Ответы с Ириными дополнениями, страница 11

1.электронная проводимость материала и возможность регулирования ее,

2.стабильность харак­теристик материала в диапазоне рабочих температур,

3.простота технологии изготовления изделий,

4.материалы должны быть не­чувствительными к загрязнениям в процессе технологического изготовления изделий.

Терморезисторы с отрицательным ТКС изготавливаются из оксидов металлов с незаполненными электронными уровнями. Если температура увеличивается, то электроны приобретают энергию в виде тепла, процесс обмена электронами у ионов становится интенсивнее, поэтому резко увеличивается подвижность носите­лей заряда.

Современные терморезисторы с отрицательным ТКС обычно изготавливают из следующих оксидных систем: ни­кель-марганец-медь, никель-марганец-кобальт-медь, кобальт-марганец-медь, железо-титан, никель-литий, кобальт-литий, медь-марганец.

Тенденции развития современных материалов с отрица­тельным ТКС

1.получение более стабильных терморезисторов

2.расширение верхней границы ра­бочих температур.

3.создание переключающих термо­резисторов с отрицательным ТКС.

Терморезисторы с положительным ТКС можно разделить на 2 группы

1.Терморезисторы из полупроводникового материала, легированные кристаллы Si (кремния) как n-, так и р-типа имеют положительный ТКС при температуре от криогенных до150°С и выше

2.Терморезисторы с большим ТКС (до 70% на 1^oС), но в более ограниченном диапазоне температур. Материалом в данном случае является поликристаллический полупроводнико­вый титанат бария с большим изменением ТКС при температу­ре 120°С.

Терморезистивные элементы с положительным ТКС выпускают на основе титанато-бариевой керамики.

Основные электрические параметры

1. Габаритные размеры.

2. Величина сопротивления образцов

3. Величина ТКС а в процентах на 1°С

4. Постоянная времени τ (в секундах), характеризующая те­пловую инерционность терморезистора.

5. Максимально допустимая температура tmax

6. Максимально допустимая мощность рассеивания

7. Коэффициент рассеяния Н в Вт на 1°С. Численно равен мощности, рассеиваемой на терморезисторе при разности темпе­ратур образца и окружающей среды в 1°С

8. Коэффициент температурной чувствительности

В =[ (T1*T2)/(T2-T1) *Ln(R1/R2)

1. Коэффициент энергетической чувствительности G в Вт/%R, численно равен мощности, которую нужно рассеять на терморезисторе для уменьшения его сопротивления на 1 %

2. Теплоемкость С в Дж на 1°С.

Основные характеристики терморезисторов

1 .ВАХ

график (А) соответствует терморезистору с отрицательным ТКС,

(Б) — с положительным.

2.Температурная характеристика

3.Подогревная характеристика — характеристика, свойст­венная терморезисторам косвенного подогрева — зависимость сопротивления резистора от подводимой мощности.

Собственный нагрев термисторов

1.Схемы с термисторами, сопротивление которых определяется только температурой окружающей среды. Ток, проходящий при этом через термистор, настолько мал, что не вызывает дополнительного разо­грева термистора.

2. Во вторую группу входят схемы с термисторами, сопротивление которых меняется за счет собственного нагре­ва.

20. Эмиссионные и контактные явления в металлах. Сплавы для термопар.

21.Медь и ее сплавы. Алюминий и его сплавы.

Медь — сравнительно дорогой и дефицитный металл, поэтому требует экономного расходования. Химически малоактивна. В сухом и влаж­ном воздухе, а также в пресной воде при 20°С медь достаточно ус­тойчива к коррозии; незначительно корродирует только в морской воде. В сухом воздухе ниже 185°С с кислородом не взаимодействует. При нагревании до 375°С медь окисляется с образованием однооки­си СuО, имеющей черный цвет, а выше 375°С образуется полуокись Сu₂О. На нее мало влияют соляная и серная кислоты небольшой концентрации (до 80%). Однако в концентриро­ванной азотной и горячей концентрированной серной кислоте медь растворяется. На воздухе в присутствии влаги и углекислого газа на ее поверхности постепенно образуется зеленый налет основного кар­боната меди. Медь марки МТ применяют там, где требуется обеспечить вы­сокую механическую прочность σв, твердость и сопротивляемость истиранию. После отжига получают мягкую (отожженную) медь (ММ) которая пластична, характеризуется большим удлинением перед раз­рывом и имеет электропроводность на 3—5% выше, чем у МТ. Однако при отжиге предел прочности на разрыв и твер­дость снижаются. Удельная электропроводность стандартной меди при 20°С равна 58 МСм/м, соответст­венно р = 0,017241 мкОм•м, а ТКр = 4,3•10^-3 К^-1 . Круглую проволоку из меди марок МТ и ММ изготавливают диаметром от 0,02 до 10 мм. Ленточную медь широко используют для экранирования кабелей связи и радиочастотных кабелей. Очень вредно присутствие в меди ки­слорода — он приводит к образованию оксидов меди, вызывающих увеличение удельного сопротивления.

