改革性的绝缘材料竟也可以导电？这是要闹哪样

2019-08-08

　　《科学》（Science）杂志11月30日报道，美国威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员领导的国际团队制造出一种新材料，可以在不改变其原子结构的条件下，从导电金属转换为非导电绝缘材料。这种新材料可以为超高速电子器件奠定基础。材料科学与工程教授张伯伦（音译）说：“这是一个令人兴奋的发现，我们找到了一种新的材料性能转换方法。”　　一般来说，绝缘体和导体是严格区分的，例如金属是导电的，而橡胶或玻璃这样的绝缘体就完全不允许电流流动。然而，有些材料却能从绝缘体转化为电导体。出现这种转换意味着材料的原子和电子的排列必须协调改变。然而，原子跃迁通常比电子慢得多。张教授解释道，材料如果能像金属一样，在不移动原子的情况下具备导电性，那么由其制造的设备的切换速度将显著提高。他说：“金属到绝缘体的切换对于开关和逻辑器件来说非常重要。现在，我们有可能利用这一概念制造快速开关了。”张教授等的研究，对于回答困扰科学家们多年的基本问题“电子和结构转变能否解耦？”非常重要。　　张教授团队制造的新材料的主要成分为二氧化钒。二氧化钒受热时为导电体，在室温时呈绝缘态——高温下，组成二氧化钒的原子呈规则排列，科学家称之为金红石相；而当二氧化钒冷却时，其原子排列会转变为单斜模式。　　当原子处于单斜构象时，天然物质均不导电。而材料达到绝缘体-金属转变温度时，原子的重新排列需要花费时间。在不同温度下，二氧化钒的金属-绝缘体转换取决于其含氧量。研究人员根据这一原理，制造了两层薄二氧化钒层，其中一层的转变温度略低于另一层。两层顶部相互夹持，中间形成一个尖锐的界面。当研究人员加热二氧化钒夹层时出现了令人吃惊的结果：其中一层变成金属态，另一层保持绝缘单斜相的部分也有导电性了。值得注意的是，这种材料既具有稳定性，还保留了其独特的特性——在此之前，有许多研究小组也曾试图制造导电绝缘体，但这些材料几乎在瞬间就失去了它们的导电-绝缘特性。　　张教授认为，实现导电-绝缘态稳定存在的关键在于材料的薄夹层结构。能够使导电-绝缘态稳定存在才能使材料有应用价值。目前，威斯康辛大学校友研究基金会正在协助研究人员申请专利保护。

