Объектом исследования являлся алюмосиликатфосфатный компаунд АСФ-3. На рис. 5.6 приведена температурная зависимость р компаунда. В полученных зависимостях четко выделяются низкотемпературная (20—350 °С) и высокотемпературная (350—600 °С) области, отражающие наличие в этих материалах двух видов носителей тока. Рассчитанная по экспериментальным данным энергия активации U имеет значения Ux = 3,05 эВ, U2 = 1,1 эВ (соответственно высокотемпературная и низкотемпературная области). Относительно невысокое значение U2 свидетельствует об участии в электропроводности алюмосиликатфосфатов слабо закрепленных легкоподвижных частиц, в первую очередь щелочных ионов, содержащихся в наполнителе; увеличение количества щелочных оксидов в наполнителе до 0,1 % (технический кварц) понижает р в низкотемпературной области на один порядок. Удельное объемное сопротивление алюмосиликатфосфатных компаундов зависит от температуры обработки составов. Для образцов, предварительно термообработанных при 900 °С, содержащих берлинитовую фазу и имеющих более рыхлую структуру, значения энергии активации ниже, чем у образцов, не подвергавшихся нагреву выше 600 °С, а р образцов, термообработанных при 900 °С, меньше на 1—1,5 порядка по сравнению с образцами, термообработанными при 300 °С. Влияние температурного режима обработки алюмосиликатфосфатов проявляется и на температурных зависимостях tg δ и ег; повышение температуры обработки до 900 °С приводит к увеличению tgδ и ег (рис. 5.7).
Рис. 5.6. Температурная зависимость р алюмосиликатфосфатного компаунда АСФ-3, обработанного при разных температурах:
1 - 300 °С; 2 - 900 °С
Рис. 5.7. Температурная зависимость tgδ (1, 2) и er (12') при частоте 104 Гц алюмосиликатфосфатного компаунда АСФ-3, обработанного при разных температурах:
1, 1- 300°С; 2,2' - 900 °С
Влияние режима термообработки компаунда на электрические свойства определяется фазовыми изменениями, проходящими в компаунде под влиянием высокой температуры: термообработка материала при 900 °С приводит к кристаллизации аморфных продуктов и полному удалению воды. Процессы обезвоживания и кристаллизации сопровождаются увеличением пористости и образованием дополнительных дефектов за счет увеличения граничных зон [35]. Увеличение пористости компаундов при фазовых изменениях, вызванных режимом термообработки, подтверждается и рядом других показателей. Так, исследования зависимости диэлектрических потерь в компаундах от напряженности электрического поля tgδ = f (Б) показали, что с повышением температуры обработки начальная напряженность возникновения частичных разрядов снижается. На рис. 5.8 приведены зависимости tgδ алюмосиликатфосфатных компаундов, термообработанных при разных температурах, от напряжения, а ниже - данные по изменению tgδ и ег этих компаундов при частоте 50 Гц от термообработки:
Рис. 5.9. Зависимость Епр алюмоселикатфосфатного компаунда АСФ-3 от температуры обработки (значение ЕПр определялось при 20 °С)
Рис. 5.8. Зависимость tgδ алюмосиликатфосфатного компаунда АСФ-3 от напряжения:
1 - термообработка при 300 °С; 2 - при 600 °С; 3 - при 900 °С
Электрическая прочность алюмосиликатфосфатных компаундов лежит в пределах 4—5 МВ/м и в интервале температур 20—400 °С практически не снижается. Влияние термической обработки алюмосиликат-фосфатных компаундов на электрическую прочность при 20 °С показано на рис- 5.9.
