Gốm cách điện cao tần

Bài giảng trình bày về gốm cách điện môn học công nghệ vật liệu

Công nghệ vật liệu

“ Gốm cách điện cao tần”

Nhóm 1: Đỗ Thị Mai Loan Đoàn Trung Tân

Phí Văn Sơn Đinh Văn Bồn GVHD: TS Trương Thị Ngọc Liên

“ Gốm cách điện cao tần”

1 Khái quát

• Vật liệu gốm là vật liệu vô cơ phi kim loại

• Liên kết chủ yếu là liên kết ion

• Đặc tính:

 Cơ: độ rắn cao, thường làm vật liệu mài, giá đỡ…

 Từ: độ từ cảm phụ thuộc vào nhiệt độ và từ trường ngoài

 Quang:có thể tổng hợp được các vật liệu có tính chất quang học khác nhau

 Nhiệt: nhiệt độ nóng chảy cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp ->dùng làm các thiết bị đòi hỏi độ bền nhiệt, chịu được các xung nhiệt lớn

 Điện: độ dẫn điện dưới 10/( Ω.cm) ÷ 10-12 /( Ω.cm) Phần tử dẫn điện

có thể là ion hoặc electron như trong kim loại

“ Gốm cách điện cao tần”

1 Khái quát

• Vật liệu gốm sứ cách điện

 Sứ:

 Được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện

 Nguyên liệu là một loại đất sét đặc biệt, có chất lượng cao

 Góc tổn hao lớn và tăng nhanh khi nhiệt độ tăng, khó sử dụng cho

kỹ thuật tần số cao

 Gốm cách điện cao tần:

 Có điện trở suất ρ cao

 Có độ bền điện E cao

 Hằng số điện môi ξ nhỏ, hệ số tổn hao điện môi nhỏ

 Độ bền cơ cao, chịu xung nhiệt, chịu tác động của môi trường

“ Gốm cách điện cao tần”

1 Khái quát

• Phân biệt gốm và sứ: dựa trên một số tiêu chí sau:

 Độ thẩm quang: Khi đưa hai sản phẩm lên ánh sáng, ánh sáng sẽ xuyên qua sản phẩm sứ do sứ có độ tinh khiết cao hơn gốm.

 Trọng lượng và độ sáng bóng: sứ nhẹ và trắng bóng hơn gốm do được nung

ở nhiệt độ cao hơn và đã lọc tạp chất kỹ hơn.

 Âm vang: Sứ sẽ có tiếng vang thanh và rõ hơn gốm.

• Vật liệu gốm là vật liệu điện môi, do đó có các tính chất cơ bản của loại vật liệu này.

“ Gốm cách điện cao tần”

1 Khái quát

• Chất điện môi:

 Có ρ cao, cỡ 107÷1017Ωm ( T=300K).

 Hằng số điện môi ξ biểu thị khả năng phân cực của chất điện môi, được tính:

ξ=Cd/ C0

 Độ tổn hao điện môi Pa là công suất điện hao phí để làm nóng chất điện môi khi nó đặt trong từ trường:

Pa=U2.ω.C.tgδ [ W].

 Độ bền về điện của chất điện môi E

E=Uđ.t/d [ KV/mm; KV/cm].

“ Gốm cách điện cao tần”

2 Gốm fosterit

• Nguyên liệu và thiêu kết:

 Chủ yếu là MgO và SiO2

 Khi thiêu kết ở nhiệt độ cao tạo thành gốm octosilicat magie (2MgO.SiO2 hay Mg2SiO4.)

 Là vật liệu cao tần đặc biệt tốt, có bề mặt nhẵn, giá trị cao

• Cơ chế tổng hợp:

 Cách 1:

 Đem nung Talc, nó tạo metasilicat manhedi và SiO2 :

3MgO.4SiO2.H2O→ 3(MgO.SiO2)+ SiO2 +H2O

 Tiếp tục nung, manhedi oxyt đưa vào phối liệu phản ứng với MgO.SiO2 và SiO2 thừa để tạo fosterit:

“ Gốm cách điện cao tần”

2 Gốm fosterit

3(MgO.SiO2) + 3MgO→3(2MgO.SiO2)

SiO2 + MgO→ 2MgO.SiO2.

