НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МАТЕРИАЛЫЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
Программа, методические указания и
расчетно-графическое задание для студентов
II курса направлений 210100, 222900
дневного отделения факультета РЭФ
Новосибирск
Составил: И.Л. Новиков, канд. техн. наук, доцент каф. ППиМЭ.
Рецензент: Е.А. Макаров, к.ф.-м.н., доц.
Работа подготовлена кафедрой
полупроводниковых приборов и микроэлектроники
© Новосибирский государственный технический университет, 2012 г.
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Основным при изучении курса является:
а) рассмотрение теоретических основ, из которых надо исходить при изучении и испытании материалов;
б) установление классификации материалов по их назначению, составу и свойствам;
в) изучение основных характеристик, определяющих оценку пригодности материалов в электротехнике;
г) изложение основных особенностей технологии электротехнических материалов;
д) конкретные случаи применения материалов.
Материал по всему курсу подробно изложен в учебниках [1-3]. При изучении дисциплины следует тщательно проработать каждый раздел, разобраться в физической сущности изучаемых явлений, не ограничиваясь формальными представлениями о характеристиках материалов и их зависимости от различных факторов. При рассмотрении отдельных конкретных видов материалов надо установить, в какой мере их особенности могут быть объяснены ранее изученными общими закономерностями.
Механическое запоминание числовых значений характеристик материалов не рекомендуется, но студент должен отчетливо представлять себе порядок этих величин. Необязательно и запоминание сложных химических формул, в частности формул высокомолекулярных веществ, но студент должен уметь разобраться по виду формулы в важнейших особенностях данного вещества - его неполярной и полярной природе, порядке величины диэлектрической проницаемости и т.п.
В процессе изучения курса необходимо выполнить расчетно-графическое задание, которое состоит в решении индивидуального набора задач, представленных в данном методическом пособии. Вариант задач определяется последней цифрой номера группы и индивидуальным шифром студента по зачетной книжке.
Ответы на вопросы контрольных заданий должны быть краткими, ясными и в исчерпывающей форме. При решении задач необходимо пользоваться международной системой единиц (СИ). Для всех величин обязательно надо указывать единицы измерения.
ПРОГРАММА КУРСА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ОТДЕЛЬНЫМ ТЕМАМ
Тема 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА
Предмет и содержание курса. Общая классификация материалов. Общие сведения о строении вещества. Виды связи. Кристаллическое и аморфное строение вещества. Типы кристаллических решеток. Дефекты кристаллической решетки, их классификация и роль в свойствах вещества. Понятие о зонной теории твердых тел. Энергетические диаграммы.
Тема 2. ДИЭЛЕКТРИКИ
2.1 ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИКОВ
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ
Электрические заряды в диэлектрике и их взаимодействие с электрическим полем, диэлектрическая проницаемость. Основные виды поляризации диэлектриков. Классификация диэлектриков по виду поляризации. Диэлектрическая проницаемость газов и жидких диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков.
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ
Основные виды электропроводности диэлектриков. Электропроводность газов, жидких и твердых диэлектриков. Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков и ее зависимость от природы материала, состояния поверхности и влажности.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ
Основные понятия. Полные и удельные потери. Схемы замещения диэлектриков с потерями. Природа диэлектрических потерь. Диэлектрические потери в газах. Кривая ионизации. Диэлектрические потери в жидких и твердых диэлектриках. Зависимость тангенса диэлектрических потерь от частоты и температуры для неполярных и полярных диэлектриков.
ПРОБОЙ ДИЭЛЕКТРИКОВ
Пробивное напряжение и пробивная напряженность. Пробой газов в однородном и неоднородном электрическом поле. Пробой на постоянном токе и переменном токе низкой и высокой частоты. Пробой при импульсах. Зависимость пробивного напряжения от давления и величины промежутка между электродами. Пробой жидких диэлектриков. Влияние примесей на характер зависимости электрической прочности от температуры. Пробой твердых диэлектриков. Теории теплового и электрического пробоев твердых диэлектриков.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИКОВ
Влажностные свойства диэлектриков. Влажность материалов. Влагопроницаемость. Механические свойства диэлектриков. Тепловые свойства диэлектриков: нагревостойкость, холодостойкость, теплопроводность, тепловое расширение. Химические свойства диэлектриков. Воздействие излучений высокой энергии.
Методические указания
При изучении данной темы необходимо уяснить физический смысл и практическую значимость таких свойств диэлектриков, как удельное сопротивление (объемное и поверхностное), диэлектрическая проницаемость, угол диэлектрических потерь и электрическая прочность (пробивная напряженность) диэлектрика. Надо знать размерности и единицы измерения этих величин. Большое внимание надо обратить и на общие физико-механические, химические и радиационные свойства.
