Una guía de materiales eléctricos para todos. Parte 4

Orientación continua sobre materiales eléctricos. En esta parte, comenzamos a desmontar los dieléctricos, parte está completamente dedicada a los dieléctricos inorgánicos: porcelana, vidrio, mica, cerámica, asbesto, gas SF6 y agua.



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Además de los conductores, se necesitan dieléctricos para la producción de equipos electrónicos. Dependiendo de las condiciones y tareas, pueden ser importantes diferentes propiedades del dieléctrico: resistencia al calor, tangente de pérdida, higroscopicidad, resistencia mecánica, etc.

La sección manual de polímero es aún más superficial. El hecho es que las propiedades del material polimérico dependen de las condiciones de síntesis, los aditivos introducidos, el tratamiento térmico y el procesamiento posterior. Por lo tanto, dos muestras de poliestireno pueden variar mucho en propiedades. Los fabricantes de plásticos realizan varios trucos y manipulaciones con la composición, haciendo cambios importantes y no muy importantes. Es como con los libros, las diferentes ediciones del mismo trabajo, en algún lugar en papel de periódico con un diseño deficiente, y en algún lugar en papel de calidad con ilustraciones en color de un artista de moda. Ambos libros son El señor de los anillos, pero las impresiones de uso pueden variar. Por lo tanto, se dan algunas propiedades generales de los diferentes tipos de polímeros; para obtener características más precisas, consulte el libro de referencia.

Los materiales que se utilizan en la tecnología electrónica cambian a medida que avanzamos. Entonces, anteriormente, por ejemplo, la madera, la seda y la ebonita se usaban ampliamente. Hoy, muchos materiales son reemplazados por sustitutos más baratos y tecnológicamente más avanzados. El manual contiene una descripción, que incluye materiales históricos, de datos para el desarrollo general. También se agregó información necesaria para completar la divulgación del tema.

Dieléctricos inorgánicos

China

La porcelana es una cerámica densa y duradera obtenida disparando una mezcla de caolín, cuarzo, feldespato y arcilla. Es similar a una taza de porcelana en su cocina, solo que con menos frecuencia cubierta con esmalte.

Ejemplos de aplicación

Aisladores de alta temperatura. En forma de cuentas de porcelana para aislar los extremos de las espirales de calentamiento. El diseño a escala permite doblar sin exponer el conductor.


Carcasa de una lámpara de arco de mercurio de un osciloscopio de haz de luz. El marco está hecho de aleación de aluminio, la carcasa negra es de carbolita y las cuentas de porcelana aíslan los conductores que conectan la lámpara. La lámpara se calienta mucho durante el funcionamiento. Un montón de cuentas de porcelana de varios calentadores.


Bujías de un motor de combustión interna. El electrodo central está aislado con porcelana. Ningún otro dieléctrico es capaz de soportar una exposición prolongada a la temperatura, presión, combustible dentro de la cámara de combustión.

Artículos electricos. Si mira dentro del portalámparas, la parte que contiene las láminas de conexión probablemente esté hecha de porcelana; puede funcionar durante mucho tiempo a una temperatura elevada de la lámpara incandescente sin pérdida de propiedades. Cajas de fusibles, tomas de corriente, soportes de contacto de la lámpara: siempre que haya peligro de calentamiento, China no tiene rival.


Los titulares de las láminas del zócalo, cartucho están hechos de porcelana. La caja del cartucho negro es carbolita.


Las resistencias potentes tienen una base de tubo de porcelana. En la resistencia verde, el devanado está oculto debajo del esmalte.

Aisladores en postes. En la foto hay un aislante de un pilar liquidado durante la reconstrucción de la línea. 30 años de sol, viento, excrementos de pájaros, lluvias, heladas no afectaron a la porcelana de ninguna manera, todavía parece nueva, fue suficiente para lavar el aislante con jabón.


Aisladores de porcelana de líneas eléctricas. Entre el aislante de porcelana y el gancho de acero, una funda hecha de polietileno para proteger la porcelana de las grietas. La forma de disco de los aisladores permite que el agua drene sin formar una capa continua que cierre el conductor al soporte.

Desventajas

Frágil, como todas las cerámicas. Tornillo apretado, golpe - y porcelana se desmorona.

Vaso

Dependiendo de los requisitos, se pueden usar diferentes tipos de gafas, desde sodio fusible hasta cuarzo refractario. La principal ventaja del vidrio, además de su resistencia al calor, es la transparencia para la luz visible (y el cuarzo también es transparente para la radiación ultravioleta). Otra ventaja importante es la capacidad de evaluar visualmente la integridad, las grietas generalmente son visibles.

Ejemplos de aplicación

Cajas de tubos de radio, lámparas de iluminación, fusibles. Tubos de cuarzo: cajas de calentadores, parrillas eléctricas.


