2011) 3( 24مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة               المجلد

  بائي لنماذج سیرامیكیة محضرة من األلومینا دراسة خواص العزل الكهر 

  وأوكسید المغنسیوم 

  

  و شیماء قاسم عبد الحسن*سمیر عطا مكي، زیاد طارق الدهان

   ، جامعة بغدادكلیة التربیة ابن الهیثمقسم الفیزیاء ،

  كلیة الهندسة ، جامعة النهرین*

  2011اذار، ، 6: استلم البحث في

  2011،ایار، 30: قبل البحث في

  

  الخالصة 

مضافًا إلیها أوكسید المغنسیوم بنسـب وزنیـة ) -Al2O3(تم في هذا البحث تحضیر نماذج سیرامیكیة من مادة نوع        

مكـبس الهیـدرولیكي بطریقـة وتـم تشـكیل النمـاذج باسـتخدام ال) 63m(بحجم حبیبي أقل من ) 0.1،  0.2،  0.3،  %0.5(

  ). cm 2(وبقطر ) 5kn(الكبس شبه الجاف بقوة كبس 

1500C(ثم تلبید النماذج في درجة 
o

ثابت العزل (ئیة خواص العزل الكهربا فيساعات لغرض دراسة تأثیره  6وبزمن تلبید ) 

1K-1M)    في مدى من الترددات) ظل زاویة النفدان – )Hz .  

ألوكسـید المغنســیوم ، وأن ثابـت العـزل الحقیقـي یتنــاقص ) %0.5(یمـة لثابــت العـزل عنـد التركیـز أظهـرت النتـائج أن أعلـى ق

  . بشكل عام مع زیادة التردد

  العوازل الكهربائیة للسیرامیك، الخواص الكهربائیة، االلومینا :الكلمات المفتاحیة 

  

  المقدمة

وذلك بسبب الترابط القوي مقاومة نوعیة كهربائیة عالیة تتمیز بها تعد معظم المواد السیرامیكیة مواد عازلة لما لها من       

فـالمواد العازلـة هـي تلـك المـواد التـي ال تمتلـك شـحنات طلیقـة وتكـون مقاومتهـا عالیــة . ]1[بـین الـذرات التـي تكـون تلـك المـواد 

 اذمیًال الكتساب أو فقـدان لاللكترونـات ، ال تبدي و جدًا لمرور التیار الكهربائي وتكون مدارات ذراتها الخارجیة مملؤة تمامًا، 

ظهـرت الحاجـة الـى انتـاج  ولقـد].2[نها مستقرة كیمیائیًا ، لذا فأنها غیر قادرة على التوصیل الكهربائي ولهذا تدعى بـالعوازل ا

جویــة  مـواد سـیرامیكیة تتمیـز بالمتانـة العالیـة فــي العـزل الكهربـائي وضـمان عـدم تـردي العــازل بمـرور الـزمن ضـمن ظـروف

بعدها تطـور ) Patent(من  1907وتم التوصل الى انتاج سیرامیك عالي األلومینا عام . مختلفةمعینة واجهادات میكانیكیة 

ن ا اذكبیـرة عــن طریـق األسـالیب فـي صــناعة المـواد السـیرامیكیة بسـبب ممیزاتــه المختلفـة وخواصـه الجیــدة ، االنتـاج بصـورة 

Sp(مینا كـان لعـوازل شـمعات القـدح أول استعمال للسیرامیك عالي األلو  ark-Pluk ( لـك ذوالتجهیـزات المختبریـة وتبعتهـا بعـد

التطبیقـات فـي المجــال االلكترونـي والهندسـة المیكانیكیــة بعـد الحـرب العالمیــة الثانیـة ، وعلـى العمــوم فـان اسـتعمال االلومینــا 

االلومینـا فیهــا مثــل  ت أخــرى ازداد اســتعمالوهنــاك مجـاال .الغـراض نافعــة انتشــر بسـرعة فــي مجــاالت الصـناعة المختلفــة

به من مقاومة كهربائیة عالیة حتى لما تتمیز  "اجید اكهربائی "عازال ، كما أن أوكسید األلمنیوم یعد المجال الطبي والعسكري

والتوصــیلیة  لــذلك فقـد جــذب انتبــاه أكثــر البـاحثین الــى دراســة خـواص العــزل الكهربــائي]. 3[فـي درجــات الحــرارة العالیـة جــدًا 

  خواص العزل الكهربائي ] John](4(درس . لبحوث التي اجریت في هذا المضماروفیما یأتي بعض تلك ا.. الكهربائیة 

IHJPAS



  2011) 3( 24مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة               المجلد

  

