123753 (Применение материалов в электротехнике), страница 2

2.Применение в электротехнике.

Широко применяются в виде важнейшей составной части лаков, компаундов, плстических масс, плёнок, искусственных и синтетических волокнистых материалов и т.п.

АЛКИДНЫЕ ЛАКИ, растворы алкидных смол (часто их смесей с карбамидными смолами или с др. полимерами) в органических растворителях. Образуют антикоррозионные и атмосферостойкие покрытия. Применяются для защиты дерева и металла, эмалевые краски и грунтовки на основе алкидных лаков - для отделки средств транспорта, сельскохозяйственных машин и др. Распространенный вид лакокрасочной продукции.

ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА (пленкообразователи) , основные компоненты лакокрасочных материалов, придающие им способность образовывать тонкую твердую пленку, прочно связанную с защищаемой поверхностью. В качестве пленкообразующих веществ используют синтетические смолы (алкидные, полиэфирные, эпоксидные и др.), полиакрилаты, полиуретаны, эфиры целлюлозы, битумы, растительные масла.

ПЛЕНОЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, методы изготовления пассивных электро- и радиоэлементов и соединительных проводников на диэлектрической подложке (плате) нанесением на нее слоев электропроводящих, резистивных и диэлектрических паст или вакуумным напылением (осаждением) пленок (с последующим травлением, вжиганием, фотолитографической или иной обработкой). Применяется при изготовлении печатных схем, пленочных и других интегральных схем.

ПОЛИЭФИРНЫЕ ЛАКИ, лакокрасочные материалы, пленкообразующим компонентом которых являются полиэфирные смолы. Образуют покрытия с хорошими декоративными свойствами. Полиэфирные лаки и получаемые на их основе эмалевые краски, шпатлевки применяют главным образом для отделки изделий из дерева, напр. мебели.

ФЕНОЛ (карболовая кислота, гидроксибензол), С6Н5ОН, бесцветные, розовеющие на воздухе кристаллы, t пл = 43 °С. Сырье в производстве синтетических смол, красителей, пестицидов, лекарственных средств, поверхностно-активных веществ; применяется также для дезинфекции. Токсичен, при попадании на кожу вызывает ожоги.

Смолы относятся к высокомолекулярным соединениям. Термоактивные смолы относятся к реактопластам, в которых при нагревании происходят необратимые структурные и химические превращения.

Ненасыщенные полиэфирные смолы- продукт взаимодействия полимеров и некоторых видов мономеров, отличающихся способностью к отвержению в нерастворимый твёрдый материал при наличии некоторых видов ингибиторов. ИНГИБИТОРЫ (от лат . inhibeo - удерживаю), вещества, снижающие скорость химических, в т. ч. ферментативных, реакций или подавляющие их. Применяют для предотвращения или замедления нежелательных процессов: коррозии металлов, старения полимеров, окисления топлив и смазочных масел, пищевых жиров и др. Ингибиторы ферментов используют для изучения механизма их действия, для лечения нарушений обмена веществ, а также в качестве пестицидов.

Такие смолы сшиваются ингибитором в прочную трёхмерную структуру и идут на изготовление корпусов кораблей, строительных панелей и т.д. Детали на основе полиэфирных смол изготавливаются обычной заливкой в форму, куда уже помещены слои ткани, стекловолокна и ингибитор. СТЕКЛЯННОЕ ВОЛОКНО (стекловолокно) , формуют из расплавленного стекла. Обладает высокими теплостойкостью, диэлектрическими свойствами, модулем упругости, прочностью при растяжении, устойчивостью к химическим реагентам, низкой теплопроводностью. Применяется (в виде нитей, жгутов, тканей, нетканых материалов, напр. стеклохолста) как армирующий наполнитель для стеклопластиков, фильтровальный, электро- и теплоизоляционный материал, в волоконной оптике и др.

Часто применяют центробежное литьё, штамповку, литьё под давлением.

Отверженные литые полиэфирные смолы, как правило имеют γ=1,2-1,5 г/куб.см, σв.р=40-90мПа, δ=5%, НRС 70-100 ед.

Стеклопластики , изгот из отверждённых полиэфирных смол имеют γ=1,6-2,6 г/куб.см , σв.р=60-140мПа, δ=0,6%, НRС 50-70 ед.

Наряду с полиэфирными смолами прим смолы на основе сложных диэфиров (термореактивные полимеры: стирол, акриловая кислота), обладающих повышенной вязкостью, прочностью (σв.р=80мПа ), химической стойкостью. Чаще всего стеклопластики на основе стиролов и акриловых смол применяют для изготовления корпусов приборов, крыльчаток, насосов и деталей автомобилей.