Приведенные данные подтверждают, что термообработка компаунда при 600 °С и выше приводит к структурным изменениям, сопровождающимся увеличением пористости. Снижение Епр с повышением пористости свидетельствует о решающей роли в развитии пробоя алюмо- силикатфосфатов ионизационных процессов, возникающих в порах, и определяющим в этом снижении является начальное напряжение возникновения частичных разрядов (рис. 5.9). Таким образом, результаты проведенных исследований электрических свойств алюмосиликатфосфатных компаундов хорошо согласуются с данными физико-химических исследований и показывают, что их нагревание выше 600 °С приводит к структурным изменениям, влияющим на электрические характеристики материала и определяющим рабочие температуры алюмосиликатфосфатов не выше 600 °С [34].
Исследования влагостойкости алюмосиликатфосфатного компаунда АСФ-3 показали, что изменения электрических свойств под действием влаги аналогичны изменению влагостойкости керамических материалов. Исходя из условий и особенностей структурообразования алюмосиликатфосфатного компаунда АСФ-3, можно предположить, что его влагостойкость определяется именно пористостью материала и структурой пор. Влагостойкость оценивали по изменению электрических свойств на образцах диаметром 50 мм, толщиной 3 мм с графитовыми электродами. Перед испытаниями материал обрабатывали При температурах 300 или 600 °С. На рис. 5.10 приведена зависимость р и ps компаунда АСФ-3 от относительной влажности воздуха. С увеличением относительной влажности воздуха значения р и р$ снижаются; резкое снижение происходит после достижения влажности 80%.
Значения р образцов алюмосиликатфосфатного компаунда, термообработанного при 300 и 600 °С в исходном состоянии и в процессе увлажнения при относительной влажности до 80% близки. После увлажнения при относительной влажности 93% значения р образцов, термообработанных при 600 °С, на 1 — 1,5 порядка ниже значения р образцов, термообработанных при 300 °С, по-видимому, за счет увеличения пористости материала. Изменение ps аналогично изменению р. Поверхностное сопротивление определяется толщиной образца и проводимостью адсорбированного на его поверхности слоя влаги. На рис. 5.11 приведена зависимость р и ps алюмосиликатфосфата от времени увлажнения в условиях относительной влажности 93% при температуре 20 °С. С увеличением времени увлажнения эти значения снижаются, ход кривых изменения р и ps аналогичен. Резкое снижение р и ps происходит в первые 2-4 ч, затем в процессе дальнейшего увлажнения практически наступает стабилизация. Значения р и ps образцов компаундов термообработанных при 300 °С, на 1 — 1,5 порядка выше значений, полученных после термообработки при 600 °С. Повторение хода кривых р и pg и более высокие значения ps в течение всего времени испытания свидетельствуют о том, что на ps при длительном увлажнении материала прежде всего влияет изменение р, зависящее от пористости материала; наличие же водорастворимых продуктов в составе алюмо- силикатфосфатов (например, содержание щелочей в оксиде кремния) и образование вследствие этого электролита на поверхности сказывается в меньшей степени, что позволяет сделать вывод о химической стойкости этих материалов к действию влаги. Восстановление электрических свойств компаунда АСФ-3 на воздухе в комнатных условиях
Рис. 5.12. Восстановление р (1) и р^ (2) алюмосиликатфосфатного компаунда АСФ-3, термообработанного при 600 °С, в воздушной среде при 20 °С
после 48 ч выдержки во влажной среде происходит за 2-4 ч и не требует специального нагрева (рис. 5.12). При этом tgδ и ег практически достигают своих исходных значений, р за это время достигает 106 Ом м, a ps - 108 Ом [36].
В результате проведенной работы выявлено, что рабочая температура алюмосиликатфосфатного компаунда АСФ-3 находится в температурной области 300-650 °С, выше которой происходят структурные превращения, влияющие на пористость и электрические свойства материала. Установлено, что критической влажностью для этого компаунда является относительная влажность 80%, выше которой резко ухудшаются электрические свойства. Равновесное состояние (стабилизация) достигается через 20—50 ч; восстановление электрических свойств до исходных значений происходит при комнатной температуре в течение 2—4 ч; химическое взаимодействие адсорбированной и абсорбированной влаги с алюмосиликатфосфатом (оценивали по изменению электрических свойств) отсутствует.
