„Elektroceramika - jeden z najważniejszych rodzajów wyrobów ceramiki przemysłowej.”
Obecnie, przez ceramikę rozumie się wszystkie tworzywa i wyroby nieorganiczno-niemetaliczne, w trakcie otrzymywania których istotnym procesem jest obróbka cieplna. Klasyczny proces produkcji wyrobów ceramicznych polega na dokładnym wymieszaniu odpowiednich surowców, formowaniu, wysuszeniu i wypaleniu (jednokrotnym lub wielokrotnym). Proces wypalania odbywa się w piecach: tunelowych, komorowych oraz w piecach grafitowych i innych, często o kontrolowanej atmosferze wypalania. Temperatura wypalania mieści się w zakresie od 900 °C do 2000 °C. W wysokich temperaturach zachodzi zjawisko spiekania, w wyniku którego otrzymuje się czerep o pożądanej gęstości, znacznie mniejszej od gęstości surowca, ze względu na usunięcie wody podczas obróbki termicznej. Niektóre wyroby ceramiczne po wypaleniu pokrywa się szkliwem. Ze względu na ilość występujących materiałów i zastosowań nie da się wyodrębnić jej ogólnych parametrów. Ceramika przemysłowa jest zróżnicowana grupą produktów, a wśród najważniejszych rodzajów wyrobów ceramiki przemysłowej wyróżnić możemy ceramiczne wyroby ogniotrwałe, elektroceramikę, bioceramikę, ceramikę kanalizacyjną, pigmenty, farby i barwniki ceramiczne oraz ceramikę specjalną.
Z dużym powodzeniem ceramika stosowana jest w elektroceramice, stanowiącej wyroby, które ze względu na swoje właściwości znajdują zastosowanie w elektrotechnice, elektronice i elektrotermii. Stosuje się ją w materiałach izolacyjnych, podkładowych, piezoelektrycznych, magnesach ferrytowych, kondensatorach oraz elementach konstrukcyjnych. Wykazują one dużą wytrzymałość elektryczną i rezystywność, odporność na wysokie temperatury oraz małą stratność elektryczną.
Wyroby elektroceramiczne dzielimy na:
wyroby elektrotechniczne - wykonane z porcelany krzemionkowej, korundowej, cyrkonowej, mulitowej, ceramiki cezjanowej lub ceramiki zawierającej węglik krzemu lub tlenek cynku. Do wyrobów elektrotechnicznych zaliczamy:
izolatory stacyjne - służą do mocowania szyn, styków w odłącznikach oraz bezpieczników. Izolatory nie są obciążone mechanicznie, a istotne są tu siły elektrodynamiczne przy zwarciach - stąd konieczność zwiększania średnicy izolatora ku dołowi.
izolatory liniowe - stosowane w liniach elektroenergetycznych średniego napięcia i wysokiego napięcia oraz w rozdzielniach napowietrznych jako wsporniki szyn i części odłączników oraz bezpieczników.
izolatory przemysłowe
warystory - półprzewodnikowe podzespoły elektroniczne o nieliniowej charakterystyce rezystancji, zależnej od napięcia elektrycznego. Dla małych napięć wykazują one dużą rezystancję.
wyroby elektroniczne - wykonane z ultraporcelany, ceramiki steatytowej, tytanianów modyfikowanych ołowiem, cyrkonem lub barem, czystego tlenku glinu. Do wyrobów elektronicznych zaliczamy:
elementy piezoelektryczne - przetwarzają energię elektryczną w mechaniczną i odwrotnie. Odkształcenia sprężyste piezoelektryka wywołuje w nim powstanie wewnętrznego pola elektrycznego (efekt piezoelektryczny prosty) lub umieszczenie materiału w polu elektrycznym prowadzi do zmiany jego wymiarów (efekt piezoelektryczny odwrotny). Zjawisko piezoelektryczne posiada inny mechanizm niż zjawisko elektrostrykcji, które charakteryzują znacznie mniejsze odkształcenia i występuje ono we wszystkich materiałach.
kondensatory - to elementy elektryczne, zbudowany z dwóch przewodników (okładek) rozdzielonych dielektrykiem.
części konstrukcyjne
magnesy ferrytowe
obudowy
wyroby elektrotermiczne, które mają swoje zastosowanie jako ogniwa paliwowe, elementy grzejne pieców elektrycznych.
Jest to główny podział elektroceramiki, którego elementy możemy dalej charakteryzować według cech czy też właściwości. Ze względu na zachowanie materiału rozróżniamy: dielektryki ceramiczne, wyroby optoelektroniczne, piezoelektryki.
1. Dielektryki ceramiczne - są to materiały o strukturze polikrystalicznej uzyskanej przez spieczenie proszków. Pod nazwą dielektryki rozumie się potocznie materiały elektroizolacyjne.
Ich właściwości to:
- duża wytrzymałość mechaniczna;
- wysoka trwałość;
- duża ognioodporność zwykła;
- duża wytrzymałość elektryczna;
- duży opór właściwy;
- mały współczynnik strat dielektrycznych.
W zależności od właściwości fizycznych dielektryki dzielą się na:
Dielektryki I typu
Elektroizolacyjne materiały ceramiczne o liniowej zależności
polaryzacji od natężenia pola elektrycznego. Oparte na ceramicznych materiałach para elektrycznych.
Właściwości:
- nie wykazują histerezy elektrycznej
- przenikalność elektryczna względna poniżej 200
Zastosowanie:
- kondensatory niskonapięciowe
- obwody rezonansowe
- kompensacja cieplna obwodów radiotechnicznych
- kondensatory wysokonapięciowe
- kondensatory mocy
- kondensatory impulsowe o małych pojemnościach
Dielektryki II typu
Elektroizolacyjne materiały ceramiczne o nieliniowej zależności polaryzacji od natężenia pola elektrycznego. Oparte są na materiałach ferroelektrycznych o dużej przenikalności elektrycznej
Właściwości:
- zawierają domieszki pozwalające uzyskać najbardziej płaski przebieg funkcji e=f(T), mniejszą stratność, wiekszą rezystywność, większą wytrzymałość elektryczną oraz lepsze własności technologiczne
- przenikalność elektryczna (zależna od typu dielektryka)
1000-5000
2. Wyroby optoelektroniczne
Przezroczyste spieki lub warstwy ferroelektryczne. Po przyłożeniu pola elektrycznego materiał staje się mętny i ponownie staje się przezroczysty dopiero po spięciu na krótko układu elektrycznego.
Zastosowanie:
- modulacja światła,
- szybkie przełączanie sygnałów,
- wykonywanie wskaźników,
- wykonywanie elementów pamięci,
- wykonywanie osłon światłoszczelnych.
3. Piezoelektryki
Materiały ceramiczne wykazujące efekt piezoelektryczny, zwane także PZT. Są wykorzystywane do przetwarzania napięć i impulsów mechanicznych w elektryczne i odwrotnie. Ceramika piezoelektryczna jest materiałem drobnokrystalicznym złożonym z kryształów ferroelektrycznych, które mają strukturę domenową o określonych kierunkach polaryzacji.
Zastosowanie:
-nadajniki i odbiorniki dźwięku i ultradźwięków (aparaty słuchowe, mikropompy medyczne, głośniki wysokich częstotliwości, hydrolokatory, płuczki ultradźwiękowe, mikrofony i hydrofony);
- przetworniki piezoelektryczne w liniach opóźniających i filtrach urządzeń elektronicznych;
- czujniki ciśnienia, wilgotności, temperatury, akcelerometry;
- detonatory i zapalniki ładunków wybuchowych, zapalarki do
gazu.