Характеристика и виды стекол, стеклоэмалей, стекловолокон

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Характеристика и виды стекол, стеклоэмалей, стекловолокон

Стекла

Стекла -- неорганические квазиаморфные вещества -- представляют собой сложные системы различных оксидов. Кроме стеклообразующих оксидов, т. е. таких, каждый из которых способен сам по себе в чистом виде образовывать стекло (SiO.2, B2O3), в состав стекол входят и другие оксиды: щелочные Na2O, К2О, щелочноземельные СаО, ВоО и др. Основу большинства стекол составляет SiO2; такие стекла называются силикатными.

Свойства стекол меняются в широких пределах в зависимости от их состава и режима тепловой обработки.

Стекла имеют плотность, которая колеблется от 2 до 8,1 Мг/м3. К тяжелым стеклам принадлежат стекла с высоким содержанием свинца..

Прочность стекол на сжатие много больше, чем прочность на разрыв: предел прочности при сжатии составляет 6000--21 000 МПа, при растяжении -- 100--300 МПа.

Как аморфные вещества, стекла не имеют резко выраженной температуры плавления. При нагреве вязкость стекол уменьшается постепенно; за температуру размягчения стекла принимается температура, при которой вязкость его составляет 107--108 Па-с. При внезапном нагреве или охлаждении снаружи предмета из стекла вследствие неравномерного распределения температур в наружном слое материала возникают механические (температурные) напряжения, которые могут явиться причиной растрескивания стекла. Так как у стекол прочность при растяжении много меньше, чем прочность при сжатии, то внезапное внешнее охлаждение более опасно, чем внезапный нагрев.

Обычные стекла прозрачны для лучей видимой части спектра. Некоторые добавки придают стеклам определенную окраску, что используется при получении цветных стекол, эмалей и глазурей.

В зависимости от назначения можно отметить следующие основные виды электротехнических стекол:

1. Конденсаторные стекла используются в качестве диэлектрика конденсаторов, применяемых в высоковольтных фильтрах, импульсных генераторах, колебательных контурах высокочастотных устройств.

2. Установочные стекла служат для изготовления установочных деталей, изоляторов (телеграфных, антенных, опорных, проходных), бус и т. п.

3. Ламповые стекла применяются для баллонов и ножек осветительных ламп, различных электронных приборов и т. д.

4. Стекла с наполнителем; к ним принадлежит пластмасса горячей прессовки из стекла и слюдяного порошка -- микалекс.

Стеклоэмали

Стеклоэмалями или просто эмалями называются стекла, наносимые тонким слоем на поверхность металлических и других предметов с целью защиты от коррозии, придания определенной окраски и улучшения внешнего вида, создания отражающей поверхности. Эмали получаются сплавлением измельченных составных частей шихты, выливанием расплавленной массы тонкой струей в холодную воду и размолом полученной фритты на шаровой мельнице в тонкий порошок. Иногда в фритты перед ее размолом добавляются небольшие количества глины и других веществ. Для нанесения эмали на различные предметы нагретый в печи до соответствующей температуры предмет посыпается порошком эмали, которая оплавляется и покрывает его прочным стекловидным слоем; если требуется, покрытие повторяется несколько раз до получения слоя нужной толщины; во время оплавления эмалируемый предмет может медленно вращаться в печи для более равномерного покрытия. При эмалировании предметов из стали или чугуна для улучшения сцепления эмали с металлом производят предварительное покрытие металла грунтовой эмалью на нее уже наносится основная эмаль любой окраски. Важная область применения стеклоэмалей в качестве электроизоляционных материалов -- покрытие трубчатых резисторов. Кроме того, стеклоэмали используются в электроаппаратостроении для получения прочного и нагревостойкого электроизоляционного покрытия на металле, а также для устройства вводов в металлические вакуумные приборы. Стеклоэмали применяются и в качестве диэлектрика в некоторых типах конденсаторов.

Стекловолокно

Стекло в толстом слое -- хрупкий материал, но тонкие стеклянные изделия обладают повышенной гибкостью. Весьма тонкие (диаметром 4 -- 7 мкм) стеклянные волокна имеют уже настолько высокую гибкость, что могут обрабатываться приемами текстильной технологии. Большая гибкость и прочность стекловолокна объясняется ориентацией молекул поверхностного слоя стекла, имеющей место при вытягивании стекловолокна из расплавленной стекломассы и его быстром охлаждении.

