مقره سرامیکی

مقره‌ های پرسلانی

تعداد بازدید: 4403
کد مطلب: 12998
تاریخ انتشار: 11:34 20 مهر 1391

مقره‌ های پرسلانی

 
 

مقره سرامیکی (Ceramic Insulator) جزئی از سرامیک های الکتریکی و یا الکترو سرامیک‌ ها (Electro Ceramics) هستند. در گذشته سرامیک‌ های الکتریکی صرفا شامل مقره‌ های پرسلانی بودند و با توجه به مشابهت مواد اولیه مصرفی و روش‌ های ساخت پرسلان‌ های الکتریکی با ظروف خانگی پرسلان، به طور کلی این نوع بدنه‌ ها جزو فرآورده های ظریف مورد بحث قرار می‌ گرفتند. بعد ها با تکامل علم و صنعت سرامیک، سرامیک‌ های الکتریکی (و نیز عایق‌ های الکتریکی به عنوان جزئی از سرامیک‌ های الکتریکی) شامل بدنه‌ های بسیار متنوعی شدند و کاربرد های متفاوتی پیدا کردند. به عنوان مثال می‌ توان از انواع بدنه‌ های سرامیک‌ های الکتریکی از بدنه‌های پرسلان الکتریکی، استاتیت، کوردیریت، تیتانات‌ ها، فرایت‌ های مختلف، پرسلان‌ های زیرکنی و غیره نام برد و تنوع این بدنه‌ ها به معنی کاربرد های متفاوتی برای سرامیک‌ های الکتریکی است. امروزه سرامیک‌ های الکتریکی در بسیاری موارد در باطری‌ ها و موتور های الکتریکی تا دستگاه‌ های پیچیده الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

علی‌ رغم تنوع بدنه‌ ها و کاربرد های سرامیک‌ های الکتریکی هنوز نیز در بسیاری از متون به سنت‌ های این صنعت احترام گذاشته شده و همچنان سرامیک‌ های الکتریکی را به عنوان جزئی از سرامیک‌ های ظریف (و نه جزئی از سرامیک های تکنیکی) قابل بررسی می‌ دانند به نحوی که هنوز در فرهنگ سرامیک Dodd که به عنوان مرجع در تکنولوژی سرامیک مورد استفاده قرار می‌ گیرد برای عبارت سرامیک ظریف این تعریف ارائه شده است: این اصطلاح به طور کلی به معنی ظروف خانگی یعنی سرویس‌ های غذاخوری، ظروف پخت و پز و سرامیک های بهداشتی است. ولی صنعت سرامیک‌ های ظریف، کاشی های دیواری و کف، الکترو سرامیک‌ ها و استون ور های شیمیایی را نیز در بر می‌ گیرد. ولی با این حال اکثر متون فنی در عمل سرامیک‌ های الکتریکی را در چهار چوب سرامیک‌ های تکنیکی و ویژه قرار می دهند و در محدوده سرامیک‌ های ظریف صرفا به بیان بعضی از عایق‌ ها و مقره‌ های الکتریکی و عمدتا بدنه‌های پرسلان الکتریکی اکتفا می‌ نمایند.

  مقره، مقره سرامیکی

 

 
 

پرسلان‌ های الکتریکی معمولی‌ ترین نوع عایق‌ ها و مقره‌ های سرامیکی هستند و دارای مقاومت الکتریکی و استحکام زیادی هستند. به طور کلی این بدنه در فرکانس‌ های کم و در کلیه ولتاژ ها (اعم از ولتاژ پایین یا بالا) کاربرد دارند. در چنین مواردی، برعکس ظروف خانگی رنگ بدنه و نیمه شفاف بودن اهمیتی نداشته بلکه عمده‌ ترین خصوصیات مورد نیاز مقاومت مکانیکی زیاد و تخلخل و جذب بسیار کم آب است. اصولا ترکیب این بدنه‌ ها برای ولتاژ های پایین و بالا مشابه است ولی عمده‌ ترین اختلاف در مقدار تخلخل است. مقره‌ های ولتاژ پایین ممکن است جذب آبی حدود 0.5 درصد داشته باشند ولی برای مقره‌ های ولتاژ بالا مقدار جذب آب باید حتما صفر باشد.

