Справочник по электротехническим материалам. Том 1

Скачать DjVu (6,3 МБ)

Описание

Приведены свойства электроизоляционных материалов. Рассмотрены: газообразные и жидкие диэлектрики, полимеры, смолы, лаки и компаунды, пропитанные и непропитанные волокнистые материалы, слоистые пластмассы. В третье издание включены новые материалы, которые используются в последнее время. Второе издание вышло в 1974 г. Том второй выйдет в 1986 г.

Для инженерно-технических работников предприятий электротехнической, электронной и радиотехнической промышленности.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В связи с потребностью широких кругов читателей в справочной литературе по сортаменту, свойствам и областям применения электроизоляционных и других электротехнических материалов Секция электрической изоляции (ранее — Всесоюзное бюро электрической изоляции) Научно-технического общества энергетики и электротехнической промышленности имени акад. Г. М. Кржижановского уже давно проявила инициативу в организации издания такого рода литературы. Еще в годы Великой Отечественной войиы были подготовлены и выпущены в свет два справочных издания сравнительно небольшого объема: Б. М. Тареев. «Справочник по электроизоляционным материалам» и Ю. В. Корнцкий и Б. М. Тареев «Заменители электроизоляционных материалов» (Госэнергоиздат, 1944).

В 1948 г. Госэнергоиздатом был выпущен в свет составленный в соответствии с решением Всесоюзного бюро электрической изоляции и посвященный научной и инженерно-технической общественности Советского Союза «Справочник по электрической изоляции» под редакцией Ю. В. Корицкого и Б. М. Тареева. Особенностью этого справочника, составленного коллективом 23 авторов, явилось то, что, помимо собственно электроизоляционных материалов, в нем описывались также н системы электрической изоляции в кабелях, конденсаторах, электрических машинах, трансформаторах и радиоаппаратуре.

«Справочник по электрической изоляции» был переведен и издан на румынском (в Бухаресте) и китайском (в Пекине) языках.

Большое значение других видов электротехнических материалов, помимо электроизоляционных, определило целесообразность издания справочной литературы по различным электротехническим материалам. Такой «Справочник по электротехническим материалам» под редакцией К. А. Андрианова, Н. П. Богороднцкого, Ю. В. Корицкого н Б. М. Тареева был издан Госэнергоиздатом в трех книгах (т. I, ч. I — «Электроизоляционные материалы. Свойства материалов», 1958; т. I, ч. II — «Электроизоляционные материалы. Методы испытания и применения материалов», 1959; т. II — «Магнитные, проводниковые, полупроводниковые и другие материалы», 1960); в его созданнн участвовал коллектив из 62 авторов. Справочник был переведен иа китайский язык и издан также в трех книгах в Пекине.

Второе, переработанное издание «Справочника по электротехническим материалам» под редакцией Ю. В. Корицкого, В. В. Пасынкова и Б. М. Тареева было выпущено издательством «Энергия» в трех томах (т. I и II— 1974; т. III— 1976); его составлял коллектив из 83 авторов. Это издание было переведено на румынский язык я издано в Бухаресте. В отличие от первого издания во второе не вошли специальные разделы, посвященные системам изоляции.
Таким образом, к моменту подготовки настоящего издания Справочник имел уже 40-летиюю историю. Параллельно с этим справочником под руководством вначале П. Е. Гетмана, а затем В. Б. Березина было организовано составление справочника «Электротехнические материалы», рассчитанного на практических работников материально-технического снабжения и сбыта предприятий, баз и складов, а также плановиков и экономистов (1-е нзд. — Энергия, 1964 ; 2-е изд. — Энергия, 1969; 3-е изд. — Энергоатомиздат, 1983).

Настоящий энциклопедический Справочник, издаваемый в трех томах, охватывает все основные классы электротехнических материалов: диэлектрических, магнитных, проводниковых и полупроводниковых. Классификация материалов в связи с потребностями круга читателей, иа которых рассчитан справочник, сделана в соответствии со свойствами и областями применения материалов. Поэтому иногда один и тот же материал может рассматриваться в различных разделах, например никель как магнитный материал рассматривается в разделе магнетиков, а как материал для электродов электровакуумных приборов — в разделе проводников и т. д. В конце каждого тома имеется алфавитный предметный указатель, который наряду с оглавлением тома должен помочь читателю быстро найти интересующие его данные.

