|
Без электроизоляционных материалов сегодня не обходится ни одна техническая конструкция. К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стекло, различные смолы, сухие пластмассы, химически чистая вода, а также композитные материалы последнего поколения.
Диэлектриками (изоляторами) называют вещества, плохо проводящие или совсем не проводящие электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см-3. Основное свойство диэлектриков состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле.
Физическим параметром, который характеризует диэлектрик, является диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическая проницаемость может иметь дисперсию.
Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы. Некоторые из них проявляют интересные физические свойства. Это электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики.
При применении диэлектриков - одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов - четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов. Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных емкостей.
Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.
Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты.
Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ < 10-5 Ом·м, а к диэлектрикам - материалы, у которых ρ > 108 Ом·м. При этом удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10-8 Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 1016 Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10-5-108 Ом·м.
Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причем двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Четкую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков - возбужденным. Развитие радиотехники потребовало создания материалов, в которых специфические высокочастотные свойства сочетаются с необходимыми физико-механическими параметрами. Такие материалы называют высокочастотными.
На практике с помощью электроизоляционных материалов осуществляется изоляция элементов или частей электрооборудования, технических конструкций. Характерными свойствами диэлектриков являются способность препятствования прохождению электрического тока (диэлектрическая прочность) и надежность работы даже в условиях агрессивной среды.
Материалы, применяемые для электроизоляции и защиты установок, приборов и оборудования, делятся по агрегатному состоянию (твердые, жидкие, газообразные). Наиболее представлена на рынке группа твердых диэлектриков. А также по химическому составу (органические, неорганические). Группа неорганических материалов с изоляционными свойствами (слюда, керамика) обладает наибольшей устойчивостью к высоким температурам.
Диэлектрики находят широкое применение в научной и технической сфере, используются при производстве низковольтных и высоковольтных конденсаторов, применяются в вычислительной технике и оптике. Некоторые виды диэлектриков применяются для теплоизоляции, фильтрации, в электротехнической промышленности. Отдельные виды, благодаря универсальности своих свойств, имеют широкий спектр применения в различных областях науки и техники.
Обзор подготовила Гафарова И. |
