Un guide des matériaux électriques pour tout le monde. Partie 4

Conseils continus sur les matériaux électriques. Dans cette partie, nous commençons à démonter les diélectriques, une partie est entièrement consacrée aux diélectriques inorganiques: porcelaine, verre, mica, céramique, amiante, gaz SF6 et eau.



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En plus des conducteurs, des diélectriques sont nécessaires pour la production d'équipements électroniques. Selon les conditions et les tâches, différentes propriétés du diélectrique peuvent être importantes: résistance à la chaleur, tangente aux pertes, hygroscopicité, résistance mécanique, etc.

La section manuelle en polymère est encore plus superficielle. Le fait est que les propriétés du matériau polymère dépendent des conditions de synthèse, des additifs introduits, du traitement thermique et du traitement ultérieur. Ainsi, deux échantillons de polystyrène peuvent varier considérablement dans les propriétés. Les fabricants de plastique se rendent à diverses astuces et manipulations avec la composition, apportant des changements importants et peu importants. C'est comme avec des livres, différentes éditions de la même œuvre, quelque part sur du papier journal avec une mauvaise mise en page, et quelque part sur du papier de qualité avec des illustrations en couleur d'un artiste de mode. Les deux livres sont Le Seigneur des anneaux, mais les impressions d'utilisation peuvent varier. Par conséquent, certaines propriétés générales de différents types de polymères sont données; pour des caractéristiques plus précises, reportez-vous au livre de référence.

Les matériaux utilisés dans la technologie électronique évoluent à mesure que nous progressons. Ainsi, auparavant, par exemple, le bois, la soie, l'ébonite étaient largement utilisés. Aujourd'hui, de nombreux matériaux sont remplacés par des substituts moins chers et plus avancés technologiquement. Le manuel contient une description, y compris des documents historiques, des données pour le développement général. Ajout également des informations nécessaires pour terminer la divulgation du sujet.

Diélectriques inorganiques

La Chine

La porcelaine est une céramique durable et dense obtenue par cuisson d'un mélange de kaolin, de quartz, de feldspath et d'argile. Il ressemble à une tasse en porcelaine dans votre cuisine, mais moins souvent recouverte de glaçure.

Exemples d'application

Isolateurs haute température. Sous forme de perles de porcelaine pour l'isolation des extrémités des spirales chauffantes. La conception en forme d'échelle permet de plier sans exposer le conducteur.


Logement d'une lampe à arc au mercure provenant d'un oscilloscope à faisceau lumineux. Le cadre est en alliage d'aluminium, le boîtier noir est en carbolite et les perles de porcelaine isolent les conducteurs qui relient la lampe. La lampe chauffe beaucoup pendant le fonctionnement. Un tas de perles de porcelaine provenant de divers radiateurs.


Bougies d'allumage d'un moteur à combustion interne. L'électrode centrale est isolée avec de la porcelaine. Aucun autre diélectrique n'est capable de résister à une exposition prolongée à la température, à la pression et au carburant à l'intérieur de la chambre de combustion.

Articles électriques. Si vous regardez à l'intérieur du porte-lampe, la partie qui contient les lamelles de connexion est très probablement en porcelaine; elle peut fonctionner pendant longtemps à une température élevée de la lampe à incandescence sans perdre ses propriétés. Boîtiers à fusibles, prises, supports de contact de lampe - partout où il y a un danger de chauffage, la porcelaine est sans égal.


Les supports des lamelles de la douille, de la cartouche sont en porcelaine. Le boîtier de la cartouche noire est en carbolite.


Les résistances puissantes ont une base de tube en porcelaine. À la résistance verte, l'enroulement est caché sous l'émail.

Isolateurs sur poteaux. Sur la photo, il y a un isolant d'un pilier liquidé lors de la reconstruction de la ligne. 30 ans de soleil, de vent, d'excréments d'oiseaux, de pluies, de gelées n'ont en rien affecté la porcelaine, elle a toujours l'air neuve, il suffisait de laver l'isolant au savon.


