lekcii (774103), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Сверхпроводящие материалы.3.Материалы с высоким электрическим сопротивлением.4.Материалы для электрических контактов.5.Материалы специального назначения.Литература:1. В. В. Величковский и др. под редакцией А. И. Гневко, Н.А.Казакова. Электроматериаловедение. ВА РВСН им. ПВ. М, 2007.Стр. 153-205.1.Свойства и характеристики проводниковых материалов.Проводниковыми называются электротехнические материалы,основным свойством которых является электропроводность.Физической основой электропроводности является наличие вматериале свободных электрических зарядов- электронов дляметаллов, ионов в растворах и ионизированных газах.Под действием внешнего электрического поляпотенциалов) в проводнике возникает электрический ток.При движении электроны сталкиваются с ионами кристаллическойрешѐтки и атомами компонентов твѐрдого раствора.
Это затрудняетих движение и является причиной сопротивления материала припропускании электрического тока.К проводниковым материалам относятся:Чистые металлы и их сплавы (Ag, Au, Cu, Al, Fe и другие);Неметаллические материалы (уголь, графит, композиции на ихоснове);Ионизированные газы и электролиты.(разностиЭлектрическая проводимость твѐрдых тел, в первую очередьопределяется электроннымстроениематомов.Плотностьзаполнения электронами энергетических зон (валентная зона, зоназапрещѐнных энергий, зона проводимости) и их перекрытиеопределяют электрическую проводимость твѐрдых тел. Дефекты ипримеси уменьшают ширину запрещѐнной зоны и изменяютчисло электронов проводимости.
Наличие свободных электроновхарактерно для металлов, что определяет их высокую проводимость.Физическая природа сопротивления, обусловлена- тепловым;- примесным рассеиванием электронов, рис. 20.1. Деформация иостаточные напряжения, возникающие при технологическойобработке металлов, создают искажения в кристаллическойструктуре (вакансии, дислокации, блоки, границы), которые такжеповышают сопротивление вследствие дополнительного рассеяния.Влияние легирующих элементов на проводимость сплавовразлично и определяется видом образующихся фаз.20.1При образовании твѐрдых растворов удельное электрическоесопротивление сплавов при 20°С изменяется по нелинейнойзависимости(правилоН.С.Курнакова), рис.20.2.Сплавприобретает максимальное значение электрического сопротивленияв большинстве случаев при концентрации элементов, равной 50на 50 атомных %.
При образовании промежуточных фазэлектрическое сопротивление резко изменяется. В промежуточныхфазах с ионным или ковалентным типом связи проводимостьвозникает из-за дефектности структуры вследствие недостатка илиизбытка атомов одного сорта.Рис.20.2Приобразованиисмесей(твѐрдые растворы ограниченнойрастворимости,эвтектическиесмеси) из перечисленных фазэлектрическоесопротивлениесплава, по правилу Н.С. Курнакова,растѐтпозаконусложения,рис.20.3.
Таким образом, влияниелегирующихэлементовнаэлектрическуюпроводимостьразнообразно, и это позволяетполучатьматериалы,удовлетворяющиесамымразличнымтребованиямэлектротехническойпромышленности.Рис.20.3.Влияние деформации и остаточных напряжений на электрическуюпроводимость чистых металлов незначительно. В связи с этим,неухудшая электрическихсвойств,можноиспользоватьпластическую деформацию и возникающий при этом наклѐп дляповышения прочности проводниковых материалов.В сплавах влияние деформаций и остаточных напряжений наэлектрическую проводимость значительно сильнее.
Наклѐп, вызываязначительное упрочнение, очень сильно (до 25 %) снижаетэлектрическую проводимость сплава. Таким образом, упрочнениепроводниковых сплавов наклѐпом можно достичь только ценойпотери электрической проводимости.В зависимости от удельного электрического сопротивления иприменения проводниковыематериалыподразделяютнаследующие группы:- металлы и сплавы высокой проводимости,- припои,-сверхпроводники,-контактные материалы,- сплавы с повышенным электрическим сопротивлением.Проводниковыематериалыкромевысокойэлектрическойпроводимости (малое электрическое сопротивление) должныиметь: достаточную прочность, пластичность, которая определяеттехнологичность, а также коррозионную стойкость в атмосферныхусловиях и в некоторых случаях высокую износостойкость. Крометого, металл должен хорошо свариваться и подвергаться пайке дляполучения соединений высокой надѐжности и электрическойпроводимости.Применение материалов с высокой проводимостью(ρ ≤ 0.05 мкОм · м)для изготовления:1.
