Medžiagų mokslo šperos

Dujiniai dielektrikai

Dujos – medžiagos pasižyminčios l. mažu tankiu. Pvz.: oro 1,3 g/l kitų dujų toks pats, tarp dujų svarbiausias oras N – 78 %, O2 – 21 %, likusios apie 1 %. Elektriniai parametrai:1)  – santykinė dielektrinė svarbtis (vakuume = 1, ore 1,0006) ore  keičiasi nuo t drėgmės ir slėgio. 2) Lyginamoji varža gana didelė 1015- 1016 *cm. Tačiau lyginamoji varža mažėja kylant nuo žemės paviršiaus. Pvz.: 9km – 1014*cm, 80km – 105*cm. 3) Atsparumas pramušimui labia menkas, kkai atstumas 1 cm Epr = 2kV/mm. Didėjant spaudimui (10 atmosferų) Epr = 10kV/mm. Suskystintas oras melsvos spalvos skystis, geras dielektrikas tankis, kaip vandens tvir= -192 C.

Dujų ir garų dielektrinės savybės

Technikoje naudojamas H2 , inertinės dujos, skystų diel. garai. H2 – balionams užpildyti, l. lengvos dujos susimaišęs su O2 sprogsta. Tačiau H2 šiluminis laidumas 7 kartus didesnis už orą, todėl technikoje ypač el. generatoriuose H2 užpildomi vidiniai tūriai ir tuo pagerinamas aušinimas. H2 atsparumas pramušimui mažesnis už orą iir sudaro tik 60 %. Elektrinės dujos – kurių atsparumas pramušimui didesnis už oro. SF6 – sieros heksaflouridas. Savybės: atsp. pram. 2,5 karto didesnis už orą tvir= – 64 C, nenuodingos, nedegančios chemiškai inertiškos dujos. Kad atpiginti jos maišomos su NN2 iki 40 % tai tokio mišinio atsp. pram. Beveik nesumažėja. Maksimali darbo t = 150 C. Freonas – CCl2F2 – dichlordifluormetanas. Savybės: atsp. pram. Iki 2,6 kartų didesnis už oro, tačiau tvir = -28 C, todėl įrenginiuose būtinas pašildymas. Jis yra brangus. Naudojamas hermetizuotuose paskirstymo įtaisuose, kabeliuose, kurie užpildyti dujomis, kondensatoriuose, transformatoriuose, kurie dirba prie 500 kV įtampos. C14F28 – fluorfenantrenas. Savybės: atsp. pram. 10 kartų daugiau už oro, tvir = 205 C, inertinės dujos taip pat l. geri dielektrikai: He, Ne, Argonas, hiptonas, Ksenonas. Jie randami ore, sudaro nedidele dalį apie 1 %. Argonas plačiau naudojamas ne yra pigesnis, inertinės dujos yra naudojamos dujinio išlydžio, apšvietimo lempose. Tskystejimo= -126 C, naudojamas su N2 apšvietimo lempose: 86 % Ar –– 14 % N2 . Neonas – reklaminėse lentose, stenduose. Dujos naudojamos ir suskystintos, jos l. geras dielektrikas atsp. pram. = 30 – 35 kV/mm. Skystų dujų dielektrinė skverbtis 1,1 – 1,4.

