Eine Anleitung zu elektrischen Materialien für alle. Teil 4

Fortsetzung der Anleitung zu elektrischen Materialien. In diesem Teil beginnen wir mit dem Zerlegen von Dielektrika. Ein Teil ist vollständig anorganischen Dielektrika gewidmet: Porzellan, Glas, Glimmer, Keramik, Asbest, SF6-Gas und Wasser.



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Für die Herstellung elektronischer Geräte werden neben Leitern auch Dielektrika benötigt. Abhängig von den Bedingungen und Aufgaben können unterschiedliche Eigenschaften des Dielektrikums wichtig sein: Wärmebeständigkeit, Verlustfaktor, Hygroskopizität, mechanische Festigkeit usw.

Der manuelle Abschnitt des Polymers ist noch oberflächlicher. Tatsache ist, dass die Eigenschaften des Polymermaterials von den Synthesebedingungen, den eingeführten Additiven, der Wärmebehandlung und der anschließenden Verarbeitung abhängen. Somit können zwei Polystyrolproben in ihren Eigenschaften stark variieren. Kunststoffhersteller gehen verschiedene Tricks und Manipulationen mit der Zusammensetzung durch und nehmen wichtige und nicht sehr große Änderungen vor. Es ist wie bei Büchern, verschiedenen Ausgaben derselben Arbeit, irgendwo auf Zeitungspapier mit schlechtem Layout und irgendwo auf Qualitätspapier mit Farbabbildungen eines Modekünstlers. Beide Bücher sind Der Herr der Ringe, aber die Eindrücke der Verwendung können variieren. Daher werden einige allgemeine Eigenschaften verschiedener Arten von Polymeren angegeben. Genauere Eigenschaften finden Sie im Nachschlagewerk.

Die Materialien, die in der elektronischen Technologie verwendet werden, ändern sich im Laufe der Zeit. So waren früher beispielsweise Holz, Seide und Ebonit weit verbreitet. Heutzutage werden viele Materialien durch billigere, technologisch fortschrittlichere Ersatzstoffe ersetzt. Das Handbuch enthält eine Beschreibung, einschließlich historischer Materialien, von Daten für die allgemeine Entwicklung. Außerdem wurden Informationen hinzugefügt, die zur Vervollständigung der Offenlegung des Themas erforderlich sind.

Anorganische Dielektrika

China

Porzellan ist eine dichte, haltbare Keramik, die durch Brennen einer Mischung aus Kaolin, Quarz, Feldspat und Ton erhalten wird. Es ähnelt einer Porzellantasse in Ihrer Küche, nur seltener mit Glasur bedeckt.

Anwendungsbeispiele

Hochtemperaturisolatoren. In Form von Porzellanperlen zur Isolierung der Enden von Heizspiralen. Das schuppenartige Design ermöglicht das Biegen, ohne den Leiter freizulegen.


Gehäuse einer Quecksilberbogenlampe aus einem Lichtstrahloszilloskop. Der Rahmen besteht aus einer Aluminiumlegierung, das schwarze Gehäuse aus Carbolit und die Porzellanperlen isolieren die Leiter, die die Lampe verbinden. Die Lampe erwärmt sich während des Betriebs sehr stark. Ein Bündel Porzellanperlen aus verschiedenen Heizkörpern.


Zündkerzen von einem Verbrennungsmotor. Die Mittelelektrode ist mit Porzellan isoliert. Kein anderes Dielektrikum kann einer längeren Einwirkung von Temperatur, Druck und Kraftstoff in der Brennkammer standhalten.

Elektrische Gegenstände. Wenn Sie in den Lampenhalter schauen, besteht der Teil, der die Verbindungslamellen enthält, höchstwahrscheinlich aus Porzellan. Er kann bei erhöhter Temperatur der Glühlampe lange Zeit ohne Verlust von Eigenschaften arbeiten. Sicherungskoffer, Steckdosen, Lampenkontakthalter - überall dort, wo die Gefahr einer Erwärmung besteht, ist China konkurrenzlos.