El aislante de vidrio y porcelana de líneas eléctricas ha trabajado en la calle durante más de 30 años.

Desventajas

Frágil, no saca golpes. Algunos grados de vidrio se agrietan cuando se calientan abruptamente de manera desigual.

Una característica típica (¡pero no obligatoria!) Del vidrio de cuarzo es una gran cantidad de hilos en la dirección de la extrusión del vidrio.

Datos interesantes sobre el vidrio

Vale la pena mencionar aquí sobre cristal de zafiro, vidrio templado y vidrio templado químicamente. En las descripciones publicitarias de muchos dispositivos electrónicos para consumo masivo, se pueden mencionar estos tipos de gafas.

• El cristal de zafiro no es formalmente un vidrio (no es amorfo como el vidrio, sino cristalino), pero, debido a su similitud externa, se le llama así. El cristal de zafiro es una placa delgada de leucosapphire (Al ₂ O ₃ puro - óxido de aluminio). Leucosapphire es más duro que los anteojos comunes, por lo tanto, se utiliza para proteger la óptica del polvo, la abrasión abrasiva por granos de arena en equipos militares y en dispositivos domésticos caros. El cristal de reloj de zafiro permanecerá rayado durante más tiempo. Al mismo tiempo, obtener cristales de zafiro de gran tamaño a un precio razonable es difícil, por lo tanto, las tabletas con cristal de zafiro no se verán pronto.
• Vidrio templado. El vidrio es bueno para comprimir y malo para estirar. Es posible aumentar la resistencia mecánica del vidrio al templarlo: el vidrio se calienta a altas temperaturas y se enfría brusca y uniformemente. Como resultado, se forman tensiones mecánicas en el vidrio, lo que aumenta la resistencia mecánica. Muy a menudo, el vidrio está templado por seguridad. El vidrio ordinario, si se lo arroja con una piedra, se rompe en varios fragmentos bastante grandes que pueden causar lesiones graves. El vidrio templado en la destrucción da muchos fragmentos pequeños, que son mucho más seguros. Por lo tanto, todas las gafas del automóvil, en los centros comerciales, los estantes de vidrio de los muebles están templadas. Un producto de vidrio templado no puede procesarse si intenta cortar el estante de vidrio para el baño, se desmenuzará con algodón en migajas, por lo que el endurecimiento se realiza después del procesamiento. La demostración de las propiedades del vidrio templado son las lágrimas de Batavia.
• Vidrio templado químicamente. Por ejemplo, el vidrio Gorilla a menudo mencionado. El método de templado térmico no es adecuado para placas de vidrio delgadas; por lo tanto, las placas de vidrio se tratan en una solución que, por ejemplo, reemplaza el ion de sodio con ion de potasio. Como el ion potasio es más grande, las capas superficiales del vidrio parecen "explotar" con átomos más grandes en la red, creando solo los esfuerzos mecánicos requeridos. Como resultado, dicho vidrio es más fuerte, resiste mejor los rasguños.

Mica

Mica Material en capas natural, tiene resistencia al calor, resistencia, excelente dieléctrico. La mica es una gran clase de minerales en capas, de los cuales la moscovita y, a veces, la biotita y la flogopita se utilizan principalmente en tecnología.

En inglés, mica es mica, por lo tanto, los nombres derivados de materiales basados ​​en mica son micanitas, mikalenta, mikafoliy, mikaleks, etc.

La mica extraída en la mina se desmonta, se ordena. Las piezas grandes se rompen manualmente en placas; así es como se obtiene la pizca de mica : placas transparentes y homogéneas. Dicha mica es de la más alta calidad y se utiliza para aplicaciones críticas: en tecnología de vacío, ventanas de entrada / salida de radiación, etc. Desafortunadamente, las piezas grandes y homogéneas de mica sin defectos son raras, por lo tanto, las placas de mica de varias formas se pegan, por lo que se obtiene micanita . Si usa tela (fibra de vidrio, papel) como sustrato para pegar placas de mica, obtendrá mikalenta, mikafoliy, fibra de vidrio . Los desechos muy pequeños de mica se trituran y, en forma de pulpa de agua, se arrojan a una rejilla, como el papel. Después de eliminar el agua, las partículas de mica se pegan en un solo paño: resulta que el papel de mica (mica, mica) . El tejido resultante para la resistencia se puede impregnar con un aglutinante orgánico. La flexibilidad del papel de mica permite que se enrolle como aislamiento. También al enrollar puede obtener varillas, tubos. Si la mica está saturada con vidrio fundido, el material fuerte resultante se llama mikaleks .

Micada al polvo, la mica, un componente de los pigmentos, debido a su "escala" le da un efecto nacarado. Los pigmentos usan principalmente biotita.

