Основные пассивные функции диэлектриков в составе микроэлектронных и оптоэлектронных устройств. Примеры объемных и поверхностных удельных сопротивлений диэлектриков. Электрическая прочность и ее виды. Полимеры и техническая керамика и ее применение.
В опто-и микроэлектронике используются диэлектрики всех трех основных групп: стекла, керамики, полимеры, которые выполняют в основном пассивные функции. Основные пассивные функции диэлектриков в составе микроэлектронных и оптоэлектронных устройств приведены в таблице 1. Часто требуется, чтобы диэлектрики имели малую толщину. Поэтому еще до развития микро-и оптоэлектроники (МОЭ) диэлектрики широко использовались в пленочном виде, т.е. в жестких режимах - при полях высокой напряженности. Переход к ним повысил требования к диэлектрикам, т.к. здесь приобрели особое значение их однородность, отсутствие пор и дефектов, чистоты, непроницаемость для примесных ионов.Материалы, способные поляризоваться в отсутствие внешнего электрического поля под действием механических напряжений, называются пьезоэлектриками, а физическое явление - пьезоэффектом (из 1500 типов кристаллов при механическом воздействии помимо деформации лишь в немногих обнаруживается еще и поляризованность). Причиной его служит смещение положительных и отрицательных ионов или отдельных фрагментов молекул в кристаллах, не имеющих центра симметрии, рис. электрострикция необратима и механические напряжения в материалах, не являющихся пьезоэлектриками, не приводит к поляризации; электрострикционная деформация значительно меньше чем пьезоэлектрическая (при Е = 300В/см электрострикционная деформация не более 3 10-12 %, а пьезоэлектрострикция ? 10-7 %. Применение пьезоэлектриков: - ультразвуковая подводная локация (обратным пьезоэффектом излучают механические колебания в воду - ультразвук, отраженные сигналы (эхо) принимается другим кристаллом и преобразуется прямым эффектом в электрический сигнал); С помощью акустоэлектронных устройств измеряют длительность сигналов, сдвиг фаз, величину усиления, производят усиление и модуляцию, интегрирования, кодирования, свертку и корреляцию сигналов, ряд методов акустоэлектроники являются уникальными и наряду с микроэлектроникой развивают возможности радиоэлектроники (причем используются не только пьезоэлектрические материалы обладающие наличием пьезоэффекта и величиной пьезомодуля).Установлено, что повышенная электропроводность диэлектриков обусловлена не электронами, а подвижными ионами, несмотря на их низкую подвижность, которая определяется как ? = =QD/KT и при комнатной температуре (для ионов величина D порядка 10-15см2/с) по соотношению Эйнштейна имеем ? = 10-15?40/0,025 40 = 4?10-14 см2/(В с). Наличие быстродиффундирующих примесей (Cu , Au , Ag , K и особенно Na , H (последние легко проникают через тонкие пленки при комнатных температурах, а при высоких - и через стенки кварцевой аппаратуры), для которых D = 10-5…10-7 см2/с имеют ?= 10-2 - 10-4 см2/(В с) и определяют частично вклад в проводимость. (с учетом уравнения ? = nq?) следует, что температурная зависимость электропроводности определяется концентрацией носителей n, температурой Т и коэффициентом диффузии D. Dt = D0 EQ/ KT, где Q - энергия активаций диффузии, ЭВ; D0 - постоянная с размерностью коэффициента диффузии, при этом зависимость удельной проводимости от температуры аналогична полупроводникам ?0 = А e-Q/ KT но носители - ионы, а вместо ?Е > Q, причем концентрация ионов не зависит от температуры. Для оценки предельных возможностей электроизоляционных материалов в электротехнике применяют параметр ТК-100, определяющий температуру, при которой удельное сопротивление падает до 100 МОМ?см.