Skysti dielektrikai

Daugelį elektrinių savybių apsrendžia skysto dielektriko klampumas. Pvz.: jei naudojamas užpylimui, transformatoriuje pagerinti aušinimą, tai reikia kad jo klampumas būtų ne didelis ir kuo mažiau keistųsi nuo temperatūros. Deja temperatūrų diapazone: -60 – +120. skystų dielektrikų klampumas keičiasi 1000 kartų ir tik kai kurių diele. klampumas kkeičiasi nedaug. Kinematinio klampumo matematinis vienetas – stoksas. Vandens prie 20 C kint. klampumas – 1 cSt. Skysti dielektrikai kurie naudojami technikoje skirstomi į tris grupes: 1) Naftinės alyvos 2) Sintetiniai skysčiai 3) Augaliniai aliejai. Plačiau naudojamos naftinės alyvos transformatoriuose, kondensatoriuose, kabeliuose, užpildymui ir impregnavimui. Pagal panaudojimą naftinės alyvos skirstomos į: 1) transformatorinės alyvos 2) kondensatorinė alyva 3) kabelinės alyvos. Visos jos gaunamos iš naftos, išgarinant lakius produktus. Visų pirma išgarinamas benzinas prie aukštesniė t – žibalas, likusi masė – mazutas, naudojamas šildymui. Iš mazuto gaminamos naftinės alyvos, jos valomos rūgštinėje aplinkoje po to šarminėje po to vykdomas plovimo procesas ir džiovinimas. Kad geriau išvalyti transformatorinę alyvą naudojamas centrifūgos ir filtrai – presai. Filtrai daromi iš audeklo. Dielektrinės savybės: kinematinės klampumas prie 20 C – 30 cSt, prie 50 C – 10 cSt. Elektriniai parametrai:  – 2,2 atsp. pram. 12-15 kV/mm, tg (temperatūrų diapazone 20 – 70 C) kinta nuo 0,003 iki 0,02. transformatorinės alyvos atsp. pram. blogėja eksplotacijos metu – senėjimas. Kontaktas su oru, aukšta t, šviesa, metalais blogina savybes. Atnaujinimo pracesas – regeneracija. Kad mažiau sentų dedami inhibitoriai(medžiagos lėtina senėjimą). Į 1t alyvos dedama 100g inhibitorių. Kondensatorinė alyva skirta kondensatoriams užpildyti arba impregnuoti ypač jei dielektrikas yra ppoperius. Kond. alyva skiriasi nuo transf. alyvos tuo kad ji geriau išvalyta, dėl to tg yra mažesnis negu transf. alyvos. Vidutinė tg prie 1 kHz yra 0,002. kiti parametrai panašūs į transf. alyvą. Kabelinės alyvos naudojamos kabelių užpildymui, kurių darbo įtampa siekia 30 – 300 kV. Atsp. pram. 12-15 kV/mm kinematinis klampumas mažesnis negu transf. alyvos(prie 20 C mažiau 30 cSt).

Sintetiniai skysti dielektrikai

Šie dielektrikai lyginami su naftinėmis alyvomis jie žymiai brangesni, pasižymi geresnėmis ir fizikinėmis ir elektrinėmis savybėmis, todėl naudojami tik spec. paskirties aparatūrojė (atominė energe-tika, karinė technika). I) Chluor-difenilai – iš šiuos grupės skirstomi su skysčiai: 1) Pentachlordifenilas (Savo-las) –  = 5,  – lygina-moji varža = 1013*cm. tg = 0,01, atsp. pram. = 20 kV/mm. Naudojamas kondensatorių impregna-vimui (padidina talpą), kabelių užpy-limui. Kondensatorių impregnavimas atliekamas vakuume(prie t = 120 – 150 C, 1-5 mmHg). 2) Pentachlordifenilas su trichlorbenzolu. Naudojamas kaip ir savolas, šie skysčiai atsparūs degimui ir gali būti naudojami gaisrų gesinimui. II) Fluoro organiniai skysčiai. Jie gaunami pilnai ar dalinai pakeitus chloro atomus į fluoro atomus. Fizinės ir cheminės savybės labai geros, chemiškai inertiški skysčiai nenuodingi, nedega, gali dirbti prie aukštų t (iki 200 C išlieka skysčiais). Labai geri elektriniai parametrai  = 1,7 – 1,9 ((nepoliniams skysčiams tg 0,0003 – 0,0005), iki 1010Hz darbo temperatūrų diapazone iki 200 C, šie skysčiai kaip geri dielektrikai naudojami aukšto dažnio kondensatorių impregnavimui beto užpildomi labia aukšto dažnio deneravimo įtaisai, aušinimo tikslu. IIISilicio organiniai skysčiai, tai yra organiniai junginiai, kuriuose periodiškai keičiasi grupės.