2.2 ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Газообразные диэлектрики. Роль воздуха как диэлектрика и состав воздуха. Свойства других, кроме воздуха, газов в сравнении со свойствами воздуха. Азот, водород. Инертные газы: аргон, гелий и др., их особенности и возможности применения. Газы с особо высокой электрической прочностью, их особенности и возможности применения в радиотехнике. Элегаз, фреоны.
Жидкие диэлектрики. Минеральные (нефтяные) электроизоляционные масла, их свойства и возможности применения. Способы очистки и регенерации масел. Основные процессы при тепловом старении масла и способы замедления старения. Синтетические электроизоляционные жидкости: кремнийорганические, хлорорганические, фторорганические; сравнение их свойств и областей применения со свойствами и областями применения минеральных масел.
Органические и элементоорганические высокомолекулярные материалы. Практическое значение твердеющих электроизоляционных материалов. Практически используемые и перспективные полимеры чисто полимеризационные и поликонденсационные, термопластичные и термореактивные, их относительные достоинства и недостатки. Полиэтилен высокой и низкой плотности, облученный и химически сшитый полиэтилен. Полиизобутилен, полипропилен, полистирол, полихлорвинил (поливинилхлорид), фторопласт-4, фторопласт-3. Фенолоформальдегидные смолы. Эпоксидные смолы, полиамиды, полиуретаны, полиэфиры и др. Кремнийорганические полимеры, их преимущества и недостатки. Возможности применения указанных материалов.
Каучуки и резины, процесс вулканизации, области применения.
Пленочные и волокнистые синтетические материалы, способы получения, свойства, области применения.
Пластические массы и их компоненты. Методы переработки пластмасс в изделия. Технические и экономические преимущества применения пластмасс. Слоистые электроизоляционные пластики: гетинакс, текстолит, стеклотексолит; получение, свойства и переработка; фольгированные слоистые пластики. Пенопласты и поропласты.
Лаки, их составные части, классификация и назначение. Эмали. Назначение и методы пропитки лаками и нанесения лаков на поверхности, технология сушки и запекания. Клеи и герметики, их классификация и назначение.
Заливочные и пропиточные компаунды. Сравнение свойств и областей применения лаков и компаундов. Технологические особенности, состав и применение компаундов. Особенности термореактивных компаундов; компаунды на основе полиэфирных и эпоксидных смол.
Неорганические диэлектрики. Общие особенности неорганических диэлектриков, их отличие от органических, области применения тех и других электроизоляционных материалов.
Общие свойства стекол, области их применения и технология обработки. Кварцевое стекло и силикатные стекла различного состава. Стеклянное волокно. Ситаллы.
Керамические материалы. Особенности изготовления: формовка, обжиг и др. Достижимые после обжига и механической обработки допуска на размеры керамических изделий. Радиофарфор. Ультрафарфор. Стеатит. Сегнетокерамика. Составы исходных масс и основные технологические режимы, свойства и области применения в радиотехнике.
Слюда. Виды природной слюды: мусковит и флогопит, их особенности и области применения. Синтетическая слюда - фторфлогопит, ее преимущества. Микалекс на природной и синтетической слюде.
Методические указания
По теме 2.2 программы необходимо обратить большое внимание на особенности высокомолекулярных соединений (линейного и пространственного строения), синтетические полимеры, обладающие повышенной нагревостойкостью (кремнийорганические и фторорганические), процессы сушки и пропитки, пластические массы и керамические материалы.
Тема 3. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Классификация и основные свойства проводниковых материалов. Зависимости удельного сопротивления и его температурного коэффициента металлов и сплавов от состава, температуры, механической и термической обработки.
Материалы высокой проводимости. Серебро, медь, алюминий, бериллий, натрий. Электрические и другие характеристики этих металлов; области применения и особенности технологии.
Сплавы высокого сопротивления для резисторов и нагревательных приборов: манганин, константан, сплавы на основе железа, свойства и применение.
Тугоплавкие проводниковые металлы: вольфрам, молибден, титан, кобальт, и др., их особенности и области применения. Сверхпроводимость и возможности ее использования. Сверхпроводники первого и второго рода.
Контактные материалы: на основе благородных и неблагородных металлов и металлокерамические. Их свойства и области применения. Флюсы.
Методические указания
При изучении данной темы особое внимание следует обратить на изучение основных свойств проводниковых материалов, влияния состава и внешних факторов на основе характеристики проводниковых материалов и области их применения.