Потери энергии в диэлектриках обусловлены протеканием двух видов активных токов - сквозного (объемного и поверхностного) и тока абсорбции (второй - активная часть поляризованного тока, расходуемая на установление дипольной и миграционной поляризации), который протекает только при изменении напряженности (т.е. при DE/dt ? 0) и обладает инерционностью. Количественной мерой потерь в диэлектрике служит тангенс угла диэлектрических потерь tg? (определение которого следует из векторной диаграммы ? = Iа/Ip - угол дополняющий до прямого фазовый сдвиг между током и напряжением в емкостной цепи или, между вектором полного тока и его реактивной составляющей). Ра = 2?FСU2tg?, поскольку Uc = Ip/C?, ? = 2?f - круговая частота, Uc - напряжение в цепи, обладающей емкостью. Диэлектрик между обкладками конденсатора в поле ВЧ нагревается, что следует из уравнения теплового баланса Соотношение влияний каждого из параметров (? и tg?), а также учет удельного сопротивления, определяющего сквозной ток, зависят от конкретных условий и осложнены в оценке изза частотной зависимости tg? = f(?), ? = f(?).Параметр, определяющий способность диэлектрика сохранять высокое удельное сопротивление в полях большой напряженности: Епр = Uпр/d, Uпр - пробивное напряжение (минимальное напряжение, приложенное к диэлектрику, приводящее к его пробою), d - толщина диэлектрика; [Епр] = 1 МВ/м = 1 КВ/мм. Электрическая прочность не является фундаментальным параметром материалов, т.к. не определено условие эксплуатации (теплоотводы, d, вид пробоя). Тепловой - обусловлен экспоненциальным ростом электропроводности ди
План
Содержание
1. Основные определения
2. Пьезо-, пиро- и сегнетоэлектрики
3. Электропроводность диэлектриков
4. Диэлектрические потери
5. Электрическая прочность
6. Стекла, керамики, полимеры, пластмассы
7. Стеклокристаллические материалы - ситаллы
8. Техническая керамика
9. Полимеры
10. Пластмассы
11. Синтетические эмали, лаки и компаунды
12. Полимеры, клеи и адгезивы
13. Пленочные диэлектрики
Литература
1. Основные определения
Список литературы
1. Барабанщиков Ю.Г. Материаловедение и технология конструкционных материалов / Ю.Г. Барабанщиков. - СПБ. : Изд-во Политехн. ун-та, 2006. - 150 с.
2. Безъязычный В. Ф. Математические методы в технологии машиностроения // Ярославский пед. вестн. - 2010. - № 3-1. - С. 45-50.
3. Богодухов С. И. Материаловедение и технологические процессы в машиностроении : учеб. пособие для студ. Вузов / С. И. Богодухов, А. Д. Проскурин, Р. М. Сулейманов и др. ; под общ. ред. С. И. Богодухова. - Старый Оскол : ТНТ (Тонкие наукоемкие технологии), 2010. - 559 с.
4. Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учеб. пособие для ВУЗОВ / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. - М.: Машиностроение, 2003. - 255с.: ил.
5. Вихревые технологии в машиностроении : [монография] / Б. А. Сентяков [и др.] ; ГОУ ВПО "Ижевский гос. технический ун-т". - Екатеринбург : Ин-т экономики УРО РАН ; Ижевск : [б. и.], 2008. - 349 с.
6. Гарифулин Ф. А. Материаловедение : учеб. для студентов вузов / Ф.А. Гарифуллин, Ф.Ф. Ибляминов, Л.А. Сухинина и др. ; Альметьев. гос. нефт. ин-т, Казан. гос. технол. ун-т. - Альметьевск, 2004. - 308 с. : ил.
7. Григорьянц А. Г. Лазерные технологии в машиностроении // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2011. - № 2. - С. 14-22.
8. Иванов Д. А. Струйные технологии в машиностроении : монография / Д. А. Иванов, А. В. Васильева ; М-во образования и науки Рос. Федерации, С.-Петерб. гос. ун-т сервиса и экономики (СПБГУСЭ). - СПБ. : Изд-во СПБГУСЭ, 2010. - 147 с.
9. Иванов И. С. Технология машиностроения : учеб. пособие для студентов вузов по специальности 150406 "Машины и аппараты текстильной промышленности" / И. С. Иванов. - М. : ИНФРА-М, 2010. - 192 с.