R gali būti CH3, C2H5 ir kt. Šie skysčiai pasižymi geromis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis. Fizikinės savybės mažai keičiasi klampumas temperatūrų diapazone: prie 20 C = 10 cSt o prie 200 C = 30 cSt (labai stabili medžiaga), elektrinės savybės labai geros  – 2,2 – 2,8,  = 1014*cm tg = 0,00002 – 0,0002. atsp. pram. = 20 kV/cm  ir tg mažai keičiasi dažnių diapazone 100 Hz – 1010Hz. Naudojami transformatoriuose, kondikuose, alyvos vakuuminiams siurbliams, liejimo procese formoms patepti. Sintetiniai skysčiai geresni už naftines alyvas, bet jie brangesni.

Kieti dielektrikai

vadinami dervomis, jos yra dviejų tipų: 1) Termoplastinės 2) Termoreakcinės (ter-moreaktyvinės). Termoplastinės šildant minkštėja po to skystėja, o atšal-dant vėl kietėja. Termoreaktyvinės dėl cheminės reakcijos kaitinant suminkštėja, o ataušinant sukietėja ir pakartotinai kai-tinant nesuminkštėja, o gali apanglėti ir sudegti. Termoplasinės dervos skirstomos į: 1) nepoliniai aukšto dažnio diel. (poli-etilenas, fluoroplastai, polistirolas ir kt) 2) Silpnai poliniai diel. (elastomerai- kaučiu-kai, gumos ir pan) 3) Poliniai diel., žemo dažnio (polivinilchloridas, poliamidai, epoksidinės dervos ir kt.). Termoreakty-viniai diel. – fenolio formaldehidinė derva bei kkitos formaldehidinės dervos.

Aukšto dažnio polimerai

Tai nepoliniai kieti diel., kurie plačiam temperatūrų intervale ir dažnių diapazone pasižymi mažais dielektriniais nuostoliais (mažiau 0,003) ir stabilia dielektrine skverbtimi .

POLIETILENAS

Jis gaunamaspoliarizuojant etileno dujas C2H4. Polirizacijos reakcijos metu šis junginys įsiskverbia į gretimas etileno molecules ir gaunamas junginys.

n-polimerizacijos laipsnis, jis gali būti nuo kelių 1000 iki kelių 100000. Iš etileno dujų monomerų gaunama kita medžiaga polietilenas, dėl savo simetrinės struktūros ir nepoliškumo polietilenas pasižymi gerom dielektrinėm savybėmis radio dažnio diapazone – 0-1010Hz. =0,92g/cm3.Prie mmažo slėgio (4atmos.)n-10000800000.Reakcijos metu išsiskiria šiluma. Aušinama skystu azotu. Polieti-leno struktūra –kristalinė ir amorfinė.

Fizinės savybės:1.Atsparumas tempimui. =14.3kg/cm2.Nutrūkimo momentu jėga max.2. Maksimalus santykinis pailgėji-mas.(l/l)max=540%.

Elektrinės savybės:

=2,4 (2,5).Elektromagnetinių bangų skli-dimo greitis polietilene 1,5 karto mažesnis nei vakuume.=5ns/m-vėlinimas. Poliete-leno =1015*m; Epr=15-20kv/mm; tg = 5*10-4 nnurodytam dažnių diapazone prie –80 – + 85 C dažninės  ir tg kreivės:

Ištisinė linija – techninio polietileno, punktyrinė gryno polietileno charak-teristikos. Smarkiai keičiasi nuostolio kampo tg. Gamyba: iš elileno dujų prie aukšto spaudimo (1000-2500 Atm) gau-namas didelio spaudimo polietilenas, prie 4 Atm – žemo dažnio polietilenas. Bet kuriuo atveju reakcija yra egzoterminė ir aušinimui naudojamas skystas azotas. Lyginamoji varža  =1017 *cm, atsp. pram. 15-20 kV/mm. Išvada: polietilenas puiki medžiaga elektronikai ir elektrotech-nikai.Polieteleno panaudojimas:

1)Aukšto dažnio kabeliuose, kurie dirba virš 100MHz. Išorinis kabelio laidininkas

supintas iš plonų laide-

lių-3.Polietilenas-2.Išo-

rinis diel.,apsaugo kabe-lio struktūrą nuo išorinių mechaninių ir cheminių poveikių-4.Centrinė gysla-1.