Первый и второй тома Справочника посвящены электроизоляционным материалам. Третий том включает разделы, в которых охарактеризованы магнитные, проводниковые, полупроводниковые, а также нные материалы, например сегнетоэлектрики, электреты, люминофоры, жидкие электролиты и т. д. В начале первого тома помещается раздел «Общие справочные сведения», содержащий сведения о единицах и размерностях физических величин, важнейших физических постоянных и т. п.

В Справочнике могут встретиться несколько различающиеся количественные данные по свойствам материалов с одинаковым названием. Это объясняется тем, что показатели свойств материалов зависят от методов испытаний, многие из которых пока не унифицированы. Кроме того, ряд материалов, выпускаемых под одним и тем же названием, может иметь различные свойства в зависимости от технологии получения, наличия примесей нлн добавок и условий последующей переработки.

В соответствии с ГОСТ 8.310-78 приведенные в справочнике численные данные о свойствах материалов относятся к категории информационных.

ВВЕДЕНИЕ

Ю. В. Корицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев

Электротехническими материалами называются материалы, характеризуемые определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учетом этих свойств. В практике различным материалам приходится встречаться с воздействием как отдельных сторон электромагнитного поля — электрическим и магнитным полями, так и с их совокупностью.

По поведению в магнитном поле материалы подразделяют на сильно магнитные и слабо магнитные (немагнитные). По поведению в электрическом поле материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические.

Подавляющее большинство электротехнических материалов являются немагнитными. Однако и среди магнитных материалов следует различать проводящие, полупроводящие и практически непроводящие, так как это определяет частотный диапазон их применения.

Проводниковыми называют материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная по сравнению с другими электротехническими материалами электропроводность. Их применение в технике обусловлено в основном этим свойством, определяющим высокую удельную электрическую проводимость.

Полупроводниковыми называют материалы, которые являются по своей удельной проводимости промежуточными между проводниковыми и диэлектрическими материалами и отличительным свойством которых является исключительно сильная зависимость удельной проводимости от концентрации и вида примесей или других дефектов, а также в большинстве случаев от внешних энергетических воздействий (температуры, освещенности н т. п.).

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. Реальный (технический) диэлектрик тем больше приближается к идеальному, чем меньше его удельная проводимость и чем слабее у иего выражены замедленные механизмы поляризации, связанные с рассеянием электрической энергии и выделением тепла.

Прн практическом применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — достаточно четко определились потребности электротехники в использовании пассивных или активных свойств этих материалов.

На использовании пассивных свойств диэлектрических материалов основано самое существенное нх применение в электротехнике — в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов.
Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, применяемые в технике для устранения утечки электрических зарядов; иными словами, они должны разделять электрические цепи друг от друга илн токоведущие части устройства, приборов н аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях значение диэлектрической проницаемости материала не играет особой роли или оно должно быть возможно меньшим, чтобы не вносить в схемы паразитных емкостей. В случае использования электроизоляционного материала в качестве диэлектрика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров при прочих равных условиях желательно иметь большую диэлектрическую проницаемость материала.

Активными — управляемыми — диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектри-ки, пироэлектрикн, электролюминофоры, материалы для излучателей н затворов в лазерной технике, жидкие кристаллы, электреты н др.

Несколько десятилетий тому назад вопрос выбора электротехнических материалов для тех или иных электрических устройств был сравнительно простым. Часто в качестве электротехнических материалов использовались материалы, применявшиеся в других областях промышленности. Так, в электроизоляционной технике широкое применение находили материалы природного происхождения: древесина, хлопчатобумажное волокно, шелк, растительные масла, натуральный каучук, природные смолы, каменные породы и др.

За последнее время условия, в которых работают материалы в электрических устройствах и в аппаратуре радиоэлектроники и автоматики, стали значительно более суровыми. Повысились рабочие напряжения электрических машин и аппаратов, воздушных и кабельных линий электропередачи. Повысились единичные мощности машнн и аппаратов, что наряду с ростом напряжений вызвало существенное увеличение геометрических размеров этих машнн и т. п. Одновременно повысилась и удельная мощность, т. е. мощность, отнесенная к единице объема или к единице массы машин н других устройств, что связано, в частности, с повышением рабочих температур; в ряде случаев высокие рабочие температуры требуются в соответствии с самим функциональным назначением устройств (электрические печи, электровакуумные приборы большой мощности и т.п.). Высокие температуры часто существенно ухудшают условия работы электротехнических материалов.