绝缘材料性能及编号规则

2019-08-08

　　绕组运行的可靠性和使用寿命，很大程度上取决于绝缘材料的性能。对绝缘材料性能的基本要求包括电气性能、耐热性能和机械性能，前面的推文中Ms.参对绝缘材料的电气性能进行简单介绍，今天我们对其耐热性能、机械性进行归纳，并简单介绍其编号规则。　　绝缘材料的耐热性能　　由于电机运行时不可避免地因损耗而发热，因此使用的绝缘材料必须具有良好耐热性能。绝缘材料的耐热性直接决定了电机的允许温升。按照耐热性绝缘材料分为七个等级，每个耐热等级对应一定的极限使用温度，在这个温度以下能保证绝缘材料长期使用而不影响其性能。此外，绝缘材料还应有良好的导热性和较大的热容量。大型电机线圈还常希望绝缘材料的线膨胀系数能与导电材料相接近，以免热胀冷缩时绝缘断裂。　　绝缘材料的机械性能　　线圈和绕组在包扎、成型和散装等过程中，以及电机运行时，其绝缘会受到各种机械应力的作用，因而对绝缘材料提出了相应的机械性能要求，如抗张、抗压、抗弯、抗剪、抗冲击强度等。如果绝缘材料的机械性能很差，很容易因机械力影响，而使电气性能显著下降。对绝缘材料还有一些其他要求，例如吸湿性要小；抵抗酸、碱、油的性能要好；本身不带有酸性或其他容易电离的物质；以及加工方便等。　　常用绝缘材料　　绝缘材料按化学成分可分为有机材料和无机材料。有机绝缘材料用得为广泛；无机绝缘材料，如云母、玻璃、石棉等，一般均与有机绝缘材料配合使用，以克服其机械性能上的弱点。　　材料编号规则举例　　为了便于管理和选用，对各种绝缘材料进行统一编号，如1032、2432、3280等。四位数字的含义如下：　　第 一位数字表示绝缘材料的分类。1——表示绝缘漆、树脂和胶类；2——表示绝缘浸渍纤维类；3——表示绝缘层压制品类；4——表示绝缘压塑料类；5——表示绝缘云母制品类。　　第二位数字表示同类材料的不同品种。如第 一类材料中，0和1表示浸遗漆；2表示覆盖漆。又如第二类材料中，0、1、2表示棉纤维漆布；4、5表示玻璃纤维漆布；6表示半导体漆布和粘带；7表示漆管；8表示薄膜；9表示薄膜制品。　　第三位数字表示材料的绝缘耐热等级。如1——A 级；2——E级；3——B级；4——F级；5——H级；6——C级。　　末尾一位数字表示材料序号，以表示同类绝缘材料在配方、成分及性能上的差别，例如1032和1031，同属B级绝缘浸渍漆，但1032为三聚氰胺醇酸漆，1031为丁基酚醛醇酸漆。　　常用的绝缘材料较多，也因不同的应用场合彰显其特有的绝缘性能，对于这方面的内容，我们会在后面的推文中介绍。

