4 Назовите причины пробоя изоляции. Что такое электрическая прочность?

5 Как происходит пробой газа в однородном поле?

6 В чём особенности пробоя газа в неоднородном поле?

7  Назовите и охарактеризуйте изоляционные газы и жидкости.

8 В чём особенности пробоя твёрдой изоляции?

9 Чем различаются реакции полимеризации и поликонденсации?

10 В чём различие свойств линейных и пространственных полимеров?

11  Какие полимеры используют в высокочастотной изоляции и почему?

12  Какую роль играют волокна в электрической изоляции?

13 Какие вещества используют для пропитки волокнистой изоляции?

14 Назовите основные преимущества эпоксидных компаундов. Каков механизм их отверждения?

15 Как и для каких целей используются изделия из композиционных пластмасс и слоистые пластики?

16 Что такое эластомеры? Для чего их применяют?

17 Какие виды стёкол нашли наиболее широкое применение в электронной технике и для каких целей?

18 В чем сходство и различие между ситаллом и стеклом? Какова технология изготовления ситаллов и для каких целей они применяются?

19 Каковы операции технологического цикла при изготовлении керамических изделий? В чём преимущества керамического производства?

20 Приведите примеры установочных керамических диэлектриков. Назовите области их применения.

21 Чем различаются высокочастотная и низкочастотная конденсаторная керамика?

22 Для каких целей используются в электротехнике слюда и асбест?

23 Какие неорганические плёнки используют для изоляции?

24 Назовите и охарактеризуйте классы нагревостойкости изоляции.