Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 1. Всего 25. Конец слайда ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ часть 2

У диэлектриков очень широкая запрещённая зона. Поэтому свободные носители здесь практически отсутствуют. Основной причиной электропроводности является наличие в объёме и на поверхности ионов различных примесей. При высоких температурах проводимость может быть также обусловлена ионами самого материала. Различают объёмную и поверхностную проводимость. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 2. Всего 25. Конец слайда

Объёмная проводимость создаётся ионами примесей и ионами самого диэлектрика, которые, находясь в состоянии первоначального закрепления и совершая тепловые колебания, способны преодолеть силы взаимодействия с другими молекулами и перейти в новое положение временного закрепления, В отсутствие электрического поля направления перемещения ионов равновероятны, и ток равен нулю. При наличии поля движение ионов создаёт ток. Ток, создаваемый движением ионов, называют током сквозной проводимости. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 3. Всего 25. Конец слайда

Поверхностная проводимость обусловлена наличием влаги, загрязнениями, различными дефектами на поверхности диэлектрика. По способности реагировать на влагу различают гидрофобные и гидрофильные материалы. Гидрофобные практически не смачиваются, и их удельное сопротивление велико. Гидрофильные смачиваются (адсорбируют влагу), и на поверхности образуется непрерывный токопроводящий слой. Адсорбцией влаги обладают полярные и ионные диэлектрики. Для уменьшения поверхностной электропроводности эти материалы защищают гидрофобными покрытиями. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 4. Всего 25. Конец слайда

Диэлектрические потери Диэлектрическими потерями называют мощность, расходуемую электрическим полем на поляризацию диэлектрика. Эта мощность выделяется в виде тепла. Потери обусловлены медленными поляризациями и электропроводностью диэлектрика. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 5. Всего 25. Конец слайда

Электрическая прочность диэлектриков Диэлектрики – изоляционные материалы. Повышение напряжения свыше U ПР может привести к пробою диэлектрика Электрическая прочность ПР – минимальная напряжённость однородного электрического поля, приводящая к пробою диэлектрика. ПР d Д – толщина диэлектрика. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 6. Всего 25. Конец слайда

Электрический пробой Тепловой пробой Поверхностный пробой Электро- химическческий пробой Четыре разновидности пробоя диэлектриков Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 7. Всего 25. Конец слайда

Электрический пробой. Ударная ионизация атомов. Лавинообразный процесс нарастания тока. Развитие в течение …10 -5 с. Процесс обычно локализован в узкой области. Появляется разрядный канал, внутри которого повышается давление, что приводит к появлению трещин или к полному разрушению диэлектрика. Обычно этот вид пробоя наступает при ПР = 10 3 МВ/м Тепловой пробой наступает, когда количество теплоты, выделяемой в диэлектрике, превышает количество теплоты, отводимой от него в окружающую среду. Расплавление или обугливание Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 8. Всего 25. Конец слайда

Электрохимический пробой обусловлен медленными изменениями химического состава и структуры диэлектрика, которые развиваются под действием поля или разрядов в окружающей среде Поверхностный пробой. Пробивается воздух вблизи поверхности твёрдого диэлектрика. Появляется проводящий канал. Напряжения пробоя зависит от давления, температуры и влажности воздуха. Для предотвращения поверхностного пробоя поверхность изолятора делают ребристой. Эффективная мера борьбы – замена воздуха жидким диэлектриком Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 9. Всего 25. Конец слайда

Классификация диэлектрических материалов по функциям Электроизоляционные – для отделения друг от друга элементов схемы и для изоляции токоведущих частей. Обладают невысокой диэлектрической проницаемостью и большим удельным сопротивлением. Конденсаторные – для увеличения ёмкости конденсаторов. Они имеют повышенное значение и малый tgδ (тангенс угла потерь). Электроизоляционные Конденсаторные Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 10. Всего 25. Конец слайда

По особенностям строения 1. Полимерные материалы 9. Активные диэлектрики 8. Слюды 7. Волокнистые материалы 6. Резины 5. Радиокерамические материалы 4. Стёкла и ситаллы 3. Электроизоляционные лаки, эмали и компаунды 2. Пластмассы Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 11. Всего 25. Конец слайда