Полибутадиеновые смолы (высокомолекулярные углеводородные термореактивы) стойки к действию кислот и щелочей, идут на изготовление покрытий, клеев, изоляционных заливочных материалов электрических систем корабельных механизмов.

Армированные стеклопластики на основе таких смол имеют σв.р=250мПа и используются для изготовления обтекателей антенн на самолётах и кораблях.

Эпоксидные смолы используются для получения слоистых пластиков и волокнисто- намоточных материалов для изготовления печатных плат, зубчатых колёс, распределительных шестерён, ёмкостей, труб и т.д.

Отливки , изготовляемые из эпоксидных смол имеют γ=1,2-1,3 г/куб.см, σв.р=55-130мПа, НRС 100-110 ед.

Термостойкие смолы представляют собой линейные или сшитые полимеры, имеющие высокую Т стеклования и способность выдерживать на воздухе продолжительный нагрев до Т=316 град без заметных измений структуры. Это как правило полиамиды конденсационарного типа, армированные стекловолокном, применяются для изготовления обтекателей радиолокационных антенн, деталей механизмов, работ в условиях повышенной Т. Эти материалы имеют при Т=316град σв.р=300мПа

Вопрос 3: Опишите прямой и обратный пьезоэффект, дайте определение пьезоэлектрикам, приведите примеры, опишите их свойства, особенности, составы, применение

Прямой пьезоэлектрический эффект- возникновение электрической поляризации в веществе в отсутствие электрического поля при упругих деформациях.

Обратный пьезоэлектрический эффект- появление механических деформаций под действием электрического поля

Первое исследование пьезоэлектрического эффекта осуществлено П. Кюри (1880) на кристалле кварца. Пьезоэлектрический эффект обнаружен более чем у 1500 веществ- Пьезоэлектрических материалов.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, вещества с ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами. Пьезоэлектрическими материалами являются некоторые монокристаллы (кварц, дигидрофосфаты калия и аммония, сульфат лития), а также поликристаллические твердые растворы после поляризации в электрическом поле (пьезокерамика).

Пьезоэлектрический эффект наблюдается у всех сегнетоэлектриков и у многих пироэлектриков.

СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ , вещества, обладающие в определенном интервале температур самопроизвольной (в отсутствие электрического поля) электрической поляризацией, сильно зависящей от внешних условий. К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль, титанат бария (BaTiO3), дигидрофосфаты калия (KH2PO4) и аммония, ниобат лития (LiNbO3) и др. Известно несколько сотен сегнетоэлектриков, в т. ч. сегнетокерамика. Применяются главным образом как пьезоэлектрические преобразователи в детекторах электромагнитных излучений, а также в различных конденсаторах.

ПИРОЭЛЕКТРИКИ (от греч . pyr - огонь), кристаллические диэлектрики, на поверхности которых при изменении температуры появляются электрические заряды. Т.е ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСТВО -это возникновение электрических зарядов на поверхности пироэлектриков при их нагревании или охлаждении.

Пироэлектриками могут быть лишь нецентросимметричные кристаллы. Все пироэлектрики являются пьезоэлектриками (но не обратно), некоторые пироэлектрики обладают сегнетоэлектрическими свойствами. Типичный пироэлектрик - турмалин. ТУРМАЛИН , минерал подкласса кольцевых боросиликатов. Твердость 7,5; плотность 3,0-3,4 г/см3. Образует столбчатые кристаллы, радиально-лучистые агрегаты (т. н. турмалиновые солнца). Применяются также синтетические турмалины.

ПЬЕЗОМАГНЕТИЗМ, намагниченность (слабый ферромагнетизм) антиферромагнетиков; возникает под действием внешнего давления вследствие упругой деформации их кристаллической решетки. Обнаружен в CoF2, MnF2 и т.д.

Применение пьезоэлектриков: ПЬЕЗОКВАРЦ , минерал, прозрачные монокристаллы кварца, которые благодаря присущему им эффекту пьезоэлектричества могут быть использованы в радиотехнике. Применяются также синтетические пьезокварцы.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, преобразователи механических и акустических колебаний в электрические и обратно, основанные на пьезоэлектрическом эффекте. Используются в качестве мощных источников ультразвука, излучателей и приемников звука, микрофонов и гидрофонов, звуковых резонаторов, фильтров, датчиков механических напряжений. Применяются в акустоэлектронике и сейсмических исследованиях.

ПЬЕЗОМЕТР (от греч . piezo - давлю, сжимаю и ...метр), прибор для измерения сжимаемости газов, жидкостей и твердых тел. Пьезометрами называют также устройство для измерения линейной деформации твердых тел.

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКАЯ СКВАЖИНА , буровая скважина, предназначенная для постоянного наблюдения в какой-либо части нефтяной залежи, водоносного горизонта за изменением пластового давления.