 – kabelio charakteringa varža. Jos dydis priklauso nuo išorinio ir vidinio kabelio diametro santykio. =f(d/D). Banginėje optikoje = 775 omai, elektrotechnikoje 50 omu. Svarbiausias kabelio parametras – kabelio slopinimas. Matuojamas (dB/m, dB/km) kabelio slopinimas siekia iki 10 dB/km.2)Polietileninė plėvelė,kuri elek-tronikoje naudojama plėveliniams konden-satoriams gaminti, čia jo storis 5-20 mi-krometrų, šiluminis atsparumas 110 C. Poringas polietilenas – į kurį gamybos metu įdedama medžiagų kurios formuoja poras, toki dielektrikai pasižymi mažesnia = 1,5, tg= 10-5 tankis siekia 15-20 % vandens tankio, naudojamas super aukšto dažnio technikoje, uždengti siūtuvo erdmes nuo H2O, paukščių. Gaminamas pusiau laidus polietilenas, jis gaunamas įvedus 30 %% suodžių.

Boronolas-tai medžiaga į kurios sudėtį įeina polietilenas ir boro junginiai, dėl kurių padidėja atsparumas radiacijai.

Šiluminį atsparumą galima padidinti paveikiant radioaktyviais spinduliais. Vyksta linijinių grandinių sujungimas. Galima naudoti tik tada kai detalė su-formuota. Detalės gaminamos iš polieti-leno žaliavos granulių pavidale. Nuo 50-100Pa slėgis.Poringas polietilenas-kieta medž., kurioje gamybos metu susifor-muoja dujiniai intarpai, kurie nesusisie-kia. Jo tankis 2 kartus mažesnis. tg gau-nasi dar mažesnis =1,5.

Dujiniai dielektrikai

Dujos – medžiagos pasižyminčios l. mažu tankiu. Pvz.: oro 1,3 g/l kitų dujų toks pats, tarp dujų svarbiausias oras N – 78 %, O2 – 21 %, likusios apie 1 %. Elektriniai parametrai:1)  – santykinė dielektrinė svarbtis (vakuume = 1, ore 1,0006) ore  keičiasi nuo t drėgmės ir slėgio. 2) Lyginamoji varža gana didelė 10 – 10 *cm. Tačiau lyginamoji varža mažėja kylant nuo žemės paviršiaus. Pvz.: 9km – 10 *cm, 80km – 10 *cm. 3) Atsparumas pramušimui labia menkas, kai atstumas 1 cm Epr = 2kV/mm. Didėjant spaudimui (10 atmosferų) Epr = 10kV/mm. Suskystintas oras melsvos spalvos skystis, geras dielektrikas tankis, kaip vandens tvir= -192 C.

