Полупроводниковые материалы 6 страница

5.4.5 Волокнистые материалы Непропитанные волокнистые материалы могут быть органического и неорганического происхождения. Органические материалы изготавливаются из растительных волокон (бумага, картон, хлопчатобумажная пряжа и ткани), животных (натуральный шелк) и искусственных (ацетатный шелк, вискоза, найлон, капрон и др.). Неорганические материалы изготавливаются из стеклянных и асбестовых волокон. Основой растительного волокна служат молекулы целлюлозы или клетчатки (C6H12O5)2000. Наличие гидроксильных групп OH обусловливает сильные полярные свойства целлюлозы и ее высокую гигроскопичность. Материалы на основе неорганических волокон отличаются большей нагревостойкостью в сравнении с материалами на основе органических волокон. Бумаги. Выпускаются конденсаторная, кабельная, телефонная, пропиточная асбестовая и другие бумаги, а также электроизоляционный картон и фибра. Конденсаторная бумага. Эта самая тонкая бумага (толщина от 4 до 30 мкм). Выпускается трех видов: обычная (КОН), улучшенного качества (СКОН) и с малыми диэлектрическими потерями (МКОН). Марки (08, 1, 2, 3) определяются по плотности, которая может быть 0,8; 1,0; 1,2 и 1,3 г/см3 соответственно. Тангенс угла диэлектрических потерь для бумаг МКОН-0,12…0,32. Применяется конденсаторная бумага в качестве диэлектрика в бумажных и металлобумажных конденсаторах. Кабельная бумага выпускается по нескольким стандартам. Так, бумага для изоляции кабелей на напряжения до 35кВ выпускается семи марок (К-080, К-120, К-170, КМП-120, КМП-170, КМ-120 т КМ-170). Цифры обозначают толщину бумаги в мкм. Бумаги КМП и КМ характеризуются большей механической прочностью. Бумага электроизоляционная пропиточная марок ЭИП-50, ЭИП-66А и др. применяется для изготовления гетинакса. Листы бумаги пропитываются фенол-формальдегидной смолой и прессуются при температуре ~100°C. Электроизоляционный картон выпускается в двух вариантах. Первый предназначен для работы в воздушной среде, выпускается пяти марок толщины от 0,1 до 3,0 мм. Второй может работать в трансформаторном масле при температуре до 105°C. Выпускается пяти марок толщиной от 0,5 до 6,0 мм.   Таблица 5.7 - Основные характеристики пропиточных материалов, компаундов, лаков и эмалей   Марка материала Плот-ность, г/см3 Траб, °С ρv, Ом·м ε, при f=1МГц tg δ, при f=1МГц Епр, МВ/м Примечание Пропиточные Вазелин   0,8-0,9 - 1013- 1014 2,2 0,0002 20-25 В производстве смол, лаков, компаундов Церезин   0,9-0,95 - 1013- 1015 2,2 0,0002 15-20 Канифоль   1,05-1,1 - 1012- 1013 3,5 0,01 10-15 Компаунды МБК Марок 1,2,3 - -60 +100 1012- 1013 3,5-4 0,01-0,04 18-28 Для пропитки из- делий Виксинит К-18 - -60 +250 1011 0,02 Для герметизации электро- и радио- изделий ЭПСК   - -60 +130 1012 0,01 Для пропитки об- моток эл.машин Лаки ГФ-95   - -60 +150 2·1011 3,4 0,01 То же, но работа- ющих в масле ПЭ-933   - -40 +135 2·1013 - 0,005 То же, с нагрево- cтойкостью кл. F МЛ-92   - -40 +130 3·1011 3,6 0,01 То же, с классом изоляции А и Е Эмали ЭП-51   - -60 +120 6·1010 3,7 0,03 Защита от корро- зии и влаги ГФ-92ГС   - -60 +100 1011 3,3 0,02 Защита от масел и электрич. дуги ГФ-92ХС   - -60 +100 1011 3,9 0,04 Как эмаль для неподвижных обмоток   Фибра листовая представляет собой бумагу, обработанную водным раствором хлористого цинка. Выпускается двух марок: ФЭ – фибра электротехническая для изготовления электроизолирующих деталей и ФТ – фибра техническая для изготовления конструкционных деталей. Нити. Выпускаются хлопчатобумажные, шелковые, капроновые, стеклянные нити. Они применяются для изготовления соответствующей пряжи и тканей, а также для оплетки