В других случаях, в частности во многих аппаратах радиоэлектроники, наоборот, требуется получение весьма малых размеров компонентов и размещение многих компонентов в весьма ограниченных объемах (миниатюризация и микроминиатюризация), что требует преодоления также больших трудностей, но иного порядка, в частности использования материалов с весьма малым углом потерь, так как уменьшение массы н габаритов изделий в микроминиатюрном исполнении связано с минимизацией мощности устройства в целом. Кроме того, в радиоэлектронике приходится иметь дело с высокими и сверхвысокими частотами и с ужесточенными требованиями к точности и стабильности настройки частоты колебательных контуров.

Наряду с повышенными рабочими температурами в некоторых случаях приходится иметь дело с весьма низкими рабочими температурами, иногда приближающимися к абсолютному нулю, а также с резкими сменами температуры («термоударами»). Явление сверхпроводимости стало технической реальностью н уже широко используется.

В ряде случаев электротехническим материалам приходится работать в условиях повышенной влажности окружающей среды, воздействия химически активных реагентов, ионизирующего излучения, механических усилий (в частности, ударов и вибраций) и пр. Указанные факторы, могущие оказывать чрезвычайно вредное воздействие на электротехнические материалы, часто действуют одновременно в различных комбинациях (примеры: электротехническое и радиоэлектронное оборудование морских судов, самолетов, ракет, космических кораблей, атомиых реакторов, магнитогидроди-намических генераторов и т. п. нлн оборудование «тропического» исполнения, предназначенное для эксплуатации в странах с влажным тропическим климатом).

Одновременно с утяжелением условий эксплуатации существенно повышаются требования к иадежностн работы электротехнических устройств н радиоэлектронной аппаратуры, в очень большой степени определяемой надежностью их электрической изоляции, контактных соединений, полупроводниковых и диэлектрических активных элементов схемы.

Для устройств, аппаратуры, приборов установлены параметры, характеризующие надежность и долговечность их работы: ресурс отказов, наработка на отказ, частота отказов, интенсивность отказов, срок службы или время жизни и т. д. Все эти параметры зависят от вида и качества используемых материалов.

В настоящее время при выборе материалов необходимо учитывать и то, обеспечат ли они возможность организации современного гибкого автоматизированного производства (ГАП) изделий, а также возможность создания автоматизированных систем управления технологическими процессами производства (АСУТП) как самих материалов, так и устройств, в которых они будут использованы.

Из сказанного вытекает необходимость всестороннего исследования свойств новых материалов, по которым еще не накопился должный опыт эксплуатации, а также определения пригодности «старых» материалов в новых условиях работы.

Для того чтобы сознательно разбираться в требованиях, предъявляемых к электротехническим материалам, необходимо изучить те физические явления, которые имеют место в ма-

териалах при воздействии на иих электромагнитного поля, и установить параметры, количественно определяющие свойства материалов.

Все вышеизложенные обстоятельства в значительной степени усложняют выбор электротехнических материалов, пригодных в каждом конкретном случае применения, и требуют разработки новых материалов, без использования которых многие современные электротехнические устройства вообще не могут быть созданы.

Как правило, все новые, обладающие высокими свойствами электротехнические материалы имеют синтетическое происхождение. В частности, большое значение приобрели синтетические высокомолекулярные соединения (органические и элементоорганические полимеры) и такие неорганические материалы, как стекла, керамические и стеклокерамические материалы, а также выращенные монокристаллы различных веществ.

Более того, в последние годы открыты новые виды диэлектрических, проводниковых, полупроводниковых и магнитных материалов, обладающих особыми, ранее неизвестными илн малоизученными свойствами. На основе этих материалов могут быть изготовлены принципиально новые электротехнические устройства и радиоэлектронные аппараты. Таковы, в частности, многочисленные полупроводниковые приборы; различные твердые схемы; разнообразные нелинейные конденсаторы и резисторы с параметрами, регулируемыми бесконтактными способами; различные сегиетоэлектрические, пьезоэлектрические и пироэлектрические устройства; выпрямители, усилители, стабилизаторы напряжения, преобразователи энергии, запоминающие ячейки; электретные и фотоэлект-ретные приборы; устройства электрографии, электролюминесцентные приборы; квантовые генераторы и уснлители-лазеры и др.; жидкие кристаллы; ферритные устройства, в том числе устройства для изменения плоскости поляризации волны в технике сверхвысоких частот; датчики Холла; термоэлектрические генераторы с высоким КПД; аппаратура голографии и многие другие аппараты и приборы новой техники.