ـــزل( ــــدان العــ ـــزل ، فقـ ــــت العــ Single Cry(لكـــــل مـــــن االلومینـــــا االحادیـــــة التبلـــــور ) ثابـ st alline ( ــــددة التبلـــــور والمتعـ

)Poly cryst alline(  مدى التردد ضمن      Hz)10
2
-3*10

5
C(1300-900)وفي درجات حراریة مختلفة ) 

o
، والحظ  

مـن الســیطرة ] 5) [وجماعتـه Lon(كمـا اسـتطاع كـل مـن . یحـدث بسـبب حركـة أغلبیـة الكترونـات التوصـیلأن فقـدان العـزل 

Cr , Fe , M(ابـت العـزل لسـیرامیك االلومینـا وذلـك مـن خـالل اضـافة بعـض الشـوائب مـن أیونـات علـى فقـدان العـزل وث g , 

Ca , Si ( وكانت ضمن مدى الترددHz)10
2
-8*10

9
C(875-25)وعند درجات حرارة  ) 

o
، وقد وجدوا أن العالقـة خطیـة  

Cr , Ca , Ti , M(فـي حـین تـأثیر  tanترفـع قیمـة  Siن أیونـات وأ) tan(بین تركیز الشوائب وعامل الفقـد  g ( لـیس بتلـك

  . األهمیة كما أن قیمة كل من فقدان العزل وثابت العزل تقل مع زیادة التردد وتصبح مهملة عند الترددات العالیة

، ) BaO-SiO2(ا المركبــات بتحدیـد سـبب ارتفـاع قیمـة فقــدان العـزل فـي االلومینـا المضـاف إلیهـ] 6) [James(وقـام العـالم 

)Ca-M gO-SiO2 ( ،)SrO-SiO2 ( ـــل یحـــدث نتیجـــة مركبــــات الفلســـبار وقـــد وجـــد أنــــه -SrO-Al2O3 ( ،)CaO(مثـ

Al2O3(  ،)BaO-Al2O3( التي تسبب ارتفاع قیمة فقدان العزل.  

مـــع اضــافة بعــض الشــوائب مـــن ) alumina)-بقیــاس ثابــت العــزل [7]   وجماعتــة(Ahmed قــام العــالم       

(M anganes Oxide) ،M olybdenum Oxide)  (،Cadmium Oxide)   (وضــمن مـدى التـردد)وعنــد ) 42-5

Cدرجــات حــرارة
o

مــع تغیــر  )9.4-10. 63(وقــد وجــدوا ان قیمــة ثابــت العــزل لاللومینــا النقیــة تــزداد مــن  )450-100( 

Mدرجــات الحــرارة وعنــد التــردد  Hz1 . ضــافات فانهــا تــزداد مـــع زیــادة درجــات الحــرارة بســبب الشـــحنة الــى االامــا بالنســـبة

  .یة بینما تقل مع زیادة التردد بسبب حركة حامالت الشحنة مع زیادة التردداالستقطاب

ثابـت العـزل (الخـواص الكهربائیـة  فـي والهدف من البحث هو دراسة تـاثیر اضـافة اوكسـید المغنسـیوم بنسـب وزنیـة مختلفـة   

1K-1M)     ةـختلفم فى ترددات ) الحقیقي، ثابت العزل الخیالي، ظل الفقدان )Hz    

  

  نب العملي اجال

االلمانیـة وقــد تمــت عملیــة ) Boh(المصــنع مــن شــركة ) %99.9(بنقـاوة ) -Al2O3(مســحوق األلومینــا  اسـتعمل       

م تــ) 63m(باســتخدام طاحونــة الكــرات وغربلــت المــادة المطحونــة للحصــول علــى حجــم حبیبــي دي قطــر أقــل مــن الطحـن 

 %الى تحضیر نماذج أخـرى تحتـوي علـى مـادة أوكسـید المغنسـیوم وبنسـب وزنیـة عن " تحضیر نماذج االلومینا النقیة فضال

وقـد تــم . %2رابطـة بنســبة التزیـد عـن مـادة ) PVA(وأضـیف الیهـا مـادة بـولي فینــال الكحـول ) 0.1،  0.2،  0.3،  0.5(

دقـــائق  خمـــسوبــزمن ) 50kn(ف باســـتخدام المكـــبس الهیــدرولیكي وبقـــوة كـــبس تشــكیل النمـــاذج بطریقــة الكـــبس شـــبه الجــا

1500C، ثـم تلبیــد النمـاذج باسـتخدام فـرن كهربـائي بصــورة تدریجیـة الـى درجـة ) 2cm(قالـب دي قطـر باسـتخدام 
o

وبــزمن  

األلمنیوم على وجهي العینة أقطاب من ساعات، الجراء القیاسات الكهربائیة المتناوبة للنماذج السیرامیكیة تم ترسیب  6تلبید 