El material sintético - fluoroflogopita (mica sintética) - es mica (flogopita) donde los grupos -OH son reemplazados por flúor. La fluoroflogopita es más duradera y resistente al calor; también se parece a la mica, también en capas pero absolutamente transparente / blanco, y no de color amarillento, como la mica natural. Por desgracia, todavía no he encontrado este material vivo.

Ejemplos de aplicación

Elementos estructurales para sujetar elementos calefactores en secadores de pelo, calentadores, calentadores de ventilador, soldadores, etc.


Calentadores para calentadores domésticos. La construcción a la izquierda es menos intensiva en materiales, pero mucho menos confiable, especialmente bajo cargas mecánicas.

Como una ventana protectora para la salida de radiación de microondas de un magnetrón en microondas. (por lo general, al subirse a la mica, la comida se carboniza y, al convertirse en conductor, comienza a brillar violentamente, de lo cual los propietarios del horno de microondas arrojan el microondas por miedo, aunque es suficiente para cortar la lámina de mica y reemplazar la ventana).


Ventana para emitir radiación de microondas de mica.

Debido al hecho de que las placas delgadas de mica no pasan gases, sino partículas energéticas cargadas, las ventanas de mica se usan en la construcción de contadores de partículas alfa y beta.

Utilizado en la construcción de tubos de radio: mantiene los electrodos en su lugar.


La placa octogonal está hecha de mica.

Utilizado como material de condensador de mica. La mica actúa como un dieléctrico y electrodos: deposición conductora de metal sobre placas de mica. Este tipo de condensador se encuentra cada vez menos, desplazado por condensadores basados ​​en películas de polímero. Los condensadores de mica pueden funcionar a altas temperaturas.


Condensadores de mica fabricados en la URSS hace medio siglo.


Placas de mica en un condensador. La metalización en las placas forma las placas.

Antes del advenimiento y el uso generalizado de juntas aislantes térmicamente conductoras hechas de materiales poliméricos, como Nomacon, se usaban placas de mica para aislar eléctricamente los componentes mientras se mantenía el contacto térmico, por ejemplo, cuando es necesario fijar varios transistores en un radiador, cuyas carcasas están bajo diferentes voltajes.


Placas de mica natural desplumada.

Datos interesantes sobre la mica

Anteriormente, hace varios siglos, cuando no podían hacer ventanas delgadas, las estructuras translúcidas se formaban dividiendo mica natural. Como las piezas grandes de mica sin defectos eran raras, las ventanas también adquirieron una forma extraña.


La mica natural es transparente. Los materiales de mica obtenidos al procesar mica natural son generalmente opacos.


Ventana con inserciones de mica de la exposición del Museo de Lore Local de Krasnoyarsk

La mica es un material bastante blando, la placa de mica (como la mayoría de los materiales en su base) se corta fácilmente con unas tijeras. Debido a su naturaleza en capas, la unión de mica es una ocupación poco confiable, la fuerza de adhesión entre las capas es baja, por lo tanto, en la fabricación de piezas de mica, se sujetan mecánicamente con remaches, ojales, tornillos, etc.


Las conexiones eléctricas al elemento calefactor están hechas con remaches huecos.

Cerámica Alúmina

Muy similar en apariencia a la porcelana, solo que mejor. Contiene Al ₂ O ₃ casi puro. Más detalles están bien descritos en este artículo.

Cerámica sólida y duradera de la que están hechas:

Carcasas de chips, típicamente para aplicaciones críticas.


Las cajas de procesador se fabricaron previamente de cerámica, pero el aumento de la disipación de calor y la competencia de precios obligaron a abandonar este material. Fue con la carcasa de cerámica de los procesadores que se conectó una broma sobre el nuevo ruso y los azulejos en el baño de Intel.

Cajas de dispositivos de electrovacío.


La carcasa del matraz de vacío del magnetrón está hecha de cobre y alúmina cerámica. La cerámica es visible en la foto, un cinturón morado entre la tapa y el cuerpo.

La cerámica de alúmina es muy dura, procesada como muchas cerámicas con herramientas de diamante. Un fragmento de la caja de cerámica del microcircuito es una excelente herramienta para escribir mensajes en el parabrisas de un automóvil, dejando claros, incluso rasguños, no peores que un cortador de vidrio.

Este tipo de cerámica es densa, no absorbe humedad, mantiene el vacío, no se agrieta durante una fuerte caída de temperatura y un choque térmico. Al mismo tiempo, la adherencia de las películas metálicas a la superficie es alta, lo que permite hacer pistas en cerámica y soldar piezas metálicas herméticamente.

