DIELEKTRYKI

DIELEKTRYKI

[gr.], ciała bardzo słabo przewodzące prąd elektryczny,

opór właściwy (rezystywność elektryczna) jest większy od 10

7

-10

8

m;

dielektryki mają bardzo mało swobodnych ładunków elektrycznych , a o
ich właściwościach elektrycznych decydują ładunki związane, mogące
wykonywać tylko ograniczone ruchy względem położeń równowagi; zewn.
pola elektrycznego powodują polaryzację dielektryków — niewielkie
przesunięcie ładunków dodatnich i ujemnych względem siebie;
indukowane pole elektr. częściowo kompensuje wewnątrz dielektryków
zewnętrzne pole elektr.; najważniejszą wielkością charakteryzującą
dielektryki jest przenikalność elektryczna; przenikalność elektr.
dielektryków zależy od częst. zmian zewn. pola elektr, a niektórych
dielektryków, np, kryształów jonowych, także od temperatury;
dielektrykami mogą być zarówno ciała stale jak ciecze i gazy; wg teorii
pasmowej ciała stale są dielektrykami jeśli przerwa energ. między
pasmami podstawowym i przewodnictwa jest większa od 2 eV; dielektryki
mają ogromne zastosowanie prakt., gł. w konstrukcjach elektro- i
radiotechnicznych. 

Własności dielektryków

Dielektryki charakteryzują się własnościami elektrycznymi, których
wartości w głównej mierze określają ich przydatność do spełniania zadań
w aparaturze elektronicznej.

Są to:

- Wytrzymałość dielektryczna
- Oporność właściwa skrośna i powierzchniowa
- Przenikalność elektryczna względna
- Współ strat dielektrycznych

Inne własności dielektryków:

a) Mechaniczne

- Wytrzymałość

- Rozciąganie
- Zginanie
- Udarność

b) Fizyczne

- Gęstość
- Lepkość
- Rozszerzalność cieplna
- Odporność na temperaturę

c) Chemiczne

- Odporność na utlenianie
- odporność na działanie kwasów i zasad

d) Technologiczne

-Podatność na procesy obróbkowe
-Podatność na odkształcenia plastyczne
-Skrawalność
-Zdolność do spiekania

Istotną cechą materiałów dielektrycznych jest ich postać. Wytwarza się
z nich arkusze, taśmy, płytki jedno- i wielowarstwowe oraz wypraski
kształtowe. Jeszcze inną postać mają materiały stosowane do przerobu
np. proszki prasowalnicze lub granulki z tworzyw sztucznych.

Niektóre materiały w postaci ciekłej wykorzystuje się jako kleje, syciwa
do materiałów warstwowych oraz izolacyjne oleje kablowe i
transformatorowe.

Duże znaczenie mają wszelkiego rodzaju zalewy stosowane do
hermetyzacji urządzeń narażonych na wpływy atmosferyczne.

Dielektryk
(kabel
koncentryczny)

Dielektryki ciekłe i gazowe.

Rodzaje dielektryków gazowych

-Argon

- zastosowanie w żarówkach, lampach wyładowczych,

świetlówkach, prostownikach rtęciowych w bańkach komórek
fotoelektrycznych.

-Neon-

zastosowanie identyczne jak argon + lampy jarzeniowe

-Hel

– ze względu na wysoką cenę ma stosunkowo małe zastosowanie.

-Azot

-gaz obojętny chemicznie. Często stanowi atmosferę ochronną w

transformatorach olejowych. Występuje również w kondensatorach
wysokonapięciowych jako dielektryk.

-Dwutlenek węgla-

wykorzystywany w urządzeniach wymagających

intensywnego chłodzenia (jako suchy lód)

-Wodór

-stosowany jako gaz redukujący w procesach oczyszczania

powierzchni metalowych elementów urządzeń próżniowych (redukcja
tlenków). Wykorzystywany także jako gaz palny wraz z tlenem umożliwia
osiągnięcie bardzo wysokiej temperatury, niezbędnej przy spawaniu
wysokotopliwych metali oraz w obróbce szkieł kwarcowych.

Podział dielektryków ciekłych.

1.

Oleje-

są otrzymywane z ropy naftowej i stanowią mieszaninę

różnych węglowodorów.

Ich produkcja polega na destylacji próżniowej ropy naftowej i

rozdzieleniu frakcji .Surowy destylat podlega rafinacji w celu
usunięcia szkodliwych związków nienasyconych oraz takich,
które w swojej cząsteczce zawierają prócz węgla i wodoru
również inne pierwiastki.

W wyniku skomplikowanych procesów fizykochemicznych

otrzymuje się oleje o różnych własnościach użytkowych, a
mianowicie oleje transformatorowe, kablowe, kondensatorowe i
inne. Obecnie duże zastosowanie w elektrotechnice znajdują
oleje silikonowe, będące związkami krzemo-organicznymi.
Odznaczają się one stałością własności w dużym zakresie
temperatury. Na wyróżnienie zasługuje ich odporność na
utlenianie, dobre własności smarne i izolacyjne.