Isolateurs en porcelaine de lignes électriques. Entre l'isolateur en porcelaine et le crochet en acier, un manchon en polyéthylène pour protéger la porcelaine des fissures. La forme de disque des isolateurs permet à l'eau de s'écouler sans former une couche continue qui ferme le conducteur au support.

Inconvénients

Fragile, comme toutes les céramiques. Vis serrées, soufflage et porcelaine s'effrite.

Le verre

Selon les besoins, différents types de verres peuvent être utilisés, du sodium fusible au quartz réfractaire. Le principal atout du verre, en plus de sa résistance à la chaleur, est la transparence pour la lumière visible (et le quartz est également transparent pour le rayonnement ultraviolet). Un autre avantage important est la capacité d'évaluer visuellement l'intégrité, les fissures sont généralement visibles.

Exemples d'application

Boîtiers de tubes radio, lampes d'éclairage, fusibles. Tubes en quartz - boîtiers de radiateurs, grils électriques.


L'isolateur en verre et en porcelaine des lignes électriques travaille dans la rue depuis plus de 30 ans.

Inconvénients.

Fragile, ne supporte pas les coups. Certaines qualités de verre se fissurent lorsqu'elles sont chauffées brutalement de manière inégale.

Une caractéristique typique (mais pas obligatoire!) Du verre de quartz est un grand nombre de brins dans le sens de l'extrusion du verre.

Faits intéressants sur le verre

Il convient de mentionner ici la glace saphir, le verre trempé et le verre trempé chimiquement. Dans les descriptions publicitaires de nombreux appareils électroniques de grande consommation, on peut citer ces types de lunettes.

• Le cristal de saphir n'est pas formellement un verre (il n'est pas amorphe comme le verre, mais cristallin), mais, en raison de sa similitude externe, il est ainsi appelé. Le cristal de saphir est une fine plaque de leucosapphire (Al ₂ O ₃ pur - oxyde d'aluminium). Le Leucosapphire est plus dur que les verres ordinaires, il est donc utilisé pour protéger l'optique de la poussière, de l'abrasion abrasive des grains de sable dans les équipements militaires et dans les appareils ménagers coûteux. Le verre de la montre en saphir restera rayé plus longtemps. Dans le même temps, il est difficile d'obtenir des cristaux de saphir de grande taille à un prix raisonnable, par conséquent, les comprimés avec cristal de saphir ne seront pas bientôt visibles.
• Verre trempé. Le verre est bon à la compression et mauvais à l'étirement. Il est possible d'augmenter la résistance mécanique du verre en le trempant - le verre est chauffé à des températures élevées et refroidi fortement et uniformément. En conséquence, des contraintes mécaniques se forment dans le verre, ce qui augmente la résistance mécanique. Le plus souvent, le verre est trempé pour plus de sécurité. Le verre ordinaire, s'il est jeté dedans avec une pierre, se brise en plusieurs fragments assez gros qui peuvent causer de graves blessures. Le verre trempé à la destruction donne beaucoup de petits fragments, qui sont beaucoup plus sûrs. Par conséquent, toutes les lunettes dans la voiture, dans les centres commerciaux, les étagères en verre des meubles - sont trempées. Un produit en verre trempé ne peut pas être traité si vous essayez de couper l'étagère en verre pour la salle de bain, il s'effritera avec du coton en miettes, donc le durcissement est effectué après le traitement. La démonstration des propriétés du verre trempé sont des larmes bataves.
• Verre trempé chimiquement. Par exemple, le verre Gorilla souvent mentionné. La méthode de trempe thermique ne convient pas aux plaques de verre minces; par conséquent, les plaques de verre sont traitées dans une solution qui, par exemple, remplace l'ion sodium par l'ion potassium. Étant donné que l'ion potassium est plus grand, les couches de surface du verre semblent «éclater» avec de plus grands atomes dans le réseau, créant juste les contraintes mécaniques requises. En conséquence, un tel verre est plus solide, résiste mieux aux rayures.

