Ví dụ về việc sử dụng vật liệu gốm trong kỹ thuật điện và công nghiệp điện

Gốm sứ - hỗn hợp và xử lý đặc biệt các chất vô cơ nghiền mịn - được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện hiện đại. Các vật liệu gốm đầu tiên thu được chính xác bằng bột thiêu kết, do đó, mạnh, chịu nhiệt, trơ với hầu hết các phương tiện, có tổn thất điện môi thấp, chịu được bức xạ, có khả năng làm việc lâu dài trong điều kiện độ ẩm, nhiệt độ và áp suất của gốm. Và đây chỉ là một phần của các tính chất đáng chú ý của gốm sứ.

Vào những năm 50, việc sử dụng ferrites (các oxit phức tạp dựa trên oxit sắt) bắt đầu phát triển tích cực, sau đó họ cố gắng sử dụng gốm được chế tạo đặc biệt trong các tụ điện, điện trở, các nguyên tố nhiệt độ cao, để sản xuất các chất nền siêu nhỏ và bắt đầu vào cuối những năm 80, trong các chất siêu dẫn nhiệt độ cao . Sau đó, vật liệu gốm với các tính chất cần thiết đã được phát triển và tạo ra đặc biệt - một hướng khoa học mới trong khoa học vật liệu đã được phát triển.

Cấu trúc ba pha của gốm được hình thành từ: pha tinh thể, thủy tinh và khí. Pha chính là tinh thể, nó là dung dịch rắn hoặc hợp chất hóa học chỉ định các tính chất chính của vật liệu thu được.

Pha thủy tinh thể là một lớp giữa các tinh thể hoặc các vi hạt riêng lẻ đóng vai trò là chất kết dính. Pha khí nằm trong lỗ chân lông của vật liệu. Sự hiện diện của lỗ chân lông, trong điều kiện độ ẩm cao, ảnh hưởng xấu đến chất lượng gốm sứ.

1. Nhiệt điện

Hỗn hợp nhiệt oxit kim loại chuyển tiếp được gọi là nhiệt điện trở. Chúng đi kèm với một hệ số nhiệt độ dương của điện trở và một hệ số nhiệt độ âm của điện trở (PTC hoặc NTC).

Trung tâm của một chi tiết như vậy là một chất bán dẫn gốm được tạo ra bằng cách thiêu kết trong không khí một cấu trúc đa pha của nitrua dạng hạt và oxit kim loại.

Quá trình thiêu kết được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 1200 ° C. Trong trường hợp này, các kim loại chuyển tiếp là: niken, magiê, coban.

Độ dẫn điện cụ thể của nhiệt điện trở phụ thuộc chủ yếu vào mức độ oxy hóa và nhiệt độ hiện tại của gốm tạo ra, và sự thay đổi thêm về độ dẫn theo hướng này hay hướng khác đạt được bằng cách đưa vào một lượng nhỏ chất phụ gia dưới dạng lithium hoặc natri.

Nhiệt điện trở rất nhỏ, chúng được chế tạo dưới dạng hạt, đĩa hoặc hình trụ có đường kính từ 0,1 mm đến 4 cm, có dây dẫn. Một hạt được gắn vào dây bạch kim, sau đó hạt được phủ bằng thủy tinh được thiêu kết ở 300 ° C, hoặc hạt được niêm phong bên trong ống thủy tinh.

Trong trường hợp của đĩa, một lớp phủ kim loại được áp dụng cho đĩa từ cả hai phía, theo đó các kết luận được hàn. Những bộ phận gốm này thường có thể được tìm thấy trên bảng mạch in của rất nhiều thiết bị điện, cũng như trong các cảm biến nhiệt.

Xem thêm trên trang web của chúng tôi:

Sử dụng nhiệt điện trong cảm biến nhiệt độ

Cách chọn cảm biến nhiệt độ phù hợp.

Thiết bị và nguyên lý hoạt động của cảm biến độ ẩm nhiệt điện trở

2. Yếu tố làm nóng

Các bộ phận làm nóng bằng gốm là một dây điện trở (vonfram) được bao quanh bởi vỏ bọc bằng vật liệu gốm. Đặc biệt, máy sưởi hồng ngoại công nghiệp chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và trơ với môi trường hung hăng hóa học được sản xuất nói riêng.

Vì trong các nguyên tố này, việc tiếp cận oxy đến xoắn ốc bị loại trừ, kim loại của xoắn ốc không bị oxy hóa trong quá trình hoạt động.Máy sưởi như vậy có khả năng làm việc trong nhiều thập kỷ, và xoắn ốc bên trong vẫn còn nguyên.

Xem chủ đề này:

Các yếu tố sưởi ấm hiện đại được sắp xếp như thế nào?

So sánh các yếu tố làm nóng và lò sưởi gốm

Một ví dụ khác về việc sử dụng thành công một bộ phận làm nóng bằng gốm trong kỹ thuật điện là sắt hàn. Ở đây, lò sưởi gốm được chế tạo dưới dạng một cuộn, bên trong đó bột vonfram phân tán mịn được áp dụng một cách xoắn ốc vào chất nền gốm mỏng, được cuộn vào một ống xung quanh một thanh nhôm oxit và nung trong môi trường hydro ở nhiệt độ 1500 ° C.