электрических, монтажных проводов;2. кабелей;3. обмоток трансформаторов и электрических машин;4. токопроводящих пленок, печатных плат, ИМС.Электрические свойства материалов- удельное электросопротивление – ρ, мкОм·м;- температурный коэффициент удельногоэлектросопротивления ТКρ, 1/°С;- контактная разность потенциалов, В (мВ).Удельное электросопротивление ρФакторы, влияющие на величину ρ:1.
Структура металла (чистые металлы , твердыерастворы );2. Упругая деформация, ρζ= ρo ·(1±кζ);3. Пластическая деформация;4. Рекристаллизационный отжиг;5. Величина зерна.ρ21ТсвТ, КЗависимость электросопротивления от температуры1- нормальный металл; 2 - сверхпроводникСверхпроводимость – падение электросопротивления проводникапри низких температурах (вблизи абсолютного 0°К).
Характерно длянекоторых видов проводниковых материалов - сверхпроводников.Температурный коэффициент удельногосопротивления, ТКρТКρ – численно выражает величину изменения удельногоэлектросопротивления проводника при изменении еготемпературы.Значение ТКρ чистых металлов равняется:ТКρ = 1\273 = 0,004 1/град.У металлических сплавов ТКρ зависит от состава.Причиной роста является увеличение амплитуды колебаний ионов вузлах кристаллической решѐтки, что препятствует движениюэлектронов.Диаграмма состояния и диаграмма зависимости ρ и ТКρ от состава сплавов системы медьникель.Контактная разность потенциалов (КРП), эффектЗеебекаДля различных пар металлов КРП изменяется отнескольких мв до нескольких десятков мв и зависитот:природы металлов и чистоты;состояния поверхности;температуры.При равенстве температур обоих спаев(Т1=Т2), КРП вместах спаев равна по величине и противоположнапо знаку.ЭДС – равно нулю.При неравенстве температур спаев суммарная ЭДС ≠ 0,в цепи возникает ток (ТЭДС) пропорционален ∆ТТепловые свойства- коэффициент теплопроводности λ;- температурный коэффициент линейногорасширения αL;- температура плавления Тпл ° С.Механические свойства1.2.3.4.Твердость;Прочность;Пластичность;Вязкость.Важнейшие усредненные физические свойства металлов,применяемых в электротехнике (при 20 0С)Металлρ,мкОм мТКρ,град-1Плотность,т/м3Тпл,0СНВ,МН/м2ТКЛР α,град-1λ,Вт/м градСеребро0,0160,004010,596125019,3415Медь0,01720,00438,9108335016,5390Золото0,0230,003819,3106320014,2293Алюминий0,0280,00422,765728024,0209Железо0,0980,00607,8153580011,073Цинк0,0590,00407,142036031,0111Никель0,0730,00658,8145560013,095Кадмий0,1000,00428,632120030,093Платина0,1050,003921,417705009,071Олово0,1200,00447,32325023,065Свинец0,2100,003711,43274029,035Ртуть0,9580,000913,6-3961,0102.Материалы высокой проводимости.