Для изготовления электротехнических материалов в настоящее время используются разнообразные, нередко весьма сложные приемы химического синтеза, различные виды обработки, включая искусственное выращивание монокристаллов, иаиесеиие тонких пленок на различные подложки; различные способы особо глубокой очистки (технология зонной плавки, плавка и распыление в высоком вакууме и др.) нли введения добавок; ионио-плазмениая обработка; воздействие на материалы электромагнитного поля и ионизирующих излучений и т. д.

Разработаны прогрессивные технологические процессы изготовления электроизоляционных конструкций и систем, интегральных пленочных и гибридных микросхем и монолитных изделий микроэлектроники.

Изучение электрических и иных свойств веществ в связи с их химическим составом и строением позволит получать новые материалы с заранее заданными свойствами. Такой подход к разработке новых материалов, характерный для современной техники, заменил собой прежнюю практику изыскания новых материалов путем несистематических попыток случайного нахождения новых рецептур и технологических процессов.

Список литературы

В приводимом ниже кратком библиографическом указателе приведены лишь немногие общие руководства по электротехническим материалам, содержание которых может быть полезно для читателей, интересующихся тематикой многих разделов настоящего Справочника. Ряд литературных источников более узкой тематической направленности приведен в библиографических указателях, помещаемых в конце соответствующих разделов Справочника.

Систематически следить за текущей литературой по электротехническим материалам и смежной тематике рекомендуется по издаваемому Всесоюзным институтом научной и технической информации (ВИНИТИ) Реферативному журналу. В выпуске 21Б (Электротехнические материалы, электрические конденсаторы, провода и кабели) серии 21 «Электротехника» Реферативного журнала ВИНИТИ за 30 лет (1955—1984 гг.) помещено более 90 тыс. публикаций. Информация по электротехническим материалам помещается также в выпусках реферативных журналов: 15Г — Металлургия цветных металлов (и полупроводников); 15И — Металловедение н термическая обработка; 18Н — Фнзнка твердых тел (Электрические и магнитные свойства); 19М— Силикатные материалы; 19П — Химия и переработка древесины, горючих ископаемых н природных газов; 19С —Химия высокомолекулярных соединений; 19Т, 19У, 19Ф — Технология полимерных соединений; 23Г — Материалы электронной техники; 24Ж — Технология производства радиоаппаратуры.

Авакяи Ю. В., Казанчяи Г. П. Светостойкость электроизоляционных материалов. М.: Энергия, 1978. 113 с.

Богородицкий Н. П., Пасынков В. В., Тареев

Б. М. Электротехнические материалы. Изд. 7-е, пере-раб. и доп. Л.: Энергоатомнздат, Ленингр. отд., 1985. 304 с.

Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г, Физика полупроводников. М.: Наука, 1977. 672 с.

Борисова М. Э., Койков С. Н. Физика диэлектриков. Л.: Изд-во ЛГУ, 1979. 240 с.

Бушманов Б. Н., Хромов Ю. А. Физика твердого тела. М.: Высшая школа, 1971. J24 с.

Ван Флек Л. Теоретическое и прикладное материаловедение/Пер. с англ. О, А. Алексеева. М.: Атомиздат, 1975. 472 с.

Варденбург А. К., Пилипосян П. М. Электрическая напыленная изоляция. М.: Энергоатомнздат, 1984. 136 с.

Вонсовскнй С. В. Магнетизм. М.: Наука, 1984. 208 с.

Воробьев Г. А. Диэлектрические свойства электроизоляционных материалов. Томск: Изд-во ТГУ, 1984. 127 с.

Гаркуша Ж. М. Основы физнкн полупроводников. М.: Высшая школа, 1982. 246 с.

Горбачев В. В., Спнцына Л. Г. Фнзнка полупроводников и металлов. М„ Металлургия, 1982. 435 с.

Губкин А. Н. Физика диэлектриков. Т. 1. М.: Высшая школа, 1961. 272 с.

