Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков

Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков обусловлена увлажнением поверхности диэлектрика, а также ее загрязнением твердыми проводящими частицами. Вода отличается, как указывалось выше, значительной удельной проводимостью. Достаточно на поверхности диэлектрика появиться тончайшему слою влаги, чтобы возникла заметная проводимость.

Поскольку сопротивление адсорбированной пленки влаги связано с природой материала, на поверхности которого она находится, поверхностную электропроводность обычно рассматривают как свойство самого диэлектрика. Адсорбция влаги на поверхности диэлектрика находится в тесной зависимости от относительной влажности окружающей среды. Поэтому величина относительной влажности является решающим фактором, определяющим значение удельной поверхностной проводимости диэлектрика. Особенно резко поверхностное сопротивление уменьшается при величинах относительной влажности, превышающих 50-60%.

Удельная поверхностная проводимость тем ниже, чем меньше полярность молекул вещества и чем чище его поверхность. Присутствие загрязнений на поверхности относительно мало сказывается на удельной поверхностной проводимости не смачивающихся водой диэлектриков, но сильно влияет на проводимость смачивающихся диэлектриков.

Все материалы, в зависимости от того, как взаимодействие с влагой меняет их удельное поверхностное сопротивление, можно подразделить на три группы: нерастворимые в воде диэлектрики, частично растворимые в воде диэлектрики и диэлектрики, имеющие пористую структуру.

Нерастворимые в воде диэлектрики в свою очередь делятся на две подгруппы:

а) не смачивающиеся водой - диэлектрики с нейтральными и слабо полярными молекулами (парафин, полистирол, янтарь, сера);

б) смачивающиеся водой - диэлектрики с сильно полярными молекулами и диэлектрики с ионным строением (канифоль, некоторые виды плотной керамики и др.).

Все материалы первой подгруппы характеризуются высоким удельным поверхностным сопротивлением, мало зависящим от влажности окружающей среды. У материалов второй подгруппы, находящихся во влажной среде, удельное поверхностное сопротивление ниже, чем у материалов первой подгруппы, но все же может быть достаточно большим при условии полного отсутствия загрязнений на их поверхности.

К группе частично растворимых в воде диэлектриков относится большинство технических стекол. Таким материалам свойственно более низкое удельное поверхностное сопротивление, в значительной мере зависящее от влажности.

К диэлектрикам, имеющим пористую структуру, относятся волокнистые материалы (органические и не органические), мрамор и некоторые пластические массы. Пористость структуры этих материалов приводит к тому, что во влажной среде они обнаруживают большую удельную проводимость, в том числе и поверхностную.

Зависимость удельного поверхностного сопротивления материалов этих трех групп от относительной влажности окружающей среды показана на рис. 2.2.6.

Сильное влияние загрязнения поверхности некоторых диэлектриков первой и второй групп на величину их удельного поверхностного сопротивления показано в табл. 2.2.1.

Чтобы повысить удельное поверхностное сопротивление, прибегают к очистке поверхности материалов путем их промывки водой или растворителями, прокаливания при 600—700°С и т.д.

Таблица 2.2.1

Значения удельного поверхностного сопротивления некоторых материалов при 70% относительной влажности воздуха

Диэлектрик	, ОМ
неочищенная поверхность	очищенная поверхность
Оконное стекло Кварцевое стекло Слюда	2 10^8 2 10^8 1 10^9	3 10^11 1.10^13 1 10^15

Поверхность изделий, не впитывающих воду, лучше всего очищать продолжительным кипячением в дистиллированной воде.

Пропитка поверхностных слоев деталей парафином или церезином не обеспечивает достаточно устойчивых значений при высокой влажности, поскольку названные защитные покрытия, будучи влагопроницаемыми, не предотвращают проникновения влаги в микропоры поверхности изделий.

Относительная влажность, %

Рис. 2.2.6. Зависимость удельного поверхностного сопротивления от относительной влажности для различных диэлектриков.

1 - парафин; 2 - керамика на основе Аl₂0₃; 3 - щелочное стекло;

4 - целлулоид (диэлектрики 1 и 2 нерастворимы в воде; 3 - частично растворимо в воде; 4 - с пористой структурой).

Покрытие керамики и стекол кремнийорганическими лаками значительно повышает величину поверхностного сопротивления изделий во влажной среде. Таким образом, зависимость удельной поверхностной проводимости от влажности объясняется наличием на поверхности диэлектрика гигроскопических и диссоциирующих на ионы веществ. Влага, адсорбируемая поверхностью, способствует их выявлению. Если эти вещества случайно попали на поверхность диэлектрика, то, удалив их, можно при любой влажности воздуха получить высокие значения удельного поверхностного сопротивления. Если эти вещества являются составной частью материала, то с увеличением влажности его удельное поверхностное сопротивление будет сильно снижаться.

Дата добавления: 2014-01-20