Các yếu tố là bền, cách nhiệt của nó là chất lượng cao, và tuổi thọ dài. Các yếu tố có một rãnh công nghệ đặc trưng.

Để biết thêm thông tin về dấu ngoặc gốm, xem tại đây - Thiết kế của hàn điện hiện đại

Tốc độ gia nhiệt hàn gốm:

3. Biến thiên

Biến trở có điện trở phi tuyến kết hợp với điện áp đặt vào các cực của nó, trong đặc tính I-V này của varistor, nó có phần giống với một thiết bị bán dẫn - một diode zener hai hướng.

Chất bán dẫn tinh thể gốm cho một varistor được chế tạo trên cơ sở oxit kẽm với việc bổ sung bismuth, magiê, coban, vv bằng cách thiêu kết. Nó có thể tiêu tan rất nhiều năng lượng tại thời điểm bảo vệ mạch khỏi sự đột biến năng lượng, ngay cả khi sét hoặc tải cảm ứng bị ngắt kết nối mạnh mẽ hóa ra là nguồn gốc của cú sốc.

Bộ biến đổi gốm có hình dạng và kích cỡ khác nhau - phục vụ trong mạng điện áp AC và DC, trong các nguồn cung cấp điện áp thấp và trong các lĩnh vực ứng dụng khác của kỹ thuật điện. Thông thường người ta có thể tìm thấy các bóng bán dẫn trên các bảng mạch in, nơi chúng được trình bày theo truyền thống dưới dạng các đĩa có dây dẫn.

Ví dụ về việc sử dụng các bộ biến đổi gốm trong công nghệ:

Mô-đun tăng cường để bảo vệ hệ thống dây điện

Bảo vệ sốc điện cho các thiết bị gia dụng

Bảo vệ sốc điện cho các thiết bị bán dẫn điện

4. Chất nền gốm cho mạch tích hợp

Chất nền dẫn nhiệt cách điện cho bóng bán dẫn không chỉ bằng silicone mà còn bằng gốm. Phổ biến nhất là chất nền alumina gốm, chúng được đặc trưng bởi độ bền cao, khả năng chịu nhiệt tốt, chống mài mòn cơ học và có tổn thất điện môi nhỏ.

Chất nền nhôm nitride có độ dẫn nhiệt cao gấp 8 lần so với alumina. Và oxit zirconium được đặc trưng bởi độ bền cơ học cao hơn.

5. Chất cách điện gốm

Chất cách điện gốm làm bằng sứ điện kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện. Thiết bị điện cao thế là không thể tưởng tượng mà không có chúng. Điểm đặc biệt của loại gốm này là đặc tính công nghệ của nó cho phép bạn tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp và hầu hết mọi kích cỡ. Đồng thời, phạm vi nhiệt độ thiêu kết của sứ đủ rộng để có được sự đồng đều đủ tốt trong quá trình nung chất cách điện trong toàn bộ thể tích của sản phẩm.

Với sự căng thẳng ngày càng tăng, cần phải tăng kích thước của chất cách điện làm bằng sứ điện, và sức mạnh và khả năng chống mưa chỉ làm cho khối sứ không thể thiếu đối với kỹ thuật điện cao áp. 50% - đất sét và kaolin, chúng cung cấp độ dẻo của sứ điện, cũng như khả năng định dạng và độ bền của nó ở trạng thái cứng. Vật liệu Feldspar được thêm vào hỗn hợp - mở rộng phạm vi nhiệt độ thiêu kết.

Mặc dù nhiều vật liệu gốm hiện đại vượt qua sứ điện, ở một số khía cạnh, sứ công nghệ không đòi hỏi nguyên liệu đắt tiền, không cần phải tăng nhiệt độ nung, và độ dẻo của nó ban đầu rất tuyệt vời.

6. Chất siêu dẫn

Hiện tượng siêu dẫn được sử dụng để tạo ra từ trường mạnh nhất (đặc biệt, nó được sử dụng trong cyclotron) được thực hiện bằng cách truyền dòng điện qua chất siêu dẫn mà không mất nhiệt. Để đạt được kết quả này, các chất siêu dẫn loại II được sử dụng, được đặc trưng bởi sự cùng tồn tại của cả chất siêu dẫn và từ trường đồng thời.

Các sợi mỏng của một kim loại bình thường xuyên qua mẫu và mỗi dây tóc mang một lượng tử từ thông. Ở nhiệt độ thấp, trong khu vực điểm sôi của nitơ (trên −196 ° C), một lần nữa, gốm với các mặt phẳng oxy-đồng tách biệt (chất siêu dẫn dựa trên cuprate) phải được sử dụng.

Kỷ lục siêu dẫn thuộc về hợp chất gốm Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), được phát hiện vào năm 2003, vì ở áp suất 400 kbar, nó trở thành chất siêu dẫn ngay cả ở nhiệt độ lên tới −107 ° C. Đây là nhiệt độ rất cao cho tính siêu dẫn.

Xem thêm về chủ đề này: Siêu dẫn nhiệt độ cao và ứng dụng của nó