Вопрос 4: Укажите классификацию контактных материалов. Приведите основные требования, предъявляемые к контактным материалам, примеры материалов, применяемых для каждого вида контактов

Контактные материалы прим для изготовления различного вида контактов электрических цепей. Эти контакты подразделяют на разрывные, скользящие и неподвижные.

Разрывные контакты подразделяют на слабонагруженные и высоконагруженные.

Слабонагруженные контакты изготовляют из золота, серебра, платины, палладия и их сплавов с медью; они отличаются низким переходным Эл. сопротивлением с повышенной стойкостью против окисления.

Высоконагруженные контакты изготовляют из вольфрама, молибдена, их сплавов и порошковых композиций

Скользящие контакты изготовляют из палладиево- серебряно- медных (никелевых) сплавов марок ПдСрМ36-4; ПдСрН13-2-11,8, где цифры означают содержание в % 2-го и 3-го элементов. Эти материалы должны отличаться высоким сопротивлением свариванию, чтобы избежать приваривания друг к другу при прохождении тока. Часто применяют композиции из порошков меди или серебра с добавкой графита, препятствующего свариванию контактов. К этой группе сплавов относят сплавы марок МГ3, МГ5,СГ3,СГ5, и т.д. Здесь цифры обозначают наличие графита в %.

Неподвижные контакты(Зажимные) изготовляют из сплавов, отличающихся низкими значениями переходного Эл сопротивления, высокими антикоррозионными св-вами и способностью не образовывать на поверхности контакта оксидных плёнок. В ответствен корабельных системах чаще всего применяют палладиево- иридиевые сплавы марки ПДИ10; платинорутениевые сплавы марки ПлРу8; Платиноникелевые сплавы марки ПЛН4,5 и тд. Здесь цифры обозначают наличие второго элемента в %

Вопрос5: Для нагревательных элементов сопротивления выбраны сплавы МНМц 40-1,5; МНМц 3-12. Расшифруйте эти марки сплавов, укажите к какому классу электротехнических материалов они относятся.Их особенности, преимущества, недостатки и области применения.

Это проводниковые материалы высокого электрического сопротивления (уд Эл. Сопротивление 1*10 в минус 5 до 1,5*10 в минус 6. Используется для преобразования тока в тепло- применяется в Эл. нагревательных элементах, в реостатах, катушек сопротивлений, термопар, например элементы Эл. печей.

Обычно у таких материалов нарушена кристаллическая решётка за счёт внедрения в неё атомов легирующих элементов, а также за счёт способности некоторых материалов повышать амплитуду колебаний атомов при нагрузке.(это чаще всего медные сплавы, легированные никелем, железом, фольфрамом, молибденом и т.д., которые делят на группы в зависимости от рабочей температуры. Константан относится к первой группе. (500град – для изготовления точных элементов сопротивлений корабельных электротехнических устройств).

МНМц 40-1,5;- КОНСТАНТАН (от лат . constans - постоянный, неизменный), сплав Cu (основание) с Ni (40%) и Mn (1,5%), относящийся к сплавам с высоким удельным электрическим сопротивлением, слабо зависящим от температуры. Обладает высокой нагревостойкостью (Т рабочая- до 500град.) Изготовляют реостаты, элементы измерительных приборов невысокой точности, элементы нагревательных приборов, термопары.

Недостаток- высокое значение термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) при работе в паре с медью, поэтому не применяется в электроизмерительных приборах высокой точности.

МНМц 3-12. сплав Cu (основание) с Ni (3%) и Mn (12%)

По сравнению с первым сплавом, где больше содержится никеля, чем марганца, здесь преобладает марганец. Сплав МНМц 3-12также имеет высокое сопротивление, но ТЭДС понижается. Применяют для изготовления резисторов, теплодатчиков, шунтов и др. Перед изготовлением сопротивлений металл подвергают рекристаллическому отжигу при т=400 в вакууме для получения стабильного температурного и удельного Эл. сопротивления. Затем готовые сопротивления отжигают при т=250гр для снятия внутренних напряжений.

Обычно у таких материалов нарушена кристаллическая решётка за счёт внедрения в неё атомов легирующих элементов, а также за счёт способности некоторых материалов повышать амплитуду колебаний атомов при нагрузке.(это чаще всего медные сплавы, легированные никелем, железом, вольфрамом, молибденом и т.д., которые делят на группы в завис от рабочей температуры. Константан относится к первой группе. (500˚С – для изготовления точных элементы сопротивлений корабельных электротехнических устройств.) Ко второй сплавы с Т рабочей 500-1200- чаще прим для изготовления спиралей в нагревательных элементах , 3-1200-1600˚С - для нагревательных элементов электропечей.