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

микросекунды тоже наблюдается предпробивной срез напряжения

(рис. 2-3).

Некоторые данные относительно электрических свойств стеатито­ вых материалов при повышенных температурах приводятся в [2-1].

Рис. 2-3. Осциллограммы пробоя раднокерамических диэлектриков при 400° С

Сведения о влиянии возжженмого металла электродов на электри­ ческую прочность некоторых керамических диэлектриков приво­ дятся в [2-2].

2 -2 . Величины пробивных напряженностей раднокерамических диэлектриков при высокой частоте и различных температурах

Опытным путем было выяснено, что в температурном диапазоне 20-^230°С и частотах от 100 кгц до 1 Мгц механизм пробоя неко­ торых керамических диэлектриков не тепловой, но и не собственно

24

электрический. Некоторые данные о Евр при высокочастотном напря­ жении у керамических диэлектриков приводятся в [2-3].

Опытный материал дает представление о зависимости £ Пр от температуры при /=1,5 Мгц у тех же радиокерамических диэлектри­ ков, для которых приводились величины Епр при импульсном и по­ стоянном напряжениях (табл. 2-2 и 2-3).

Форма опытных образцов и их размеры показаны на рис. 2-4. Электроды с закругленными краями 7 наносились обычным трое­

точками. Стенки же цилиндра 8 служили закраинами для предотвра­ щения перекрытий по поверхности. Предварительно все партии опыт­ ных образцов испытывались на качество спекаемости измерением tgö до и после кипячения в дистиллированной воде [2-4]. Напряже­ ние высокой частоты от нуля до пробивного повышалось в течение

разцов из РФ с более низкими значениями £ Пр при постоянном напряжении получалось такое же соотношение и при частоте 1,5 Мгц. То же самое оказалось и у образцов из Т-80 и Т-150;

25

Уже отмечалось, что у одной партии образцов из Т-150 (I) зна­

Рис. 2-4. Зависимость пробивной напряженности радиокерамических диэлектриков от температуры при частоте 1,5 Мгц

I — УФ-46; 2 — Б-17; 3 — Ш-15; 4 — РФ (/); 5 - РФ (//); 6 - Т-20

низкими. Кривая 4 рис. 2-5 с наименьшими Е„р построена для образ­ цов с относительно малыми диэлектрическими потерями. Из этого следует, что они не всегда являются основным фактором, определяю­ щим величину £щ>

Рис. 2-5. Зависимость пробивной напряженности радиокерамических материалов от температуры при f = 1,5 Мгц

1 — Т-80 (/); 2 — Т-80 (II); 3 — Т-150 (/); 4 -Т-150 (//); 5 — Т-150 (III)

По кривым 2 и 5 рис. 2-5 видно, что при температуре ~100°С происходило некоторое возрастание значений Епр. Такой ход зави­ симости Env= f(t) найден у кристаллов КВг, но при постоянном напряжении.

26

Следует заметить, что электрическая прочность керамических материалов при напряжении высокой частоты зависит и от их пористости. В керамическом черепке, как известно, содержится много микроскопических газовых пор. В отдельных случаях размеры этих пор достигают долей миллиметра и даже больше..

В табл. 2-2 приводились значения температуры ^Кр, выше кото­ рой форма пробоя при постоянном напряжении наиболее вероятно тепловая. Тепловая ли она в области t > t Kр при частоте 1,5 Мгц? Чтобы ориентировочно ответить на этот вопрос, можно воспользо­ ваться формулами для величин Епѵ при тепловом пробое и сравнить эти величины с опытными.

