Um guia de materiais elétricos para todos. Parte 4

Orientação contínua sobre materiais elétricos. Nesta parte, começamos a desmontar o dielétrico, parte totalmente dedicada aos dielétricos inorgânicos: porcelana, vidro, mica, cerâmica, amianto, gás SF6 e água.



Bem-vindo ao gato (TRÁFEGO)

Além dos condutores, são necessários dielétricos para a produção de equipamentos eletrônicos. Dependendo das condições e tarefas, diferentes propriedades do dielétrico podem ser importantes: resistência ao calor, tangente à perda, higroscopicidade, resistência mecânica, etc.

A seção manual de polímero é ainda mais superficial. O fato é que as propriedades do material polimérico dependem das condições de síntese, dos aditivos introduzidos, do tratamento térmico e do processamento subsequente. Assim, duas amostras de poliestireno podem variar bastante nas propriedades. Os fabricantes de plásticos fazem vários truques e manipulações com a composição, fazendo mudanças importantes e não muito. É como nos livros, edições diferentes do mesmo trabalho, em algum lugar com papel de jornal com layout ruim e em papel de qualidade com ilustrações coloridas de um artista de moda. Ambos os livros são O Senhor dos Anéis, mas as impressões de uso podem variar. Portanto, são dadas algumas propriedades gerais de diferentes tipos de polímeros; para características mais precisas, consulte o livro de referência.

Os materiais usados ​​na tecnologia eletrônica mudam à medida que progredimos. Assim, anteriormente, por exemplo, madeira, seda, ebonita eram amplamente utilizadas. Hoje, muitos materiais são substituídos por substitutos mais baratos e tecnologicamente avançados. O manual contém uma descrição, incluindo materiais históricos, de dados para desenvolvimento geral. Também foram adicionadas as informações necessárias para concluir a divulgação do tópico.

Dielétrico Inorgânico

China

A porcelana é uma cerâmica densa e durável obtida pela queima de uma mistura de caulim, quartzo, feldspato e argila. É semelhante a uma xícara de porcelana em sua cozinha, apenas com menos frequência coberta com esmalte.

Exemplos de aplicação

Isoladores de alta temperatura. Sob a forma de contas de porcelana para isolamento das extremidades das espirais de aquecimento. O design em escala permite dobrar sem expor o condutor.


Alojamento de uma lâmpada de arco de mercúrio de um osciloscópio de feixe de luz. A estrutura é feita de liga de alumínio, a caixa preta é de carbolite e as contas de porcelana isolam os condutores que conectam a lâmpada. A lâmpada aquece muito durante a operação. Um monte de contas de porcelana de vários aquecedores.


Velas de ignição de um motor de combustão interna. O eletrodo central é isolado com porcelana. Nenhum outro dielétrico é capaz de suportar a exposição prolongada à temperatura, pressão, combustível dentro da câmara de combustão.

Itens elétricos. Se você olhar dentro do suporte da lâmpada, é provável que a parte que contém as lamelas de conexão seja de porcelana; ela pode funcionar por um longo tempo a uma temperatura elevada da lâmpada incandescente sem perda de propriedades. Caixas de fusíveis, soquetes, suportes de contato da lâmpada - sempre que houver perigo de aquecimento, a porcelana é incomparável.


Os suportes das lamelas do soquete, cartucho são feitos de porcelana. A caixa preta do cartucho é carbolite.


Resistores potentes têm uma base de tubo de porcelana. No resistor verde, o enrolamento fica oculto sob o esmalte.

Isoladores em postes. Na foto há um isolador de um poste liquidado durante a reconstrução da linha. 30 anos de sol, vento, fezes de pássaros, chuvas, geadas não afetaram a porcelana de forma alguma, ainda parece nova, bastava lavar o isolador com sabão.


Isoladores de porcelana de linhas de energia. Entre o isolador de porcelana e o gancho de aço, uma manga de polietileno para proteger a porcelana de rachaduras. O formato do disco dos isoladores permite que a água seja drenada sem formar uma camada contínua que fecha o condutor ao suporte.

Desvantagens

Frágil, como toda cerâmica. Parafuso apertado, sopro - e a porcelana se desfaz.

De vidro

Dependendo dos requisitos, podem ser utilizados diferentes tipos de óculos, de sódio fundível a quartzo refratário. A principal vantagem do vidro, além de sua resistência ao calor, é a transparência da luz visível (e o quartzo também é transparente para a radiação ultravioleta). Outra vantagem importante é a capacidade de avaliar visualmente a integridade, geralmente as fendas são visíveis.

Exemplos de aplicação

Caixas de tubos de rádio, lâmpadas de iluminação, fusíveis. Tubos de quartzo - caixas de aquecedores, churrasqueiras elétricas.