وبعـد عملیـة الطـالء تـم ربـط أسـالك نحاسـیة ) Lybold Heraeus Coating(جهاز الطالء المفرغ من نوع وذلك باستخدام 

Silver p(طة مــادة اللحــام الالصــق الفضــي ابوسـ) قطــابا(دقیقـة علــى ســطحي النمــوذج  ast ( وبعــد ذلــك اســتخدام جهــاز

)LCR-M eter (باكــارد -یولـتالمصـنع مـن شـركة ه)أخـذت قــراءات ) وهـو الجهـاز الخـاص بالقیاســات الكهربائیـة المتناوبـة

1K-1M) الترددات  غرفة وضمن مدىعند درجة حرارة ال Rوالمقاومة  Cالسعة  )Hz  ومـن خـالل معرفـةC  قیمـة  تبحسـ

)ε( 8[یة تالعالقة اآل بدقة باستعمال ابعاد المتسعة من قیاس :[  

ShC/ε   ……………. (1)  

  من خالل  "كذلك تم تحدید 

Sh/ε R  …………... (2)  
 

  : 8.854(سماحیة الفراغ وخي كمیة ثابتة10 F/m(  

IHJPAS



  2011) 3( 24مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة               المجلد

 S  :ساحة أي من لوحي المتسعة المتوازیتین وتقاس بوحدة م)cm(  

h  : بین لوحي المتسعة وتقاس بوحدة المسافة العمودیة)cm(  

C  : سعة المتسعة  

R  : المقاومة  

  أما عامل الفقدان الذي یمثل ظل الزاویة 

tan = ε /''………….. (3) 

ε  : مقیاس للسعة ثابت العزل الحقیقي وهو  

"  :ثابت العزل الخیالي وهو مقیاس للفقدان الكهربائي  

  

  المناقشة واالستنتاجات 

تعد االكاسید من المكونات المهمة في تركیب المواد السیرامیكیة ، ولكـل أوكسـید دور وتصـرف وصـفات خاصـة بـه         

  ]9.[االحتراق دلیة والمیكانیكیة والفیزیائیة عنالخواص الكهربائیة والعز  فيتؤثر 

الوزنیـة ب وزنیة مختلفة الى االلومینا نالحظ أن قـیم السـعة تـزداد مـع زیـادة النسـب سفعند اضافة أوكسید المغنسیوم وبن      

السـعة مـع زیـادة تغیـر سـاعة الـذي یمثـل  6عنـد زمـن تلبیـد ) 1(المضافة من أوكسید المغنسیوم الى االلومینا كما في الشكل 

وذلــك لتـأثیر هــذه النســب ) 2(النسـب الوزنیــة لــذلك سـیكون التــأثیر واضــح فـي قیمــة ثابــت العـزل الحقیقــي والمبــین فـي شــكل 

  . الكثافة والمسامیة فيالوزنیة المضافة 

سـبب ذلـك الـى  كما نالحظ مـن الشـكلین السـابقین أن قـیم السـعة وثابـت العـزل الحقیقـي تتنـاقص مـع زیـادة التـردد ویعـزى     

انخفـاض تـأثیر اسـتقطاب الشـحنات الفراغیـة الـى أن تصـل الـى حالـة مـن الثبـات تقریبـًا عنـد التـرددات العالیـة وهـذا دلیـل علـى 

  . توقف الشحنات الفراغیة

النسـب الوزنیــة المضــافة مــن مــع زیــادة )  ،tan"(فیمــثالن النقصـان فــي قیمــة فقــدان العـزل ) 4(و) 3(أمـا الشــكالن      

، أمـا بالنسـبة ) زیـادة المقاومـة(من أوكسید المغنسـیوم بسـبب ) %0.5(أوكسید المغنسیوم وأن أقل قیمة لها عند إضافة نسبة 

ثنائیـات القطـب ال تجـد الوقـت الكـافي لتتبـع تغیـرات  انلاللومینـا مـع التـردد فیرجـع سـببه )  ،tan"(الـى النقصـان فـي قیمـة 

المجـال المتنــاوب األمــر الــذي یــؤدي الـى انخفــاض الطاقــة المفقــودة أو الممتصــة أي سیحصـل فقــدان عــال فــي الطاقــة عنــد 

أثنـاء دورانهـا وأنـه بزیــادة التـردد یـزداد تیــار  فــي قطـباالحتكـاك بــین ثنائیـات الالتـرددات الواطئـة وذلـك للتغلــب علـى مقاومـة 

  ]. 4[التسرب ویقل كل ثابت العزل الخیالي وقیم ظل زاویة الفقدان 

عند اضافة النسب الوزنیة من أوكسید المغسیوم وكانت ) ε(أظهرت النتائج زیادة قیمة السعة الكهربائیة وثابت العزل      