Die Halter der Lamellen der Fassung, Patrone sind aus Porzellan. Das schwarze Patronengehäuse ist aus Carbolit.


Leistungsstarke Widerstände haben einen Porzellanrohrboden. Am grünen Widerstand ist die Wicklung unter der Emaille verborgen.

Isolatoren an Stangen. Auf dem Foto befindet sich ein Isolator aus einer Säule, die während des Wiederaufbaus der Leitung liquidiert wurde. 30 Jahre Sonne, Wind, Vogelkot, Regen, Frost wirkten sich in keiner Weise auf Porzellan aus, es sieht immer noch wie neu aus, es war genug, um den Isolator mit Seife zu waschen.


Porzellanisolatoren von Stromleitungen. Zwischen dem Porzellanisolator und dem Stahlhaken befindet sich eine Hülse aus Polyethylen, um das Porzellan vor Rissen zu schützen. Durch die Scheibenform der Isolatoren kann Wasser abfließen, ohne eine durchgehende Schicht zu bilden, die den Leiter zum Träger verschließt.

Nachteile

Zerbrechlich wie alle Keramiken. Festgezogene Schraube, Schlag - und Porzellan bröckelt.

Glas

Je nach Anforderung können verschiedene Arten von Gläsern verwendet werden, von schmelzbarem Natrium bis zu feuerfestem Quarz. Das Hauptplus von Glas ist neben seiner Wärmebeständigkeit die Transparenz für sichtbares Licht (und Quarz ist auch für ultraviolette Strahlung transparent). Ein weiteres wichtiges Plus ist die Möglichkeit, die Integrität visuell zu beurteilen. Risse sind normalerweise sichtbar.

Anwendungsbeispiele

Fälle von Funkröhren, Beleuchtungslampen, Sicherungen. Quarzrohre - Gehäuse von Heizgeräten, Elektrogrills.


Der Glas- und Porzellanisolator von Stromleitungen arbeitet seit mehr als 30 Jahren auf der Straße.

Nachteile.

Zerbrechlich, nimmt keine Schläge aus. Einige Glasqualitäten reißen bei plötzlicher ungleichmäßiger Erwärmung.

Ein typisches Merkmal (aber nicht zwingend erforderlich!) Von Quarzglas ist eine große Anzahl von Strängen in Richtung der Glasextrusion.

Interessante Fakten über Glas

Erwähnenswert sind hier Saphirglas, gehärtetes Glas und chemisch gehärtetes Glas. In den Werbebeschreibungen vieler elektronischer Geräte für den Massenkonsum können diese Brillentypen erwähnt werden.

