أمثلة على استخدام مواد السيراميك في الهندسة الكهربائية وصناعة الطاقة الكهربائية

يستخدم السيراميك على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية الحديثة. تم الحصول على المواد الخزفية الأولى على وجه التحديد عن طريق مساحيق التلبيد ، والتي بسببها قوية ومقاومة للحرارة ، وخاملة لمعظم الوسائط ، مع انخفاض خسائر العزل الكهربائي ، ومقاومة للإشعاع ، وقادرة على العمل طويل الأجل في ظل ظروف متغيرة الرطوبة ودرجة الحرارة وضغط السيراميك. وهذا ليس سوى جزء من الخصائص الرائعة للسيراميك.

في الخمسينيات من القرن العشرين ، بدأ استخدام الفريتات (أكاسيد معقدة تعتمد على أكسيد الحديد) ينمو بشكل نشط ، ثم حاولوا استخدام السيراميك المُعد خصيصًا في المكثفات والمقاومات والعناصر ذات درجة الحرارة العالية لتصنيع ركائز الدائرة الكهربائية الدقيقة والبدء في أواخر الثمانينيات في الموصلات الفائقة عالية الحرارة . في وقت لاحق ، تم تطوير وإنشاء مواد السيراميك ذات الخصائص المطلوبة - اتجاه علمي جديد في علم المواد.

يتكون هيكل السيراميك ثلاثي المراحل من: المراحل البلورية والزجاجية والغازية. المرحلة الرئيسية هي بلورية ، إنها محاليل صلبة أو مركبات كيميائية تحدد الخصائص الرئيسية للمواد الناتجة.

المرحلة الزجاجية هي طبقة بين البلورات أو الجسيمات الدقيقة الفردية التي تعمل بمثابة رابط. المرحلة الغازية في مسام المواد. يؤثر وجود المسام ، في ظروف الرطوبة العالية ، سلبًا على جودة السيراميك.

1. الثرمستورات

تُسمى ثيرمستورات أكسيد المعادن الانتقالية المختلطة بالثرمستورات. أنها تأتي مع معامل درجة الحرارة الإيجابية للمقاومة ومعامل درجة الحرارة السلبية للمقاومة (PTC أو NTC).

في قلب مثل هذا التفصيل ، يوجد أشباه الموصلات الخزفية المصنوعة عن طريق التلبيد بالهواء متعدد الطور من النتريدات الحبيبية وأكاسيد المعادن.

يتم التلبيد عند درجة حرارة حوالي 1200 درجة مئوية. في هذه الحالة ، تكون معادن الانتقال هي: النيكل والمغنيسيوم والكوبالت.

تعتمد الموصلية المحددة للثرمستور في المقام الأول على درجة الأكسدة وعلى درجة الحرارة الحالية للسيراميك الناتج ، ويتم تحقيق تغيير إضافي في الموصلية في اتجاه واحد أو آخر عن طريق إدخال كمية صغيرة من المواد المضافة في شكل ليثيوم أو صوديوم.

الثرمستورات صغيرة الحجم ، وهي مصنوعة على شكل خرز أو أقراص أو أسطوانات بقطر يتراوح من 0.1 مم إلى 4 سم ، مع وصلات الأسلاك. يتم إرفاق حبة بالأسلاك البلاتينية ، ثم يتم تغطية حبة الزجاج ، والتي يتم تلبد عند 300 درجة مئوية ، أو يتم ختم حبة داخل الأنبوب الزجاجي.

في حالة الأقراص ، يتم تطبيق طلاء معدني على القرص من كلا الجانبين ، حيث يتم لحام الاستنتاجات. غالبًا ما يمكن العثور على هذه الأجزاء الخزفية على لوحات الدوائر المطبوعة للعديد من الأجهزة الكهربائية ، وكذلك في المستشعرات الحرارية.

انظر أيضا على موقعنا على الانترنت:

استخدام الثرمستورات في مجسات الحرارة

كيفية اختيار جهاز استشعار درجة الحرارة المناسبة

الجهاز ومبدأ تشغيل أجهزة استشعار الرطوبة الثرمستور

2. عناصر التدفئة

عناصر تسخين السيراميك عبارة عن سلك مقاوم للتنغستن محاط بغمد من مادة السيراميك. على وجه الخصوص ، يتم تصنيع سخانات الأشعة تحت الحمراء الصناعية المقاومة للحرارة الشديدة والخاملة للبيئات العدوانية كيميائيًا على وجه الخصوص.

لأنه في هذه العناصر يتم استبعاد وصول الأكسجين إلى اللولب ، فلن يتأكسد معدن اللولب أثناء العملية.هذه السخانات قادرة على العمل لعقود ، والدوامة في الداخل لا تزال سليمة.

انظر هذا الموضوع:

كيف يتم ترتيب عناصر التدفئة الحديثة؟

مقارنة عناصر التسخين وسخانات السيراميك

مثال آخر على الاستخدام الناجح لعنصر تسخين السيراميك في الهندسة الكهربائية هو الحديد لحام. هنا ، يتم صناعة السخان الخزفي على شكل لفافة ، يتم من خلالها تطبيق مسحوق التنغستن المشتت بدقة على طبقة رقيقة من السيراميك ، والتي يتم لفها في أنبوب حول قضيب أكسيد الألومنيوم ويخبز في وسط هيدروجين عند درجة حرارة حوالي 1500 درجة مئوية.

