Файл: Цимберов, А. И. Стеклянные изоляторы.pdf

больше усилии сжатия, созданных в наружном слое стекла во время закалки. Таким же образом, ме­ ханическая нагрузка, действующая на стеклянную де­ таль, должна для ее разрушения превышать сумму на­ пряжений, созданных в наружном слое стекла во время закалки, и собственную механическую прочность стекла.

Разработанный в 1935 г. метод закалки стеклянных изделий сложной конфигурации нашел широкое приме­ нение в производстве стеклянных изоляторов. Подробно свойства закаленных стеклянных изоляторов и техноло­ гия закалки будут рассмотрены ниже.

1-3. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕКОЛ

К диэлектрическим характеристикам стекла, характе­ ризующим его как материал для производства изолято­ ров, должны быть отнесены: проводимость, диэлектриче­ ская проницаемость, диэлектрические потери и электри­ ческая прочность.

Рассматривая диэлектрические свойства стекла, не­ обходимо отметить, что наиболее подробно' с этой точки зрения изучены стекла щелочных составов. Диэлектри­ ческие свойства стекол малощелочных составов и влия­ ние на эти свойства различных факторов изучены в зна­ чительно меньшей степени. Поэтому в настоящей главе в основном описываются электрические свойства щелоч­ ных стекол и их зависимость от состава, температуры, вида электрического поля и т. д.

Электропроводность. Электрический ток возникает в любом веществе под воздействием прилагаемого элек­ трического напряжения. При этом действие сил элек­ трического поля вызывает упорядоченное движение за­ ряженных частиц этого вещества, так называемых носителей тока. Объемная электропроводность стекол обусловливается направленным перемещением ионов ве­ ществ, входящих в состав стекол, а также ионов приме­ сей. Основными переносчиками электрических зарядов являются ионы щелочных металлов, обладающие наи­ меньшими размерами, благодаря чему они могут переме­ щаться внутри структурной решетки более свободно,

16

щелочных стекол, Li и Na определяет проводиМосіЬ этих стекол.

Что касается бесщелочных стекол, то основным пере­ носчиком электрических зарядов здесь являются ионы двухвалентных металлов (например, Mg) или электроны [Л. 30 и 31].

Изменение удельного объемного сопротивления, т. е. величины, обратной проводимости стекла, в зависимости от температуры имеет большое значение для определе­ ния работоспособности электроизоляционных конструк­ ций в требуемом диапазоне температур. У стекол, пред­ назначенных для производства изоляторов, в первую очередь важна зависимость удельного электрического сопротивления в интервале температур от 0 до 100°С. Желательно, чтобы в этом интервале удельное объемное сопротивление стекла не изменялось резко и не вызы­

потенциальными ямами структурной решетки; ѵ — часто­

Расчет удельного объемного сопротивления стекла может быть произведен следующим образом [Л. 30].

суммы MgO и ZnO; bc— содержание CaO; bbv — содержание суммы ВаО и РЬО; с — содержание А120 3; d — со­ держание В20 3.

Все величины выражены в молярных процентах. Одновременно рассчитывается IgA, равный величине

отрезка, отсекаемого продолжением прямой, характери­

Опыт показывает, что удельные объемные сопротив­ ления стекла одного и того же химического состава, определенные экспериментальным или расчетным пу­ тем, совпадают с большой степенью точности.

На рис. 1-3 показам характер изменения удельного объемного сопротивления щелочных и малощелочных стекол. Если у щелочных стекол зависимость lg р= =/(1/7’) носит прямолинейный характер, т. е. сопротив­ ление резко уменьшается с ростом температуры, то у ма­ лощелочных стекол в интервале температур от 20 до 100—150°С удельное сопротивление изменяется незначи­ тельно.

Если известно сопротивление стекла хотя бы при двух температурах, то можно рассчитать значение р при любой температуре, соответствующей твердому состоя­ нию стекла [Л. 30]:

_I_____ 1_

~7\ Т\

где рі и р2 — удельные сопротивления стекла при тем­ пературах Ті и Г2; Ті и Т2— соответствующие абсолют­ ные температуры; рж— удельное сопротивление, опреде­ ляемое при абсолютной температуре х.

18

В табл. 1-3 приведены значения удельных объем­ ных сопротивлений ряда стекол, составы которых близ­

Сопоставляя приведенные в табл. 1-3 данные, мож­ но отметить, что малощелочные стекла в этих условиях снижают свое сопротивление в меньшей степени, чем стекла с содержанием большого количества щелочных окислов. Это свойство малощелочных стекол дает осно­ вание полагать, что при длительной эксплуатации изо­

стекла от его химического состава весьма сложно, но общий характер изменения этой зависимости исследован и описан многими авторами [Л. 30, 33—35].

Естественно предположить, что коль скоро основны­ ми переносчиками электрических зарядов в щелочных стеклах являются ионы щелочных металлов, то их со­ держание в стекле главным образом будет определять электрическое сопротивление такого диэлектрика.

Уже небольшой добавки щелочных окислов в кварце­ вое стекло достаточно для уменьшения его сопротивле­

мость. И тем не менее одновременное введение в опреде­ ленных пропорциях в состав щелочных стекол двух или трех различных окислов щелочных металлов не только не увеличивает проводимость такого стекла, но, наобо­ рот, снижает ее. Этот эффект, изученный и описанный Г. И. Сканави [Л. 36], носит название «нейтрализацион­ ного», или полищелочного эффекта. Физический смысл этого эффекта состоит в следующем. В стекле, содержа­ щем два или три щелочных иона, перенос зарядов осу­ ществляют ионы, которые перемещаются внутри решет­ ки по вакантным местам, освобожденным ионами одноименного щелочного металла. Основная доля пе­ реносимого электричества падает на ионы того метал­ ла, концентрация которого в данном стекле максималь­ на. Поэтому введение в состав щелочного стекла одного или двух других щелочных окислов приводит, во-первых, к уменьшению концентрации основного носителя и, во-

20