Своеобразное применение стекловолокна -- изготовление световодов. Это жгуты, скрученные из волокон, имеющих сердцевину и оболочку из стекол разного состава, с различными показателями преломления оболочки. Световой луч, падая из среды, оптически более плотной, на поверхность раздела со средой, оптически менее плотной, под углом, большим предельного угла, испытывает полное внутреннее отражение и, многократно отражаясь, идет вдоль волокна, не выходя в окружающее пространство. Диаметр двухслойного стекловолокна выбирается 20--30 мкм; в световоде диаметром 5--6 мм помешается несколько десятков тысяч волокон.

Классификация и свойства проводниковых материалов

стекловолокно квазиаморфный проводниковый

В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы.

Из металлических проводниковых материалов могут быть выделены металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопротивление при нормальной температуре не более 0,05 мкОм*м, и сплавы высокого сопротивления, имеющие сопротивление при нормальной температуре не менее 0,3 мкОм*м. Металлы высокой проводимости используются для проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов и т. п. Металлы и сплавы высокого сопротивления применяются для изготовления резисторов, электронагревательных приборов, нитей ламп накаливания и т. п.

Особый интерес представляют собой обладающие чрезвычайно малым удельным сопротивлением при весьма низких температурах материалы -сверхпроводники и криопроводники.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Для большинства металлов температура плавления высока, только ртуть, имеющая температуру плавления около минус 39 °С, может быть использована в качестве жидкого металлического проводника при нормальной температуре. Другие металлы являются жидкими проводниками при повышенных температурах.

Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Однако, если напряженность поля превзойдет некоторое критическое значение, обеспечивающее начало ударной и фотоионизации, то газ может стать проводником с электронной и ионной электропроводностью. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов числу положительных ионов в единице объема представляет собой особую проводящую среду, носящую название плазмы.

К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся:

- удельная проводимость или обратная ей величина -- удельное сопротивление ,

- температурный коэффициент удельного сопротивления ТК или ,

- коэффициент теплопроводности Т,

- контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС).

- работа выхода электронов из металла,

- предел прочности при растяжении и относительное удлинение перед разрывом l/l.

Полупроводниковые материалы

Большая группа веществ с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре больше, чем у проводников, но меньше, чем у диэлектриков, относится к полупроводникам. Электропроводность полупроводников в большой степени зависит от внешних энергетических воздействий, а также от различных примесей, иногда в ничтожных количествах присутствующих в теле собственного полупроводника.

Управляемость элекропроводностью полупроводников посредством температуры, света, электрического поля, механических усилий положена в основу принципа действия соответственно терморезисторов (термисторов), фоторезисторов, нелинейных резисторов (варисторов), тензорезисторов и т. д.

Наличие у полупроводников двух типов электропроводности -электронной (n) и электронно-дырочной (p) позволяет получить полупроводниковые изделия с p-n-переходом. Сюда относятся различные типы как мощных, так и маломощных выпрямителей, усилителей и генераторов. Полупроводниковые системы могут быть с успехом использованы для преобразования различных видов энергии в энергию электрического тока с такими значениями коэффициента преобразования, которые делают полупроводниковые преобразователи сравнимыми с существующими преобразователями других типов. а иногда и превосходящими их. Примерами полупроводниковых преобразователей могут служить солнечные батареи и термоэлектрические генераторы. При помощи полупроводников можно понизить температуру на несколько десятков градусов. В последние годы особое значение приобрело рекомбинационное свечение при низком напряжении постоянного тока электронно-дырочных переходов, которые используются для создания сигнальных источников света и в устройствах вывода информации из вычислительных машин.

Полупроводники могут служить также нагревательными элементами, индикаторами радиоактивных излучений, с их помощью также можно измерять напряженность магнитного поля (преобразователи Холла) и т. д.

Использующиеся в практике полупроводники могут быть разделены на простые полупроводники и сложные полупроводниковые композиции, основной состав которых образован атомами двух или более числа химических элементов. В настоящее время изучаются также стеклообразные и жидкие полупроводники.

Изготовленные из полупроводниковых материалов приборы обладают преимуществами, к ним относятся: 1) большой срок службы; 2) малые габариты и масса; 3) простота и надежность конструкции, большая механическая прочность (не боятся тряски и ударов); 4) отсутствие цепей накала при замене полупроводниковыми приборами электронных ламп, потребление малой мощности и малая инерционность; 5) экономичность при массовом производстве.

Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы обладают высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис, используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах и в других случаях, где необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции. Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах используют магнитомягкие материалы с повышенным удельным электрическим сопротивлением, обычно применяются магнитопроводы, собранные из отдельных изолированных друг от друга тонких листов.

Размещено на Allbest.ru