RADIOFUN.RU

сайт для радиолюбителей

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

ДИЭЛЕКТРИКИ


К изолирующим материалам в зависимости от их применения предъявляются самые разнообразные требования. К числу их относятся сопротивление изоляции вещества, которое должно быть как можно более высоким. При возникновении сильного нагрева изолирующий материал должен обнаруживать теплостойкость, а в иных случаях и огнестойкость и др. Особенно высокие требования предъявляются к качеству изоляционных материалов, применяемых в качестве диэлектриков между пластинами конденсаторов, а также при изготовлении радиодеталей для высокочастотных цепей. Здесь важно знать диэлектрическую проницаемость диэлектрика и tg б на рабочих частотах и температурный коэффициент. Радиомастеру важно также знать возможности обработки различных изолирующих материалов.
Все изолирующие материалы делят на два основных класса: неорганические и органические изолирующие материалы.
Неорганические изолирующие материалы. К этому классу относятся минеральные вещества и разнообразные сорта керамики. Все они отличаются огнестойкостью, значительной твердостью и плохо поддаются (за небольшим исключением) обработке. Таковы кварц, стекло, стеклоэмали, фарфор электротехнический и радиофарфор, большое количество специальных сортов керамики. Обработка изделий из этих материалов обычно сводится только к шлифовке опорных поверхностей. Пилить и сверлить можно мрамор, шифер и асбест. Слюда поддается штамповке.
Слюда. Диэлектрическая проницаемость для различных сортов изменяется в пределах от 4 до 8. Электрическая прочность от 50 до 200 кВ при толщине 1 мм. Слюда расщепляется на очень тонкие пластинки, толщиной в несколько тысячных долей миллиметра, которые тем не менее обладают большой гибкостью и упругостью. Наиболее распространены в электротехнике две разновидности слюды: мусковит, отличающийся высокой прозрачностью, и флогопит - большей частицы бурого цвета.
Мусковит - прекрасный диэлектрик для конденсаторов. Хорошие чистые сорта мусковита без пятен обладают ничтожным углом потерь (tg б <0,001 при 1 Мгц, электрическая прочность 90 кВ/мм) и  очень высоким удельным объемным сопротивлением, достигающим (8-10).10-14 ом.см.
Флогопит обладает несколько худшими электрическими качествами,(tg б <0,005 при 1 Мгц, электрическая прочность 50кВ/мм), но весьма огнеупорен, поэтому широко применяется для изоляции электронагревательных приборов, работающих при температурах до 1000 С. Все сорта слюды почти совершенно негигроскопичны. 

Асбест
(силикат магния) - минеральное вещество, перерабатываемое на шнуры, фитили и асбестовый картон. В сочетании с другими веществами применяется для приготовления асбестового шифера, асбоцементa, асбопластмасс и др. Все производные асбеста - огнеупорные материалы. Они обладают достаточно большим сопротивлением изоляции и применяются для изготовления каркасов нагревательных приборов и мощных сопротивлений. Сам асбест безопасен, но асбестовая пыль явлется канцерогеном!
Фарфор. Различают три типа фарфоров: электротехнический (изоляторный), радиофарфор и ультрафарфор.
Электротехнический фарфор по составу отличается большим содержанием полевого шпата, наличие которого обусловливает заметную гигроскопичность материала, и сравнительно большой угол диэлектрических потерь, увеличивающийся при повышении температуры. В связи с этим применение электротехнического фарфора ограничивается приготовлением изоляторов для электротехники сильных токов.

Радиофарфор вместо полевого шпата наряду с увеличенным процентом каолина содержит углекислый барий. Радиофарфор, особенно покрытый глазурью, не чувствителен к атмосферным воздействиям. Он обладает вдвое меньшим углом потерь, чем электротехнический фарфор. Кроме того, потери у радиофарфора начинают расти лишь при повышении температуры сверх 100-200 С. Из радиофарфора изготовляются каркасы катушек индуктивности для коротких волн, высококачественные ламповые панели и установочная изоляция высокочастотных деталей.

Ультрафарфор обладает еще более высокими качествами, чем радиофарфор, и применяется для изоляции высокочастотных цепей даже в ультракоротковолновой аппаратуре.

