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TECNOLOGIE ELETTRONICHE
… studiare, studiare ed ancora studiare,
è il solo modo di capire quanto possa
essere grande sia la propria ignoranza!
Le Porcellane Elettrotecniche
Le Porcellane Elettrotecniche
La lavorazione delle porcellane elettrotecniche non
differisce sostanzialmente da quella della porcellana
dura.
I metodi comunemente impiegati per la formatura sono
la colatura, la tornitura, la pressatura e la trafilatura.
Poiché' non esiste ancora nessun cemento adesivo che
abbia caratteristiche elettriche paragonabili a quelle
proprie delle ceramiche,nei limiti, del possibile e'
necessario che anche i pezzi di grandi dimensioni, quali
ad esempio gli isolatori elettrici per altissime tensioni,
siano formati in un sol pezzo.
I pezzi di piccole dimensioni, quali ad esempio i sup-
-porti ceramici dei resistori e condensatori, che richie-
-dano precise forme e dimensioni vengano per lo più
modellati per pressone in stampi di acciaio. La pasta è bene sia lavorata ad uno stato
plastico ad elevato stato di consistenza e si può anche ricorrere a paste secche emulsionate
con olii lubrificanti .
Secondo quest' ultimo metodo il ritiro e' piccolissimo e per lo più prevedibile : le dimensioni
del prodotto finito ammettono quindi tolleranze più strette.
Gli smalti vetrificanti aventi lo scopo principale di aumentare la resistività superficiale
vengono applicati sul crudo ed in genere a spruzzo mediante pistola.
La cottura deve essere effettuata con la massima cura e richiede un perfetto controllo del
diagramma termico; la temperaturamassima e' compresa tra 1300 e 1400°C.
Anch il raffreddamento deve essere molto lento e ben regolato al fine di evitare stati
di tensione interna nella massa vetrifcata.
Stati di sollecitazione interna favoriscono infatti la distruzione di tali isolanti quando siano
sottoposti all'azione di intensi campi elettrici.
La porcellana elettrotecnica e' sottoposta a rigorosi controlli di impermeabiità.
Questi vengono effettuati su frammenti di porcellana immergendoli per 24 ore sotto pres-
-sione di 130 atmosfere in una soluzione alcolica all0 0,5% di fuexina.
Il materiale non deve mostrare assorbimenti di colore.
Le caratteristiche principali che definiscono la qualità' di una porcellana elettrotecnica sono:
a]
Resistività di massa
ossia la resistenza offerta dal
materiale al passaggio di corrente
espressa in MΩ, per cm2 di sezione
ed in condizioni di assenza di dispe-
-rsioni lungo le superfici esterne.
b]
Resistenza superficiale
definita come rapporto tra la differe-
-nza di potenziale applicata tra due
elettrodi a contatto elettrico con la
superficie e la corrente che passa
sullo strato superficiale interposto
tra gli elettrodi stessi.
c]
Rigidità dielettrica
d]
Costante dielettrica
e]
Perdite nel dielettrico
La rigidità dielettrica diminuisce al crescere della temperatura ; più precisamente la
tensione dì perforazione della porcellana elettrotecnica rimane pressoché' costante sino a
90°C e successivamente diminuisce rapidamente per successivi incrementi della tempe-
-ratura.
Per la Steatite il fenomeno citato si verifica al di sopra dei 900°C.
La minore capacita' della ceramica a mantenere elevata la rigidità' all'aumentare della
temperatura può' essere attribuita al fatto che, come i vetri, le porcellane contengono
alcali allo stato di ioni, via via che cresce la temperatura gli ioni provocano un fenomeno
di conduzione come se si trattasse di vere e proprie soluzioni saline per effetto di una
diminuzione di viscosità'.
Le porcellane elettrotecniche contengono principalmente caolinite, quarzo e feldspato
Come può' osservarsi i dal diagramma termico riportato
a lato, porcellane ottenute con i soli componenti citati
non potrebbero garantire contemporaneamente la
migliore resistivita' e la migliore resistenza meccanica
e termica, per il fatto che le zone corrispondenti in
detto diagramma ai requisiti diversi non hanno super-
-fici a comune.