نتیجــة  )  ،tan"(أكثـر مــن النسـب األخــرى بینمــا أظهـرت االضــافة الزیـادة فــي الفقــدان العزلـي ) %0.5(النسـبة الوزنیــة 

  . نقصان في قیمة المقاومة الكهربائیةلل

تغیر الخواص الكهربائیة مع التردد فقد اظهرت النتائج عمومًا تناقصها مع التردد بسبب توقـف الشـحنات الى  أما بالنسبة    

  . الفراغیة

  

  المصادر
1.Suchet, (1979), Electrical Conduction in Solid M aterials,.9, Pergamon p ress, Oxford, ch.(5) 

. ، الكھربائیة والمغناطیسیة، جامعة الموصل ) 1977(یحیى عبد الحمید .  2 
3. Door, E.(1984), Alumina (USA).  
4. John,V. Florlo (1960), "Dielectric Prop erties of Alumina of High Temp returs, J.Am.Soc. 

43( 5): 262-267 

IHJPAS



  2011) 3( 24للعلوم الصرفة والتطبیقیة               المجلد مجلة ابن الهیثم

 
5. Leon, M . At las. Hikara Nagao and Henary, H., Naramura. (1962), Control of Dielectric 

Const ant and Loss in Alumina Ceramic", J.Am. Ceram. Soc.45(l0): 461-470.  
6. James, R. Floy d (1964), Effect of Secondary Cry st alline Phy ases on Dielectrics Losses in 

High-Alumina Bodies, J.Am. Ceram.Soc. 47(1): 539-543. 
7.Ahmed, F. et al. (2005), Study  of dielectrics p rop erties of  -alumina doped with M nO,CdO 

and M nO, Indian J.7Ap p lied . phy  .43:446-458. 
فیزیاء الحالة الصلبة، جامعة الموصل ) 1988(یوسف مولود حسن . شاكر جابر ود. سعید الراوي ود. د. . 7 

8. Clark, Frank, M .(1946), Insulation M aterials for Design and Engineering Practice, John 
Wilpy  and Sons, Inc,New York. 

 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

تغیر السعة مع  تغیر النسب الوزنیة المضافة من اوكسید المغنیسیوم الى االلومینا وتغیر التردد عند درجة  :)1(شكل 

  ساعات 6حرارة الغرفة وعند زمن تلبید 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

تغیر ثابت العزل الحقیقي مع  تغیر النسب الوزنیة المضافة من اوكسید المغنیسیوم الى االلومینا وتغیر  :)2(شكل 

  ساعات 6التردد عند درجة حرارة الغرفة وعند زمن تلبید 

IHJPAS



  2011) 3( 24لوم الصرفة والتطبیقیة               المجلدمجلة ابن الهیثم للع

  

 
 

تغیر ثابت العزل الخیالي مع  تغیر النسب الوزنیة المضافة من اوكسید المغنیسیوم الى االلومینا وتغیر  :)3(شكل 

 ساعات 6التردد عند درجة حرارة الغرفة وعند زمن تلبیت 

  

  
 
 

مع  تغیر النسب الوزنیة المضافة من اوكسید المغنیسیوم الى االلومینا وتغیر ) δ  tan(  تغیرعامل الفقدان :)4(شكل 

  ساعات 6التردد عند درجة حرارة الغرفة وعند زمن تلبید 

  

 

IHJPAS



IBN AL- HAITHAM J . FO R PURE & APPL. SC I.        VOL.24 (3)  2011 

 
Study o f the Dielectric Properties Ceramics Specimens 

Prepared from Alumina and MgO 
 
 
S. A. Mak i,Z. T. Al-Dahan*,Sh. K. Abd Al-Hassan 
Departme nt of physics, College of Ibn-Al-Haithm , Unive rsity of Baghdad 
* College of Engineering, Unive rsity of Al-Nahrin 
Received  in :  6, March , 2011 
Accepte d  in : 30,  May ,   2011  
 
Abstract 

A study  carried out on ceramic material made at (-Al2O3) dop ed with M gO (0.5 , 0.3 
, 0.2,0.1)%,with p article size at 63m.  
A Hydraulic p ress of 5kn at diameter of 2cm.A nnalelling at 1500C

o
 and 6 hrs st ill to see the 

effect on t he changes of the dielectric material. With frequency range at (1K – 1M ) Hz . And 
the result show that at p ercentage of 0.5% of M gO, t he real d ielectric material decreased with 
the increased frequ ency .   
Ke Word  :  dielectrical  of ceramic, electrical prop erties, Alumina 
 
 

 
 
 

  

IHJPAS