• Saphirglas ist formal kein Glas (es ist nicht amorph wie Glas, sondern kristallin), aber aufgrund seiner äußeren Ähnlichkeit wird es so genannt. Saphirglas ist eine dünne Platte aus Leukosaphir (reines Al ₂ O ₃ - Aluminiumoxid). Leucosapphire ist härter als gewöhnliche Gläser, daher wird es verwendet, um die Optik vor Staub, abrasivem Abrieb durch Sandkörner in militärischen Geräten und in teuren Haushaltsgeräten zu schützen. Das Saphirglas bleibt länger zerkratzt. Gleichzeitig ist es schwierig, große Saphirkristalle zu einem vernünftigen Preis zu erhalten. Daher werden Tabletten mit Saphirglas nicht in Kürze zu sehen sein.
• Gehärtetes Glas. Glas kann gut komprimiert und schlecht gedehnt werden. Es ist möglich, die mechanische Festigkeit von Glas durch Tempern zu erhöhen - das Glas wird auf hohe Temperaturen erhitzt und scharf und gleichmäßig abgekühlt. Dadurch bilden sich im Glas mechanische Spannungen, die die mechanische Festigkeit erhöhen. Meistens wird Glas aus Sicherheitsgründen gehärtet. Gewöhnliches Glas zerbricht, wenn es mit einem Stein hineingeworfen wird, in mehrere ziemlich große Fragmente, die schwere Verletzungen verursachen können. Gehärtetes Glas bei Zerstörung ergibt viele kleine Fragmente, die viel sicherer sind. Daher sind alle Gläser im Auto, in Einkaufszentren, Glasregalen von Möbeln - gehärtet. Ein Produkt aus gehärtetem Glas kann nicht verarbeitet werden, wenn Sie versuchen, das Glasregal für das Badezimmer zu schneiden. Es zerbröckelt mit Baumwolle zu Krümeln, sodass das Aushärten nach der Verarbeitung erfolgt. Demonstration der Eigenschaften von gehärtetem Glas sind batavische Tränen.
• Chemisch gehärtetes Glas. Zum Beispiel das oft erwähnte Gorilla-Glas. Das thermische Anlassverfahren ist für dünne Glasplatten nicht geeignet, daher werden Glasplatten in einer Lösung behandelt, die beispielsweise Natriumionen durch Kaliumionen ersetzt. Da das Kaliumion größer ist, scheinen die Oberflächenschichten des Glases mit größeren Atomen im Gitter zu "platzen", wodurch nur die erforderlichen mechanischen Spannungen erzeugt werden. Infolgedessen ist ein solches Glas stärker und widersteht Kratzern besser.

Glimmer

Glimmer Natürliches Schichtmaterial, Wärmebeständigkeit, Festigkeit, ausgezeichnetes Dielektrikum. Glimmer ist eine große Klasse von Schichtmineralien, von denen Muskovit und manchmal Biotit und Phlogopit hauptsächlich in der Technologie verwendet werden.

Im Englischen ist Glimmer Glimmer, daher sind die abgeleiteten Namen von Materialien auf Glimmerbasis Micanite, Mikalenta, Mikafoliy, Mikaleks usw.

Der in der Mine abgebaute Glimmer wird zerlegt und sortiert. Große Stücke werden manuell in Platten zerbrochen - so entsteht Prise Glimmer - transparente, homogene Platten. Ein solcher Glimmer ist von höchster Qualität und wird für kritische Anwendungen verwendet - in der Vakuumtechnologie, in den Ein- / Ausgabefenstern für Strahlung usw. Leider sind große homogene Glimmerstücke ohne Defekte selten, daher werden Glimmerplatten verschiedener Formen zusammengeklebt, so dass Micanit erhalten wird . Wenn Sie Stoff (Glasfaser, Papier) als Substrat zum Kleben von Glimmerplatten verwenden, erhalten Sie Mikalenta, Mikafoliy, Glasfaser . Sehr kleine Glimmerabfälle werden zerkleinert und in Form von Wasserpulpe wie Papier auf ein Gitter gegossen. Nach dem Entfernen des Wassers kleben die Glimmerpartikel in einem einzigen Tuch zusammen - es entsteht Glimmerpapier (Glimmer, Glimmer) . Das resultierende Gewebe für die Festigkeit kann mit einem organischen Bindemittel imprägniert werden. Die Flexibilität von Glimmerpapier ermöglicht das Aufwickeln als Isolierung. Auch durch Aufwickeln können Sie Stangen, Rohre bekommen. Wenn der Glimmer mit geschmolzenem Glas gesättigt ist, wird das resultierende starke Material als Mikaleks bezeichnet .

Glimmer - ein Bestandteil von Pigmenten, der aufgrund seiner "Schuppen" zu Staub zermahlen ist, wirkt perlmuttartig. Pigmente verwenden hauptsächlich Biotit.