шлангов, рукавов, электропроводов и др. целей. Пряжа. Изготавливается из различных волокон. Пряжи для ткацкого производства предназначены для изготовления разного рода тканей. Пряжа кабельная применяется в качестве элемента защитных покровов электрических кабелей. Ткани изготавливаются из разных нитей и отличаются способами их переплетения. Выпускаются хлопчатобумажные, технические «эксцельсиор» из шелка-сырца и капрона, стеклянные и асбестовые ткани. Применяются в производстве лакотканей, слоистых пластиков (текстолит и стеклотекстолит) и в качестве самостоятельной изоляции. Ленты представляют собой узкие (шириной 10…70 мм) полоски ткани, вырабатываемые из природных, искусственных и синтетических волокон. Применяются в качестве самостоятельной изоляции в электрических машинах и аппаратах. Общим недостатком всех волокнистых материалов является их высокая пористость (у хлопчатобумажных тканей до 40…50%). Поэтому свойства (в частности, электрическая прочность) непропитанных волокнистых материалов определяются свойствами воздуха, заполняющего эти поры. Волокнистые пропитанные материалы. К этой группе относятся пропитанные бумаги, ткани, ленты, и трубки. Пропитка повышает свойства основы, вытесняя воздух и тем самым увеличивая электрическую прочность и другие характеристики изоляции. Пропитанные бумаги. Выпускается бумага бакелизированная и лакобумага электроизоляционная. Последняя изготавливается из целлюлозных бумаг, пропитанных масляным лаком. Применяется в качества маслостойкой изоляции в катушках. Лакобумаги марки БКЛ имеют толщину 0,04 и 0,05 мм, а марки БХЛ – 0,05 и 0,06 мм. Среднее пробивное напряжение лакобумаг – 2,5…3,5кВ. Пропитанные ткани. Хлопчатобумажные, шелковые, капроновые ткани пропитывают масляными или маслянобитумными лаками (лакоткани). При пропитке стеклоткани получается стеклолакоткани. Это очень распространенный изоляционный материал для межслойной и наружной изоляции катушек индуктивности, трансформаторов, дросселей, изоляции электрических машин и электроаппаратов. С использованием для пропитки кремнийорганических лаков возрастает нагревостойкость материала. Некоторые марки лакотканей и их характеристики приведены в таблице5.8. Пропитанные ленты. Лента изоляционная прорезиненная изготавливается из сурового миткаля, промазанного липкой резиновой смесью с одной или двух сторон. Применяется для изоляции в машинах малой мощности напряжением до 1000…1400 В, а также при монтаже осветительной сети. Выпускается пяти марок толщиной 0,3 мм и шириной от 10 до 50 мм. Выпускаются и другие типы лент. Пропитанные трубки представляют собой шнуры-чулки из хлопчатобумажных, стеклянных, капроновых нитей, пропитанных масляными, полиэфирным кремнийорганическим и др. лаками. Применяются для изоляции выводов концов катушек индуктивностей, дросселей, трансформаторов, электровакуумных ламп и полупроводниковых приборов и внутренних соединений в электрических машинах [7], [9]. Трубки электроизоляционные хлопчатобумажные лакированные выпускаются двух марок: ТЛВ – для изоляции проводов, работающих на воздухе; ТЛМ – для изоляции проводов, работающих в трансформаторном масле. Сопротивление изоляции трубок не менее 1500 Мом. Пробивное напряжение на частоте 50 Гц не менее 5 кВ. Внутренний диаметр таких трубок от 0,5 до 10 мм.   