电机绝缘材料的电气性能要求

2019-08-08

　　绕组运行的可靠性和使用寿命，很大程度上取决于绝缘材料的性能。对绝缘材料性能的基本要求包括电气性能、耐热性能和机械性能，本文Ms.参对绝缘材料的电气性能进行简单介绍。绝缘材料的电气性能包括击穿强度，绝缘电阻率、介电系数和介质损耗等。　　1绝缘材料击穿强度　　用绝缘材料击穿处的厚度除击穿电压，以千伏/毫米表示。绝缘材料的击穿，大致可分为电击穿、热击穿和放电击穿三种形式。　　●电击穿。在强电场作用下，绝缘内部带电质点剧烈运动，发生碰撞游离，破坏分子结构，以致击穿，称为电击穿。电击穿电压随材料的厚度线性增加，在均匀电场中，除非冲击电压的时间短于10秒，电击穿强度一般与电压作用时间无关。　　●热击穿。在交变电场作用下，绝缘材料内部由于介质损耗而产生热量，如不能及时散出，将使材料内部温度升高，导致分子结构破坏而击穿，称为热击穿。热击穿电压随周围媒质温度增加而降低，材料厚度增加，散热条件变差，击穿强度降低；频率增加时，介质损耗增大，击穿强度亦会降低。　　●放电击穿。在强电场作用下，绝缘材料内部包含的气泡因电离而放电；杂质也因受电场加热气化，产生气泡，于是使气泡放电进一步发展，导致整个材料的击穿，称为放电击穿。　　绝缘材料的击穿，往往是上述三种形式同时存在，很难截然分开。用绝缘漆或胶液浸渍绝缘材料，既可以改善电场分布而提高电击穿强度，也可以改善散热条件使热击穿强度提高。　　2绝缘电阻率　　绝缘材料在电压的作用下，总会有微小的漏导电流通过。此电流一部分流经材料内部；一部分流经材料表面。因而绝缘电阻率可分为体积电阻率和表面电阻率。体积电阻率表征材料内部电导特性，单位为欧姆·米；表面电阻率表征材料表面的电导特性，单位为欧姆。绝缘材料的体积电阻率通常在107~1019姆·米范围内。绝缘材料的电阻率，一般与下列因素有关。　　●随着温度的升高，电阻率成指数下降。　　●水能促进极性分子的离解，因此绝缘电阻率随湿度增大而下降，对多孔材料（如绝缘纸）影响更为灵敏。极性材料等亲水物质，容易在表面形成连续的水层而降低表面电阻；非极性材料如陶瓷、聚四氟乙烯等不易在表面形成连续水层，因而对其表面电阻影响较小。　　●绝缘材料中的杂质大都产生导电离子，又能促使极性分子的离解，使电阻率迅速下降。　　●在高电场强度作用下，离子的迁移力增大，因而使电阻率下降。　　3绝缘材料的介电系数　　绝缘材料的相对介电系数，表示电场作用下，绝缘材料内部电荷移动的情况，即极化程度。一般，随电场频率增高而逐级下降；随材料吸湿而增大；由于温度影响极化，，在某一温度会出现峰值。　　4绝缘材料的介质损耗　　绝缘材料在电场作用下，由于漏电和极化等原因产生能量损耗。一般用损耗功率或损耗角正切表示介质损耗大小。　　在直流电压作用下，将通过瞬时充电电流、吸收电流和漏导电流。当施加交流电压时，则瞬时充电电流为无功电流（电容电流）；漏导电流与电压同相位，为有功电流；吸收电流则既有无功电流分量，也有有功电流分量。影响绝缘材料介质损耗的主要因素。　　●频率。温度不变时，损耗角正切在某一频率时出现高峰，此时单位体积内的介质损耗值P增长快。　　由于不同频率下具有不同的介质损耗，故测量损耗角正切值时必须选定一定的频率，通常电机所用的材料，一般都是测量其工频时的介质损耗角正切。　　●温度。频率不变时，损耗角正切在某一温度时出现峰值，此时吸收电流所产生的损耗大。在低温区，漏导电流和吸收电流有功分量均很小，故损耗角正切很小；在高温区，吸收电流所产生的损耗消失，由漏导损耗决定。　　某些有机绝缘材料，其损耗角正切可能在不同的温度或频率下出现几个峰值。因此在高频或高压电气设备中，应根据损耗角正切与温度和频率关系曲线，慎重选择适当的绝缘材料，避免在工作频率和温度出现损耗角正切峰值，以防止材料加速老化或发生热击穿。　　●电场强度增加。损耗角正切也随之增大，电压增加到某一值时，介质内部的气泡或电极边缘会出现局部游离现象，损耗角正切突然显著增大，这一电压值称为起始游离电压。工程上常利用起始游离电压的测量，检查绝缘结构内部存在的气隙情况，以控制绝缘质量。　　此外，有些绝缘材料还应考虑耐电晕、耐电弧、抗漏电痕迹等电气性能。　　电机对绝缘材料电气性能要求，以击穿电场强度和绝缘电阻为重要。根据电机类型不同，对其他电气性能要求则不完全一样，例如高压电机的绝缘，要求绝缘材料介质损耗要小，耐电晕性要好；并须考虑铁心和导体之间的电场分布。

黄腊管的作用介绍

2022-08-25

　　黄腊管　　黄蜡管传统的一般以白色为主，主要原料是玻璃纤维，通过拉丝、编织、加绝缘清漆后完成。　　在布线（网线，电线，音频线等）过程中，如果需要穿墙，或者暗线经过梁柱的时候，导线需要加护和防拉伤，防老鼠咬坏等，这个时候，就需要用到黄腊管。

云母带的性能介绍

2022-08-25

　　常温性能：合成云母带好、白云母带次之、金云母带较差。高温下绝缘性能：合成云母带好、金云母带次之、白云母带较差。耐高温性能：合成云母带氟金云母带，不含结晶水，熔点1375℃，安全裕度大，耐高温性能好，金云母在800℃以上释放出结晶水，耐高温性能次之、白云母600℃释出结晶水，耐高温性能较差。其性能也归根于云母带机的复合程度。