Высокочастотная керамика. Все большее значение приобретают обладающие высокими диэлектрическими свойствами искусственные керамические материалы.

Кроме указанных выше фарфоров, к ним относятся пирофилит, тальковая керамикa (стеатит, высокочастотный стеатит, кордиерит), глиноземистая керамика (алюминоксид, керамит) и титановая керамика (тиконд, термоконд, тиглин, тибар). Все перечисленные типы керамики, за исключением кордиерита, негигроскопичны. Электрическая прочность большинства керамик равна 15-20 кВ/мм. Диэлектрическая проницаемость - порядка 5-10 для тальковой, глиноземистой и пирофиллитовой керамики, в пределах 12-25 для термоконда и тиглина, а для различных марок тиконда она достигает 60-160. У тибара диэлектрическая проницаемость превышает 1000.

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости у большинства керамик невелик, специальные же сорта конденсаторной керамики (тиглин, тиконд, термоконд) обладают отрицательным температурным коэффициентом, что позволяет изготовлять с их помощью конденсаторы, компенсирующие положительный температурный коэффициент контурных катушек. Керамика обладает небольшим углом потерь (наибольшее значение tg  свойственно пирофилиту и стеатиту).

Вce керамические материалы огнеупорны и выдерживают температуры до 1000 С. Применяется керамика не только в качестве диэлектриков для конденсаторов, но и в качестве установочной, а также в виде каркасов для высококачественных катушек.

Органические изолирующие материалы. К разряду органических изолирующих материалов относятся вещества животного (шелк, воск) и растительного (бумага, резина, канифоль, лаки, смолы и масла) происхождения, а также искусственные синтетические продукты, относящиеся к классу органических соединений (бакелиты, полистирол, полихлорвинил, целлулоид и др.).

За редким исключением, органические изолирующие материалы не обладают теплостойкостью и сохраняют удовлетворительные электрические и механические качества при, температурах, не превышающих 50-80 С, только лаки выдерживают температуру до 150 С. С другой стороны, все органические изолирующие материалы (кроме карболитов) поддаются механической обработке, что является их большим преимуществом.

Диэлектрическая проницаемость больщинства органических материалов не превышает 10. В отношении же угла потерь и гигроскопичности различные органические вещества резко отличаются друг от друга.
Воск пчелиный. Диэлектрическая проницаемость 2,5, электрическая прочность 20-25 кВ/мм, температура плавления около 65 С, гигроскопичность почти отсутствует. Применяется для пропитки обмоток и хлопчатобумажных оплеток в целях придания им влагоустойчивости и стабилизации изоляционных качеств.

Пчелиному воску близки по физическим и электрическим качествам озокерит (горный воск), применяемый для пропитки изоляции проводов и для заливки кабельных муфт, церезин, пригодный для пропитки изоляции высокочастотных деталей, в том числе бумажных конденсаторов, и парафин, применяемый для пропитки конденсаторной бумаги и для заливки конденсаторов. Парафин является также хорошим пропиточным материалом для снижения гигроскопичности дерева и фанеры.

Канифоль - продукт переработки смолы хвойных деревьев. Обладает высоким электрическим сопротивлением. Широко применяется при пайке, а также в качестве составной части многих пропиточных, заливочных и покровных изолирующих материалов (компаундов). Растворяется канифоль в скипидаре, спирте, маслах и ацетоне.

Шеллак - естественный продукт, относящийся к разряду смол. Отличается высокой склеивающей способностью и имеет относительно хорошие диэлекпрические показатели. Клеящая масса приготовляется растворением сухого щеллака в спирте, ацетоне или растворе буры. Применяется для крепления витков катушек.

Резина - продукт вулканизации (нагревание с добавлением серы) каучука. В настоящее время наиболее распространена резина, изготовляемая из синтетического каучука. Для электротехнических целей применяется специальная резина (с примесью оксида свинца), не вызывающая коррозии металлов. Важнейшие применения резины в электротехнике - изоляция проводов и герметизация аппаратуры, особенно переносной. Кроме того, резина применяется и для механической амортизации радиоаппаратуры. Электроизоляционные свойства резины достаточно высоки, но в цепях высокой частоты большинство сортов резины вносит значительные потери.