Dujų ir garų dielektrinės savybės

Technikoje naudojamas H2 , inertinės dujos, skystų diel. garai. H2 – balionams užpildyti, l. lengvos dujos susimaišęs su O2 sprogsta. Tačiau H2 ššiluminis laidumas 7 kartus didesnis už orą, todėl technikoje ypač el. generatoriuose H2 užpildomi vidiniai tūriai ir tuo pagerinamas aušinimas. H2 atsparumas pramušimui mažesnis už orą ir sudaro tik 60 %. Elektrinės dujos – kurių atsparumas pramušimui didesnis už oro. SF6 – sieros heksaflouridas. Savybės: atsp. pram. 2,5 karto didesnis už orą tvir= – 64 C, nenuodingos, nedegančios chemiškai inertiškos dujos. Kad atpiginti jos maišomos su N2 iki 40 % tai tokio mišinio atsp. pram. Beveik nesumažėja. Maksimali darbo t = 150 C. Freonas – CCl2F2 – dichlordifluormetanas. Savybės: atsp. pram. Iki 2,6 kartų didesnis už oro, tačiau tvir = -28 C, todėl įrenginiuose būtinas pašildymas. Jis yra brangus. Naudojamas hermetizuotuose paskirstymo įtaisuose, kabeliuose, kurie užpildyti dujomis, kondensatoriuose, transformatoriuose, kurie dirba prie 500 kV įtampos. C14F28 – fluorfenantrenas. Savybės: atsp. pram. 10 kartų daugiau už oro, tvir = 205 C, inertinės dujos taip pat l. geri dielektrikai: He, Ne, Argonas, hiptonas, Ksenonas. Jie randami ore, sudaro nedidele dalį apie 1 %. Argonas plačiau naudojamas ne yra pigesnis, inertinės dujos yra naudojamos dujinio išlydžio, apšvietimo lempose. Tskystejimo= -126 C, naudojamas su N2 apšvietimo lempose: 86 % Ar – 14 % N2 . Neonas – reklaminėse lentose, stenduose. Dujos naudojamos ir suskystintos, jjos l. geras dielektrikas atsp. pram. = 30 – 35 kV/mm. Skystų dujų dielektrinė skverbtis 1,1 – 1,4.

Skysti dielektrikai

parametrai:  – 2,2 atsp. pram. 12-15 kV/mm, tg (temperatūrų diapazone 20 – 70 C) kinta nuo 0,003 iki 0,02. transformatorinės alyvos atsp. pram. blogėja eksplotacijos metu – senėjimas. Kontaktas su oru, aukšta t, šviesa, metalais blogina savybes. Atnaujinimo pracesas – regeneracija. Kad mažiau sentų dedami inhibitoriai(medžiagos lėtina senėjimą). Į 1t alyvos dedama 100g inhibitorių. Kondensatorinė alyva skirta kondensatoriams užpildyti arba impregnuoti ypač jei dielektrikas yra poperius. Kond. alyva skiriasi nuo transf. alyvos tuo kad ji geriau išvalyta, dėl to ttg yra mažesnis negu transf. alyvos. Vidutinė tg prie 1 kHz yra 0,002. kiti parametrai panašūs į transf. alyvą. Kabelinės alyvos naudojamos kabelių užpildymui, kurių darbo įtampa siekia 30 – 300 kV. Atsp. pram. 12-15 kV/mm kinematinis klampumas mažesnis negu transf. alyvos(prie 20 C mažiau 30 cSt).

Sintetiniai skysti dielektrikai

Šie dielektrikai lyginami su naftinėmis alyvomis jie žymiai brangesni, pasižymi geresnėmis ir fizikinėmis ir elektrinėmis savybėmis, todėl naudojami tik spec. paskirties aparatūrojė (atominė energetika, karinė technika). I) Chluordifenilai – iš šiuos grupės sskirstomi su skysčiai: 1) Pentachlordifenilas (Savolas) –  = 5,  – lyginamoji varža = 10 *cm. tg = 0,01, atsp. pram. = 20 kV/mm. Naudojamas kondensatorių impregnavimui (padidina talpą), kabelių užpylimui. Kondensatorių impregnavimas atliekamas vakuume(prie t = 120 – 1150 C, 1-5 mmHg). 2) Pentachlordifenilas su trichlorbenzolu. Naudojamas kaip ir savolas, šie skysčiai atsparūs degimui ir gali būti naudojami gaisrų gesinimui. II) Fluoro organiniai skysčiai. Jie gaunami pilnai ar dalinai pakeitus chloro atomus į fluoro atomus. Fizinės ir cheminės savybės labai geros, chemiškai inertiški skysčiai nenuodingi, nedega, gali dirbti prie aukštų t (iki 200 C išlieka skysčiais). Labai geri elektriniai parametrai  = 1,7 – 1,9 (nepoliniams skysčiams tg 0,0003 – 0,0005), iki 10 Hz darbo temperatūrų diapazone iki 200 C, šie skysčiai kaip geri dielektrikai naudojami aukšto dažnio kondensatorių impregnavimui beto užpildomi labia aukšto dažnio deneravimo įtaisai, aušinimo tikslu. III) Silicio organiniai skysčiai, tai yra organiniai junginiai, kuriuose periodiškai keičiasi grupės.