1. Полимерные материалы – высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа многократно повторяющихся звеньев (мономеров). В зависимости от пространственной структуры макромолекул подразделяются на Линейные – образуют цепочечную последовательность повторяющихся звеньев. Термопластичны. Пространственные – образуют пространственную сетку. Не размягчаются (термореактивный). Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 12. Всего 25. Конец слайда

2. Пластмассы – много композиционные материалы, состоящие из связующего вещества и наполнителей. Изделия из них изготовляют методом горячего прессования или литья под давлением. Корпуса РЭА, ламповые панельки, штепсельные разъёмы и т.д. Гетинакс Текстолит Стеклотекстолит. Стеклотекстолит отличается от гетинакса и текстолита повышенной механической прочностью и лучшими электрическими характеристиками. Слоистые пластики, облицованные красномедной фольгой с одной или с двух сторон, используются для изготовления печатных плат. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 13. Всего 25. Конец слайда

3. Электроизоляционные лаки, эмали и компаунды применяют для изоляции и защиты элементов РЭА от внешних воздействий. Электроизоляционные лаки Пропиточные лаки – для пропитки обмоток трансформаторов, дросселей и т.д. Покровные лаки – для создания на поверхности пропитанных обмоток и печатных плат электроизоляционных защитных покрытий. Эмальлаки – для тонкоплёночной изоляции обмоточных проводов. Клеящие лаки – для склеивания различных материалов. Электроизоляционные эмали Электроизоляционные эмали – лаки, в состав которых входят неорганические вещества, повышающие твёрдость и механическую прочность лаковой плёнки. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 14. Всего 25. Конец слайда

Компаунды - в основном состоят из тех же веществ, которые входят в состав лаковой основы электроизоляционных лаков, но не содержат растворителей. Пропиточные – служат для заполнения пор, капилляров и воздушных включений в электроизоляционных материалах, используемых для изоляции обмоток трансформаторов, вследствие чего повышается электрическая прочность материала. Заливочные – для герметизации радиокомпонентов и узлов РЭА. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 15. Всего 25. Конец слайда

4. Стёкла и ситаллы – сплавы из специально подобранных оксидов. Имеют аморфную структуру. Стёкла Кварцевое стекло = 3,2…3,5; tgδ = 0,0002; ПР = 35…40 МВ/м; = …10 15 Ом/м. Ситаллы – закристаллизованные стёкла, имеющие микрокристаллическую структуру. = 7,5…8,5; tgδ = (1…80)10 -3 ; ПР = 40…60 МВ/м; = 10 8 …10 12 Ом/м. Ситаллы хорошо шлифуются, благодаря чему находят применение в качестве подложек гибридных интегральных микросхем. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 16. Всего 25. Конец слайда

5. Радиокерамические материалы Установочные керамические материалы применяется для изготовления изоляторов и конструкционных деталей. Конденсаторные керамические материалы используются в качестве диэлектрика конденсаторов ( = 10…230; tgδ = 0,0001…0,0006). 6. Резины – для изоляции проводов и кабелей ( = 3…7; tgδ = 0,02…0,1). 7. Волокнистые материалы – дерево, бумага, картон, лакоткани ( = 7; tgδ = 0,01). Применяются в качестве изоляционных материалов. Специальная конденсаторная бумага – в качестве диэлектрика низкочастотных конденсаторов. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 17. Всего 25. Конец слайда

8. Слюды – водные алюмосиликаты с ярко выраженной слоистой структурой. В радиоэлектронике применяются: Мусковит. Высокочастотный диэлектрик ( 6…7, tgδ 0,0003). Способен работать при 500…600 С. В его состав входят K 2 O, Al 2 O 3, SiO 2, H 2 О. Флогопит. Низкочастотный диэлектрик ( 7, tgδ 0,0015). Способен работать при 800…900 С.В его состав кроме K 2 O, Al 2 O 3, SiO 2, H 2 О входит MgO. Фторофлогопит – синтетическая слюда ( 8, tgδ 0,0002). Способен работать до 1100 С. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 18. Всего 25. Конец слайда

9. Активные диэлектрики 1. Сегнетоэлектрики 2. Пьезоэлектрики 3. Пироэлектрики 4. Электреты Активные диэлектрики характеризуются сильной зависимостью от внешних энергетических воздействий, что позволяет осуществлять генерацию, усиление, модуляцию и другие преобразования электрических и оптических сигналов. Находят применение в устройствах функциональной электроники (УФЭ), отличительной чертой которых является не схемотехнические принципы их построения. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 19. Всего 25. Конец слайда