Таблица 5.8 - Марки и характеристики лакотканей и стеклотканей     Марка   ГОСТ   Номинальная толщина, мм Пробивное напряжение среднее, кВ     Характеристика ЛХМ-105     2214-78 0,15; 0,17; 0,20; 0,24; 0,30 6,0; 6,5; 7,2; 8,5; 9,5 Для работы на воздухе ЛШМ-105 0,08; 0,10; 0,12; 0,15 4,5; 5,6; 7,0; 8,5 Для работы на воздухе ЛКМС-105 0,10; 0,12; 0,15 6,0; 9,0; 9,3 Для работы на воздухе и в трансформаторном масле ЛСМ-105/120     10156-78 0,15; 0,17; 0,20; 0,24 5,4; 6,0; 6,7; 8,0 Для работы на воздухе ЛСК-155/180 0,05; 0,06; 0,08; 0,10; 0,15; 0,20 1,5; 2,8; 3,6; 5,0; 7,5; 9,0 Для работы в тропических условиях ЛСП-130/155 0,08; 0,10; 0,12; 0,15; 0,17 3,6; 4,8; 6,0; 7,9; 9,0 Для работы на воздухе при повышенной влажности. Допускается работа в горячем трансформаторном масле   5.4.6 Слюда и материалы на ее основе Слюда – пассивный монокристаллический диэлектрик, минерал ионного строения с плотной упаковкой. Это обуславливает высокую электрическую прочность, высокое удельное сопротивление и хорошие физико-механические свойства (нагревостойкость, влагостойкость, механическая прочность, малая гигроскопичность). Применяется в качестве ответственной изоляции и как диэлектрик в эталонных конденсаторах [7], [9]. По химическому составу слюда представляет собой водные алюмосиликаты. Применяются два вида слюд: мусковит и флогопит. Мусковит K2O·3Al2O3·6SiO2·6H2O- бесцветен. Флогопит K2O·6MgO·Al2O3·6SiO2·H2O обычно окрашен в темные тона – янтарный, коричневый, черный. Мусковиты обладают высокими электрическими, механическими свойствами, но уступают флогопитам по нагревостойкости. Добытые из недр земли кристаллы слюды-сырца разбирают, очищают от посторонних включений и расщепляют на пластины толщиной от 0,01…0,045 мм. По величине площади листочка щипаная слюда имеет 9 номеров (площадь от 6 до 50 см2). Стоимость мусковита 1 сорта (наибольшей площади) составляет ~ 1000 руб. Разработана синтетическая слюда с высокими диэлектрическими свойствами – фторфлогопит K·Mg3[Si3·AlO10]·F2, отличающаяся от природного флогопита тем, что в ней гидроксильный группы замещены ионами фтора. Отсутствие кристаллизационной воды обеспечивает нагревостойкость до 1100°C. Отходы слюды, полученные при вырезании пластин, используются для получения материалов на ее основе. Из листочков щипаной слюды, склееных между собой различными лаками (глифталевыми, шеллачными, кремнийорганическими, эпоксидными), изготавливают миканиты. Для увеличения прочности материала на разрыв применяется волокнистая основа из бумаги или ткани, наклеиваемая с одной или двух сторон. Такие материалы называются гибкими миканитами. Коллекторный миканит применяется в качестве изоляции между медными пластинами коллекторов электрических машин. Изготавливается из флогопита, который обладает такой же истираемостью, как и медь. Выпускается 12 марок с толщинами от 0,4 до 1,5 мм. Прокладочный миканит отличается от коллекторного большим содержанием связующего (до 25%) и, следовательно, меньшей плотностью. Изготавливают из флогопита, мусковита или их смеси на тех же связующих. Выпускается пяти марок толщиной от 0,15 до 5 мм. Применяется для изготовления диэлектрических деталей: прокладок, шайб. Формовочный миканит обладает способностью при нагреве приобретать различные формы. Изготавливается 11 марок из щипаной слюды, склеенной связующими материалами, взятыми в разных соотношениях. Применяется для изготовления каркасов катушек коллекторных манжет, фланцев и др. Гибкий миканит применяется в качестве гибкой изоляции, а также пазовой и межвитковой изоляции электрических машин. Изготавливается на волокнистой подложке или обклеивается с обеих сторон микалентной бумагой. Выпускается 18 марок. Миканит термоупорный прокладочный изготавливается из щипаного флогопита, соединяемого солями фосфорной кислоты. Имеет нагревостойкость до 500°C. Выпускается толщиной от 0,5 до 2 мм. Микалента – гибкий при нормальной температуре рулонный материал с подложкой из бумаги с обеих