Tale diagramma non tiene peraltro conto di numerosi
altri fattori che a prescindere dalla qualità' e quantità'
dei componenti, influiscono sulle proprietà' dei prodotti
finiti, quali ad esemplo la finezza della macinazione, ed
il grado di vetrificazione.
Così ad esempio mentre una vetrificazione non troppo accentuata favorisce la resistenza
meccanica, una vetrificazione molto più' spinta va a vantaggio della resistenza agli sbalzi
di temperatura e della rigidita'dielettrica.
Senza entrare, per ragioni di brevità', in merito ai criteri che devono essere seguiti per
ottenere una soluzione di ottimo compromesso si riportano a titolo indicativo le caratteri-
-stiche di massima delle porcellane elettrotecniche.
Peso specifico
Resistenza alla trazione
Resistenza alla compressione
Modulo di elasticità
Coefficiente di dilatazione lineare
Conducibilità termica
Costante dielettrica
Rigidità dielettrica
Con il nome di steatiti si indicano comunemente le ceramiche elettrotecniche caratterizzate
da piccole perdite dielettriche.
I componenti principali della steatite sono il talco, l'argilla ed il feldspato.
Il talco presente in percentuali del 70 - 90% e' un silicato idrato di Magnesio corrispondente
alla formula chimica 3MgO 4SiO2 H2O. La purezza di questo componente deve essere la più
elevata possibile, Le impurità dovute al sesquiossido di ferro (Fe2O3) aumentano la cifra di
perdita. Anche la presenza di sesquiossido di alluminio (Al2O3
) ha un effetto dannoso, in quanto il sesquiossido di alluminio , favorendo lo sviluppo
della fase vetrosa, abbassa la resistività di massa.
L'argilla agisce da legante in crudo ed il feldspato da fondente.
Una composizione del tipo seguente :
Talco
86%
Argilla
10%
Feldspato potassico
4%
ha una temperatura massima di cottura di 1350°C ed uno sviluppo della fase vetrosa
variabile tra il 12 bed il 15%.
La fase cristallina manifesta un elevato grado di finezza.
Altri impasti caratterizzati da basse perdite sono quelli in cui il talco è sostituito
parzialmente dalla cordierite avente formula chimica
Le ceramiche cordieritiche, avendo un coefficiente di dilatazione termica prossimo a
zero, sono particolarmente adatte come supporti di resistori, di tubi termoionici e come
isolanti per candele di accensione per motori a scoppio.
La preparazione degli impasti a base di talco e' effettuata per macinazione a grana finissima
dei componenti.
Allo scopo di diminuire il ritiro parte del talco,ed anche spesso di altri componenti, vengono
spesso preventivamente calcinati alla temperatura di 1400°C per eliminare eventuali sostan-
-ze organiche ed ottenere la vetrificazione del materiale.
Degno di interesse sono le ceramiche a base di rutilio ed ossido titanio, che essendo carat-
-terizzati da una elevata costante dielettrica consentono di realizzare condensatori di elevato
valore di capacita' e piccole dimensioni di ingombro.
Inoltre, contrariamente a quanto accade per la maggior parte degli isolanti, la costante
dielettrica dell'ossido di titanio diminuisce con l'aumentare della temperatura.
E' quindi possibile, combinando nello stesso impasto ed in opportune proporzioni l'ossido di
titanio con dielettrici a coefficiente di temperatura positivo, ottenere isolanti praticamente
insensibili, per quanto riguarda la costante dielettrica, alle variazioni di temperatura.
E'di origine piuttosto recente la fabbricazione di ceramiche al titaniato di bario, che
come vedremo in seguito esaminandone le caratteristiche, consentono di raggiungere,se
pur con certe limitazioni di impiego, valore della costante dielettrica eccezionalmente
elevati (єr 1000 - 6000).
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