Mica

Mica Matériau en couches naturelles, a une résistance à la chaleur, une résistance, un excellent diélectrique. Le mica est une grande classe de minéraux en couches, dont la muscovite et parfois la biotite et la phlogopite sont principalement utilisées en technologie.

En anglais, le mica est Mica, d'où les noms dérivés des matériaux à base de mica sont micanites, mikalenta, mikafolia, mikaleks, etc.

Le mica extrait dans la mine est démonté, trié. Les gros morceaux sont cassés manuellement en plaques - c'est ainsi que l' on obtient du pincement de mica - des plaques transparentes et homogènes. Ce mica est de la plus haute qualité et est utilisé pour des applications critiques - dans la technologie du vide, les fenêtres d'entrée / sortie de rayonnement, etc. Malheureusement, les grandes pièces homogènes de mica sans défauts sont rares, donc des plaques de mica de formes diverses sont collées ensemble, de sorte que la micanite est obtenue . Si vous utilisez du tissu (fibre de verre, papier) comme substrat pour coller des plaques de mica, vous obtiendrez du mikalenta, du mikafoliy, de la fibre de verre . De très petits déchets de mica sont broyés et, sous forme de pulpe d'eau, sont coulés sur une grille, tout comme le papier. Après avoir enlevé l'eau, les particules de mica se collent dans un seul chiffon - il s'agit de papier mica (mica, mica) . Le tissu résultant pour la résistance peut être imprégné d'un liant organique. La flexibilité du papier mica lui permet d'être enroulé comme isolant. En enroulant également, vous pouvez obtenir des tiges, des tubes. Si le mica est saturé de verre fondu, le matériau solide résultant est appelé mikaleks .

Broyé en poussière, le mica - un composant des pigments, en raison de son "échelle" donne un effet nacré. Les pigments utilisent principalement de la biotite.

Le matériau synthétique - le fluorophlogopite (mica synthétique) - est le mica (phlogopite) où les groupes -OH sont remplacés par du fluor. Le fluorophlogopite est plus durable et résistant à la chaleur; il ressemble également au mica, également en couches mais absolument transparent / blanc, et non jaunâtre, comme le mica naturel. Hélas, je n'ai pas encore rencontré ce matériau vivant.

Exemples d'application

Éléments structurels pour maintenir les éléments chauffants dans les sèche-cheveux, les radiateurs, les radiateurs soufflants, les fers à souder, etc.


Radiateurs pour radiateurs soufflants domestiques. La construction de gauche est moins gourmande en matériaux, mais beaucoup moins fiable, en particulier sous des charges mécaniques.

Comme fenêtre de protection pour la sortie du rayonnement micro-ondes d'un magnétron dans les micro-ondes. (généralement sur le mica, la nourriture est carbonisée, et devenant un conducteur, elle commence à scintiller violemment, d'où les propriétaires du four à micro-ondes jettent le micro-ondes par peur, bien qu'il suffise de découper la feuille de mica et de remplacer la fenêtre.)


Fenêtre de sortie du rayonnement micro-ondes du mica.

En raison du fait que les plaques minces de mica ne passent pas de gaz, mais passent des particules chargées énergétiques, les fenêtres de mica sont utilisées dans la construction de compteurs de particules alpha et bêta.

Utilisé dans la construction de tubes radio - maintient les électrodes en place.


La plaque octogonale est en mica.

Utilisé comme matériau de condensateur en mica. Le mica agit comme un diélectrique et des électrodes - dépôt conducteur de métal sur des plaques de mica. Ce type de condensateur se retrouve de moins en moins, déplacé par des condensateurs à base de films polymères. Les condensateurs en mica peuvent fonctionner à des températures élevées.


Condensateurs en mica fabriqués en URSS il y a un demi-siècle.


Plaques de mica dans un condensateur. La métallisation sur les plaques forme les plaques.