Для определения Епр при тепловой форме пробоя должен быть учтен поток тепла, входящий перпендикулярно к полю в плоско­ параллельный слой диэлектрика площадью 1 см2 и толщиной dz, и поток тепла, выходящий из слоя, поскольку определенное количе­ ство тепла каждую секунду будет выделяться в слое от диэлектри­ ческих потерь. При коэффициенте теплопроводности диэлектрика k, его диэлектрической проницаемости е, угле потерь б и активной про­ водимости ста= е/ tgö/(1,8- ІО12) можно написать

где Е — напряженность поля с частотой f и Т — температура. Индексы 1 и 2 относятся к слоям диэлектрика. Из этого равенства делением на dz получим

а tgß и о изменяются по экспоненциальному закону: tgö = tg6oeaT и о = ооеиГ, найдем величину Епр при толщине слоя диэлектрика 2h и постоянном напряжении:

Здесь Go и tg б0 — проводимость и диэлектрические потери при 0°С. Функция ф(с) может быть определена из геометрических раз­ меров образца и электродов, а также из условий охлаждения. В [1-5] в выражениях (2-3) и (2-4) функции ср(с) приняты рав­ ными. В работе [2-5] при изложении решения этой задачи они не­ одинаковы, но доказывается, что при небольших толщинах ди­

электрика эти функции различаются мало.

27

Если считать, что коэффициент а в температурной зависимости а и tg б одинаков, то, разделив (2-3) на (2-4), получим выражение, не зависящее от температуры:

отметить, что, например, электропроводность образцов из Т-80 за­ метно зависит от напряженности приложенного поля.

Для определения величин N были проведены опыты по пробою при постоянном и высокочастотном напряжениях образцов из оди­

200—400° С. Расчетные данные, например для образцов из УФ-46, сильно отличаются от опытных.

На основании кривых рис. 2-6 можно предполагать, что при температурах выше Д-р, когда механизм пробоя при постоянном напряжении наиболее вероятно тепловой, при высокой частоте он отличается от чисто теплового и, по-видимому, будет теплоэлек­ трическим.

Относительно теплового пробоя следует заметить, что если он осуществляется при нарушении теплового равновесия под дейст­ вием приложенного напряжения, то его называют пробоем первого рода. Если же пробой произойдет еще донарушения теплового равновесия от плавления или термического разрушения образца, то говорят о пробоях второго рода. В случае местных перегревов в электрическом поле, когда происходит перераспределение напря­ женности поля и слабые участки пробиваются при ударной иони­ зации, может идти речь о форме теплового пробоя третьего рода

[2-6 и 2-7],

Образцы из некоторых керамических материалов (Т-80 и Т-150) при действии высокочастотного поля иногда раскалываются от не-

28

равномерного разогрева. Для таких случаев в [2-8] величина Ер определена теоретически:

Здесь (г — коэффициент Пуассона; / — частота приложенного на­ пряжения; D — толщина пластины; к — коэффициент теплопровод­ ности; а — коэффициент линейного расширения; аг — растягиваю­ щее напряжение, при котором диэлектрик разрушается; М — мо­ дуль упругости; еСр и tg бср — значения диэлектрической прони­ цаемости и диэлектрических потерь при средней температуре пла­ стины. Предполагается, что электрическое поле однородно. Иони­ зационные процессы в порах не учитываются. Такая ионизация учтена в теории Пирятинского [2-9 и 2-10].

2-3. Электрическая прочность монокристалла AI2O3 прессованного стекла и ситаллов

Как диэлектрик монокристалл AI2O3 обладает некоторыми ценными свойст­ вами. Пробивная напряженность его при постоянном напряжении сравнительно высока. Кроме того, под влиянием приложенного напряжения даже при высоких температурах в решетку этого монокристалла практически не проникает серебро и заметно не мигрирует по его поверхности. Многие твердые диэлектрики таких свойств не имеют.

Для определения пробивной напряженности ЕпР были использованы моно­ кристаллы, вытянутые из расплава. В образцах высверливались лунки. Плоская сторона у полубулек полировалась. Электроды наносились на - образцы распыле­ нием серебра в вакууме [2-11]. Пробой образцов производился при постоянном напряжении в трансформаторном масле. Результаты испытаний при 1=20° С пред­ ставлены в табл. 2-4.

пробивная напряженность получилась равной около 33 кв!мм (табл. 2-5).

29