Файл: Балыгин, И. Е. Электрические свойства твердых диэлектриков.pdf

Суммируя изложенное в этой главе, можно отметить, что особен­ ности в развитии пробоев образцов из радиокерамических масс, различных по химическому составу и структуре, могут быть объяс­ нены совокупностью нескольких факторов. Основным из них яв­ ляется захват электронов многочисленными акцепторными центрами в дефектах структуры кристаллических ячеек и на их поверхностях. Вторым важным фактором можно считать холодную эмиссию элек­ тронов с микроскопических серебряных выступов на катоде. Что же

Рис. 1-6. Осциллограммы про- f . боя образцов из рутиловой керамики Т-80 при крутом на-

растании амплитуды импульса

яЯЛ

касается послепробивных процессов после сформирования разряд­ ного канала, то динамика их в основном, видимо, определяется тер­ моионизацией и образованием газовой атмосферы в канале. Все эти факторы связаны с химическим составом керамики и ее структурой.

В явлении электрического пробоя керамических диэлектриков

Во время нарастания напряжения до пробивного, при некотором Е начинается ударная ионизация с образованием электронных ла­ вин. Но многочисленные центры захвата электронов подавляют развивающийся пробой.

При дальнейшем повышении напряжения генерирование элек­ тронов начинает преобладать над их убылью. Образуется стример и начинается прогрессивное развитие пробоя. Эту стадию можно на­ звать второй. Опыты показывают, что в некоторых случаях разряд может быть прерван и в этой стадии.

Почти всегда после завершения пробоя при импульсном напря­ жении и особенно при некотором ограничении разрядного тока на­ пряжение не спадает до нуля и в разрядном канале еще длительное время происходят послепробивные процессы. В отдельных случаях они проявляются как многочисленные разряды при сравнительно небольших Е, видимо, в образующейся газовой атмосфере. Эту ста­ дию можно назвать послепробивной или третьей. Она может быть выделена при пробое многих диэлектриков и особенно при некото­ ром ограничении разрядного тока, но на нее часто не обращается внимания.

Г Л А В А В Т О Р А Я

ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ п р о ч н о с т и ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ

2-1. Закономерности изменения пробивной напряженности радиокерамических материалов в широком диапазоне температур

При использовании различного рода изделий из радиокерамиче­ ских материалов важным фактором является зависимость их про­ бивной напряженности от температуры. Эта зависимость опреде­ ляется химическим составом диэлектрика и его структурой.

Ниже приведены опытные данные зависимости Епѵ от темпера­ туры, полученные автором для образцов из корундовой керамики- (УФ-46), муллитовой (РФ), радиостеатитовой (Б-17 и СЦ-4), ко- рундо-муллитовой (КМ-1), титано-циркониевой (Т-20), шпинели (Ш-15), рутиловой (Т-80), перовскитовой (Т-150), титано-никелевой (ТКР-а) и сегнетокерамической Т-7500. В основном эти данные полу­ чены при постоянном напряжении и только небольшая часть — при импульсном.

Пробивались образцы заводского изготовления. Форма их пока­ зана на рис. 1-1, г. Ширина дисков т = 80-4-90 мм, толщина k = = 8-г-9 мм, а расстояние между электродами н= 1,1-М,5 мм. Элек­ троды наносились троекратным вжиганием серебра и каждый обра­ зец предварительно испытывался на качество спекаемости изме­ рением tg б до и после кипячения в дистиллированной воде. При одинаковых условиях пробивалось 8—12 образцов. Напряжение в те­ чение 30 сек поднималось от нуля до пробивного.

20

Данные о химическом составе образцов из УФ-46, Т-20 и Т-80 приведены в гл. 1, а о некоторых других исследованиях керамиче­ ских материалов — в табл. 2-1.

Таблица 2-1

Химический состав керамических материалов

* Некоторые цифры указаны приближенно.

Стеатит СЦ-4 по химическому составу отличается от Б-17 только одним окислом. Вместо Zr02 в состав СЦ-4 введен ZnO. Керамиче­

пературы для образцов из перечисленных выше керамических мате­

^1 7 0 ° С. При более высоких температурах начинается крутой спад £пр (кривая 1). У радиофарфора диэлектрические потери больше, чем у других перечисленных выше материалов.

Менее резкое снижение £ пр при повышении температуры найдено у образцов из Б-17 (кривая 2, рис. 2-1). Наиболее же термостабиль­ ным материалом по отношению к £ пр оказалась шпинель (кривая 3). Пробивная напряженность ее не изменяется в температурном диапа­ зоне— 50-7-+ 400° С. Для сравнения была приготовлена еще одна партия образцов такого же химического состава, но из менее каче­

лены они были по одной и той же технологии, но из сырьевых мате­ риалов различного качества. Термостабильность этих образцов по отношению к £ пр оказалась сравнительно небольшой, —50-^+150° С (кривые 5 и 6, рис. 2-1). Значения £ пр у образцов из Т-150 оказались -неизменными в температурном диапазоне —50-7-+ 250° С (кривые 7 и 8, рис. 2-1). Эта керамическая масса с диэлектрической прони­ цаемостью 8—150 более термостабильна, но значения ее £ пр срав­

нительно невелики.

Кривые рис. 2-1 показывают, что радиокерамические материалы можно характеризовать критической температурой, при которой на­ чинается снижение £ пр.

21

Зависимость Env= f(t) для некоторых других керамических ди­ электриков при температуре 20-^450° С представлена кривыми на рис. 2-2. Здесь можно обратить внимание на кривую 1 — для образ-

По зависимости Enp= f(t) образцы из керамических материалов ТКР-а (кривая 3) и Т-20 (кривая 4) имеют определенное сходство. Только значения Епр у ТКР-а несколько выше. Пробивная напря­ женность у сегнетокерамического материала Т-7500 оказалась во­ обще невелика (кривая 5). При возрастании температуры эта напряженность непрерывно снижается почти до нуля.

22

В области температур, где у образцов значения £ пр = const, на­ блюдается электрическая форма пробоя. Удельное объемное сопро­ тивление образцов в этих диапазонах температур снижается на не­ сколько порядков.

О значениях пробивной напряженности Епр при постоянном напряжении и удельном объемом сопротивлении р при t — 20°С, а также о критической температуре (кр, при которой начинается сни­ жение электрической прочности, можно получить представление из табл. 2-2. Форма пробоя при (> (Іф, наиболее вероятно, тепловая.

При импульсном напряжении данные о Ещ, получены только для / = 400° С. Из рис. 2-1 и 2-2 видно, что при постоянном напряжении и ( = 400° С значения £ пр у всех исследованных диэлектриков, кроме Ш-15 и Б-17, сравнительно малы. При импульсном же напряжении они оказались значительно выше, как об этом можно судить по осциллограммам пробоев образцов из УФ-46, РФ и Т-80 на рис. 2-3

ипо данным табл. 2-3.

Вслучае постоянного напряжения при той же температуре у об­

Таблица 2-3

Пояснения к осциллограммам (рис. 2-3) пробоя керамических образцов при t = 400° С

23