Amianto

Material único e inigualable. Fibra natural, "lino de montaña". Es un dieléctrico ignífugo. Se ha utilizado en muchas aplicaciones, desde aditivos de refuerzo hasta polímeros, terminando con el aislamiento de dispositivos de calefacción. Disponible en forma de sábanas, hilos, hilados. La mayoría de las veces se usa como aislante térmico, como dieléctrico solo en instalaciones de bajo voltaje (hasta 1 kV).


Un pedazo de tablero de asbesto y un viejo cordón de asbesto sucio. El asbesto es muy suave al tacto y no pincha como la fibra de vidrio.

Ampliamente utilizado en la construcción. La pizarra es un cemento reforzado con fibras de amianto, un material casi eterno. Su bajo costo y resistencia al fuego fueron muy apreciados. Pero hay uno pero:

El asbesto es un cancerígeno. Además, un carcinógeno de primera clase (de IARC), junto con arsénico, formaldehído. Una larga observación mostró que los productos de asbesto se desempolvan con fibra, que cuando se inhala puede provocar una enfermedad pulmonar: la asbestosis. En primer lugar, los trabajadores en riesgo en las empresas de minería y procesamiento de asbesto. Aquellos que operan productos de asbesto diariamente corren menos riesgo. En otros casos, no hay razón para entrar en pánico, si su techo está cubierto de pizarra en el país y la estufa en la casa de baños está cubierta con cartón de asbesto, lo más probable es que muera no por el asbesto, sino por enfermedades del sistema cardiovascular ( estadísticas de mortalidad ).

El asbesto y los productos de asbesto todavía se producen ampliamente, ya que en algunas tareas simplemente no hay nada (o demasiado caro) para reemplazar el asbesto sin perder sus propiedades. El asbesto es un material excelente en la construcción de dispositivos experimentales que contienen calentadores o partes calientes. En un pedazo de cartón de asbesto, puede calentar tranquilamente las piezas hasta 1000 ° C con un quemador de gas, mientras conserva su forma. El hilo de asbesto es conveniente para apretar el nicromo en los calentadores.

Bicicleta (de Wikipedia):

Durante mucho tiempo ha habido una leyenda sobre cómo Akinfiy Demidov le trajo a Peter I un hermoso mantel blanco como la nieve de su fábrica de Ural. Durante la comida, derribó desafiantemente un plato de sopa sobre el mantel, vertió un vaso de vino tinto, luego arrugó el mantel y lo arrojó a la chimenea. Luego, sacándolo del fuego, le mostró al rey: no le quedaba ni una mota. Este mantel estaba hecho de amianto crisotilo de los Urales. Y, de hecho, los trabajadores de Demidov han alcanzado la excelencia en la fabricación de telas de asbesto.

Hicieron sombreros, guantes, carteras, bolsos y encajes de mujer calados. No requirieron lavarse, fueron arrojados al fuego, y unos minutos después de enfriarse, podrían volver a usarse. Con su elasticidad, la tela de asbesto es más fuerte que el alambre de acero a la tracción.

Agua

Esto es absolutamente contradictorio, pero este artículo se incluye aquí para impresionarlo. ¡El agua prácticamente no conduce corriente! (UPD: mientras se preparaba la publicación, apareció un artículo al respecto). En todas partes enseñan que el agua es un buen conductor de electricidad, y generalmente lo es. Pero el agua desionizada muy pura, que contiene nada más que H2O, no conduce corriente: su resistividad es de 18 MΩ⋅cm. El agua que conduce la corriente no es lo suficientemente limpia. La medición de conductividad es una forma bastante simple de evaluar la calidad y la pureza del agua.


Botella de agua desionizada de la tienda de radio. Las placas de circuito impreso de dispositivos electrónicos solo deben lavarse con agua destilada o desionizada, de lo contrario, las sales contenidas en el agua pueden causar problemas.

Al tener moléculas fuertemente polares y móviles, el agua no solo es un aislante, sino que también tiene una constante dieléctrica muy alta, alrededor de 81 a temperatura ambiente (en la mayoría de los dieléctricos comunes no supera los 20-30). Los medidores de humedad capacitivos se basan en esto: una pequeña cantidad de agua entre las placas del condensador aumenta drásticamente su capacidad.

Desafortunadamente, el agua es un excelente solvente, y las sustancias disueltas en él generalmente forman electrolitos. Vale la pena colocar agua destilada en el aire, y disuelve el dióxido de carbono en sí mismo, formando un electrolito, una solución débil de ácido carbónico. El agua puede disolver las paredes del recipiente en el que se encuentra. , , , , . .

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9: Plásticos: politetrafluoroetileno, cloruro de polivinilo, tereftalato de polietileno y siliconas.
10 : Plásticos: poliamidas, poliimidas, metacrilato de polimetilo y policarbonato. Historia del uso de plásticos.
11 : Cintas y tubos de aislamiento.
12 : final