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

ـازل بمـرور الـزمن ضـمن ظـروف ة فــي العـزل الكهربـائي وضـمان عـدم تـردي العـ جویــة  مـواد سـیرامیكیة تتمیـز بالمتانـة العالیـ

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 

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

ـا  ة ، وعلـى العمــوم فـان اسـتعمال االلومینـ ة بعـد الحـرب العالمیــة الثانیـ ـال االلكترونـي والهندسـة المیكانیكیــ التطبیقـات فـي المجـ

ـا مثــل  ت أخــرى ازداد اســتعمالوهنــاك مجـاال .الغـراض نافعــة انتشــر بسـرعة فــي مجــاالت الصـناعة المختلفــة ا فیهـ االلومینـ

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 ـــــور ) ثابـ ــة التبل ــا االحادیـــ ـــــور ) Single Crystalline(لكـــــل مـــــن االلومینـــ ــــددة التبل والمتعـ

)Polycrystalline(  مدى التردد ضمن      Hz)10
، والحظ  Co(1300-900)وفي درجات حراریة مختلفة ) 105*2-3

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

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

Ca , Si ( وكانت ضمن مدى الترددHz)10
، وقد وجدوا أن العالقـة خطیـة  Co(875-25)وعند درجات حرارة  ) 109*2-8

أثیر  tanترفـع قیمـة  Siن أیونـات وأ) tan(بین تركیز الشوائب وعامل الفقـد  لـیس بتلـك ) Cr , Ca , Ti , Mg(فـي حـین تـ

  . 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-MgO-SiO2 ( ،)SrO-SiO2 ( ـات الفلســـبار وقـــد وجـــد أنــــه ـة مركبـــ ـــل یحـــدث نتیجــ -SrO-Al2O3 ( ،)CaO(مثـ

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

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

(Manganes Oxide) ،Molybdenum Oxide)  (،Cadmium Oxide)   (وضــمن مـدى التـردد)وعنــد ) 42-5

Cدرجــات حــرارة
o )450-100(  ـة تــزداد مــن ـا النقیـ ة ثابــت العــزل لاللومینـ مــع تغیــر  )9.4-10. 63(وقــد وجــدوا ان قیمــ

ضــافات فانهــا تــزداد مـــع زیــادة درجــات الحــرارة بســبب الشـــحنة الــى االامــا بالنســـبة . MHz1درجــات الحــرارة وعنــد التــردد 

  .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

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

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

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

ــبه الجــا ــاذج بطریقــة الكـــبس شـ ـبس تشــكیل النمـ ـبس الهیــدرولیكي وبقـــوة كــ دقـــائق  خمـــسوبــزمن ) 50kn(ف باســـتخدام المكــ

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 

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

)LCR-Meter (ـارد -یولـتالمصـنع مـن شـركة ه أخـذت قــراءات ) وهـو الجهـاز الخـاص بالقیاســات الكهربائیـة المتناوبـة(باكـ

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 

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

  ]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 

ة ثابــت العـزل الحقیقــي والمبــین فـي شــكل  ـة لــذلك سـیكون التــأثیر واضــح فـي قیمــ وذلــك لتـأثیر هــذه النســب ) 2(النسـب الوزنیـ

  . الكثافة والمسامیة فيالوزنیة المضافة 

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

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

  . 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 

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

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

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

  ]. 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 Materials,.9, Pergamon press, Oxford, ch.(5) 

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

43( 5): 262-267 

IHJPAS



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

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

Constant and Loss in Alumina Ceramic", J.Am. Ceram. Soc.45(l0): 461-470.  
6. James, R. Floyd (1964), Effect of Secondary Crystalline Phyases on Dielectrics Losses in 

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

and MnO, Indian J.7Applied . 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 Materials 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 of the Dielectric Properties Ceramics Specimens 

Prepared from Alumina and MgO 
 
 
S. A. Maki,Z. T. Al-Dahan*,Sh. K. Abd Al-Hassan 
Department of physics, College of Ibn-Al-Haithm , University of Baghdad 
* College of Engineering, University of Al-Nahrin 
Received  in :  6, March , 2011 
Accepted  in : 30,  May ,   2011  
 
Abstract 

A study carried out on ceramic material made at (-Al2O3) doped with MgO (0.5 , 0.3 
, 0.2,0.1)%,with particle size at 63m.  
A Hydraulic press of 5kn at diameter of 2cm.A nnalelling at 1500C

o and 6 hrs still to see the 
effect on the changes of the dielectric material. With frequency range at (1K – 1M ) Hz. And 
the result show that at percentage of 0.5% of MgO, the real dielectric material decreased with 
the increased frequency.   
Ke Word  :  dielectrical  of ceramic, electrical properties, Alumina 
 
 

 
 
 

  

IHJPAS