2. Woski-

ze względu na ich własności mają zastosowanie jako

syciwa materiałów włóknistych oraz składniki zalew i mas
nasycających.

Można je podzielić na woski (właściwe) i materiały woskowe.

-Do wosków zalicz się: wosk pszczeli, wosk karnauba (z liści palmy

brazylijskiej) oraz wosk montana otrzymywany przez ekstrakcję
benzyną z węgla brunatnego.

-Materiały woskowe obejmują dwie grupy: woski mineralne

wytwarzane jako mieszaniny nasyconych węglowodorów (parafina,
ozokeryt, cerezyna) oraz woski syntetyczne (chlorowane
naftaleny).

Woski zaliczamy do materiałów ciekłych o bardzo dużej lepkości.

W obniżonej temperaturze mają one niektóre cechy stanu stałego.

Materiały izolacyjne stałe

organiczne.

Najważniejsze dielektryki organiczne stałe są pochodzenia

przetworzonej celulozy. Drugą grupę materiałów tego typu stanowią
tworzywa sztuczne.

Celuloza-

stanowi główny składnik drewna lub włókien roślinnych. Do

zastosowań elektrycznych jest ona otrzymywana przez mechaniczną i
chemiczną przeróbkę surowców drzewnych. Jako podstawowe surowce
stosuje się drewno sosny i świerka oraz słomę zbożową, trzcinę, len,
konopie. Produkty wytworzone z celulozy w postaci cienkich arkuszy
lub taśm mają zastosowanie jako bibułka kondensatorowa.

Papier

przeznaczony do celów elektroizolacyjnych nasyca się olejami,

parafiną lub substancjami asfaltowymi. Inną metodą przetwórstwa
papieru jest jego laminowanie. Polega na sklejeniu pod prasą kilku
warstw papieru z użyciem tworzyw sztucznych. Na tak uformowaną
płytkę nakłada się cienką folię miedzianą.

Rodzaje papieru

1. elektroizolacyjny

2. Laminowany

3. preszpan

4. Bibułka kondensatorowa

Aby polepszyć własności papieru dodajemy:

-węglan wapnia
- kaolin
- talk

Materiały dielektryczne

nieorganiczne

.

Do tej grupy dielektryków zalicza się: materiały ceramiczne, szkło i mikkę.

Ceramika

-materiały ceramiczne są zbudowane z faz utworzonych ze

związków

pierwiastków metalicznych i niemetalicznych. Odznaczają się one

odpornością na wpływy podwyższonej temperatur, a ich temperatura
topnienia znacznie przekracza temperaturę topnienia metali.

Ceramikę dzieli się na: konstrukcyjną, kondensatorową, porowatą.

Z ceramiki konstrukcyjnej-

wytwarza się izolatory wsporcze,

przepustowe, korpusy cewek, korpusy przełączników i wyłączników oraz
płyty nośne obwodów wypalanych. Do tej grupy materiałów zalicz się:

- porcelanę elektrotechniczną i radiotechniczną
- ceramikę z krzemianów magnezu
- ceramikę korundową

Ceramika kondensatorowa-

odznacz się dużą przenikalnością

dielektryczną.

Do tej grupy zalicza się materiały zawierające głównie:

- rutyl
- tytanian magnezu
- ferrodielektryki

Do ceramik porowatych-

zalicza się wyroby nieszkliwione,

przeznaczone do pracy w urządzeniach próżniowych. Dzięki
porowatości odkrytej można łatwo usunąć z elementów
konstrukcyjnych gazy, których obecność w urządzeniach psułaby jego
pracę. Do tej grupy materiałów zalicz się ceramikę szamotową,
porowaty steatyt, porowatą ceramikę korundową.

Etapy produkcji wyrobów ceramicznych

a)

przygotowanie masy

b)

formowanie wyrobów z mas ceramicznych

c)

suszenie

d)

wypalanie

Szkło-

jest produktem powstającym w wyniku stapiania substancji

nieorganicznych, który mimo stwardnienia nie ma budowy
krystalicznej.

Podział szkła

a) ze względu na skład chemiczny

- sodowo-wapniowe
- boro-krzemowe
- ołowiane
- krzemionkowe

b) ze względu na zastosowanie

- budowlane
- gospodarcze
- techniczne
- do opakowań

c) szkła specjalne

-

elektroizolacyjne - służy do wytwarzania kondensatorów i izolatorów.

- próżniowe - służy do wyrobu żarówek, przyrządów elektryzowanych.

- sproszkowane – stosowane jako smary.
- spiekane – stosowane jako filtry i sączki.
- metalizowane – zastosowanie w termosach.

Mika-

jest minerałem kopalnym wydobywanym w postaci bloków. Ze

względu na budowę warstwową daje się łatwo dzielić na płytki o grubości
0,05…0,175mm. Operację dzielenia wykonuje się ręcznie. Mika jest w
urządzeniach elektronicznych stosowana na dielektryczne przekładki w
kondensatorach, a ponadto na elementy konstrukcyjne w lampach
elektronowych. Jako materiał dielektryczny stosuje się dwie jej odmiany:
mikę potasową oraz mikę potasowo-magnezową.

Przygotował

Radosław Wnęk