Avant l'avènement et l'utilisation généralisée de joints isolants thermoconducteurs en matériaux polymères, tels que Nomacon, les plaques de mica étaient utilisées pour isoler électriquement des composants tout en maintenant le contact thermique, par exemple, lorsqu'il est nécessaire de fixer plusieurs transistors sur un radiateur, dont les boîtiers sont sous différentes tensions.


Assiettes en mica plumé naturel.

Faits intéressants sur le mica

Auparavant, il y a plusieurs siècles, lorsqu'ils n'étaient pas en mesure de fabriquer de fines vitres, les structures translucides étaient fabriquées en divisant le mica naturel. Comme les gros morceaux de mica sans défauts étaient rares, les fenêtres ont également pris une forme bizarre.


Le mica naturel est transparent. Les matériaux en mica obtenus par traitement du mica naturel sont généralement opaques.


Fenêtre avec inserts en mica provenant de l'exposition du Musée des traditions locales de Krasnoïarsk

Le mica est un matériau assez doux, la plaque de mica (comme la plupart des matériaux sur sa base) se coupe facilement avec des ciseaux. En raison de sa nature en couches, le collage du mica est une occupation peu fiable, la force d'adhérence entre les couches est faible, par conséquent, dans la fabrication de pièces en mica, elles sont fixées mécaniquement avec des rivets, des oeillets, des vis, etc.


Les connexions électriques à l'élément chauffant sont réalisées avec des rivets creux.

Céramique d'alumine

Très semblable en apparence à la porcelaine, mais en mieux. Contient de l'Al ₂ O ₃ presque pur. Plus de détails sont bien décrits dans cet article.

Céramique solide et durable à partir de laquelle sont fabriqués:

Boîtiers à puce, généralement pour les applications critiques.


Les boîtiers de processeur étaient auparavant en céramique, mais l'augmentation de la dissipation thermique et la concurrence des prix ont forcé à abandonner ce matériau. C'est avec le boîtier en céramique des processeurs qu'une blague sur le nouveau russe et le carrelage dans la salle de bain d'Intel a été connectée.

Boîtiers d'appareils à électro-vide.


Le boîtier du ballon à vide du magnétron est en cuivre et en céramique d'alumine. La poterie est visible sur la photo, une ceinture violette entre le bonnet et le corps.

Les céramiques d'alumine sont très dures, traitées comme de nombreuses céramiques avec des outils diamantés. Un fragment du boîtier en céramique du microcircuit est un excellent outil pour écrire des messages sur le pare-brise d'une voiture, laissant des rayures claires et même pas pire qu'un coupe-verre.

Ce type de céramique est dense, n'absorbe pas l'humidité, tient un vide, ne se fissure pas lors d'une forte baisse de température et d'un choc thermique. Dans le même temps, l'adhérence des films métalliques à la surface est élevée;

Amiante

Matériau unique et inégalé. Fibre naturelle, "lin de montagne". Il s'agit d'un diélectrique ignifuge. Il a été utilisé dans de nombreuses applications, allant des additifs de renforcement aux polymères, se terminant par l'isolation des dispositifs de chauffage. Disponible sous forme de feuilles, fils, fils. Le plus souvent, il est utilisé comme isolant thermique, comme diélectrique uniquement dans les installations à basse tension (jusqu'à 1 kV).


Un morceau de panneau d'amiante et un vieux cordon d'amiante sale. L'amiante est très doux au toucher et ne pique pas comme la fibre de verre.

Largement utilisé dans la construction. L'ardoise est un ciment renforcé de fibres d'amiante, un matériau presque éternel. Son bon marché et sa résistance au feu ont été très appréciés. Mais il y en a un mais:

L'amiante est cancérigène. De plus, un cancérogène de 1ère classe (du CIRC), avec de l'arsenic, du formaldéhyde. Une longue observation a montré que l'amiante produit de la poussière avec des fibres qui, lorsqu'elles sont inhalées, peuvent provoquer une maladie pulmonaire - l'amiantose. Tout d'abord, les travailleurs à risque dans les entreprises d'extraction et de transformation de l'amiante. Ceux qui exploitent quotidiennement des produits à base d'amiante sont moins à risque. Dans d'autres cas, il n'y a aucune raison de paniquer, si votre toit est recouvert d'ardoise dans le pays et que le poêle dans les bains est recouvert de carton d'amiante, alors vous mourrez très probablement non pas d'amiante, mais de maladies du système cardiovasculaire ( statistiques de mortalité ).