العنصر متين ، وعزله عالي الجودة ، وعمر الخدمة طويل. العنصر لديه أخدود التكنولوجية المميزة.

لمزيد من المعلومات حول الأقواس الخزفية ، انظر هنا - تصاميم الحديد الكهربائية الحديثة لحام

السيراميك التدفئة لحام الحديد معدل:

3. المتغيرات

يمتلك المتغير مقاومة غير خطية مرتبطة بالجهد المطبق على أطرافه ، في هذه الخاصية المميزة I-V للمغاير ، يشبه إلى حد ما جهاز أشباه الموصلات - وهو ثنائي زينر ثنائي الاتجاه.

يتم تصنيع أشباه الموصلات البلورية للسيراميك على أساس أكسيد الزنك مع إضافة البزموت والمغنيسيوم والكوبالت ، إلخ عن طريق التلبيد. إنها قادرة على تبديد الكثير من الطاقة في الوقت الحالي لحماية الدائرة من زيادة الطاقة ، حتى لو كان البرق أو الحمل الاستقرائي غير المتصل بحدة هو مصدر الصدمة.

متغيرات السيراميك من مختلف الأشكال والأحجام - تخدم في شبكات التيار المتردد والتيار المستمر ، وفي إمدادات الطاقة ذات الجهد المنخفض وغيرها من المجالات المطبقة في الهندسة الكهربائية. في أغلب الأحيان ، يمكن للمرء العثور على بدائل على لوحات الدوائر المطبوعة ، حيث يتم تقديمها تقليديا في شكل أقراص مع الأسلاك الأسلاك.

أمثلة على استخدام متغيرات السيراميك في التكنولوجيا:

قاذفات زيادة وحدات لحماية الأسلاك

حماة تصاعد للأجهزة المنزلية

زيادة الحماية لأجهزة أشباه الموصلات السلطة

4. ركائز السيراميك للدوائر المتكاملة

ركائز العزل الحراري الموصلة للترانزستورات ليست فقط من السيليكون ، ولكن أيضًا من السيراميك. الأكثر شعبية هي ركائز الألومينا الخزفية ؛ فهي تتميز بقوة عالية ، ومقاومة جيدة للحرارة ، ومقاومة التآكل الميكانيكي ، ولها خسائر عازلة كهربائية صغيرة.

ركائز نيتريد الألومنيوم هي 8 مرات أعلى الموصلية الحرارية من الألومينا. ويتميز أكسيد الزركونيوم بقوة ميكانيكية أعلى.

5. عوازل السيراميك

تستخدم عوازل السيراميك المصنوعة من الخزف الكهربي على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية. معدات الجهد العالي لا يمكن تصوره بدونها. خصوصية هذا النوع من السيراميك هو أن خصائصه التكنولوجية تسمح لك بإنشاء منتجات ذات أشكال معقدة وبأي حجم تقريبًا. في هذه الحالة ، يكون نطاق درجة حرارة التلبيد من البورسلين عريضًا بدرجة كافية للحصول على تناسق جيد بما فيه الكفاية في عملية إطلاق العازل خلال كامل حجم المنتج.

مع زيادة الضغوط ، هناك حاجة إلى زيادة حجم العوازل المصنوعة من البورسلين الكهروتقني ، وقوة ومقاومة هطول الأمطار تجعل كتلة الخزف لا غنى عنها للهندسة الكهربائية عالية الجهد. 50 ٪ - الطين والكاولين ، لأنها توفر ليونة الخزف الكهربائية ، وكذلك القابليه للتشكيل وقوتها في حالة تصلب. المواد الفلسبار تضاف إلى الخليط - توسيع نطاق درجة حرارة تلبد.

على الرغم من أن العديد من المواد الخزفية الحديثة تتفوق على الخزف الكهربي في بعض النواحي ، إلا أن البورسلين تقنيًا لا يتطلب مواد خام باهظة الثمن ، ليست هناك حاجة لزيادة درجة حرارة إطلاق النار ، وله ليونة ممتازة في البداية.

6. الموصلات الفائقة

تتحقق ظاهرة الموصلية الفائقة المستخدمة لإنشاء أقوى المجالات المغناطيسية (على وجه الخصوص ، يتم استخدامها في السيكلوترونات) عن طريق تمرير التيار عبر موصل فائق دون فقدان الحرارة. لتحقيق هذه النتيجة ، يتم استخدام الموصلات الفائقة من النوع الثاني ، والتي تتميز بالتعايش بين كل من الموصلية الفائقة والمجال المغناطيسي في وقت واحد.

خيوط رقيقة من المعدن العادي تخترق العينة ، ويحمل كل خيوط كمية التدفق المغناطيسي. عند درجات حرارة منخفضة ، في منطقة نقطة غليان النيتروجين (أعلى من -196 درجة مئوية) ، مرة أخرى ، يجب استخدام السيراميك مع طائرات من النحاس والأكسجين مفصولة جيدًا (الموصلات الفائقة القائمة على الكوبرات).

ينتمي سجل الموصلية الفائقة إلى مركب السيراميك Hg - Ba - Ca - Cu - O (F) ، الذي تم اكتشافه في عام 2003 ، لأنه عند ضغط 400 كيلو بايت يصبح موصلًا فائقًا حتى عند درجات حرارة تصل إلى 107 درجة مئوية. هذا هو درجة حرارة عالية جدا للموصلية الفائقة.

مشاهدة المزيد عن هذا الموضوع: الموصلية الفائقة لدرجات الحرارة العالية وتطبيقاتها