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

Зависимость a — f(E), близкая к (3-3), найдена у стекла и чер­ ного высушенного лака [3-1], т. е. у некристаллических веществ. Вообще же находятся диэлектрики, у которых o = f(E) может быть выражена одной из (3-1) — (3-3) формул. Это обстоятельство и свидетельствует о том, что возрастание а в сильных электрических полях зависит от химического состава диэлектрика и его струк­ туры. Ниже приведены опытные данные зависимости o = f(E) для некоторых радиокерамических диэлектриков. Опыты проводи­

Путем рычажных переключателей подаваемое постоянное напря­ жение от батареи можно было изменить через 200 в. В случае больших токов измерения производились с помощью микроампер­ метра. Для подсчетов удельной проводимости брались установив­ шиеся значения токов. Перед каждым измерением образцы тща­ тельно промывались спиртом и просушивались при 250—300° С

в течение 2,5—3 ч. Температура при измерениях поддерживалась

сточностью до ±0,5° С. Измерения а в диапазоне температур 23—489° С проводились при напряженностях вплоть до пробивных.

Исследовались образцы из корундовой керамики УФ-46, шпи­ нели Ш-65, титано-циркониевой массы Т-20 и рутиловой Т-75.

Масса Т-75 по химическому составу (см. § 1-3) отличалась от

40

Т-80 только пластифицирующими добавками глинистых веществ. Благодаря этому из массы Т-75 можно было приготовлять трубки протяжкой через мундштук.

Зависимость удельной проводимости а от Е (кв/см) у образ­ цов из УФ, Ш-15 и Т-20 представлена графически на рис. 3-2.

Из графика видно, что при температурах 23 и 73° С и напря­ женностях поля 0,7—25 кв/мм значения а у УФ оставались неиз-

Рис. 3-2. Зависимость электропроводности от напряженно­ сти приложенного поля при различных температурах у радиокерамических образцов

менными. Следовательно, при указанных условиях соблюдается закон Ома. Пробивная напряженность образцов при температурах 23 и 73° С равнялась приблизительно 26,0—27,0 кв/мм.

При температурах 181° С и выше, как видно из рис. 3-2, закон Ома у этих образцов соблюдается только до определенных значе­ ний Ё0 (точки перегиба), выше которых происходит заметное уве­ личение о. Чем выше температура t, тем при меньших Е0 происхо­ дит возрастание о.

У образцов из шпинели а не зависит от Е в диапазоне темпе­

41

t= 383°С произошло только при £ 0=16 кв/мм (кривая 8 рис. 3-2). В случае же увеличения температуры до 489° С возрастание начи­ налось уже при £о=12 кв/мм (кривая 5). Эти данные показывают, что шпинель (Ш-15) в отношении изменения о является весьма термостабильным керамическим материалом.

То же самое зафиксировано и в отношении электрической

прочности (см. гл. 2 ).

У трубок из Т-20 при увеличении £ вплоть до £ пр возрастания а не происходило только в диапазоне температур ниже 100° С. По зависимости а от £ керамический материал Т-20 нельзя назвать термостабильным. При ^=102°С

высоких температурах значения £ 0 снижаются.

Аналогичные кривые для рутиловой керамики Т-75 приведены на рис. 3-3. График показывает, что данный керамический мате­ риал сильно отличается от предыдущих. Даже при t = 22° С посто­ янство а сохраняется приблизительно только до 4,5 кв/мм (кри­ вая 1). При более высоких £ имеет место сравнительно крутое воз­

(табл. 3-1).

Температурная зависимость о некоторых радиокерамических диэлектриков приводится на рис. 3-4. В выбранных координатах зависимость lna — f(t) у образцов из УФ-46 и татано-циркониевой массы Т-20 оказалась линейной, а у Ш-15 линейность в диапазоне температур 304-200° С оказалась несколько нарушенной.

4 2

Таблица 3-1

Граничные значения напряженности £„ и температуры t0

выше которых не соблюдается закон Ома

3-2. Природа электропроводности некоторых радиокерамических диэлектриков

Экспериментальное определение природы проводимости некото­ рых керамических диэлектриков при повышенных температурах проводилось по методу Тубандта [3-3]. Исследовались партии из трех пришлифованных друг к другу дисков. На сложенные вместе образцы при определенной температуре подавалось постоянное напряжение, вызывавшее электролиз. Если проводимость была ионной, то из образца, примыкавшего к аноду, часть положитель­ ных ионов уходила. Последовательно с образцами включался кулонметр с серебряным анодом. Катодом у него служил платино­ вый тигель (рис. 3-5). В тигель наливался 25%-ный раствор азот­ нокислого серебра.

Через образцы пропускалось несколько десятков кулонов элек­ тричества. Перед началом электролиза и после него проводилось взвешивание образцов с точностью до 0,1 мг. Крайние диски диа­ метром 50—60 мм взвешивались вместе с электродами, а сред­ ний — один. Перед опытом диски проверялись на качество спе­ каемое™ и двусторонним шлифованием доводились до толщины 1—1,5 мм. Потом они некоторое время держались в горячей 25%-ной соляной кислоте, кипятились в дистиллированной воде и наконец прокаливались в течение 4—5 н при ^=1000—1100° С.

Электроды диаметром 35—40 мм изготовлялись из платины. В отдельных случаях использовались И серебряные. При электро­ лизе ионы от одного из крайних дисков должны были уходить, а вес диска уменьшаться. Вес среднего диска не должен меняться потому, что сколько приходило к нему ионов, столько же и ухо­ дило. В другой крайний диск ионы приходили и вес его увеличи­ вался. Все это должно происходить при соблюдении закона Фара­ дея. Отклонение от него могло быть вызвано смешанной проводи­ мостью ионов и электронов. Электронная проводимость не должна вызывать изменений в весе дисков.

43

Вещества, выделявшиеся на электроде и на приэлектродной поверхности дисков, подвергались химическому анализу, а в неко­ торых случаях и спектральному. Платиновый катод и прикатодный керамический диск кипятились в дистиллированной воде в течение

Рис. 3-5. Схема установки для исследования природы про­

2—4 мин. Если оказывалось, что на катоде выделялись ионы ме­

Для Б-17 эти числа приведены на рис. 3-6. Они определялись из данных химического анализа и по весовым изменениям образцов

44

во время электролиза. Из кривых видно, что в температурном диа­ пазоне 4004-600° С доля ионов Na+ сильно уменьшается. Подвиж­ ными делаются двухвалентные ионы Са2+ и Mg2+.

Данные анализа продуктов электролиза керамических мате­

риалов, химический состав которых приведен в табл. 3 -3 , собраны в табл. 3-4.

При столь больших температурах, как 8004-900° С, когда де­ лаются подвижными и осуществляют электропроводность такие двухвалентные ионы, как Са2+ и Mg2+, кажется само собой разу­ меющимся, что активизируются и двухвалентные ионы кислорода.

Но по методу Тубандта в таком виде, как он применен в работе [3-3], могли быть обнаружены только ионы металлов, выделяю­ щийся кислород не регистрировался.

На рис. 3-7 приведены кривые чисел переноса п ионов в зави­ симости от температуры у обычного полевошпатного изоляторного

Таблица 3-3

Химический состав керамических материалов

Содержание окислов, %

висмут-тита- новый

4 5