L'amiante et les produits en amiante sont encore largement produits, car dans certaines tâches, il n'y a tout simplement rien (ou trop cher) pour remplacer l'amiante sans perdre ses propriétés. L'amiante est un excellent matériau dans la construction d'appareils expérimentaux contenant des éléments chauffants ou des pièces chaudes. Sur un morceau de carton amiante, vous pouvez chauffer calmement les pièces jusqu'à 1000 ° C avec un brûleur à gaz, tout en conservant sa forme. Le fil d'amiante est pratique pour serrer le nichrome dans les radiateurs.

Vélo (de Wikipedia):

Il existe depuis longtemps une légende sur la façon dont Akinfiy Demidov a apporté à Peter I une belle nappe blanche comme neige de son usine de l'Oural. Pendant le repas, il renversa avec défi un bol de soupe sur la nappe, versa un verre de vin rouge, puis froissa la nappe et la jeta dans la cheminée. Puis, le sortant du feu, il montra au roi: il n'y avait plus un seul grain sur elle. Cette nappe était en amiante chrysotile de l'Oural. Et en fait, les travailleurs de Demidov serf ont atteint l'excellence dans la fabrication de tissus d'amiante.

Ils fabriquaient des chapeaux, des gants, des portefeuilles, des sacs à main et de la dentelle ajourés pour femmes. Ils n'ont pas eu besoin d'être lavés, ils ont été jetés dans le feu et quelques minutes après refroidissement, ils ont pu être portés à nouveau. Grâce à son élasticité, le tissu d'amiante est plus résistant que le fil d'acier tendu.

De l'eau

C'est absolument contre-intuitif, mais cet article est inclus ici pour vous épater. L'eau ne conduit pratiquement pas de courant! (UPD: pendant la préparation de la publication, un article a été publié à ce sujet.) Partout, ils enseignent que l'eau est un bon conducteur d'électricité, et c'est généralement le cas. Mais l'eau déionisée très pure, qui ne contient que du H ₂ O, ne conduit pas de courant - sa résistivité est de 18 MΩ⋅cm. L'eau qui conduit le courant n'est pas assez propre. La mesure de la conductivité est un moyen assez simple d'évaluer la qualité et la pureté de l'eau.


Bouteille d'eau désionisée du magasin de radio. Les circuits imprimés des appareils électroniques ne doivent être lavés qu'avec de l'eau distillée ou déionisée, sinon les sels contenus dans l'eau peuvent causer des problèmes.

Ayant des molécules fortement polaires et mobiles, l'eau n'est pas seulement un isolant, mais a également une constante diélectrique très élevée - environ 81 à température ambiante (dans la plupart des diélectriques ordinaires, elle ne dépasse pas 20-30). Les humidimètres capacitifs sont basés sur ceci: une petite quantité d'eau entre les plaques de condensateur augmente considérablement sa capacité.

Malheureusement, l'eau est un excellent solvant et les substances qui y sont dissoutes forment généralement des électrolytes. Il vaut la peine de laisser de l'eau distillée dans l'air, et elle dissout le dioxyde de carbone en soi, formant un électrolyte - une faible solution d'acide carbonique. L'eau est capable de dissoudre les parois du récipient dans lequel elle se trouve. , , , , . .

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9: Plastiques: polytétrafluoroéthylène, polychlorure de vinyle, polyéthylène téréphtalate et silicones.
10 : Plastiques: polyamides, polyimides, polyméthacrylate de méthyle et polycarbonate. Histoire de l'utilisation des plastiques.
11 : Rubans et tubes isolants.
12 : Finale