Seramik malzemelerinin elektrik mühendisliği ve elektrik enerjisi endüstrisinde kullanımına örnekler

Seramik - karışık ve özel olarak işlenmiş ince öğütülmüş inorganik maddeler - modern elektrik mühendisliğinde yaygın olarak kullanılmaktadır. İlk seramik malzemeler tam olarak sinterleme tozları ile elde edildi, çünkü çoğu ortam için güçlü, ısıya dayanıklı, eylemsiz, düşük dielektrik kayıplara sahip, radyasyona dirençli, değişken nem, sıcaklık ve basınç koşulları altında uzun süreli çalışma yeteneğine sahip. Ve bu, seramiklerin olağanüstü özelliklerinin sadece bir parçası.

50'li yıllarda, ferritlerin (demir okside dayalı kompleks oksitler) kullanımı aktif olarak büyümeye başladı, daha sonra yüksek sıcaklıklı süper iletkenlerde kapasitörlerde, dirençlerde, yüksek sıcaklık elemanlarında özel olarak hazırlanmış seramikler kullanmaya çalıştılar. . Daha sonra, gerekli özelliklere sahip seramik malzemeler özel olarak geliştirildi ve yaratıldı - malzeme biliminde yeni bir bilimsel yön geliştirildi.

Seramiklerin üç fazlı yapısı kristal, camsı ve gaz fazlarından oluşur. Ana faz kristaldir, elde edilen malzemenin ana özelliklerini belirten katı çözeltiler veya kimyasal bileşiklerdir.

Vitreus fazı, bir bağlayıcı görevi gören kristaller veya ayrı ayrı mikropartiküller arasındaki bir katmandır. Gaz fazı malzemenin gözeneklerinde bulunur. Gözeneklerin varlığı, yüksek nem koşullarında, seramik kalitesini olumsuz etkiler.

1. Termistörler

Karışık geçişli metal oksit termistörlere termistör denir. Pozitif sıcaklık dayanımı katsayısı ve negatif sıcaklık dayanımı katsayısı (PTC veya NTC) ile birlikte gelirler.

Böyle bir detayın kalbinde, granüler nitrürlerin ve metal oksitlerin çok fazlı bir yapısını havada sinterleyerek yapılan seramik bir yarı iletken vardır.

Sinterleme yaklaşık 1200 ° C'lik bir sıcaklıkta gerçekleştirilir. Bu durumda, geçiş metalleri: nikel, magnezyum, kobalt.

Bir termistörün spesifik iletkenliği öncelikle oksidasyon derecesine ve elde edilen seramiğin mevcut sıcaklığına bağlıdır ve bir yönde veya başka bir şekilde iletkenlikte ek bir değişiklik, lityum veya sodyum formunda az miktarda katkı maddesi eklenerek elde edilir.

Termistörler küçüktür, tel uçları olan 0,1 mm ila 4 cm çapında boncuklar, diskler veya silindirler şeklinde yapılırlar. Platin tellere bir boncuk tutturulur, daha sonra boncuk 300 ° C'de sinterlenmiş camla kaplanır veya boncuk cam tüpün içine kapatılır.

Diskler durumunda, diske her iki taraftan metal bir kaplama uygulanır ve sonuçların lehimlenmesi sağlanır. Bu seramik parçalar genellikle çok sayıda elektrikli cihazın baskılı devre kartlarında ve termal sensörlerde bulunabilir.

Ayrıca web sitemize bakın:

Sıcaklık sensörlerinde termistörleri kullanma

Doğru sıcaklık sensörü nasıl seçilir

Termistör nem sensörlerinin cihazı ve çalışma prensibi

2. Isıtma elemanları

Seramik ısıtma elemanları, seramik malzemenin bir kılıfı ile çevrili dirençli (tungsten) bir teldir. Özellikle, aşırı sıcaklıklara dayanıklı ve kimyasal olarak agresif ortamlara karşı atıl endüstriyel kızılötesi ısıtıcılar üretilmektedir.

Bu elemanlarda oksijenin spirale erişimi hariç tutulduğu için, spiralin metali çalışma sırasında oksitlenmez.Bu tür ısıtıcılar on yıllarca çalışabilir ve içerideki spiral bozulmadan kalır.

Bu konuya bakın:

Modern ısıtma elemanları nasıl düzenlenir?

Isıtma elemanları ile seramik ısıtıcıların karşılaştırılması

Bir seramik ısıtma elemanının elektrik mühendisliğinde başarılı bir şekilde kullanılmasının bir başka örneği bir havyadır. Burada, seramik ısıtıcı, içinde ince dağılmış tungsten tozunun, bir alüminyum oksit çubuğunun etrafındaki bir tüpe yuvarlanan ve yaklaşık 1500 ° C'lik bir sıcaklıkta bir hidrojen ortamında pişirilen seramik ince bir substrata helisel olarak uygulandığı bir rulo şeklinde yapılır.