Synthetisches Material - Fluorphlogopit (synthetischer Glimmer) - ist Glimmer (Phlogopit), bei dem -OH-Gruppen durch Fluor ersetzt werden. Fluorophlogopit ist haltbarer und wärmebeständiger, es sieht auch aus wie Glimmer, ebenfalls geschichtet, aber absolut transparent / weiß, und nicht gelblich gefärbt wie natürlicher Glimmer. Leider bin ich diesem Material noch nicht lebend begegnet.

Anwendungsbeispiele

Strukturelemente zum Halten von Heizelementen in Haartrocknern, Heizgeräten, Heizlüftern, Lötkolben usw.


Heizungen für Haushaltslüfterheizungen. Die Konstruktion links ist weniger materialintensiv, aber viel weniger zuverlässig, insbesondere unter mechanischen Belastungen.

Als Schutzfenster für den Austritt von Mikrowellenstrahlung aus einem Magnetron in Mikrowellen. (Wenn man normalerweise auf den Glimmer kommt, ist das Essen verkohlt und wird zum Dirigenten. Es beginnt heftig zu funkeln, woraufhin die Besitzer des Mikrowellenofens die Mikrowelle aus Angst werfen, obwohl es ausreicht, das Glimmerblatt auszuschneiden und das Fenster auszutauschen.)


Fenster zur Ausgabe von Mikrowellenstrahlung von Glimmer.

Aufgrund der Tatsache, dass dünne Glimmerplatten keine Gase passieren, sondern energetisch geladene Partikel passieren, werden Glimmerfenster beim Aufbau von Alpha- und Beta-Partikelzählern verwendet.

Wird beim Bau von Funkröhren verwendet - hält die Elektroden an Ort und Stelle.


Die achteckige Platte besteht aus Glimmer.

Wird als Glimmerkondensatormaterial verwendet. Glimmer wirkt als Dielektrikum und Elektroden - leitfähige Abscheidung von Metall auf Glimmerplatten. Dieser Kondensatortyp wird immer weniger durch Kondensatoren auf der Basis von Polymerfilmen verdrängt. Glimmerkondensatoren können bei hohen Temperaturen betrieben werden.


Glimmerkondensatoren, die vor einem halben Jahrhundert in der UdSSR hergestellt wurden.


Glimmerplatten in einem Kondensator. Die Metallisierung auf den Platten bildet die Platten.

Vor dem Aufkommen und der weit verbreiteten Verwendung von wärmeleitenden Isolierdichtungen aus Polymermaterialien wie Nomacon wurden Glimmerplatten verwendet, um Komponenten elektrisch zu isolieren, während der Wärmekontakt aufrechterhalten wurde, beispielsweise wenn mehrere Transistoren an einem Kühler befestigt werden müssen, dessen Gehäuse unter unterschiedlichen Spannungen stehen.


Teller mit natürlichem Zupfglimmer.

Interessante Fakten über Glimmer

Früher, vor einigen Jahrhunderten, als sie keine dünnen Fensterscheiben herstellen konnten, wurden durch Spaltung von natürlichem Glimmer durchscheinende Strukturen hergestellt. Da große Glimmerstücke ohne Mängel selten waren, nahmen auch die Fenster eine bizarre Form an.


Natürlicher Glimmer ist transparent. Glimmermaterialien, die durch Verarbeitung von natürlichem Glimmer erhalten werden, sind im Allgemeinen undurchsichtig.


Fenster mit Glimmereinsätzen aus der Ausstellung des Krasnojarsker Museums für lokale Überlieferungen

Glimmer ist ein ziemlich weiches Material, die Glimmerplatte (wie die meisten Materialien auf ihrer Basis) lässt sich leicht mit einer Schere schneiden. Aufgrund seiner Schichtung ist die Glimmerbindung eine unzuverlässige Beschäftigung, die Haftkraft zwischen den Schichten ist gering, daher werden sie bei der Herstellung von Teilen aus Glimmer mechanisch mit Nieten, Ösen, Schrauben usw. zusammengehalten.


Die elektrischen Verbindungen zum Heizelement werden mit Hohlnieten hergestellt.