O isolador de vidro e porcelana das linhas de energia trabalha nas ruas há mais de 30 anos.

Desvantagens.

Frágil, não tira golpes. Alguns tipos de vidro racham quando aquecidos abruptamente de forma desigual.

Uma característica típica (mas não obrigatória!) Do vidro de quartzo é um grande número de fios na direção da extrusão de vidro.

Fatos interessantes sobre vidro

Vale mencionar aqui sobre cristal de safira, vidro temperado e vidro temperado quimicamente. Nas descrições publicitárias de muitos dispositivos eletrônicos para consumo em massa, é possível mencionar esses tipos de óculos.

• O cristal de safira não é formalmente um vidro (não é amorfo como o vidro, mas cristalino), mas, devido à sua semelhança externa, é chamado. O cristal de safira é uma placa fina de leucosafiro (Al ₂ O ₃ puro - óxido de alumínio). O leucosafiro é mais duro que os óculos comuns, portanto, é usado para proteger a ótica contra poeira, abrasão abrasiva por grãos de areia em equipamentos militares e em dispositivos domésticos caros. O vidro do relógio de safira permanecerá arranhado por mais tempo. Ao mesmo tempo, é difícil obter cristais de safira de tamanho grande a um preço razoável, portanto, comprimidos com cristal de safira não serão vistos em breve.
• Vidro temperado. O vidro é bom em comprimir e ruim em esticar. É possível aumentar a resistência mecânica do vidro temperando-o - o vidro é aquecido a altas temperaturas e é resfriado de forma acentuada e uniforme. Como resultado, tensões mecânicas são formadas no vidro, o que aumenta a resistência mecânica. Na maioria das vezes, o vidro é temperado por segurança. O vidro comum, se jogado com uma pedra, quebra em vários fragmentos bastante grandes que podem causar ferimentos graves. O vidro temperado na destruição fornece muitos fragmentos pequenos, que são muito mais seguros. Portanto, todos os vidros do carro, nos shopping centers, nas prateleiras de vidro dos móveis - são temperados. Um produto de vidro temperado não pode ser processado se você tentar cortar a prateleira de vidro do banheiro, ele se desfaz com o algodão em migalhas, de modo que o endurecimento é feito após o processamento. Demonstração das propriedades do vidro temperado são as lágrimas batavianas.
• Vidro temperado quimicamente. Por exemplo, o frequentemente mencionado copo de gorila. O método de têmpera térmica não é adequado para placas de vidro finas; portanto, as placas de vidro são tratadas em uma solução que, por exemplo, substitui o íon sódio por íon potássio. Como o íon potássio é maior, as camadas superficiais do vidro parecem "estourar" com átomos maiores na rede, criando apenas as tensões mecânicas necessárias. Como resultado, esse vidro é mais forte, resiste melhor a arranhões.

Mica

Mica Material em camadas naturais, possui resistência ao calor, força, excelente dielétrico. A mica é uma grande classe de minerais em camadas, dos quais a moscovita e, às vezes, a biotita e o flogopita são usadas principalmente em tecnologia.

Em inglês, mica é Mica, portanto, os nomes derivados de materiais baseados em mica são micanites, mikalenta, mikafolia, mikaleks, etc.

Mica extraída na mina é desmontada, classificada. Pedaços grandes são quebrados manualmente em placas - é assim que a pitada de mica é obtida - placas transparentes e homogêneas. Essa mica é da mais alta qualidade e é usada para aplicações críticas - em tecnologia de vácuo, janelas de entrada / saída de radiação, etc. Infelizmente, grandes pedaços homogêneos de mica sem defeitos são raros; portanto, placas de mica de várias formas são coladas, de modo que a micanita é obtida . Se você usar tecido (fibra de vidro, papel) como substrato para colar placas de mica, obterá mikalenta, mikafoliy, fibra de vidro . Resíduos muito pequenos de mica são esmagados e, na forma de polpa de água, são lançados em uma grade, exatamente como papel. Depois de remover a água, as partículas de mica se unem em um único pano - resulta em papel de mica (mica, mica) . O tecido resultante para resistência pode ser impregnado com um aglutinante orgânico. A flexibilidade do papel de mica permite que ele seja enrolado como isolamento. Também enrolando você pode obter varas, tubos. Se a mica é saturada com vidro fundido, o material forte resultante é chamado mikaleks .

Moída em pó, a mica - um componente dos pigmentos, devido à sua "escala", dá um efeito perolado. Os pigmentos usam principalmente biotita.

