Твердые органические диэлектрические материалы

Из-за огромного многообразия твердых диэлектрических материалов не представляется возможным привести их четкую классификацию. Поэтому ограничимся делением на органические и неорганические материалы и в каждой из этих групп рассмотрим наиболее известные и широко применяемые в электронике.

Среди органических диэлектриков наибольшее распространение получили полимерные электроизоляционные материалы. Полимеры — это высокомолекулярные соединения, состоящие из большого числа повторяющихся звеньев, образованных исходными мономерами.

Существует два основных метода синтеза полимеров: полимеризация и поликонденсация.

Полимеризация - это реакция соединения молекул мономера в макромолекулы полимера по схеме пА→Ап, где п - коэффициент полимеризации. Под действием температуры и высокого давления, например при образовании полиэтилена, непрочная двойная связь между атомами углерода разрывается, и молекулы соединяются друг с другом в цепочку, в которой п>1250, а масса макромолекулы М > 35000 а.е.м.

Обычно в результате реакции полимеризации получают линейные полимеры. Они эластичны, могут образовывать гибкие и прочные волокна и пленки, легко размягчаются и расплавляются. Благодаря таким свойствам их называют термопластичными.

Поликонденсация - это реакция образования полимеров, при которой происходят отщепление низкомолекулярных продуктов и замещение или обмен между функциональными группами исходных мономеров. В результате поликонденсации получают материалы, которые обладают большой жесткостью, нерастворимы, расплавляются при высоких температурах, а многие еще до температуры плавления разрушаются химически, обугливаются или сгорают. Они не способны к образованию волокон и пленок. Благодаря изменению химического состава исходного мономера такие материалы называются термореактивными.

Нагревостойкость органических полимеров менее 100 °С. Поэтому для ее повышения синтезированы фтор - и кремнийорганические соединения. Если в этилене С2Н4 заменить водород на фтор, то, поскольку энергия связи С-F значительно больше, чем С-Н, нагревостойкость повышается.

Кремнийорганические соединения содержат силоксановую группу -

- Si- O - Si- , в которой свободные связи Si могут быть насыщены

органическими радикальными группами СН3 - метила, С2Н5 - этила, С6Н5 - фенила и т.д. Поскольку энергия связи Si-О достаточно прочная, нагревостойкость кремнийорганических соединений достигает 250...300 °С.

Свойства некоторых органических диэлектрических материалов приведены в табл.3.3, а основные характеристики приведены ниже.

К наиболее применяемым в радиотехнике органическим диэлектрикам можно отнести:

Полиэтилен - термопластичный полимер, получаемый в виде гранул, на основе которых изготавливают более 20 марок материалов, пленку, пенопласт и фасонные изделия. Полиэтилен - высокочастотный диэлектрик, применяемый для изоляции ВЧ-кабелей, в радиолокационных и телеустановках, радиоаппаратуре и для изготовления деталей. Наиболее ценное его свойство - практическая независимость ε и tgδот частоты внешнего поля и температуры.

Полиизобутиленмягче и пластичнее полиэтилена, гигроскопичен, стоек к химическим реагентам. Его добавляют в полиэтилен при изготовлении изоляции ВЧ-кабелей, а также вводят в состав лаков и компаундов.

Полистирол- твердый, прозрачный материал, используемый в конденсаторах с малым tgδ, для изоляции ВЧ-кабелей, изготовления деталей, пленок и пенопластов. Недостаток - низкая температура размягчения, старение.

Таблица 3.3