Aluminiumoxidkeramik

Sehr ähnlich wie Porzellan, nur besser. Enthält fast reines Al ₂ O ₃ . Weitere Details werden in diesem Artikel ausführlich beschrieben.

Massive, haltbare Keramik aus folgenden Materialien:

Chipgehäuse, typischerweise für kritische Anwendungen.


Prozessorkoffer wurden früher aus Keramik hergestellt, aber die zunehmende Wärmeableitung und der Preiswettbewerb zwangen dazu, dieses Material aufzugeben. Mit dem Keramikgehäuse der Prozessoren wurde ein Witz über den neuen Russen und die Fliesen im Badezimmer von Intel verbunden.

Fälle von Elektrovakuumgeräten.


Das Vakuumkolbengehäuse des Magnetrons besteht aus Kupfer und Aluminiumoxidkeramik. Auf dem Foto ist Keramik zu sehen, ein lila Gürtel zwischen Kappe und Körper.

Aluminiumoxidkeramiken sind sehr hart und werden wie viele Keramiken mit Diamantwerkzeugen verarbeitet. Ein Fragment des Keramikgehäuses der Mikroschaltung ist ein hervorragendes Werkzeug zum Schreiben von Nachrichten auf die Windschutzscheibe eines Autos, wobei klare, sogar Kratzer zurückbleiben, die nicht schlimmer sind als bei einem Glasschneider.

Diese Art von Keramik ist dicht, nimmt keine Feuchtigkeit auf, hält ein Vakuum, reißt bei starkem Temperaturabfall und Thermoschock nicht. Gleichzeitig ist die Haftung von Metallfilmen an der Oberfläche hoch, was es ermöglicht, Spuren auf Keramik zu machen und Metallteile hermetisch zu schweißen.

Asbest

Einzigartiges, konkurrenzloses Material. Naturfaser, "Bergflachs". Es ist ein flammhemmendes Dielektrikum. Es wurde in vielen Anwendungen eingesetzt, von Verstärkungsadditiven bis hin zu Polymeren, die mit der Isolierung von Heizgeräten enden. Erhältlich in Form von Blättern, Fäden, Garn. Am häufigsten wird es als Wärmeisolator verwendet, als Dielektrikum nur in Installationen mit niedriger Spannung (bis zu 1 kV).


Ein Stück Asbestplatte und eine alte schmutzige Asbestschnur. Asbest fühlt sich sehr weich an und sticht nicht wie Glasfaser.

Weit verbreitet im Bauwesen. Schiefer ist ein mit Asbestfasern verstärkter Zement, ein fast ewiges Material. Seine Billigkeit und Feuerbeständigkeit wurden hoch geschätzt. Aber es gibt einen aber:

Asbest ist krebserregend. Darüber hinaus ein Karzinogen der 1. Klasse (von IARC), zusammen mit Arsen, Formaldehyd. Eine lange Beobachtung zeigte, dass Asbestprodukte mit Ballaststoffen bestäuben, die beim Einatmen eine Lungenerkrankung hervorrufen können - Asbestose. Zuallererst gefährdete Arbeitnehmer in Asbestabbau- und -verarbeitungsunternehmen. Wer täglich Asbestprodukte betreibt, ist weniger gefährdet. In anderen Fällen gibt es keinen Grund zur Panik. Wenn Ihr Dach im Land mit Schiefer bedeckt ist und der Ofen im Badehaus mit Asbestkarton bedeckt ist, sterben Sie höchstwahrscheinlich nicht an Asbest, sondern an Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems ( Sterblichkeitsstatistik ).