O material sintético - fluoroflogopita (mica sintética) - é a mica (flogopita) onde os grupos -OH são substituídos por flúor. A fluoroflogopita é mais durável e resistente ao calor, também se parece com mica, também em camadas, mas absolutamente transparente / branca, e não com um tom amarelado, como mica natural. Infelizmente, ainda não encontrei este material vivo.

Exemplos de aplicação

Elementos estruturais para reter elementos de aquecimento em secadores de cabelo, aquecedores, aquecedores de ventiladores, ferros de soldar, etc.


Aquecedores para aquecedores de ventiladores domésticos. A construção à esquerda é menos intensiva em material, mas muito menos confiável, especialmente sob cargas mecânicas.

Como uma janela protetora para a saída da radiação de microondas de um magnetron em microondas. (geralmente pegando a mica, a comida é carbonizada, e se tornando um condutor, ela começa a brilhar violentamente, a partir da qual os proprietários do forno de microondas jogam o microondas por medo, embora seja suficiente cortar a folha de mica e substituir a janela.)


Janela para emitir radiação de microondas a partir de mica.

Devido ao fato de que placas finas de mica não passam gases, mas passam partículas carregadas energeticamente, as janelas de mica são usadas na construção de contadores de partículas alfa e beta.

Utilizado na construção de tubos de rádio - mantém os eletrodos no lugar.


A placa octogonal é feita de mica.

Usado como material de capacitor de mica. A mica atua como uma deposição dielétrica e eletrodos - condutora de metal em placas de mica. Este tipo de capacitor é encontrado cada vez menos, deslocado por capacitores baseados em filmes de polímero. Os capacitores de mica podem operar em altas temperaturas.


Capacitores de mica fabricados na URSS meio século atrás.


Placas de mica em um capacitor. A metalização nas placas forma as placas.

Antes do advento e do amplo uso de juntas isolantes termicamente condutoras feitas de materiais poliméricos, como Nomacon, as placas de mica eram usadas para isolar eletricamente os componentes enquanto mantinham contato térmico, por exemplo, quando é necessário fixar vários transistores em um radiador, cujas caixas estão sob tensões diferentes.


Placas de mica natural arrancada.

Fatos interessantes sobre mica

Anteriormente, há vários séculos, quando eles não eram capazes de fazer painéis de janelas finas, estruturas translúcidas eram feitas dividindo a mica natural. Como grandes pedaços de mica sem defeitos eram raros, as janelas também assumiam uma forma bizarra.


Mica natural é transparente. Os materiais de mica obtidos pelo processamento de mica natural são geralmente opacos.


Janela com inserções de mica da exposição do Museu das Tradições Populares de Krasnoyarsk

A mica é um material bastante macio, a placa de mica (como a maioria dos materiais em sua base) é facilmente cortada com uma tesoura. Devido à sua natureza em camadas, a ligação de mica é uma ocupação não confiável, a força de adesão entre as camadas é baixa, portanto, na fabricação de peças a partir de mica, elas são presas mecanicamente juntamente com rebites, ilhós, parafusos, etc.


As conexões elétricas ao elemento de aquecimento são feitas com rebites ocos.

Alumina Ceramics

Muito parecido com a porcelana, só que melhor. Contêm Al ₂ O ₃ quase puro. Mais detalhes estão bem descritos neste artigo.

Cerâmica sólida e durável, da qual são feitas:

Caixas de chip, normalmente para aplicações críticas.


As caixas do processador foram feitas de cerâmica anteriormente, mas o aumento da dissipação de calor e a concorrência de preços obrigaram a abandonar esse material. Foi com o invólucro de cerâmica dos processadores que uma piada sobre o novo russo e azulejos no banheiro da Intel foi conectada.

Casos de dispositivos de eletrovácuo.


O alojamento do balão de vácuo do magnetron é feito de cobre e alumina cerâmica. A cerâmica é visível na foto, uma faixa roxa entre a tampa e o corpo.

As cerâmicas de alumina são muito duras, processadas como muitas cerâmicas com ferramentas de diamante. Um fragmento da caixa de cerâmica do microcircuito é uma excelente ferramenta para escrever mensagens no pára-brisa de um carro, deixando claros e até arranhões não piores que um cortador de vidro.

Este tipo de cerâmica é denso, não absorve umidade, retém o vácuo, não racha durante uma queda acentuada de temperatura e choque térmico. Ao mesmo tempo, a adesão de filmes metálicos à superfície é alta, o que possibilita a criação de faixas em peças cerâmicas e soldadas hermeticamente.

Amianto

Material exclusivo e incomparável. Fibra natural, "linho da montanha". É um dielétrico retardador de chama. Ele tem sido usado em muitas aplicações, desde aditivos de reforço a polímeros, terminando com isolamento de dispositivos de aquecimento. Disponível na forma de folhas, fios, fios. Na maioria das vezes, é usado como isolante térmico, como dielétrico apenas em instalações de baixa tensão (até 1 kV).


