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: 4MgO-2Mg2+ + Si4+→ Mg2SiO4  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. . 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. . 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