Сплавы меди

Бронзы — это сплавы меди с небольшим содержанием одного или нескольких химических элементов (Sn, Si, P, Be, Cr, Mg, Cd и др.), которые дают название бронзам. Маркируют бронзы буквами Бр, по­сле которых идут буквы, указывающие легирующие элементы, и циф­ры, показывающие количество этих элементов в целых процентах. Атомы примеси (в том числе легирующей), внедряясь в кристалличе­скую решетку, увеличивают ее деформацию и концентрацию дефек­тов. Выше предел прочности на разрыв и твер­дость, меньше относительное удлинение перед разрывом. Бронзы лучше обрабатываются на металлоре­жущих станках и обладают более высокими литейными свойствами, чем медь. Кадмиевую бронзу применяют в качестве контактного провода для электрифици­рованного транспорта и коллекторных пластин в электрических ма­шинах. Еще большей механической прочностью обладает бериллиевая бронза. У твердотянутых бронз механическая проч­ность σв и удельное сопротивление ρ выше, чем у отожженных бронз.

Латуни — это сплавы системы Си—Zn с максимальным содержанием Zn 45 %. При повышении концентрации Zn до 45% увеличива­ется механическая прочность. Максимальная пластичность наблю­дается при содержании Zn около 37%. В некоторые марки латуней для улучшения того или иного свойства вводят в небольшом количе­стве один или несколько химических элементов (Sn, Pb, Fe, Mn, Nj или Al). Маркируют латуни буквой Л и цифрой, указывающей про­центное содержание меди. Главная отличительная особенность латуни от чистой меди — повы­шенная механическая прочность ав при достаточно высоком удлине­нии перед разрывом. Латуни лучше, чем бронзы, обрабатываются штамповкой, глубокой вытяжкой и т.п. Они широко используются для изготовления токопроводящих винтов, гаек, шайб, шпилек, шты­рей, гнезд, упругих элементов и для коммутирующих узлов и штеп­сельных разъемов.

Алюминий

ρ = 2,8•10^-8 Ом•м, Tпл= 657—660°С, плот­ность 2,7 Мг/м³ . Преимущество алюминия как провод­никового материала заключается в том, что он дешевле и более дос­тупен, чем медь. Удельное сопротивление алюминия больше р меди в 1,63 раза, плотность — в 3,5 раза меньше. Присутствие в алюминии примеси существенно снижает его удельную электропроводность и изменяет механические свойства. Благодаря высокой пластичности, алюминий хорошо поддается прокатке и волочению. Твердый алюминий (AT), который имеет повышенные механическую прочность, твердость и удельное сопро­тивление. Ме­тодом волочения или прокатки из алюминия, так же как из меди, получают проволоку (круглую диаметром от 0,08 до 10 мм, прямо­угольную, сегментную или секторную) или пластины, ленту и фольгу (толщиной до 5—7 мкм). Алюминий — активный металл. Благодаря высокому сродству к кислороду, на воздухе он быстро покрывается тонкой (толщина порядка нм) и плотной пленкой оксида алюминия А12О3, которая за­щищает внутренние слои от дальнейшей коррозии. Пленка А12О3 об­ладает высоким удельным сопротивлением (ρ > 1 •10¹⁴ Ом-м) и при на­пряжениях менее 1 В может служить естественной межвитковой изоляцией. Недостатком такой изоляции является ограниченная гибкость про­волоки и заметная ее гигроскопичность.

Сплавы алюминия

Сплавы алюминия обладают более высокими значениями меха­нической прочности σв, твердости НВ, износостойкости, нагревостойкости и удельного электросопротивления ρ, но меньшим значе­нием относительного удлинения перед разрывом δ, чем чистый алюминий.

Дюралюмины — это сплавы системы А1—Си—Мп; Мп введен для повышения коррозионной стойкости сплавов. Наиболее известны сплавы Д1, Д16, Д18. Они хорошо деформируются в горячем и хо­лодном состоянии. Для их упрочнения применяют закалку в воде и естественное старение (около 5 сут). Сплав Д16 используют в строи­тельных конструкциях средней и повышенной прочности, для обшивки и изготовления некоторых элементов самолетов, для кузовов грузовых автомобилей и т.д.

Сплавы авиаль (АВ) менее прочны, чем дюралюмины, зато обладают большей пластичностью как в горячем, так и в холодном состоянии, хорошо свариваются и сопротивляются коррозии. Спла­вы авиаль используют в легких конструкциях, где требуется их де­формация при монтаже.

