דוגמאות לשימוש בחומרים קרמיים בתעשיית הנדסת חשמל וכוח חשמלי

קרמיקה - מעורבים וטופלו במיוחד בחומרים אורגניים טחונים דק - משמשת הרבה בהנדסת חשמל מודרנית. החומרים הקרמיים הראשונים מאוד הושגו בדיוק על ידי סינון אבקות, שבגללן חומר חזק, עמיד בחום, אינרטי לרוב המדיות, עם הפסדים דיאלקטריים נמוכים, עמיד בפני קרינה, המסוגל לעבוד לאורך זמן בתנאים של לחות משתנה, טמפרטורה ולחץ של הקרמיקה. וזה רק חלק מהתכונות המופלאות של קרמיקה.

בשנות ה -50, השימוש בפרות (תחמוצות מורכבות על בסיס תחמוצת ברזל) החל לצמוח באופן פעיל, ואז ניסו להשתמש בקרמיקה שהוכנה במיוחד בקבלים, נגדים, אלמנטים בטמפרטורה גבוהה, לייצור מצעי מיקרו-מעגלים, והחל בסוף שנות ה -80, במוליכי-על בטמפרטורה גבוהה. . בהמשך, חומרים קרמיים עם התכונות הנדרשות פותחו ויצרו במיוחד - התפתח כיוון מדעי חדש במדע החומרים.

המבנה התלת-פאזי של הקרמיקה נוצר מ: שלבי גביש, זיגוג וגז. השלב העיקרי הוא גבישי, מדובר בתמיסות מוצקות או בתרכובות כימיות המפרטות את התכונות העיקריות של החומר המתקבל.

השלב הזגוגי הוא שכבה בין הגבישים או חלקיקי המיקרו הפרטיים המשמשים כקלסר. שלב הגז נמצא בנקבוביות החומר. הימצאות נקבוביות בתנאי לחות גבוהה משפיעה לרעה על איכות הקרמיקה.

1. תרמיסטורים

תרמיסטורים תחמוציים מתכתיים המעורבים נקראים תרמיסטורים. הם מגיעים עם מקדם טמפרטורה חיובי של התנגדות ומקדם טמפרטורה שלילי של התנגדות (PTC או NTC).

בלבו של פרט כזה נמצא מוליך למחצה קרמי המיוצר על ידי סינון באוויר מבנה רב-שלבי של ניטרידים גרגירים ותחמוצות מתכת.

פליטה מתבצעת בטמפרטורה של בערך 1200 מעלות צלזיוס. במקרה זה, מתכות המעבר הן: ניקל, מגנזיום, קובלט.

המוליכות הספציפית של תרמיסטור תלויה בעיקר במידת החמצון ובטמפרטורה הנוכחית של הקרמיקה המתקבלת, ושינוי נוסף במוליכות לכיוון זה או אחר מושגת על ידי הכנסת כמות קטנה של תוספים בצורה של ליתיום או נתרן.

תרמיסטורים הם זעירים, הם עשויים בצורת חרוזים, דיסקים או צילינדרים בקוטר 0.1 מ"מ עד 4 ס"מ, עם מובילי חוט. חרוז מחובר לחוטי הפלטינה ואז החרוז מכוסה בזכוכית המוטה ב -300 מעלות צלזיוס, או שהחרוזה אטומה בתוך צינור הזכוכית.

במקרה של דיסקים, מוחל על הדיסק ציפוי מתכת משני הצדדים, אליו מוחמקים המסקנות. ניתן למצוא לעתים קרובות חלקים קרמיים אלה על מעגלים מודפסים של מכשירים חשמליים רבים מאוד, כמו גם בחיישנים תרמיים.

ראו גם באתר שלנו:

באמצעות תרמיסטורים בחיישני טמפרטורה

כיצד לבחור את חיישן הטמפרטורה הנכון

המכשיר ועקרון הפעולה של חיישני לחות תרמיסטור

2. גופי חימום

גופי חימום קרמיים הם חוט התנגדות (טונגסטן) מוקף נדן של חומר קרמי. בפרט מיוצרים תנורי אינפרא אדום תעשייתיים העמידים בפני קיצוני טמפרטורה ואינרטיביים לסביבות אגרסיביות כימית.

מכיוון שביסודות אלה גישה של חמצן לספירלה אינה נכללת, המתכת של הספירלה אינה מתחמצנת במהלך הפעולה.תנורי חימום כאלה מסוגלים לעבוד במשך עשרות שנים, והספירלה בפנים נותרת על כנה.

ראה נושא זה:

כיצד מסדרים גופי חימום מודרניים?

השוואה בין גופי חימום ומחממי קרמיקה

דוגמא נוספת לשימוש מוצלח בגוף חימום קרמי בהנדסת חשמל היא מלחם. כאן, מחמם הקרמיקה מיוצר בצורת גליל, שבתוכו מוחל אבקת טונגסטן מפוזרת דק על גבי מצע דק קרמי, שמגולגל לצינור סביב מוט תחמוצת אלומיניום ונאפה במדיום מימן בטמפרטורה של בערך 1500 מעלות צלזיוס.