10. Ковалев С. В. Новые материалы и технологии в машиностроении // Вестн. Моск. гос. ун-та приборостроения и информатики. Сер.: Приборостроение и информ. технологии. - 2010. - № 25. - С. 106-121.
11. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов электротехнических и электромеханических спец. ВУЗОВ / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. - М. Высшая школа, 2004. - 518с.: ил.
12. Маталин А. А. Технология машиностроения : учебник для студ. высш. учеб. заведений, обучающихся по спец. 151001 направления подготовки "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств". - [Изд. 2-е, испр.]. - СПБ. [и др.] : Лань, 2008. - 512 с.
13. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для студентов ВУЗОВ, обуч. по напр. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» / А.В. Шишкин и др.; под ред. В.С. Чередниченко. - 3-е изд., стер. - М.: ОМЕГА-Л, 2007. - 751с.
14. Материаловедение: Учебник для ВУЗОВ, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. - 5-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 646с.: ил.
15. Михеенков М.А. Производство искусственного гипсового камня / М.А. Михеенков, В. Ким, Л.И. Полянский // Строит. материалы. - 2010. - № 7. - С. 13-17.
16. Монастырев А.В. Требования потребителей к свойствам извести для ячеистого бетона и технологические приемы по их обеспечению // Там же. - 2009. - № 6. - С. 36-37.
17. Наукоемкие технологии в машиностроении : [монография] / [А. Г. Суслов и др.] ; под ред. А. Г. Суслова. - М. : Машиностроение, 2012. - 527 с.
18. Попов Г.В. Лабораторный практикум по курсу "Материаловедение и технология конструкционных материалов": учеб. Пособие /Г.В. Попов, А.М.Беликов, Л.И. Назина, Л.П.Трутнева, В.И Логинова. - Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад., 2004. - 154с.
19. Ржевская С. В. Материаловедение : учебник для студентов вузов / С.В. Ржевская. - М. : Изд-во Моск. гос. горн. ун-та, 2005. - 454 с. : ил.
20. Сазонов К.Е. Материаловедение. Свойства материалов. Методы испытаний. Лед и снег : учеб. пособие / К.Е. Сазонов ; М-во образования и науки РФ, Федер. агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования Рос. гос. гидрометеорологический ун-т. - СПБ. : РГГМУ, 2007. - 194 с.
21. Самойлова Л. Н. Технологические процессы в машиностроении : лабораторный практикум : учеб. пособие / Л. Н. Самойлова, Г. Ю. Юрьева, А. В. Гирн. - СПБ. ; М. ; Краснодар : Лань, 2011. - 154 с.
22. Совершенствование технологических процессов машиностроительных производств : [монография] / [А. С. Янюшкин и др.] ; под общ. ред. А. С. Янюшкина ; Федеральное агентство по образованию, ГОУ ВПО "Братский гос. ун-т". - Братск : Братский гос. ун-т, 2006. - 302 с.
23. Технологическое обеспечение качества машин и оборудования : монография / М. Н. Буткевич [и др.] ; ФГОУ "Рос. инженерная акад. менеджмента и агробизнеса". - М. : РИАМА, 2008. - 228 с.
24. Технология конструкционных материалов. Учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗОВ в 4 ч. Под ред. Д.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г Дубенского. - Тула. Изд-во ТУЛГУ. - 2007.
25. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных ВУЗОВ / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 5-е изд., испр. - М. Машиностроение, 2003. - 511с.: ил.
26. Технология машиностроения : учеб. пособие для студ. вузов: в 2 кн. / [Э.Л. Жуков и др.] ; под ред. С. Л. Мурашкина. - М. : Высш. шк., 2008
27. Ткачев А. Г. Технология машиностроения : курс лекций / А. Г. Ткачев, И.Н. Шубин. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. - 164 с.
28. Филатов Л. Г. Эколого-технологические аспекты долговечности бетона // Строительное материаловедение - теория и практика. - М., 2006. - С. 323-326.
29. Шубина Н. Б. Материаловедение в горном машиностроении : учеб. пособие / Н.Б. Шубина ; Моск. гос. горн. ун-т. - М. : Изд-во МГГУ, 2000. - 271 с.
Размещено на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