 Cách 2: theo cơ chế C.Wager

4MgO+ 4MgSiO3→Mg2SiO4

 Tại biên giới MgO/ MgSiO3:

 Tại biên giới MgSiO3/ Mg2SiO4

4MgSiO3 - Si4+ +2Mg2+→3 Mg2SiO4

 Ở đây, có sự khuếch tán ngược dòng của Si4+ và Mg2+ qua lớp sản phẩm phosterit Với các cation điện tích lớn thì sự di chuyển trong mạng rất hạn chế Bán kính cation (Mg2+ - 0.74 và Si4+ - 0.39 ) cũng ảnh hưởng đến sự khuếch tán Thường có sự bù trừ giữa hai yếu tố này.

•

“ Gốm cách điện cao tần”

2 Gốm fosterit

Đặc điểm Đơn vị Trị số

Hằng số điện môi ξ 6.5 ÷ 8

Góc tổn hao điện môi

tgδ khi f=1MHz

(1 ÷ 3).10-4

Điện trở suất ρ Ωm 1012 (T=293K)

108 ÷ 109 (T=793K)

Hệ số giãn nở nhiệt α K-1 (8 ÷12).10-6

Khối lượng thể tích g/cm3 3 ÷ 3,04

Độ bền về điện E kV/mm 35 ÷ 45

Độ bền uốn MPa 150 ÷ 160

“ Gốm cách điện cao tần”

2 Gốm fosterit

• Ứng dụng:

 Dùng cho điện trở: lõi các điện trở màng than, các tấm đế cho các điện trở màng kim loại, lõi các cuộn dây điện trở

 Dùng cho các mạch tích phân: các tấm cho mạch tích phân, vỏ cho các mạch tích phân bán dẫn

 Dùng cho các linh kiện bán dẫn:các tấm đế cho các transistor, diode

 Ứng dụng khác: các đầu cực điện, vật liệu cách điện, cách điện nhiệt

độ cao, các tấm micromođun

“ Gốm cách điện cao tần”

3 Steatit

• Nguyên liệu:

– Đá tan: 3MgO.4SiO2.H2O Tinh thể có cấu trúc lớp nên hạt bột đá tan có dạng vẩy dễ trượt nhau  Chú ý trong việc chọn chất kết dính khi nén bột nguyên liệu.

• Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao:

Trong đó: - MgO.SiO2 - Metasilicat Magie hay Clincenstait

- SiO2 – Kristobalit SiO2 tự do gây nguy hiểm cho chất lượng gốm Steatit nên thường phải trộn thêm vào 1 số phụ gia như: cao lanh, sét, muối cacbonat của KL kiềm thổ và oxit ZnO.

“ Gốm cách điện cao tần”

3 Steatit

Bảng liệt kê một số thành phần phối liệu của gốm Steatit

Thành phần phối liệu Thành phần của mẫu

“ Gốm cách điện cao tần”

3 Steatit

• Đặc điểm:

– Có đặc trưng tốt của vật liệu cách điện cao tần, Ɛ = 6.2÷6.4,

ở 1 Mhz: tanδ=6.10-4  Hệ số tổn hao: Ɛ’=Ɛ.tanδ≈(37÷100).10-4

– Điện trở suất ở 20oC là 1012 Ω.m, ở 300oC là 109 Ω.m  Cách điện tốt đối với dòng cao tần.

– Chịu tác dụng xung nhiệt tốt hơn gốm forsterit

– Có độ đậm đặc, đồng nhất và ổn định hóa học cao nên có tính chịu axit cao.

– Độ bền cơ học cao (Độ bền uốn: 140÷160 MPa)  Có thể chế tạo chi tiết

có kích thước lớn.

– Khi phủ men hoặc bôi mỡ silicon ta thu được vật liệu có dòng dò bề mặt nhỏ.

“ Gốm cách điện cao tần”

3 Steatit

• Ứng dụng:

– Chế tạo lõi của cuộn cảm cao tần.

– Chế tạo các đầu nối điện, chuyển mạch.

– Chế tạo trục tụ xoay.

Gốm coridon(α- Al2O3) là loại gốm oxit nhôm được hình thành sau khi thiêu kết loại nguyên liệu có thành phần Al2O3 trên 95%

“ Gốm cách điện cao tần”

4 Gốm coridon(oxit nhôm)

Tính chất Đơn vị Trị số

Độ bền cơ học ở 200C Độ bền nén kG/cm2 Đến 30.000

Hệ số giãn nở nhiệt α trong khoảng 20-10000C 1/0C 8.10-6

Độ dẫn nhiệt ở 1000C Kcal/mh độ 26,9

Nhiệt độ bắt đầu biến dạng dưới tải trọng

2kg/cm2

Tổn thất điện môi tgδ ở 200C (1-4).10-4

Các tính chất cơ bản của gốm coridon

“ Gốm cách điện cao tần”

4.Gốm coridon(oxit nhôm)