云母带的合成介绍

2022-08-25

　　合成云母是以氟离子代替羟基，在常压条件下合成出的尺寸大、晶型完整的人工云母。合成云母带是将合成云母抄制成的云母纸为主要材料，再用粘合剂将玻璃布粘贴在一面或两面用云母带机制成的。将玻璃布粘贴在云母纸一面的叫做“单面带”，两面都粘贴的叫“双面带”。在制造过程中，将几个结构层次粘合在一起后，再经过炉子烘干，然后收卷，再分切成不同规格的带子。　　合成云母带除具有天然云母带的特性即：膨胀系数小、介电强度大、电阻率高和介电常数均匀以外，其主要特点是耐热等级高，可达到 A 级耐火水平（950一1000℃）合成云母带耐温大于1000℃，厚度范围在0.08～0.15mm，供应宽度920mm 。　　A.三合一：该产品是两面用玻璃布和聚酯薄膜，中间夹粉云母纸。用胺基硼烷—环氧树脂作胶粘剂，经粘合烘焙，切割而成的带状绝缘材；　　B.双面合成云母带:以合成云母纸为基材，用玻纤布作双面补强材料，用硅树脂粘合剂粘合，是制造耐火型电线电缆理想的选择材料。耐火性能好，推荐工程使用。　　C.单面合成云母带:以合成云母纸为基材，用玻纤布作单面补强材料，是制造耐火型电线电缆理想的选择材料。耐火性能好，推荐工程使用。

线圈的绝缘结构浅析

2019-08-08

　　对于电机产品，绕组是电机的心脏，绕组本身应与铁芯及其他零部件保持绝缘关系，如果是三相电机，绕组的相与相之间同样应保持绝缘关系。今天Ms.参与各位简单谈谈电机线圈的绝缘结构。　　线圈的绝缘结构　　绝缘结构是由同一种或几种绝缘材料通过特定的工艺组合在一起所形成的结构称为绝缘结构。主要涉及匝间绝缘、对地绝缘、外包绝缘，如果是三相电机，还会涉及相间绝缘。　　● 匝间绝缘　　匝间绝缘是指同一线圈匝与匝之间的绝缘，其作用这将电机绕组中电位不同的导体相互隔开，以免发生匝间短路。对于漆包线绕组，匝间绝缘是电磁线表面的绝缘漆，而对丝包线、云母线，则是特定绝缘材料及绝缘胶粘合而成的复合绝缘材料。　　一般情况下，匝间绝缘仅靠电磁线本身所带有的绝缘，如漆包线，单玻璃丝包或双玻璃丝包线。玻璃丝包漆包线，聚酰亚胺薄膜烧结导线等自身所带有的绝缘。匝间绝缘是电机绝缘结构中重要的且通常也是比较薄弱的绝缘，因此在设计匝间绝缘时要注意选择材料，在制造过程中必须注意，导线应光滑，不得有飞边、毛刺等，不能因机械拉伤匝间绝缘。　　●对地绝缘　　对地绝缘是指线圈外部的主绝缘。主要承受电机的额定电压或可能出现的过电压，它的工作电压较高，所以其电性能，机械性能和热性能都必须满足电机运行状态所提出的要求。对地绝缘厚度，一般取决于电机的额定工作电压和绝缘材料的电气机械性能，电机额定电压越高，对地绝缘包扎的层数越多，或漆膜厚度越厚。　　● 外包绝缘　　外包绝缘是指包在线圈对地主绝缘外的绝缘。且其作用主要是保护对地主绝缘免受机械拉伤并使整个线圈结实严整，对主绝缘起到了补强作用，外包绝缘大多采用玻璃丝带。　　●相间绝缘　　相间绝缘是三相电机特有的绝缘，是相与相之间的绝缘。对于散嵌绕组，采用相间块将两相隔开，在绕组的端部也会用到绝缘软管；硬绕组的相间绝缘则采用板形绝缘材料或相对的距离空间实现。