به طور کلی هنگامی که عایق‌ های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌ گیرند مقداری از انرژی الکتریکی به وسیله بدنه عایق جذب شده و تبدیل به انرژی حرارتی می‌ شود. این عمل علاوه بر گرم کردن عایق باعث کاهش و افت انرژی الکتریکی نیز می‌ شود ضریب توان (Power Factor) درصد افت و کاهش انرژی الکتریکی است که بدین صورت تبدیل به انرژی حرارتی شده است. بدیهی است که برای یک مقره الکتریکی حتی‌ المقدور باید ضریب توان کم باشد. اصولا افزایش تخلخل و در نتیجه جذب رطوبت باعث افزایش ضریب توان می‌ شود و به همین دلیل است که در مورد پرسلان‌ های الکتریکی به خصوص نوع ولتاژ بالا، در مورد کاهش تخلخل تاکید می‌ شود. عامل دیگری که در افزایش ضریب توان مؤثر است، افزایش ترکیبات قلیایی‌ موجود در ترکیب بدنه است. بنابراین باید تا حد امکان از مصرف مقدار زیاد قلیایی اجتناب شود. برای ساخت بدنه‌ های پرسلان الکتریکی توصیه می‌ شود که به جای استفاده از فلدسپات سدیم دار، از فلدسپات پتاسیم دار استفاده شود. این امر به دو دلیل است:

1- چنانچه سدیم در این بدنه‌ ها به طور کامل حذف شده و به جای آن پتاسیم مورد استفاده قرار گیرد، هدایت الکتریکی کاهش می‌یابد.

2- فلدسپات سدیم‌ دار می‌ تواند باعث افزایش تخلخل و در نتیجه افزایش ضریب توان شود. بدین صورت که فلدسپات سدیم‌ دار سریع‌ تر از فلدسپات پتاسیم‌ دار به ذوب نهایی خود می رسد و سپس اکسید سدیم موجود در آن تبخیر می شود و این عمل در نهایت باعث ایجاد تخلخل می‌ شود. به همین دلیل از مصرف کربنات‌ ها نیز در این بدنه‌ ها باید خودداری شود.

فرمول‌هایی که برای پرسلان‌ های الکتریکی در مراجع مختلف قید شده است، کاملا تقریبی بوده و برحسب خصوصیات و موارد استفاده فرآورده، فرمول این نوع بدنه‌ ها نیز می‌ تواند به مقدار زیادی تغییر کند. فرمول زیر رایج‌ ترین فرمول جهت پرسلان‌ های الکتریکی است:

درصد % ماده اولیه
30-20 کائولن
30-20 بالکلی
30-20 سیلیس
30 مواد فلدسپاتی

این فرمول شباهت زیادی به فرمول پرسلان نرم دارد با این تفاوت که در فرمول پرسلان‌ های نرم به دلیل رنگ و عبور نور (نیمه‌ شفافی بدنه) از مصرف زیاد بال‌کلی اجتناب می‌ شود. این فرآورده‌ ها به دلیل قطر زیاد و در نتیجه احتمال بروز ترک و شکست درخلال پخت (و خطر دانتینگ Dunting) فقط یک بار حرارت می‌بینند و به اصطلاح تک پخت هستند. درجه حرارت پخت معمولا برای بدنه‌های ولتاژ پایین حداقل حدود  1150 درجه سانتی گراد و برای بدنه‌ های ولتاژ بالا حداکثر حدود 1250 تا 1400 درجه سانتی گراد است.

در این فرآورده‌ ها لعاب نقش بسیار مهمی را ایفا می‌ کند. یکی از و ظایف لعاب، افزایش استحکام بدنه است. این عمل بدین صورت انجام می‌شود که معمولا ضریب انبساط حرارتی لعاب تا حدی کمتر از بدنه است. این عمل در مورد تمامی فرآورده‌ های سرامیک کم و بیش انجام می‌ شود ولی در مورد مقره‌های الکتریکی اهمیت زیادی دارد. با انجام این عمل مقامت مقره در برابر تنش‌ های فشاری و کششی به شدت افزایش می‌ یابد. رنگ لعاب این مقره ها معمولا قهوه‌ای تیره است. ایجاد چنین رنگی در لعاب به دلیل زیبایی نبوده بلکه جهت افزایش استحکام و ایجاد لعاب نیمه‌ هادی است.

 

مقره پرسلانی

 
 

پرسلان‌ های الکتریکی دارای ضریب توان کمی در فرکانس‌ های پایین هستند ولی با افزایش فرکانس، ضریب توان این بدنه‌ ها افزایش می یابد به نحوی که در فرکانس‌ های بالا مقدار افت انرژی الکتریکی در مقره‌ های پرسلانی به مقدار قابل ملاحظه‌ ای افزایش می یابد. در چنین شرایطی بدنه‌ های پرسلان الکتریکی، بدنه‌ های مناسبی برای عایق‌ ها و مقره‌ های فرکانس بالا نیستند. بدنه‌ های مناسب جهت فرکانس‌ های بالا باید دارای افت کمی در این فرکانس‌ ها باشند و به همین دلیل از بدنه‌های استاتیتی جهت ساخت چنین فرآورده‌ هایی استفاده می‌ شود. استاتیت (Steatite) و یا تالک نام نوعی از سیلیکات منیزیم آبدار طبیعی به فرمول 4MgO.5SiO2.H2O و یا 3MgO.4SiO2.H2O است.  برای ساخت بدنه‌ مقره‌ های استاتیتی حدود 80 درصد (و در بعضی موارد 90 درصد) تالک و یا استاتیت به کار می‌ رود. علاوه بر تالک حدود 15 تا 5 درصد مواد رسی و نیز 10 تا 15 درصد فلدسپات و یا کربنات باریم مورد استفاده قرار می‌ گیرد. این مواد باعث می‌ شوند که بعد از پخت مقادیر بسیار زیادی بلور های متاسیلیکات منیزیم MgO.SiO2 در این بدنه‌ ها به وجود آید.

