Класификация на електрическите материали
ЛЕКЦИЯ 10
ЕЛЕКТРИЧЕСКИ МАТЕРИАЛИ. КЛАСИФИКАЦИЯ
Електротехническите материали (например контактни материали) са материали, характеризиращи се с определени свойства по отношение на електрически и магнитни полета и използвани в технологиите, като се вземат предвид и поради тези свойства. В момента броят на елементите от електрически материали, използвани в радиото, микро и наноелектрониката, е няколко хиляди. Освен това задачата за създаване на нови материали с желани свойства (оптични, полупроводникови, емисионни и др.) става все по-актуална.
Основните области на използване на електрически материали са електроенергетиката, електротехниката и радиоелектрониката.
Електричеството е производството на енергия и нейното доставяне на потребителя. Това са електропроводи, трафопостове, енергийни съоръжения.
Електротехниката е всичко, което е свързано с преобразуването на електрическата енергия в други видове енергия с едновременното изпълнение на технологични процеси:
електротермични, - електрозаваряване, - електрофизични, - електрохимични и др.
Радиотехниката е система за управление на енергийни и електротехнически обекти, предаване на информация, нейната обработка, съхранение и др.
Усъвършенстването на електротехниката доведе до създаването на материали с нови свойства: по-висока якост, топлоустойчивост, устойчивост на агресивни химични реакции, както и с високи електроизолационни свойства и ниска топлопроводимост.
Класификация на електрическите материали
Материалите, използвани в електронното инженерство, са разделени на електрически, структурни и специални цели.
Според поведението си в магнитно поле електрическите материали се делят на силно магнитни (магнити) и слабо магнитни. Първите са намерили особено широко приложение в техниката поради своите магнитни свойства.
Според поведението си в електрическо поле материалите се делят на проводими, полупроводникови и диелектрични.
Повечето електрически материали могат да бъдат класифицирани като слабо магнитни и практически немагнитни. Между магнитите обаче трябва да се прави разлика между проводящи, полупроводникови и практически непроводящи, което определя честотния диапазон на тяхното приложение.
Проводими са материали, чиито основни електрически свойства са силно изразена електропроводимост. Използването им в техниката се дължи най-вече на това свойство, което определя високата електропроводимост при нормална температура.
Полупроводникови материали се наричат материали, които са междинни по проводимост между проводими и диелектрични материали и чието отличително свойство е силна зависимост на проводимостта от концентрацията и вида на примесите или различни дефекти, както и в повечето случаи от външни енергийни влияния (температура, осветеност и др.).
Диелектрични се наричат материали, чието основно електрическо свойство е способността да поляризират и в които е възможно съществуването на електростатично поле. Истинският (технически) диелектрик е толкова по-близо до идеала, толкова по-ниска е неговата специфична проводимост и толкова по-слаби са бавните поляризационни механизми, свързани с разсейването на електрическа енергия и отделянето на топлина.
При използване на диелектрици - един от най-обширните класовеелектрически материали - необходимостта от използване на пасивни и активни свойства на тези материали беше доста ясно дефинирана.
Пасивнитесвойства на диелектричните материали се използват, когато се използват като електрически изолационни материали и диелектрици на конвенционални видове кондензатори. Електроизолационните материали са диелектрици, които не позволяват изтичане на електрически заряди, т.е. с тяхна помощ те разделят електрически вериги една от друга или тоководещи части на устройства, инструменти и апарати от проводящи, но не и тоководещи части (от корпуса, от земята). В тези случаи диелектричната константа на материала не играе особена роля или трябва да е възможно най-ниска, за да не се въвеждат паразитни капацитети във веригите. Ако се използват материали като диелектрик на кондензатор с определен капацитет и най-малки размери, тогава при равни други условия е желателно този материал да има голяма диелектрична константа.
Активни(контролирани) диелектрици са сегнетоелектрици, пиезоелектрици, пироелектрици, електролуминофори, материали за излъчватели и затвори в лазерната техника, електрети и др.
Обикновено проводниците включват материали с електрическо съпротивление ρ -5 Ohm * m и материали с ρ > 10 8 Ohm*m. В същото време трябва да се отбележи, че специфичното съпротивление на добрите проводници може да бъде само 10 -8 ohm m, а най-добрите диелектрици могат да надвишават 10 16 ohm m. Съпротивлението на полупроводниците, в зависимост от структурата и състава на материалите, както и от условията на тяхната работа, може да варира в рамките на 10 -5 -10 8 Ohm m. Металите са добри проводници на електрически ток. От 105 елемента само 25 са неметали.освен това, дванадесет елемента могат да проявяват полупроводникови свойства. Но освен елементарни вещества, има хиляди химични съединения, сплави или състави със свойствата на проводници, полупроводници или диелектрици. Доста трудно е да се направи ясна граница между стойностите на съпротивлението на различните класове материали. Например, много полупроводници се държат като диелектрици при ниски температури. В същото време диелектриците при силно нагряване могат да проявяват свойствата на полупроводници. Качествената разлика е, че при металите проводящото състояние е основното състояние, докато при полупроводниците и диелектриците то е възбудено.
Развитието на радиотехниката изисква създаването на материали, в които специфичните високочестотни свойства са съчетани с необходимите физични и механични параметри. Такива материали се наричат високочестотни.