האלמנט עמיד, הבידוד שלו באיכות גבוהה וחיי השירות שלו ארוכים. לאלמנט יש חריץ טכנולוגי אופייני.

למידע נוסף על סוגריים קרמיים, ראה כאן - עיצובים של מגהלי הלחמה חשמליים מודרניים

קצב חימום ברזל הלחמה קרמי:

3. Varistors

לווריסטור יש התנגדות לא ליניארית הקשורה למתח המופעל על המסופים שלו, במאפיין ה- I-V הזה של הווריסטור הוא דומה במקצת למתקן מוליכים למחצה - דיודה זנר דו-כיוונית.

מוליך למחצה גבישי קרמי לווריסטור מיוצר על בסיס תחמוצת אבץ בתוספת ביסמוט, מגנזיום, קובלט וכו 'על ידי סינון. הוא מסוגל לפזר אנרגיה רבה ברגע ההגנה על המעגל מפני מתח חשמלי, אפילו אם ברק או עומס אינדוקטיבי מנותק באופן חד מתברר כמקור ההלם.

וריסטורים קרמיים בצורות וגדלים שונים - משמשים ברשתות מתח AC ו DC, באספקת חשמל מתח נמוך ובאזורים יישומיים אחרים של הנדסת חשמל. לרוב ניתן למצוא varistors על מעגלים מודפסים, שם הם מוצגים באופן מסורתי בצורה של דיסקים עם מובילי חוט.

דוגמאות לשימוש בוסטרים קרמיים בטכנולוגיה:

מפסקי מתח מודולריים להגנת החיווט

מגני מתח למכשירים ביתיים

הגנה מפני מתח מפני התקנים מוליכים למחצה

4. מצעים קרמיים למעגלים משולבים

בידוד מצעי מוליך חום לטרנזיסטורים הם לא רק סיליקון, אלא גם קרמיקה. הפופולריים ביותר הם מצעי אלומינה קרמיקה; הם מאופיינים בחוזק גבוה, עמידות בחום טוב, עמידות בפני שחיקה מכנית ויש להם הפסדים דיאלקטריים קטנים.

מצעי אלומיניום ניטריד הם בעלי מוליכות תרמית גבוהה פי 8 לעומת אלומינה. ותחמוצת זירקוניום מאופיינת בחוזק מכני גבוה עוד יותר.

5. מבודדי קרמיקה

מבודדי קרמיקה עשויים חרסינה אלקטרוטכנית משמשים באופן מסורתי בהנדסת חשמל. לא ניתן להעלות על הדעת ציוד מתח גבוה. המוזרות של קרמיקה מסוג זה היא שהתכונות הטכנולוגיות שלה מאפשרות לך ליצור מוצרים בעלי צורות מורכבות וכמעט בכל גודל. יחד עם זאת, טווח הטמפרטורה של הסינטה של ​​חרסינה הוא רחב מספיק כדי להשיג אחידות מספיק טובה בתהליך ירי הבידוד לאורך כל נפח המוצר.

עם מתחים הולכים וגוברים, יש צורך להגדיל את גודל המבודדים העשויים מפורצלן אלקטרוטכני, והחוזק והעמידות בפני משקעים הופכים את מסת החרסינה לבלתי אפשרית להנדסת חשמל גבוהה. 50% - חימר וקאולינים, הם מספקים את השמישות של חרסינה חשמלית, כמו גם את צורתיותם וכוחו במצב התקשה. חומרי שדה שדה שנוספו לתערובת - הרחב את טווח הטמפרטורה של הסינדר.

למרות שרבים מחומרים קרמיים מודרניים עולים על פורצלן אלקטרוטכני מבחינות מסוימות, פורצלן מבחינה טכנולוגית אינו דורש חומרי גלם יקרים, אך אין צורך להעלות את טמפרטורת הירי, ודברותיותו מצוינת בהתחלה.

6. מוליכי-על

תופעת מוליכות העל המשמשת ליצירת השדות המגנטיים החזקים ביותר (בפרט היא משמשת בציקלוטרונים) מתממשת על ידי העברת זרם במוליך העל ללא אובדן חום. כדי להשיג את התוצאה לעיל, משתמשים במוליכי-על מסוג II, המאופיינים בדו-קיום של מוליכות-על ושדה מגנטי בו זמנית.

חוטים דקים של מתכת רגילה חודרים לדגימה, וכל נימה נושאת קוונטית שטף מגנטי. בטמפרטורות נמוכות, באזור נקודת הרתיחה של חנקן (מעל −196 מעלות צלזיוס), יש להשתמש שוב בקרמיקה עם מטוסי נחושת וחמצן מופרדים היטב (מוליכי-על מבוססי קופרטה).

רשומת המוליכות העל שייכת לתרכובת הקרמית Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), שהתגלתה בשנת 2003, מכיוון שלחץ של 400 kbar הוא הופך למוליך-על אפילו בטמפרטורות של עד -107 מעלות צלזיוס. זו טמפרטורה גבוהה מאוד למוליכות על.

ראה עוד בנושא זה: מוליכות על בטמפרטורה גבוהה ויישומה