Эбонит - материал, вырабатываемый из каучука принагревании с избытком серы. Легко обрабатывается и потому находит широкое применение в радиоаппаратуре. Наряду с удовлетворительными изоляционными свойствами обладает очень низкой теплостойкостью (применение эбонита допустимо в узлах с нагревом не выше 40 С). Со временем свойства эбонита сильно изменяются, поэтому в высокочастотных цепях
его не применяют.

Карболиты - большоее количество пластмасс, изготовляемых на основе композиции волокнистых и порошковых органических веществ со связующей смолой. Карбо- литовые изделия недороги и находят широкое примене¬ние в различных отраслях техники, в том числе и радиотехники. Диэлектрическая проницаемость карболита 4-6 и заметно изменяется в зависимости от температуры. Угол диэлектрических потерь весьма невелик, но быстро растет при нагреве и увлажнении. Электрическая прочность колеблется для различных сортов от 2 до 10 кВ/мм. Все карболиты в той или иной мере гигроскопичны. Теплостойкость карболитов в среднем ограничивается 100 С. 
Опыт эксплуатации радиодеталей с карболитовыми корпусами, основаниями или опрессовкой (в том числе сопротивлений ТО и опрессованных слюдяных конденсаторов старых типов) показал, что они обладают низким постоянством параметров и особенно плохо влияют на работу радиоаппаратуры при установке в цепях высокой частоты. Готовые карболитовые изделия трудно обрабатываются в силу присущей большинству карболитов хрупкости.
Гетинакс - слоистая пластмасса на бумажной основе. Обладает примерно такими же свойствами, что и карболиты. У гетинакса несколько выше электрическая прочность (до 20 кВ/мм) и высокая гигроскопичность, диэлектрическая проницаемость 5-9. Применение гетинакса следует ограничивать изоляцией низкочастотных цепей и цепей питания. Обрабатывается гетинакс легко.
Текстолит - слоистая пластмасса на текстильной основе. Текстолит схож с гетинаксом, но менее гигроскопичен. Следует избегать применения текстолита в высокочастотных цепях из-за большой зависимости электрических свойств его от температуры и из-за большого угла потерь. Обрабатывается текстолит легко, но и легко ломается при сгибании.
Текстолит, изготовленный на основе стеклянной ткани (стеклотекстолит), обладает высокими диэлектрическими качествами и пригоден для изоляции высокочастотных цепей.
Полистирол - прозрачная стекловидная пластмасса. Превосходный высокочастотный диэлектрик. Электрическая прочность 50 кВ/мм, угол диэлектрических потерь ничтожно мал (tg б = 0,0005), диэлектрическая проницаемость около 2,5. Материал совершенно негигроскопичный. Единственным недостатком полистирола является общая особенность группы органических материалов - невысокая теплостойкость (60-80 С). Детали из полистирола изготовляются литьем под давлением или прессовкой. Так как материал легко обрабатывается, то оказывается возможным изготовление деталей слесарными способами из полистироловых плиток. Приготовляются из полистирола самые разнообразные изоляционные детали, начиная от эластичных изоляционных лент (стирофлекс) и тонких прокладок (полифлекс) и кончая каркасами высококачественных контурных катушек и изоляцией ультравысокочастотных кабелей.
Полихлорвинил (поливинилхлорид) - прозрачный или окрашенный эластичный материал для изоляции проводов. Обладает высокой электрической прочностью (50 кВ/мм), но отличается низкой теплостойкостью (60 С) и повышенным значением угла потерь (tg б на радиочастотах порядка 0,1). Гигроскопичность низкая, в связи с чем успешно применяется для антикоррозийной защиты подземных кабелей. Выпускается также в виде трубок для изоляции проводов при монтаже радиоаппаратуры. При сильном нагревании полимер разлагается с выделением токсичного хлороводорода!
Полиэтилен - полупрозрачный эластичный материал, обладающий высокими диэлектрическими свойствами. Низкая диэлектрическая проницаемость (2,2) и малые потери (tg б = 0,003) сохраняются в широком диапазоне частот и при изменении температуры. Теплостойкость до 70 С. Применяется для изготовления каркасов контурных катушек и для изоляции в высокочастотных кабелях.