Asbest und Asbestprodukte sind immer noch weit verbreitet, da es bei einigen Aufgaben einfach nichts (oder zu teuer) gibt, um Asbest zu ersetzen, ohne seine Eigenschaften zu verlieren. Asbest ist ein ausgezeichnetes Material für den Bau von Versuchsgeräten, die Heizungen oder heiße Teile enthalten. Auf einem Stück Asbestkarton können Sie die Teile mit einem Gasbrenner ruhig auf 1000 ° C erwärmen, während die Form erhalten bleibt. Asbestgewinde eignet sich zum Festziehen von Nichrom in Heizgeräten.

Fahrrad (aus Wikipedia):

Es gibt seit langem eine Legende darüber, wie Akinfiy Demidov Peter I. eine wunderschöne schneeweiße Tischdecke aus seiner Uralfabrik brachte. Während des Essens warf er trotzig eine Suppe auf die Tischdecke, goss ein Glas Rotwein ein, zerknitterte die Tischdecke und warf sie in den Kamin. Dann nahm er dem König das Feuer und zeigte ihr: Es blieb kein einziger Fleck auf ihr. Diese Tischdecke wurde aus Ural-Chrysotil-Asbest hergestellt. Tatsächlich haben die Leibeigenen von Demidov hervorragende Leistungen bei der Herstellung von Asbestgeweben erzielt.

Sie machten durchbrochene Damenhüte, Handschuhe, Brieftaschen, Handtaschen und Spitzen. Sie mussten nicht gewaschen werden, wurden ins Feuer geworfen und konnten einige Minuten nach dem Abkühlen wieder getragen werden. Asbestgewebe ist aufgrund seiner Elastizität fester als zugfester Stahldraht.

Wasser

Dies ist absolut nicht intuitiv, aber dieser Artikel ist hier enthalten, um Sie um den Verstand zu bringen. Wasser leitet praktisch keinen Strom! (UPD: Während die Veröffentlichung vorbereitet wurde, erschien ein Artikel darüber.) Überall lehren sie, dass Wasser ein guter Stromleiter ist, und normalerweise ist es das auch. Sehr reines entionisiertes Wasser, das nur H ₂ O enthält, leitet jedoch keinen Strom - sein spezifischer Widerstand beträgt 18 MΩ⋅cm. Das Wasser, das Strom leitet, ist nicht sauber genug. Die Leitfähigkeitsmessung ist eine relativ einfache Methode zur Beurteilung der Qualität und Reinheit von Wasser.


Flasche entionisiertes Wasser aus dem Radiogeschäft. Leiterplatten elektronischer Geräte sollten nur mit destilliertem oder entionisiertem Wasser gewaschen werden, da sonst die im Wasser enthaltenen Salze Probleme verursachen können.

Wasser mit stark polaren und beweglichen Molekülen ist nicht nur ein Isolator, sondern hat auch eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante - etwa 81 bei Raumtemperatur (in den meisten gewöhnlichen Dielektrika überschreitet es 20-30 nicht). Kapazitive Feuchtigkeitsmesser basieren darauf: Eine kleine Menge Wasser zwischen den Kondensatorplatten erhöht die Kapazität dramatisch.

Leider ist Wasser ein ausgezeichnetes Lösungsmittel, und die darin gelösten Substanzen bilden normalerweise Elektrolyte. Es lohnt sich, destilliertes Wasser an der Luft zu halten, und es löst Kohlendioxid in sich auf und bildet einen Elektrolyten - eine schwache Kohlensäurelösung. Wasser kann die Wände des Gefäßes auflösen, in dem es sich befindet.Die geringste Beimischung von Salzen, insbesondere Chloriden und Sulfiden von Natrium, Kalium, Calcium, erhöht die Leitfähigkeit von Wasser dramatisch. Daher ist Wasser in der Praxis als Dielektrikum nicht gut.

SF6-Gas

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6 : : (), , .
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9: Kunststoffe: Polytetrafluorethylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat und Silikone.
10 : Kunststoffe: Polyamide, Polyimide, Polymethylmethacrylat und Polycarbonat. Geschichte der Verwendung von Kunststoffen.
11 : Isolierbänder und Schläuche.
12 : Finale