сторон. Применяется для ответственной изоляции в крупных электрических машинах. Из слюдяных отходов, подвергаемых термохимической обработке, изготавливают слюдиниты и слюдопласты. Слюдопласты обладают более выскоми механическими свойствами, более высокой короностойкостью по сравнению со слюдинитами. Микалекс - твердый материал, изготовленный горячим прессованием смеси порошкообразного мусковита с легкоплавким стеклом (борно-свинцовым, борно-баритовым). Обладает высокими диэлектрическими свойствами, мало зависящими от температуры и частоты, хорошими физико-механическими характеристиками. В таблице 5.9 сведены основные свойства и области применения слюды и материалов на ее основе.   Таблица 5.9 - Свойства слюды и материалов на ее основе     Материал   Траб, °С   ρv× ×10-12, Ом·м ε при f 1МГц tg δ×104, при частоте   Епр, кВ/мм   Применение 50 Гц 1 КГц 1 МГц Мусковит   500- -600 1-10 6,0-8,0 Зависит от толщины В конденсаторах для деталей электронных ламп, для изготовле-ния деталей на основе слюды Флогопит СФШ 800- -900 0,1-1,0 5,0-7,0 Слюда кон- денсаторная марки СО 500- -600 6,0 - В качестве диэлек- трика в конденсато- рах Микалекс пластинчатый высокочастот-ный 300- -350 0,01- -1,0 6,0-8,5 - - 30- -100 -100 Для изготовления нагревостойких электроизоляцион- ных радиодеталей Миканит прокладочный листовой ПМГ 0,50 - 0,1 6,0 - - 20 20 Для изготовления плоских электроизо- ляционных прокла- док, круглых и фа- сонных шайб и др. в электрических ма- шинах и аппаратах Миканит коллекторный КФА - 0,1 - - - - Для электрической изоляции между пластинами коллек- торов электромашин Слюдинит гибкий Г2СКН 0,20 0,1 - - - - В качестве витковой и пазовой изоляции электрических машин Стекломика- нит гибкий ТФС-Т30-0,30 0,01 - - - -   5.4.7 Электротехнические стекла Неорганические стекла представляют собой аморфный термопластичный материал, основой которого служат стеклообразующие окислы (SiO2, B2O3, P2O5). Наряду с ними, в состав стекол могут входить окислы щелочных, щелочно-земельных и других металлов. Основным стеклообразующим окислом в стеклах служит SiO2. Такие системы называются силикатными. В зависимости от скорости охлаждения расплавленного SiO2 строение может быть кристаллическим или аморфным. При скоростях охлаждения меньших 1 град/ч получается кристаллический кварц (пьезокварц), при больших – 1 град/ч – аморфное кварцевое стекло (плавленый кварц). Чистое кварцевое стекло обладает высоким комплексом диэлектрических и физико-механических свойств, но имеет высокую температуру размягчения, вызывающую технологические трудности при изготовление из него изделий. Температуру размягчения понижают введением плавней (обычно окислов натрия и калия). Но одновалентные металлы разрыхляют структуру, что приводит к снижению диэлектрических свойств и ухудшению стойкости к влаге, увеличивают удельную проводимость тем больше, чем меньше радиус иона. Введение в состав стекла окислов тяжелых металлов (BaO, TiO2, PbO) нейтрализует вредное влияние щелочных окислов и значительно снижает удельную проводимость стекла, обеспечивает высокую плотность и прочность на разрыв. Окислы Al2O3 и MgO повышают химическую стойкость. Стекла прозрачны для видимого света, а кварцевое стекло – для ультрафиолетового и инфракрасного света. Силикатные стекла в зависимости от состава делятся на 3 группы: - бесщелочные стекла. К этой группе принадлежит чистое кварцевое стекло, применяемое для ответственной нагревостойкой изоляции. - щелочные стекла со значительным количеством окислов щелочных металлов. Сюда относятся обыкновенное оконное стекло (Na2O·CaO·6SiO2), стекла для изготовления электроламп и электротехнические