Фторопласт (тефлон, политетрафторэтилен) - наиболее высокотемпературный органический диэлектрик белого цвета, обладающий прекрасными изоляционными свойствами (диэлектрическая проницаемость 2,2, tg б = 0,0002). Негигроскопичен, химически учень устойчив, термостоек - наивысшая рабочая температура 200 С. Применяется для изготовления установочных изоляторов радиочастотных цепей и в высокочастотннй аппаратуре. Поддается всем видам механической обработки.
Органическое стекло - выпускается бесцветным и окрашенным в различные цвета. Легко обрабатывается, полируется, допускает нанесение цифр, гравировку. Влагоустойчиво. Теплостойкость до 60 С, после чего размягчается. Может применяться как изолятор. хотя основное применение находит как декоративный материал. Электрическая прочность 20 кВ/мм, диэлектрическая проницаемость 3,5, tg б = 0,05 при  50 Гц.
Электрокартон (прессшпан) применяется для изгоговления каркасов трансформаторов и катушек. Толщина электрокартона от 0,1 до 3,0 мм. Электрическая прочность около 10 кВ/мм. Для придания влагостойкости изделия из электрокартона пропитывают парафином, церезином или специальными лаками.

Бумага, совместно со всякого рода изоляционными пропиточными материалами служит для изоляции проводов и в качестве диэлектрика для конденсаторов. Применяемая в радиопродукции бумага обладает особым химическим составом, обеспечивающим ее высокие диэлектрические свойства. Электрическая прочность конденсаторной бумаги составляет 30 кв/мм. Выпускается конденсаторная бумага толщиной от 0,006 до 0,024 мм.
Ткани хлопчатобумажные, шелковые и стеклоткани для изоляционных целей пропитываются специальными составами, большей частью лаками. Получаемые таким образом лакоткани приготовляются в виде листов (полотна) и трубок. Лакоткани вырабатываются толщиной от 0,04 до 0,3 мм. Они обладают высоким удельным сопротивлением и достаточно влагостойки. Электрическая прочность хлопчатобумажной лакоткани 20-24 кВ/мм, шелковой и стеклоткани до 57 кв/мм. Полотно применяется для изоляции обмоток в трансформаторах и других приборах.
Лаки и эмали. Для защиты изоляционных материалов и металлов от действия влаги, для повышения диэлектрических свойств и уменьшения гигроскопичности изоляторов в электрорадиотехнике применяются покровные и пропиточные лаки. Они состоят из вещества, образующего прочную негигроскопичную пленку и легко высыхающего растворителя.
Эмали - это те же покровные лаки, но с введенным в их состав  пигментным  веществом,  придающим окраску. Более всего распространены маслосодержащие лаки, в состав которых входят растительные масла. К ним относятся масляно-канифольные, масляно-битумные (асфальтовый), масляно-глифталевые лаки. Основное применение этих лаков - пропитка обмоток трансформаторов.

КЛАССЫ НАГРЕВОСТОЙКОСТИ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Класс V (до 90 С) - волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, натурального шелка, не пропитанные жидким электроизоляционным материалом.
Класс A (до 105 С) - волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, натурального, искусственного или синтетического шелка, пропитанные жидким электроизоляционным материалом.
Класс E (до 120 С) - синтетические органические материалы и другие материалы или композиции, для которых практически установлена работоспособность в данном классе.
Класс B (до 130 С) - материалы на основе слюды, асбеста, стекловолокна в сочестании с органическими связующими.
Класс P (до 155 С) - материалы на основе слюды, асбеста, стекловолокна в сочестании с синтетичес-кими связующими, которые соответствуют данному классу.
Класс H (до 180 С) - материалы на основе слюды, асбеста, стекловолокна в сочестании с кремнийорга-ническими свяэующими; кремнийиорганические эластомеры.
Класс C (свыше 180 С) - слюда, керамика, стекло, кварц без связующих или с неорганическими(элементоорганическими составами)

 

Поиск по сайту