Eleman dayanıklıdır, yalıtımı yüksek kalitededir ve hizmet ömrü uzundur. Eleman karakteristik bir teknolojik oluğa sahiptir.

Seramik braketler hakkında daha fazla bilgi için buraya bakın - Modern elektrikli havyaların tasarımları

Seramik havya ısıtma oranı:

3. Varistörler

Varistör, terminallerine uygulanan voltajla ilişkili doğrusal olmayan bir dirence sahiptir, varistörün bu I-V karakteristiğinde, bir yarı iletken cihaza - iki yönlü bir zener diyotuna biraz benzer.

Bir varistör için seramik kristal yarı iletken, sinterleme yoluyla bizmut, magnezyum, kobalt vb. İlavesi ile çinko oksit temelinde yapılır. Şimşek veya keskin bir şekilde ayrılmış bir endüktif yük şokun kaynağı olsa bile, devreyi bir güç dalgalanmasından koruduğu anda çok fazla enerji dağıtabilir.

Çeşitli şekil ve boyutlarda seramik varistörler - AC ve DC voltaj ağlarında, düşük voltajlı güç kaynaklarında ve elektrik mühendisliğinin diğer uygulamalı alanlarında hizmet eder. Çoğu zaman, geleneksel olarak tel uçlu diskler şeklinde sunuldukları baskılı devre kartlarında varistörler bulunabilir.

Seramik varistörlerin teknolojide kullanımına örnekler:

Kablolamayı korumak için modüler parafudrlar

Ev aletleri için aşırı gerilim koruyucuları

Güç yarı iletken cihazları için aşırı gerilim koruması

4. Entegre devreler için seramik yüzeyler

Transistörler için ısı ileten yalıtım malzemeleri sadece silikon değil, aynı zamanda seramiktir. En popüler seramik alümina substratlardır; yüksek mukavemet, iyi ısı direnci, mekanik aşınmaya karşı direnç ve küçük dielektrik kayıpları ile karakterizedir.

Alüminyum nitrit substratlar, alüminaya göre 8 kat daha yüksek termal iletkenliğe sahiptir. Ve zirkonyum oksit, daha da yüksek mekanik mukavemet ile karakterizedir.

5. Seramik izolatörler

Elektroteknik porselenden yapılmış seramik izolatörler elektrik mühendisliğinde geleneksel olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek voltajlı ekipman onlarsız düşünülemez. Bu tür seramiklerin özelliği, teknolojik özelliklerinin karmaşık şekiller ve neredeyse her boyutta ürünler oluşturmanıza izin vermesidir. Bu durumda, porselenin sinterleme sıcaklığı aralığı, yalıtkanın ürünün tüm hacmi boyunca ateşlenmesi sürecinde yeterince iyi bir homojenlik elde etmek için yeterince geniştir.

Artan streslerle, elektroteknik porselenden yapılmış izolatörlerin boyutunun artırılmasına ihtiyaç vardır ve yağışa karşı mukavemet ve direnç, porselen kütlesini yüksek voltajlı elektrik mühendisliği için vazgeçilmez kılar. % 50 - kil ve kaolinler, elektrikli porselenin sünekliğini ve sertleştirilmiş durumda şekillendirilebilirliğini ve mukavemetini sağlarlar. Karışıma ilave edilen feldispat malzemeleri - sinterleme sıcaklık aralığını genişletin.

Her ne kadar birçok modern seramik malzeme elektroteknik porseleni bazı açılardan geçse de, teknolojik olarak porselen pahalı hammaddeler gerektirmez, ateşleme sıcaklığını arttırmaya gerek yoktur ve sünekliği başlangıçta mükemmeldir.

6. Süperiletkenler

En güçlü manyetik alanları oluşturmak için kullanılan süperiletkenlik olgusu (özellikle siklotronlarda kullanılır), akımın ısı kaybı olmadan bir süperiletkenden geçirilmesiyle gerçekleştirilir. Yukarıdaki sonucu elde etmek için, aynı anda hem süperiletkenlik hem de manyetik alanın bir arada bulunmasıyla karakterize edilen tip II süperiletkenler kullanılır.

Normal bir metalin ince filamanları numuneye nüfuz eder ve her filaman bir manyetik akı kuantumu taşır. Düşük sıcaklıklarda, azotun kaynama noktası bölgesinde (−196 ° C'nin üstünde), yine, iyi ayrılmış bakır-oksijen düzlemleri (cuprat bazlı süperiletkenler) olan seramikler kullanılmalıdır.

Süperiletkenlik kaydı, 2003 yılında keşfedilen Hg - Ba - Ca - Cu - O (F) seramik bileşiğine aittir, çünkü 400 kbar'lık bir basınçta, −107 ° C'ye kadar sıcaklıklarda bile bir süperiletken haline gelir. Bu süperiletkenlik için çok yüksek bir sıcaklıktır.

Bu konuda daha fazlasını görün: Yüksek sıcaklık süper iletkenliği ve uygulaması