стекла «пирекс». - щелочные стекла с высоким содержанием окислов тяжелых металлов: PbO (хрусталь, флинты, стекло «минос») и BaO (кроны). Их электрические свойства высоки. Применяются для изготовления конденсаторов, в изоляционных и оптических целях. Электровакуумные стекла используются для изготовления баллонов и различных деталей электровакуумных приборов. Помимо высоких электрических свойств при высоких температурах они должны иметь ТКЛР, близкий к ТКЛР материала, с которым надлежит их спаивать. Конденсаторные стекла применяются как диэлектрики в конденсаторах. Их отличает высокая электрическая прочность (Епр), малый тангенс угла потерь tg δ. Установочные стекла используются для изготовления разного рода изоляторов. Обладают высокими электрическими и механическими свойствами. Оптические стекла обладают высокой прозрачностью и повышенным коэффициентом преломления. Лазерные стекла используются в качестве активных элементов оптических квантовых генераторов. Чаще всего, в качестве лазерного, применяется бариевое стекло, активированное различными редкоземельными ионами, например, неодимом Nd3+. Основные достоинства стекол, используемых в лазерах, по сравнению с монокристаллическими стеклами, - высокие оптические свойства, однородность, технологичность. Но срок службы стекла с неодимом меньше, чем, например, рубина. Стеклоэмали – легкоплавкие стекла, наносимые на поверхность изделий тонким слоем для создания нагревостойкой изоляции. Стекла для изготовления волокон. Обычно в качестве них используют щелочные алюмосиликатные стекла, бесщелочные, а также малощелочные боросиликатные стекла. Ситаллы представляют собой поликристаллические материалы, получаемые при стимулированной (направленной) кристаллизации стекол определенного состава, при этом специально введенные добавки являются центрами кристаллизации. Материал обладает однородной мелкокристаллической структурой, что обуславливает его высокие электрические и механические свойства. Такие стекла называются ситаллами или термоситаллами. Количество кристаллической фазы лежит в пределах от 50 до 90%. Состав кристаллической фазы и размер ее частиц зависят от состава исходного стекла и режима термообработки. Размеры кристаллитов не превышают 1 мкм. Направленная кристаллизация может осуществляться двумя способами: - каталитическая реакция основана на образовании большого количества центров кристаллизации при введении в состав исходного стекла катализаторов (TiO2, FeS, Сr2O3, V2O3, фторидов и фосфатов щелочных и щелочно-земельных металлов). Материалы, получаемые таким образом, называют термоситаллами; - второй способ направленной кристаллизации обусловлен не только каталитическими, но и фотохимическими процессами. Он применим к светочувствительным стеклам. До термообработки их подвергают ультрафиолетовому облучению. Центрами кристаллизации служат каллоидные частицы металлов (Au, Ag, Pt, Сu), которые под действием облучения выделяются из соответствующих оксидов, входящих в состав стекла. Основные свойства и области применения стекол и ситаллов приведены в таблице 5.10 [1], [6], [8].   