Материалы керамические электротехнические (МКЭ) представляют собой группу керамических материалов, полученных из неметаллических соединений методом спекания и обладающих свойствами, позволяющими их использование в электротехнике и электронике. Относятся к группе неорганических соединений.
Классификация электротехнической керамики
Электротехническую керамику (ЭК) классифицируют по ряду присущих ей признаков (состав, структуре, назначению, свойствам). Кроме того, ЭК подразделяют на четыре категории – магнитную, диэлектрическую, полупроводниковую, проводниковую.
Классификация МКЭ по назначению представлена в таблице (см. табл. 1).
Таблица 1
Основные свойства электротехнической керамики
К наиболее важным свойствам ЭК относят электрофизические и химические. К ним относятся:
- Электрическая прочность;
- Электрическое сопротивление;
- Диэлектрическая проницаемость;
- Диэлектрические потери;
- Химическая стойкость.
Под электрической прочностью подразумевается способность МКЭ выдерживать приложенное к нему электрическое напряжение до пробоя. Величина напряжения пробоя определяет прочность ЭК. Измеряется в кВ/мм, кВ/см. Например, фарфоровые изоляторы имеют среднее пробивное напряжение от 20 до 250 кВ/см.
Электрическое сопротивление – физическая величина, характеризующая противодействие ЭК электротоку. Измеряется в Ом/см². Для фарфоровых изделий соответствует 1011-1015 Ом/см².
Диэлектрическая проницаемость – величина, показывающая, во сколько раз ослабевают силы взаимодействия точечных электрических зарядов, помещенных в данное вещество, по сравнению с силами взаимодействия их в вакууме. Для фарфора числовое значение составляет от 4 до 10000.
Диэлектрические потери – явление выделения тепла в МКЭ в следствие превращения электрической энергии в тепловую. Вызывают перегрев материала, приводящий к ухудшению изолирующих свойств и даже разрушению.
Химическая стойкость – способность МКЭ сопротивляться воздействию агрессивных сред – кислот, щелочей, солей в их жидком и газообразном состоянии.
Материалы, изготовленные из электротехнической керамики, подвергаются различным видам испытаний по определению их технических характеристик с целью возможности применения по назначению.
Изделия из электротехнической керамики
Для этого разработан ряд руководящих документов, определяющих методы испытаний. Одним из них является ГОСТ 24409-80.
ГОСТ 24409-80
Стандарт устанавливает методы испытаний МКЭ для изоляторов, использующихся в сети с частотой до 100 Гц при постоянном и переменном напряжениях.
Выбор образцов для испытаний производится в соответствии с таблицей ГОСТ.
Испытания проводятся при комнатной температуре согласно требованиям ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 6433.1-71.
В качестве примера рассмотрим методику проведения испытаний МКЭ на определение электрической прочности.
Образцы в виде дисков подбираются согласно п. 8 таблицы 2. Размеры должны соответствовать табличным (см. табл. 3).
Таблица 3
Лабораторное оборудование и материалы. Для определения значения электрической прочности применяется установка по ГОСТ 6433.3-71 с погрешностью измерений до 3 %.
Материал электродов – коллоидный графит (допускается серебро, медь, алюминий). Между электродами и образцом должен обеспечиваться хороший контакт.
Вспомогательные электроды изготавливаются из латуни (альтернативный вариант – нержавеющая сталь) в соответствии со схемами в ГОСТ.
Проведение испытаний. Электрическая прочность МКЭ определяется по ГОСТ 6433.3-71.
Напряжение, соответствующее половине пробивного, устанавливают быстро. Затем его начинают плавно поднимать со скоростью, обеспечивающей пробой в течение 10-20 с от момента повышения. После пробоя образца фиксируют значение его величины и прекращают испытания.
С целью устранения возникающих поверхностных разрядов испытание образца проводится в электроизоляционной жидкости с удельным сопротивлением не менее 108 Ом *м.
Далее производится обработка полученных результатов с помощью математических формул. Конечный результат обработки – определение числового значения электрической прочности МКЭ.
Кроме рассмотренного метода испытаний настоящий стандарт определяет методику определения других характеристик электротехнической керамики (см. п. п. 1-11 табл. 2).
По завершению всех испытаний составляется протокол, содержащий:
- Наименование материала;
- Вид и метод испытания;
- Предприятие-изготовитель;
- Дату и способ изготовления образца;
- Состояние поверхности;
- Форму и размеры образцов;
- Число образцов;
- Результаты отдельных испытаний;
- Среднее выборочное значение результатов испытаний;
- Дату и место проведения испытаний;
- Фамилию лица, проводившего испытания.