Зеегер К. Физика полупроводников/Пер. с аигл. Р. Брезиса, А. Матулениса, А. Тетервова; Под ред. Ю. к. Пожелы. М.: Мир, 1977. 616 с.
Казарновский Д. М., Тареев Б. М. Испытание электроизоляционных материалов. Изд. 3-е, перераб. и доп. Л.: Энергия, Ленингр. отд., 1980. 214 с.

Калинин Н. Н., Скибинский Г. Л., Новиков П. П. Электрорадиоматерналы/Под ред. Н. Н. Калинина. М.: Высшая школа, 1981. 294 с.

Кациельсои А. А. Введение в физику твердого тела. М.: Изд-во МГУ, 1984. 294 с.

Киттель Ч. Введение в физику твердого тела/Пер. с англ. А. А. Гусева и А. В. Пахнева: Под ред. А. А. Гусева. М.: Наука, 1978. 792 с.

Корицкнй Ю. В. Электротехнические материалы. Изд. 3-е, перераб. М.: Энергия, 1976. 313 с.

Корицкнй Ю. В. Основы физики диэлектриков. М.: Энергия, 1979. 248 с.

Кристн Р., Питтн А. Строение вещества: введение в современную фнзнку/Пер. с аигл. Ю. М. Широкова. М.: Наука, 1969. 596 с.

Лившиц Б. Г., Крапошин В. С., Линецкнй Я. Л. Физические свойства металлов и сплавов. Изд. 2-е, доп. и перераб./Под ред. Б. Г. Лившица. М.: Металлургия, 1980. 320 с.

Майофис И. М. Химия диэлектриков. М.: Химия,

1981. 248 с.

Маслов В. В. Влагостойкость электрической изоляции. М.: Энергия, 1973. 208 с.

Материаловедение и проблемы эиергетики/Под ред. Г. Либовица и М. Уиттиигэма; Пер. с англ. под ред. Г. Ф. Мучника. М.: Мир, 1982. 576 с.

Орешин я Ц. Т. Фнзнка полупроводников и диэлектриков: М.: Высшая школа, 1977. 448 с.

Окадзакн К. Пособие по электротехническим материалам/Пер. с японского М. М. Богачихииа и И. Б. Реута; Под ред. Л. Р. Зайонца. М.: Энергия, 1978. 132 с.

Ормонт Б. Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. Изд. 3-е, исправл. н доп./Под ред. В. М. Глазова. М.: Высшая школа,

1982. 528 с.

Пасынков В. В. Материалы электронной техники. М.: Высшая школа, 1980. 408 с.

Поплавко Ю. М. Фнзнка диэлектриков. Киев: Вища школа. 1980. 398 с.

Преображенский А. А. Магнитные материалы и элементы. Изд. 2-е, перераб, М.: Высшая школа, 1976. 336 с.

Прецизионные сплавы. Справочник. Изд. 2-е/Под ред. Б. В. Молотилова. М.: Металлургия, 1983. 439 с.

Слэтер Дж. Диэлектрики, полупроводники, металлы/Пер. с англ. Е. Г. Лаидсберг, А. Г. Миронова, Н. С. Рытовой, Э. М. Эпштейна; Под ред. В. Л. Боич-Бруевнча. М.: Мир, 1969. 648 с.

Тареев Б. М. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергоиздат, 1982. 320 с.

Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела. Изд.

2-е/Пер. с англ. А. С. Пахомова и Б. Д. Сумма; Под ред. С. В. Тяблнкова. М.: Мир, 1969. 559 с.

Фистуль В. И. Введение в физику полупроводников. М.: Высшая школа, 1984. 352 с.

Шалимова К. В. Физика полупроводников. Изд.

3-е, перераб. М.: Энерюатомиздат, 1985. 392 с. Штофа Ян. Электротехнические материалы в

вопросах н ответах/Пер. со словацкого В. И. Васина; Под ред. Б. М. Тареева. М.: Энергоатомнздат, 1984. 200 с.

Электрорадиоматериалы/В. М. Тареев, Н. В. Ко-роткова н др.; Под ред. Б. М. Тареева, М.: Высшая школа, 1978. 336 с.

Электротехнические материалы. Справочннк/В. Б. Березин, Н. С. Прохоров, Г. А. Рыков, А. М. Хайкин. Изд. 3-е, доп. н перераб. М.: Энергоатомнздат, 19S3. 504 с.