مصرف مواد رسی در بدنه‌های استاتیتی برای ایجاد خاصیت پلاستیسیته در بدنه خام است. به طور کلی رس مصرفی در این نوع بدنه‌ها باید کاملا پلاستیک و خالص بوده و مقدار ناخالصی‌ ها به خصوص اکسید آهن و قلیایی در آن بسیار کم باشد. باید توجه داشت که مصرف رس به مقدار بیشتر از 10 درصد در این بدنه‌ ها  باعث کاهش شدید محدوده پخت می‌ شود. ماهیت گداز آور های مصرفی نیز تا حدود زیادی خواص الکتریکی مقره‌ های استاتیتی را تعیین می‌ کند. معمولا بدنه‌ هایی که در آن‌ ها از فلدسپات و یا به طور کلی از فلزات قلیایی به عنوان گداز آور استفاده شده است برای ولتاژهای پایین کاربرد دارند، در حالی که برای فرکانس‌ های بالا و افت کم از آن دسته از مقره‌های استاتیتی استفاده می‌ شود که در آن‌ ها به طور کلی فلزات قلیایی وجود نداشته و به جای آن‌ ها از فلزات قلیایی خاکی (و عمدتا باریم) استفاده شده است. این بدنه‌ها نیز مانند پرسلان‌ های الکتریکی تک پخت بوده و درجه حرارت پخت از حدود 1250 تا 1400 درجه سانتی گراد متغیر است. لازم به توضیح است که بدنه‌ های استاتیتی دارای محدوده پخت بسیار باریکی حدود 30 تا 40 درجه سانتی گراد (و حتی در مورد مقره‌های مرغوب حدود 10 تا 20 درجه سانتی گراد) هستند، که در صورتی که از فلدسپات به عنوان گداز آور در بدنه‌ های استاتیتی استفاده شود محدوده پخت وسعت بیشتری پیدا می‌ کند.

 
 

The first electrical systems to make use of insulators were telegraph lines; direct attachment of wires to wooden poles was found to give very poor results, especially during damp weather. The first glass insulators used in large quantities had an unthreaded pinhole. These pieces of glass were positioned on a tapered wooden pin, vertically extending upwards from the pole's crossarm (commonly only two insulators to a pole and maybe one on top of the pole itself). Natural contraction and expansion of the wires tied to these threadless insulators resulted in insulators unseating from their pins, requiring manual reseating. Amongst the first to produce ceramic insulators were companies in the United Kingdom, with Stiff and Doulton using stoneware from the mid 1840s, Joseph Bourne (later renamed Denby) producing them from around 1860 and Bullers from 1868. Utility patent number 48,906 was granted to Louis A. Cauvet on July 25, 1865 for a process to produce insulators with a threaded pinhole. To this day, pin-type insulators still have threaded pinholes. The invention of suspension-type insulators made high-voltage power transmission possible. Pin-type insulators were unsatisfactory over about 60,000 volts. A large variety of telephone, telegraph and power insulators have been made; some people collect them, both for their historic interest and for the aesthetic quality of many insulator designs and finishes...more

 
 

Ceramics are the oldest and still one of the best electrical insulators because of their stability and non-conducting properties. Highly arc and track resistant, they are dimensionally stable at elevated temperatures and will not char or burn. Chemicals, weathering, and bacteria will not affect their properties or tear down their structure. Ceramics have a low power factor and dielectric constant.  Their high compressive strength and virtually no cold flow assure dimensional stability and rigidity. Ceramics also reduce eddy and induction current. A special vacuum process can produce a piece with low water absorption. Many of these characteristics make it desirable for micro-wave applications. Ceramics are also heat resistant. They have many applications in the foundry and refractory industries because they can withstand thermal shock, even molten metal, and still maintain their rigidity. Ceramics are economical to use. The basic ingredients are readily available from supplies within the United States. No international cartels control price or availability. This, coupled with comparatively low cost dies and molds, offers an economical and practical means to fulfill most insulation requirements...more

 
 
نظرات درباره این مطلب
 
 
نام
پست الکترونیک
نظر
 
CAPTCHA Image
Reload Image
 
حاتم
چقدر جالب بود اگه میشه مطالب بیشتری تو این زمینه بذارین
<<پاسخ به این نظر
22:29 23 مهر 91
plus  1  
min   0
حاتم
چقدر جالب بود اگه میشه مطالب بیشتری تو این زمینه بذارین
<<پاسخ به این نظر
22:30 23 مهر 91
plus  1  
min   0
مطالب مرتبط