1-4. СУЧАСНІ ГАЛУЗІ ВИКОРИСТАННЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ДІЕЛЕКТРИКІВ
1-4-1. Керамічні КОНДЕНСАТОРИ
Загальні положення.
Статичну ємність плоского конденсатора С, Ф, що має площу електродів А, м2, і товщину діелектрика d, м, розраховують за формулою
(1-4-1)
де # 949; 0 = 8,854 · 1012, Ф / м.
Для виготовлення малогабаритного конденсатора великої ємності необхідно, щоб діелектрик конденсатора мав великий # 949; і малою товщиною d. Дотримати остання умова можна в тому випадку, коли легко виготовити тонкі пластини. Як матеріали з високою # 949; для виготовлення конденсаторів використовують:
- кераміку на основі ТiO2 (в конденсаторах для температурної компенсації) з # 949; = 20 - = - 150;
- кераміку на основі ВаТiO3 (в конденсаторах з високою діелектричної проникністю) з # 949; s = 1000-15000.
Для конденсаторів, наведених нижче, використовують некерамических матеріали, з яких порівняно просто виготовити тонкі пластини: 1) слюдяні, d = 0,01 -0,05 мм; 2) паперові, d = 0,008 -: - 0,1 мм;
- на органічних плівках, d = 0,01 мм; 4) електролітичні, d = 0,000010,001 мм (0,01-1 мкм).
При виготовленні керамічних діелектриків на основі ТiO або ВаТiO але звичайної керамічної технології товщина, що отримується такими методами формування, як сухе пресування пли протяжка, технологічно обмежена приблизно 0,1 мм (100 мкм). Отже, якщо виготовити дисковий конденсатор діаметром 10 мм з матеріалу з діелектричної проникністю 10000, то ємність конденсатора складе 0,05 мкФ, при цьому доводиться долати значні труднощі. Для зменшення товщини діелектрика, як відомо, використовують шліфування, при якій межа товщини становить 30- 30 мкм. Однак крім особливих випадків цей спосіб не знаходить застосування. Вивчають також способи отримання діелектриків малої товщини шляхом випалу тонких шарів, що наносяться електроосадженням, вакуумним напиленням, розкладанням органічних сполук титану. Однак не можна стверджувати, що в промисловому освоєнні зазначених способів отримання діелектриків з високою діелектричної проникністю досягнуті успіхи. Найперспективнішими є конденсатори, що використовують бар'єрну ємність контакту напівпровідник - метал. Зокрема, використання напівпровідникової кераміки на основі ВаТiO дозволяє отримати такий же ефект, як при утворенні бездефектного ізоляційного шару завтовшки кілька мікрон. Цим способом, що має велике практичне значення, можна виготовити малогабаритні конденсатори великої ємності, які мають високу діелектричну проникність і малу товщину d. Напівпровідників на основі ВаТiO присвячений § 9-1.
Нарешті, нещодавно Баку Сігеру з Інституту електрозв'язку винайшов чудову конденсаторну кераміку з бар'єрним шаром, яка детально буде розглянута в підпункті 9-1-3. В даний час ведуться інтенсивні роботи по вивченню шляхів практичного застосування цього чудового матеріалу, що представляє собою напівпровідникову кераміку на основі ВаТiO. у якій ізоляційний шар, утворений межами зерен кристалітів, володіє ефективної діелектричної проникністю 20 000-50 000 і пробивним напругою приблизно 45 В.
Двоокис титану має три кристалічні модифікації (рутил, анатаз і Брук), однак для практичних цілей найбільше значення має рутил. Монокристали цієї модифікації отримують методом плавлення в полум'я (також званим методом Бернуллі). Вони мають більш високий коефіцієнт заломлення, ніж алмаз, що послужило причиною виготовлення з них штучних дорогоцінних каменів.
Рутил має тетрагональную структуру. У центрі обсягу і в восьми вершинах кутів осередки знаходяться атоми титану, атоми кисню розташовані так, що з центральним атомом титану вони утворюють октаедр. Ті чотири атома кисню, що розташовані на нижній і верхній гранях, знаходяться на відстані s від центрального атома титану, решта два атома кисню розташовані на відстані р від центрального атома Ti, т. З. як видно з малюнка, значно далі. Щільність монокристалла виходить рівною 4,249 г / см3.
Мал. 1-4-1. Кристалічна структура рутилу.
Температура плавлення монокристалів рутила 1840 ± 10 ° С, діелектрична проникність при кімнатній температурі на частоті 1 МГц дорівнює 173 але осі с, а по перпендикулярному цій осі напрямку - 89.
Коефіцієнт заломлення монокристалів рутилу у видимому діапазоні світла (4000-7600 А) досить високий і дорівнює 2,71. Коефіцієнт теплопровідності дорівнює 61,9 Вт / (м-К), твердість по МОСУ - 6,7.
Анатаз також відноситься до кристалів тетрагональної структури, елементарну комірку кристалічної решітки утворюють шість молекул TiO2; а = 0,378, з = 0,949 нм. Щільність 3,9, коефіцієнт заломлення 2,55, діелектрична проникність # 949; = 31. Всі перераховані константи анатаза нижче, ніж у рутилу. Коефіцієнт теплопровідності дорівнює 180 Вт / (м-К), твердість по МОСУ - 5,5-6 (про промислове отримання TiO2 см. Підпункті 2-2-2).
Конденсатори для температурної компенсації.
Виробництво керамічних конденсаторів різними фірмами Японії, тис. Шт
1963 р середньомісячно