5.4.8 Электротехническая керамика Керамикой называют неорганические материалы, получаемые из минерального сырья формовкой с последующим обжигом при высокой температуре. Керамические материалы представляют собой группу поликристаллических гетерогенных материалов, объединенных общностью технологии получения. Основными операциями такой технологии являются: мелко-дисперсионное дробление, формовка и высокотемпературный обжиг (спекание) исходной массы. Отличительные черты керамики: хорошие диэлектрические свойства при достаточной механической погрешности, высокая нагревостойкость, отсутствие гигроскопичности, стойкость к действию излучений высокой энергии, стабильность, низкая стоимость. Поэтому 80% изоляционных деталей ответственных радиотехнических установок изготавливают из керамики. Недостатком керамики является ее высокая хрупкость и абразивность (наличие частиц высокой твердости), затрудняющие ее обработку режущим инструментом. Исходными материалами для изготовления керамики служат глина, кварцевый песок, полевой шпат, окислы различных металлов (Ba, Pb, Zr и т.д.). Исходные компоненты в размолотом виде смешивают с водой или парафином, а заготовки формуют и подвергают спеканию при температурах 1300…1600°C. В результате этого готовая керамика приобретает трехфазную структуру и состоит из кристаллической и стекловидной фаз и некоторого количества газовых включений: - кристаллическая фаза (одна или несколько) образуется химическими соединениями или твердыми растворами на их основе. Ее содержание может достигать 99%. От ее химического состава, структуры и количества зависят механическая прочность, диэлектрические характеристики, ТКЕ. По названию минералов, образующих кристаллическую фазу, часто называется и сама керамика; - стекловидная фаза (аморфная) присутствует в керамике в виде прослоек стекла различного состава, расположенных между частицами кристаллической фазы. Химический состав и количество стеклофазы определяют температуру спекания и пластичность керамической массы, плотность и другие свойства. Химический состав определяет также диэлектрические характеристики керамики (наличие щелочных оксидов увеличивает tg δ и уменьшает ρv). Некоторые виды керамики практически не содержат стеклофазы; - газовая фаза представлена порами, образующимися при обжиге сырья. Газовая фаза в той или иной степени всегда присутствует в керамике. Даже в максимально плотной керамике объем закрытых пор составляет 1-6 %, а пористой – 15-25 %. Увеличение содержания газовой фазы приводит к уменьшению механической прочности, росту tg δ и снижению Епр вследствие ионизации газа. Поры, сообщающиеся между собой и выходящие на поверхность материала, называются открытыми, а керамика – пористой. Преимуществом пористой керамики является возможность ее обработки после обжига с помощью обычного твердосплавного инструмента[1], [2], [3]. Тип электропроводности керамики зависит от ее состава. Одни виды керамики имеют ионную электропроводность, другие – электронную или смешанную (ионную и электронную). Электрическая прочность керамики (Епр) зависит от ее состава и структуры, температуры и других факторов. Наибольшую Епр имеют плотные мелко-кристаллические материалы. По назначению электротехническую керамику подразделяют на установочную, конденсаторную и пористую. Установочная керамика, включающая в себя изоляторный фарфор и радиотехнические керамические материалы для панелей радиоламп, каркасов катушек, должна обладать минимальным коэффициентом потерь ε·tgδ. Ее преимуществами перед другими керамическими материалами является возможность изготовления крупногабаритных изделий сложной конфигурации, недефицитность сырья и простота технологии, и как следствие – низкая стоимость. Изоляторный фарфор имеет достаточно высокие электроизоляционные и механические свойства, практически не подвержен старению, термо-, радиационно- и химически стоек. Изоляторный фарфор содержит примерно одинаковое количество кристаллической и стекловидной фаз и несколько процентов газовой фазы в виде закрытых пор, что определяет его низкую влагопроницаемость. Наличие в стеклофазе щелочных оксидов приводит к высоким диэлектрическим