Жаропрочные алюминиевые сплавы могут быть как литейными (на­пример, AJ121), так и деформируемыми (например, АК4). Эти спла­вы используют для изготовления деталей, работающих при темпера­турах 250—350°С. Повышенная жаропрочность достигается высоким содержанием Си, а также Мп, Mg и Ti

22. Магнитомягкие и магнитотвёрдые материалы. Области их применения.

По величине коэрцитивной силы магнитные материалы разделя­ют на магнитомягкие и магнитотвердые. Граница этого раздела по значению Hс условная. Материалы, у которых Hс < 4 кА/м, отно­сят к магнитомягким, у которых Hс > 4 кА/м — к магнитотвердым (ГОСТ 19693—74). Для магнитомягких материалов характерным яв­ляется малое значение коэрцитивной силы; у промышленных образ­цов наименьшая Hс = 0,4 А/м. Поэтому они намагничиваются до ин­дукции технического насыщения при невысоких напряженностях поля. Намагничивание происходит в основном за счет смещения до­менных границ. У магнитомягких материалов высокая магнитная проницаемость, малые потери на перемагничивание и узкая петля гистерезиса при высоких значениях магнитной индукции. Это легко­намагничивающиеся материалы. Магнитомягкие материалы приме­няют в производстве сердечников катушек индуктивности, реле трансформаторов, электрических машин и т. п., работающих в по­стоянном и переменном магнитных полях.

Для магнитотвердых материалов характерным является широкая петля гистерезиса с большой коэрцитивной силой; у промышленных образцов наибольшая Hс≈800 кА/м. Магнитная проницаемость μ у них меньше, чем у магнитомягких материалов. У магнитотвердых материалов большая максимальная удельная магнитная энергия Wm которая пропорциональна произведению наибольших значений В и H на кривой размагничивания (см. гл. 15.2, формулу (15.7)). Намагничиваются они с трудом, но зато длительное время сохраня­ют сообщенную энергию. Намагничивание происходит в основном за счет вращения вектора намагниченности. Применяют магнитотвердые материалы для производства постоянных магнитов, в элек­трических машинах малой мощности, для записи и хранения цифро­вой, звуковой и видеоинформации и др.

Термины «магнитомягкие» и «магнитотвердые» не являются ха­рактеристикой механических свойств материалов. Существуют меха­нически мягкие, но магнитотвердые материалы и, наоборот, механи­чески твердые, но магнитомягкие материалы.

Магнитная проницаемость μ характеризует способность материала намагничиваться; μ показывает, во сколько раз магнитная индукция поля, созданного в данном материале, больше, чем в вакууме.

24. Механизм технического намагничивания и магнитный гистерезис. Основная кривая намагничивания. Магнитные материалы на основе железа.

Механизм технического намагничивания и магнитный гистерезис

Процесс технического намагничивания магнитного материала сопровождается изменением его доменной структуры. В размагни­ченном образце направления спонтанной намагниченности доменов совпадают с осями легкого намагничивания. При приложении маг­нитного поля самым выгодным направлением технической намагни­ченности домена будет та его ось легкого намагничивания, которая составляет наименьший угол с направлением внешнего магнитного поля.

Основная кривая намагничивания. Важнейшей характеристикой ферромагнетиков является основная кривая намагничивания, описы­вающая зависимость намагниченности М или магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н для предварительного раз­магниченного образца, а также зависимость магнитной проницаемо­сти μ от напряженности магнитного поля Н и предельная петля маг­нитного гистерезиса.

На рис. 14.7 представлены кривые зависимости В и (μ от напря­женности магнитного поля Н для образца ферромагнетика предвари­тельно размагниченного. На кривых этих зависимостей можно выде­лить четыре характерных участка.

I участок — это область самых слабых магнитных полей (H→ 0) — характеризуется линейной зависимостью B от H и посто­янным значением μ. На этом участке происходит увеличение объема (рост) тех доменов, векторы намагниченности которых имеют наи­меньшие углы с направлением внешнего магнитного поля; их рост происходит за счет доменов, у которых эти углы наибольшие. Рост доменов происходит путем обратимого смещения их границ. Поэто­му процесс намагничивания на этом участке называют процессом об­ратимого смещения границ доменов. На этом участке суммарная на­магниченность образца становится отличной от нуля, и материал характеризуется начальной магнитной проницаемостью μ_н которую экспериментально определяют в полях с Н ≈ 0,1 А/м. Величина μ_н является удобной характеристикой материала сердечников высоко­частотных катушек индуктивности, работающих, как правило, в по­лях с невысокой напряженностью. После снятия внешнего магнит­ного поля границы доменов снова возвращаются в прежнее положение, поэтому остаточная намагниченность не возникает.