Um pedaço de placa de amianto e um velho cordão de amianto sujo. O amianto é muito macio ao toque e não pica como fibra de vidro.

Amplamente utilizado na construção. A ardósia é um cimento reforçado com fibras de amianto, um material quase eterno. Seu baixo custo e resistência ao fogo foram muito apreciados. Mas há um, mas:

O amianto é um agente cancerígeno. Além disso, um agente cancerígeno de 1ª classe (da IARC), juntamente com arsênico, formaldeído. Uma longa observação mostrou que os produtos de amianto polvilham com fibra, que quando inalada pode provocar uma doença pulmonar - a asbestose. Primeiro de tudo, trabalhadores em risco nas empresas de mineração e processamento de amianto. Aqueles que operam produtos de amianto diariamente estão menos em risco. Em outros casos, não há motivo para entrar em pânico, se o seu telhado estiver coberto de ardósia no país e o fogão na casa de banho estiver coberto com papelão de amianto, provavelmente você não morrerá de amianto, mas de doenças do sistema cardiovascular ( estatísticas de mortalidade ).

O amianto e os produtos de amianto ainda são amplamente produzidos, pois em algumas tarefas simplesmente não há nada (ou muito caro) para substituir o amianto sem perder suas propriedades. O amianto é um excelente material na construção de dispositivos experimentais contendo aquecedores ou partes quentes. Em um pedaço de papelão de amianto, você pode aquecer calmamente as peças até 1000 ° C com um queimador de gás, enquanto ele mantém sua forma. A linha de amianto é conveniente para apertar nicrômio em aquecedores.

Bicicleta (da Wikipedia):

Há uma lenda sobre como Akinfiy Demidov trouxe para Peter I uma linda toalha de mesa branca de neve de sua fábrica em Ural. Durante a refeição, ele desafiadoramente derrubou uma tigela de sopa na toalha da mesa, serviu um copo de vinho tinto e amassou a toalha e jogou-a na lareira. Então, tirando-o do fogo, ele mostrou ao rei: não havia um pontinho nela. Esta toalha de mesa era feita de amianto crisotila Ural. De fato, os trabalhadores da servidão Demidov alcançaram a excelência na fabricação de tecidos de amianto.

Eles fizeram chapéus femininos, luvas, carteiras, bolsas e rendas. Eles não precisavam de lavagem, foram jogados no fogo e, alguns minutos após o resfriamento, puderam ser usados ​​novamente. Com sua elasticidade, o tecido de amianto é mais forte que o fio de aço elástico.

Agua

Isso é absolutamente contra-intuitivo, mas esse item está incluído aqui para surpreender sua mente. A água praticamente não conduz corrente! (UPD: enquanto a publicação estava sendo preparada, um artigo aparecia.) Em todos os lugares eles ensinam que a água é um bom condutor de eletricidade, e geralmente é. Mas a água desionizada muito pura, que não contém nada além de H2O, não conduz corrente - sua resistividade é de 18 MΩ⋅cm. A água que conduz a corrente não está suficientemente limpa. A medição da condutividade é uma maneira bastante simples de avaliar a qualidade e a pureza da água.


Garrafa de água deionizada da loja de rádio. As placas de circuito impresso dos dispositivos eletrônicos devem ser lavadas apenas com água destilada ou desionizada, caso contrário, os sais contidos na água podem causar problemas.

Tendo moléculas fortemente polares e móveis, a água não é apenas um isolante, mas também possui uma constante dielétrica muito alta - cerca de 81 à temperatura ambiente (na maioria dos dielétricos comuns, não excede 20-30). Os medidores de umidade capacitivos são baseados nisso: uma pequena quantidade de água entre as placas do capacitor aumenta drasticamente sua capacidade.

Infelizmente, a água é um excelente solvente e as substâncias dissolvidas nela geralmente formam eletrólitos. Vale a pena manter a água destilada no ar e dissolve o dióxido de carbono em si, formando um eletrólito - uma solução fraca de ácido carbônico. A água é capaz de dissolver as paredes da embarcação em que está localizada.A menor mistura de sais, especialmente cloretos e sulfetos de sódio, potássio, cálcio, aumenta drasticamente a condutividade da água. Portanto, na prática, como dielétrico, a água não é boa.

Gás SF6

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9: Plásticos: politetrafluoretileno, cloreto de polivinil, tereftalato de polietileno e silicones.
10 : Plásticos: poliamidas, poliimidas, polimetilmetacrilato e policarbonato. História do uso de plásticos.
11 : Fitas e tubos de isolamento.
12 : Final