потерям (tg δ ≈ 0,01), поэтому он не применяется на высоких частотах. Изоляторный фарфор изготавливается из каолина (Al2O3·2SiO2·2H2O) и других глин, полевого шпата (K2O·Al2O3·6SiO2), кварца и плавней для глазури. Тип электропроводности керамики зависит от ее состава. Одни виды керамики имеют ионную электропроводность, другие – электронную или смешанную (ионную и электронную). Электрическая прочность керамики (Епр) зависит от ее состава и структуры, температуры и других факторов. Наибольшую Епр имеют плотные мелко-кристаллические материалы. По назначению электротехническую керамику подразделяют на установочную, конденсаторную и пористую. Установочная керамика, включающая в себя изоляторный фарфор и радиотехнические керамические материалы для панелей радиоламп, каркасов катушек, должна обладать минимальным коэффициентом потерь ε·tgδ. Ее преимуществами перед другими керамическими материалами является возможность изготовления крупногабаритных изделий сложной конфигурации, недефицитность сырья и простота технологии, и как следствие – низкая стоимость. Изоляторный фарфор имеет достаточно высокие электроизоляционные и механические свойства, практически не подвержен старению, термо-, радиационно- и химически стоек. Изоляторный фарфор содержит примерно одинаковое количество кристаллической и стекловидной фаз и несколько процентов газовой фазы в виде закрытых пор, что определяет его низкую влагопроницаемость. Наличие в стеклофазе щелочных оксидов приводит к высоким диэлектрическим потерям (tg δ ≈ 0,01), поэтому он не применяется на высоких частотах. Изоляторный фарфор изготавливается из каолина (Al2O3·2SiO2·2H2O) и других глин, полевого шпата (K2O·Al2O3·6SiO2), кварца и плавней для глазури. Лучшими свойствами обладает радиофарфор, изготавливаемый из наиболее чистых глин, каолина и углекислого бария и вследствие этого содержащий меньше стекловидной фазы, и ультрафарфор. Хорошим высокочастотным диэлектриком является стеатит-керамический материал на основе талька (3MgO·4SiO2·H2O). При введение глин и плавней возникает система MgO·SiO2. Стеатит имеет малую усадку и хорошо обрабатывается шлифованием. Стеатитовую керамику применяют при изготовлении высокочастотных установочных деталей, высоковольтных, низковольтных и высокочастотных конденсаторов и изоляторов, в том числе, пористых для вакуумных приборов. Основу цельзиановой керамики составляет система BaO·Al2O3·2SiO2. Высокие электрические свойства такой керамики обусловлены преобладанием вначале электронной, а выше 600°C – ионной проводимости. Еще лучшими диэлектрическими свойствами и повышенной нагревостойкостью отличается алюмооксид – чистая окись Al2O3, но технология его изготовления пока дорога. При повышенных температурах керамика характеризуется низкими значениями tg δ, ТКР и температурного коэффициента диэлектрической проницаемости (ТКε); высокими значениями (ρv) и электрической прочности(Епр). Она технологична, но имеет низкую механическую прочность. Благодаря высоким электроизоляционным свойствам и малому значению ТКР она используется для производства каркасов высокостабильных катушек индуктивности и высоковольтных конденсаторов с большой реактивной мощностью. Берилиевая керамика. Брокерит (содержит более 95% ВеО) относится к вакуумно-плотным материалам с высокими диэлектрическими параметрами (ρv ≈ 1016 Ом·м, tg δ < 0,0003) и механической прочностью, очень высокой теплопроводностью (на порядок выше, чем у алюмооксидов). Недостатком является токсичность сырья и отходов, сложность технологии производства и высокая стоимость. Используются для изготовления подложек интегральных микросхем и в производстве