8. Електроізоляційне скло

Склом називають тверді аморфні тіла, одержані шляхом переохолодження розплаву окисів (незалежно від їх хімічного складу), які набувають внаслідок поступового підвищення в’язкості механічних властивостей твердих тіл. Процес переходу із рідкого стану в твердий є зворотній.

За хімічним складом розрізняють такі основні типи скла: оксидні, галогенідні, халькогенідні (на основі сульфідів, селенідів та телуридів).

Найбільше поширення знайшли оксидні стекла. Вони в свою чергу діляться на силікатні, боратні, фосфатні, германатні, алюмосилікатні.

Властивості стекол дуже різноманітні і залежать від їх складу.

Найбільш високі показники механічних властивостей мають кварцове та безлугове скло, а найбільш низькі у стекол з підвищеним вмістом оксидів свинцю та бору. Густина стекол знаходиться в межах D = 220...8000 кг/м³. Найбільшу стійкість до впливу вологи має кварцове скло.

Електричні властивості стекол також в значній мірі залежать від їх складу. Найменшу електропровідність має кварцове скло, а найбільшу високолугові стекла. Найменшу діалектичну проникність ( = 3,1...3.8) мають кварцове скло та склоподібний борний ангідрид. При наявності в складі стекол оксидів свинцю та барію їх діелектрична проникність значно підвищується (до 20). Електрична міцність стекол майже не залежить від їх складу і становить Е_пр = 17..80 МВ/м. Температура розм’якшення – 400…1600 ⁰С.

Кварцове скло застосовується для виготовлення високовольтних ізоляторів повітряних ліній електропередач, ламп, котушок, деталей електровакуумних приладів та ін.

Напівпровідникові стекла застосовують при виготовленні терморезисторів, фоторезисторів, світлофільтрів та ін.

Склоемалі – це легкоплавкі стекла, які призначені для покриття поверхні різних виробів. В електроапаратобудівництві вони використовуються для одержання міцного та нагрівостійкого електроізоляційного покриття на металі, а також для обладнання вводів в металеві вакуумні прилади. Також вони використовуються для покриття трубчатих резисторів та як діелектрик в деяких типах конденсаторів.

9 Електроізоляційна кераміка

Керамікою називають матеріали, одержані шляхом спікання при обпалюванні порошків різних мінеральних речовин (каоліну, кварцу, гіпсу, крейди та ін.), попередньо сформовані у вироби тим чи іншим способом.

З керамічних електроізоляційних матеріалів в електротехніці най ширше застосовують фарфор. Він складається з каоліну, кварцу і польового шпату. Складові частини фарфору подрібнюють, перемішують з водою. З одержаної маси різними способами виготовляють вироби необхідної форми, потім їх сушать, глазурують і обпалюють.

Глазурування – це покриття поверхні виробу тонким шаром глазурі (речовина за складом подібна до скла), яка після обпалювання перетворюється у блискуче склоподібне покриття. Глазур покращує механічні та електроізоляційні якості фарфору.

Так як при обпалюванні виробів із фарфору їх розміри зменшуються (усадка) то їх виготовляють приблизної форми.

Електротехнічний фарфор має густину D = 2500...3300 кг/м³, питомий об’ємний опір _v = 10¹²...10¹³ Ом∙м, діелектричну проникність  = 6...7, електричну міцність Е_пр = 20...28 МВ/м. Границя міцності фарфору при стисненні  = 400...700 МПа.

Призначення фарфору – виготовлення низько та високовольтних ізоляторів та установчої кераміки.

Основним недоліком фарфору є порівняно високий tg (близько 0,02), який може значно збільшуватися при підвищенні температури та частоти. Це перешкоджає його застосуванню в якості ізоляції на високих частотах та при високих температурах.

На сьогоднішній день існують як поліпшені сорти фарфору так і зовсім нові керамічні матеріали, відмінні від фарфору за складом із поліпшеними властивостями.

Радіофарфор – фарфор доповнений важким оксидом ВаО . Застосовують для виготовлення котушок індуктивності, лампових панелей, антенних ізоляторів.

Ультрафарфор – поліпшений радіофарфор із великим вмістом Al₂O₃. Він має менший tg, підвищену механічну міцність та теплопровідність.

Високоглиноземиста кераміка здебільшого складається із корунду. Вона має значну нагрівостійкість (до 1600⁰С) , високу механічну міцність і теплопровідність. Діелектрична проникність такої кераміки наближається до 10, вона має значно менший tg порівняно із фарфором, навіть при підвищених температурах.