絕緣材料與其他的材料不同之處,除了有熱性能、力學(xué)性能、化學(xué)性能、耐環(huán)境性能要求之外,主要是具有一定的電性能。絕緣材料所需加以控制或選擇的就是通過主要電性能的測(cè)定和了解,來保證電機(jī)電器、電子器材的使用壽命和效率。實(shí)際上任何一種絕緣材料的性能都是多種多樣的,并不是所有的絕緣才來哦都同樣具有各種良好性能;同時(shí)每一種電機(jī)電氣設(shè)備,電子器材上所使用的絕緣材料,所要求的性能也是多種多樣的。 絕緣材料作為電介質(zhì)在電場(chǎng)中能被極化和長(zhǎng)期存在的一類物質(zhì)。當(dāng)電壓作用在任何電介質(zhì)上面所發(fā)生的一種基本特性是構(gòu)成它的質(zhì)點(diǎn)的極化,即構(gòu)成這些質(zhì)點(diǎn)的電荷的可逆性位移,位移發(fā)生在電場(chǎng)方向,并隨處施電壓的變化而變化。關(guān)于由電介質(zhì)的極化所引起的現(xiàn)象,可按照介質(zhì)系數(shù)大小來判斷;電介質(zhì)的極化多引起電介質(zhì)發(fā)熱而產(chǎn)生的能量消耗則可按電介質(zhì)耗損角的大小來判斷。 由于在工程介質(zhì)中常見有自由電荷,在電壓的作用下,??僧a(chǎn)生數(shù)量基微,穿過電介質(zhì)的體內(nèi)或沿表面而流行的漏導(dǎo)電流,這種現(xiàn)象可用比體積電導(dǎo)及比表面電導(dǎo)來說明,其倒數(shù)即為體積電阻率及表面電阻率。 任何電介質(zhì)只能在不超過某一最大電壓的數(shù)值下工作,這是電介質(zhì)在一定條件下的特征。當(dāng)電壓超過最大值時(shí),開始有電介質(zhì)擊穿現(xiàn)象,即完全喪失了它的絕緣性能。材料的點(diǎn)強(qiáng)度即電介質(zhì)經(jīng)受外施電壓而不被破壞的能力,可用擊穿場(chǎng)強(qiáng)表示,亦稱介電強(qiáng)度。根據(jù)使用目的及使用條件,要求電介質(zhì)具備介電、熱、機(jī)械等多方面性能。 電介質(zhì)最普遍的極化是構(gòu)成介質(zhì)的原子(包括離子)或分子中電荷的位移極化,一般分為原子(或離子)中電子位移極化和分子中原子(或離子)位移極化兩種形式。 電子式極化所用時(shí)間極短,是彈性地束于原子核離子中的電子發(fā)生位移所引起的。其質(zhì)點(diǎn)的極化度與溫度無關(guān),但物質(zhì)的電子式極化都隨溫度的升高而降低,這是因?yàn)殡娊橘|(zhì)因熱膨脹而使單位體積內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)減少之故。電子式極化的介質(zhì)當(dāng)溫度變化時(shí),其介電常數(shù)的變化僅有其密度的變化所決定。電子式極化在電介質(zhì)內(nèi)部存在,且是完全彈性的,不引起能量的損耗。 離子式極化是離子式結(jié)構(gòu)固體的特性,為束縛離子的彈性位移所引起的。離子式極化時(shí)介質(zhì)點(diǎn)的極化度隨溫度上升而增加,這是由于體積膨脹,質(zhì)點(diǎn)間的距離加大,離子間相互作用的的彈性里削弱的結(jié)果。溫度升高時(shí)離子式極化的總數(shù)效應(yīng)增加,大多數(shù)情況下,離子式介質(zhì)的介電常數(shù)的溫度系數(shù)是正的,離子式極化所需時(shí)間不超過10-2s,總有極微量的能量消耗同時(shí)發(fā)生。 電偶式極化與電子式及離子式極化有區(qū)別,不同之處在于它與質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)系,在熱騷動(dòng)狀態(tài)下的電偶極分子,其中一部分在電場(chǎng)的影響之下排列起來。 如果分子力不妨害電偶極子沿著電場(chǎng)的方向排列,就可能有電偶式極極化。分子力隨溫度的升高而削弱,故能是電偶式極化加強(qiáng);但同時(shí)分子熱運(yùn)動(dòng)的能量也增加,這又能使電場(chǎng)的排列用作削弱。所以當(dāng)分子力的削弱勝過騷動(dòng)的增加時(shí),電偶式極化的量隨溫度的升高而增加。此后當(dāng)熱騷動(dòng)變得較強(qiáng)時(shí),電偶式極化的量才又隨著溫度的升高而降低。 以上三種極化的三種基本形式,是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的電介質(zhì)的特性。在結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的物質(zhì)中發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)中極化存在于電偶性固體中及在無定形結(jié)構(gòu)的離子式物質(zhì)中。在無定形體及某些晶體物質(zhì)內(nèi),質(zhì)點(diǎn)的排列并不是很緊湊的,因此這些物質(zhì)中可以產(chǎn)生電偶極化的規(guī)律。 對(duì)強(qiáng)極性介質(zhì)的理論,尚需說明另一種極化形式,即自制式極化。自制式極化與電場(chǎng)強(qiáng)度及溫度由密切的關(guān)系。在某一特定溫度時(shí),明顯出現(xiàn)一個(gè)最大值。自制式極化有能量的消散同時(shí)發(fā)生,它是由晶體內(nèi)個(gè)別的極性基團(tuán)引起的,這些極性基團(tuán)由若干基本格子所組成。無外施電場(chǎng)時(shí),晶體極性基團(tuán)的電矩各指向雜亂的方向;加上電場(chǎng)后,極性基團(tuán)向電場(chǎng)方向發(fā)生改變。 根據(jù)極化的特性,可把電介質(zhì)分成幾類。 第一類基本上是指僅有電子式極化的物質(zhì),如結(jié)晶狀或已定形狀的中性固體和弱極性固體物質(zhì),中性、弱極性液體及氣體。 |