мощных СВЧ-приборов. Конденсаторная керамика должна иметь высокие ε и ρ, и низкий tg δ. Она может быть получена как с линейной, так и с нелинейной поляризацией. Конденсаторная керамика с линейной поляризацией обладает повышенной ε и пониженной Епр. Важнейшей составляющей ее является рутил – TiO2. Для них характерны электронная, ионная, электронно-релаксационная и ионно-релаксационная поляризации. В области низких частот и высоких температур преобладает ионно-релаксационная поляризация с несколькими видами релаксаторов, ε велика, а ТКε > 0. При высоких частотах и преобладании электронной поляризации, усиленной полем решетки, ТКε < 0. Потери растут с ростом температуры. Из материалов на основе рутила известны тиконд-80 (ε ≈ 80) и тиконд-150 (ε ≈ 150). Они обладают большим отрицательным ТКε. Стронций-висмутовый титанит (SrTiO3·Bi2O3·nTiO2) имеет ε ≈ 1000. Керамика на основе ZrO2 обладает положительным ТКε. Изменяя составы исходных компонентов с различными знаками ТКε, получают материал для термостабильных конденсаторов, например термоконд, содержащий TiO2 и ZrO2. В процессе обжига образуется титанит цирконий ZrTiO4 с малым ТКε и ε≈ 40. Конденсаторная керамика с нелинейной поляризацией – это сегнетокерамика. Основным достоинством сегнетокерамики является высокая ε так как проявляется в ней спонтанная поляризация. Важнейший сегнетоэлектрик – BaTiO3. Он имеет поликристаллические строение, а потому изотропен и проявляет сегнетоэлектрические свойства во всех направлениях, механически прочен (выдерживает 200 МН/м2), но боится влаги, Θк= 125 °С. Его диэлектрические потери велики, низка Епр. Кроме BaTiO3 в качестве сегнетоэлектриков применяются и другие системы, обладающими различными точками Кюри (CdTiO3 – со структурой перовскита, Θк=200°C; PbNb2O6 при орторомбической структуре, Θк=150°C). Меняя состав керамики, можно регулировать ε сегнетоэлектриков в широком интервале. Конденсаторная керамика с нелинейной поляризацией – это сегнетокерамика, для которой характерна спонтанная поляризация. Основная область применения сегнетокерамики – диэлектрик в конденсаторах с большей удельной емкостью. Более подробно в сегнетоэлектрических материалах изложено в разделе 2 «Активные диэлектрики». Пористая керамика имеет пониженную ε (близкую к 1) из-за наличия большого количества газовых включений. Применяется в качетсве межэлектродной изоляции в электровакуумных лампах, что позволяет значительно уменьшить межэлектродные емкости в лампах. Свойства некоторых радиокерамических материалов представлены в таблице 5.11, а в таблице 5.12 - свойства керамических материалов.     Таблица 5.10 – Основные свойства стекол и ситаллов     Наименование материала   Плотность ×10-3, кг/м3   ТКЛР×106, 1/град   ρv, Ом·м при Т=20° С   ρv, Ом·м при Т=200°С   ε при f=1МГц   tgδ при f=1МГц Т=20° С     tgδ при f=1МГц Т=200°С   Епр, МВ/м   Тразмяг °С     Применение Кварцевое прозрачное 2,20 0,55 1014 1012 3,8 0,0002 0,0003 Газоразрядные лампы высокого давления Кварцевое непрозрачное 2,07 0,55 1012 1010 3,7 0,0003 0,0003 Трубы D=60-200 мм в произ- водстве полупроводниковых приборов диффузно-планар- ной технологии Щелочные без тяжелых окислов натриевые 2,20-2,75 2,6-5,0 1012 106-107 5,7-7,5 0,0003- -0,0007 0,01-0,1 - - Дляизготовления баллонов электроламп Щелочные без тяжелых окислов калиевые 2,20-3,0 2,6-9,0 1012 108-1010 7,0-11,0 0,0015- -0,003 0,003- -0,008 - - Щелочные с вы- соким содержа- нием тяжелых окислов 2,85-4,5 2,1-3,0 1012 1010-1011 3,2-12,8 0,0007- -0,0012 0,0012- -0,002 - - Ддя изготовления конденсато- ров, в изоляционных и оптических целях Термо- ситаллы с-15-12 2,53 0,12 2,2·1010