1. Сегнетоэлектрики - имеют доменную структуру и характеризуются спонтанной поляризацией, направление которой можно менять с помощью внешнего электрического поля. Следствием доменного строения сегнетоэлектриков является нелинейная зависимость их электрической индукции от напряжённости электрического поля и резко выраженная температурная зависимость диэлектрической проницаемости. Применение. 1. Для изготовления малогабаритных низкочастотных конденсаторов 2. Нелинейных конденсаторов (варикондов), ёмкость которых зависит от приложенного напряжения 3. Для ячеек памяти в вычислительной технике 4. Для модуляции и преобразования лазерного излучения Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 20. Всего 25. Конец слайда

2. Пьезоэлектрики - обладают сильно выраженным пьезоэффектом. Прямой пьезоэффект. Под действием механических напряжений происходит поляризация диэлектрика. На поверхности возникают электрические заряды, линейно зависимые от механических усилий. Обратный пьезоэффект. Изменение размеров диэлектрика под воздействием электрического поля. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 21. Всего 25. Конец слайда

Пироэлектрики. У них спонтанная поляризованность изменяется при изменении температуры. При неизменной температуре спонтанная поляризованность скомпенсирована свободными зарядами противоположного знака из-за процессов электропроводности и адсорбции заряженных частиц из окружающей атмосферы. При изменении температуры спонтанная поляризованность изменяется. Это сопровождается освобождением некоторого заряда на поверхности пироэлектрика. В подключённой цепи возникает электрический ток, пропорциональный скорости изменения температуры. Применяются для создания тепловых датчиков и приёмников лучистой энергии, принцип действия которых состоит в том, что при облучении зачернённой (поглощающей) поверхности кристалла происходит его нагрев и возникает импульс тока, регистрируемый электронной схемой. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 22. Всего 25. Конец слайда

Электреты. Способны длительное время сохранять поляризованное состояние и создавать в окружающем их пространстве электрическое поле, подобно тому, как постоянный магнит сохраняет и создаёт магнитное поле. Применяются 1. Для изготовления микрофонов 2. Телефонов 3. Механических вибраций 4. И др. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 23. Всего 25. Конец слайда

Контрольные вопросы 1. Поясните, почему у диэлектриков очень малая проводимость. 2. Укажите причины электропроводности диэлектриков. 3. У диэлектриков различают два вида проводимостей. Укажите их. 4. Укажите, чем создаётся объёмная проводимость. 5. Поверхностная проводимость обусловлена наличием … 6. Укажите различия между гидрофобными и гидрофильными материалами. 7. Диэлектрическими потерями называют мощность … 8. Электрическая прочность ПР это … 9. Перечислите четыре разновидности пробоя диэлектриков. 10. Укажите назначение и свойства изоляционных материалов. 11. Укажите назначение и свойства конденсаторных материалов. 12. Перечислите четыре вида активных диэлектриков. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 24. Всего 25. Конец слайда

Ответы на контрольные вопросы 1. У диэлектриков очень широкая запрещённая зона. Мало свободных носителей Наличие в объёме и на поверхности ионов различных примесей и 2. (при высоких температурах) обусловлена ионами самого материала. 3. Объёмная и поверхностная. 4. Объёмная проводимость создаётся ионами примесей и ионами самого диэлектрика 5. Поверхностная проводимость обусловлена наличием влаги, загрязнениями, различными дефектами на поверхности диэлектрика. 6. Гидрофобные практически не смачиваются, а гидрофильные смачиваются. Отсюда их проводимости. 7. Расходуемую электрическим полем на поляризацию диэлектрика. 8. Минимальная напряжённость однородного электрического поля, приводящая к пробою диэлектрика. 9. Электрический пробой, тепловой пробой, электрохимический пробой, поверхностный пробой. 10. Обладают невысокой диэлектрической проницаемостью и большим удельным сопротивлением. 11. Для увеличения ёмкости конденсаторов. Они имеют повышенное значение и малый tgδ. 12. Сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электреты. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства диэлектрических материалов. Слайд 26. Всего 25. Конец слайда