R gali būti CH3, C2H5 ir kt. Šie sskysčiai pasižymi geromis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis. Fizikinės savybės mažai keičiasi klampumas temperatūrų diapazone: prie 20 C = 10 cSt o prie 200 C = 30 cSt (labai stabili medžiaga), elektrinės savybės labai geros  – 2,2 – 2,8,  = 10 *cm tg = 0,00002 – 0,0002. atsp. pram. = 20 kV/cm  ir tg mažai keičiasi dažnių diapazone 100 Hz – 10 Hz. Naudojami transformatoriuose, kondikuose, alyvos vakuuminiams siurbliams, liejimo procese formoms patepti. Sintetiniai skysčiai geresni už naftines aalyvas, bet jie brangesni.

Kieti dielektrikai

Jie skirstomi į tris pagr. grupes 1) Organiniai 2) Neorganiniai 3) Elementų organiniai (F ir Si organiniai). Organiniai skirstomi pagal poliamizacijos laipsnį: a) molomerai (mažo molek. svorio org. junginiai). b) Poligomerai (tai nepilnai poliarizuoti polimerai) c) polimerai (labai didelio molek. svorio org. junginiai). Poligomerai panaudojimo metu skysti, po užpylimo paverčiami polimerais. Organinių junginių priskaičiuojama apie 3 mln Neorganinių gerokai mažiau 50 tūkstančių. Organiniai dielektrikai dar vadinami dervomis, jos yra dviejų tipų: 1) Termoplastinės 2) Termoreakcinės (termoreaktyvinės). Termoplastinės šildant minkštėja po to skystėja, o atšaldant vėl kietėja. Termoreaktyvinės dėl cheminės reakcijos kaitinant suminkštėja, o ataušinant sukietėja ir pakartotinai kaitinant nesuminkštėja, o gali apanglėti ir sudegti. Termoplasinės dervos skirstomos į: 1) nepoliniai aukšto dažnio diel. (polietilenas, fluoroplastai, polistirolas ir kt) 2) Silpnai poliniai diel. (elastomerai- kaučiukai, gumos ir pan) 3) Poliniai diel., žemo dažnio (polivinilchloridas, poliamidai, epoksidinės dervos ir kt.).

Termoreatyviniai diel. – fenolio formaldehidinė derva bei kitos formaldehidinės dervos.

Aukšto dažnio polimerai

Tai nepoliniai kieti diel., kurie plačiam temperatūrų intervale ir dažnių diapazone pasižymi mažais dielektriniais nuostoliais (mažiau 0,003) ir stabilia dielektrine skverbtimi .

POLIETILENAS

Jis gaunamaspoliarizuojant etileno dujas C2H4. Polirizacijos reakcijos metu šis junginys įsiskverbia į gretimas etileno molecules ir gaunamas junginys.

n-polimerizacijos laipsnis, jis gali bbūti nuo kelių 1000 iki kelių 100000. Iš etileno dujų monomerų gaunama kita medžiaga polietilenas, dėl savo simetrinės struktūros ir nepoliškumo polietilenas pasižymi gerom dielektrinėm savybėmis radio dažnio diapazone – 0-10 Hz. =0,92g/cm3.

Prie mažo slėgio (4atmos.)n-10000800000.Reakcijos metu išsiskiria šiluma. Aušinama skystu azotu. Polietileno struktūra –kristalinė ir amorfinė.

Fizinės savybės:

1.Atsparumas tempimui. =14.3kg/cm2.Nutrūkimo momentu jėga max.

2. Maksimalus santykinis pailgėjimas.(l/l)max=540%.

Elektrinės savybės:

=2,4 (2,5).

Elektromagnetinių bangų sklidimo greitis polietilene 1,5 karto mažesnis nei vakuume.=5ns/m-vėlinimas. Polieteleno =1015*m; Epr=15-20kv/mm; tg = 5*10-4 nurodytam dažnių diapazone prie –80 – + 85 C dažninės  ir tg kreivės