Сверхпроводящиематериалы. Припои.Проводниковая медь и ее свойстваДостоинства:высокая электропроводность (ρ = 0,017241 мкОм · м);хорошая технологичность (прокат, волочение, гибкость);высокая механическая прочность;высокая коррозионная стойкость.Недостатки:дефицитность;большой удельный вес.Основные марки: М1 (до 0,1% примесей), М0 (до 0,05%примесей).После волочения марка МТ: ↑ износостойкость, ↑ прочность,пластичность и электропроводность .После отжига марка ММ (монтажные и обмоточные провода,токопроводящие жилы кабелей).Свойства медной проволокиСвойствапроволокимедной Единица Для меди марки:измеренияМТММВременноесопротивление, ζвОтносительноеудлинение, δУдельноеЭлектросопротивление,ρМН/м2%мкОм м34-4825-300,5-418—500,0179- 0,01750,0182 0,01754Сплавы на основе медиCu-Zn – латуни ( детали сложной конфигурации)Cu-Cd, Cu-P, Cu-Be – бронзы имеют высокую:механическую прочность ;электропроводность.Бронза Cu-Cd – сопротивляется истиранию в 3 раза лучшемеди (коллекторные кольца и пластины, контактныепровода).Бронза Cu-Be –имеет высокие упругие свойства(пружины, пружинящие контакты, некоторые элементыприборов).Основные свойства проводниковых латуней и бронзМатериалМарка СостояниеУдельнаяэлектропроводность, %Времен-еОтнос.удлин.,сопр.,%МН/м2ОтожженноеМедьМ0Кадмиевая250-30018-50100Наклепанное98400-4800,5-4Отожженное9531050Наклепанное83-9073040Отожженное1540060БрК-1бронзаФосфористаяБрОФПроводниковый алюминий и его свойстваДостоинства:- меньшая дефицитность по сравнению с медью;- низкий удельный вес;- Высокая коррозионная стойкость.Недостатки:- Пленка Al2O3 препятствует получению хорошего электрического контакта иухудшает пайку обычными способами.- В местах контакта Al-Cu при наличии влаги развивается электрохимическаякоррозия, требуется защита лаками, герметиками.Основные марки:A1 (до 0,5% примесей)AB00 ( не более 0,03% примесей) –изготавливают: фольгу до 6-7мкм, электроды икорпуса электромонтажных конденсаторовПосле наклепа марка АТПосле отжига марка АМДля высокопрочных изделий применяется сплав альдрей (0,4% Mg, 0,6% Si, 0,25%Fe – остальное Al).
Этот сплав упрочняется термической обработкой (закалка +искусственное старение) ζв = 350 МПа, ρ = 0,0317 МкОм · м.Свойства алюминиевой проволокиЕдиницаСвойства алюминиевойпроволокиВременное сопротивлениеОтносительное удлинениеизмеренияМН/м2Для алюминия марки:ATAM150-1801,0-2,070-8010-180,02950,0285%УдельноеэлектросопротивлениемкОм-мСверхпроводниковые материалы- 30 элементов и более 1000сплавов.
Самая высокую tкр имеет Nb, tкр = 9,17°К.Св. пр. сплавы 65БТ, 35БТ tкр = 9,7°К , ГОСТ 10994-74.Обмотки генераторов, магнитов большой мощности, например втермоядерных реакторах энергии «Токомак», поезда на магнитнойподушке, якорь гироскопа авиа и космических приборов.Припои – сплавы для пайки металлов высокой проводимостидолжныобеспечиватьмалоепереходноесопротивление(контактное).Бываютнизкотемпературныедо400°Сивысокотемпературные. Припой Тпл< ТплМе. Хорошо смачиватьповерхность Ме. ТКЛР Ме и Пр ~=. Для низкотемпературной пайкиПОС61и др., ПОЦ60 и др.
для алюминиевых сплавов.Высокотемпературные – ПМЦ-48 Тпл >820°С, и др.; ПМФ7, ПСр45.3. Материалы с высоким электрическимсопротивлением.В зависимости от назначения сплавы подразделяют на 2группы:1. Сплавы для резисторов, потенциометров, реостатов,датчиков и измерительных приборов;2. Сплавы для нагревательных элементов.Сплавы 1 группыТребования, предъявляемые к сплавам:- Высокое электросопротивление ρ;- Малый коэффициент удельногосопротивления ТКρ;- Низкое значение ТЭДС.Химический состав исвойства%Состав,свойстваNiMnСплавCuМанганин862Константан60Никелин67Р,мкОм·мТКρ,Град-1ТЭДСОтн. Симкв/грTmax,оC120,494·10-5125040-0,50405003120,42·10-530300Манганин – изготавливают резисторы, тонкую проволоку (Φ 0,02мм);Константан – имеет max ρ и min ТКρ, изготавливаю тонкую проволоку,благодаря ↑ ТЭДС – применяют в термопарах, для намотки реостатови нагревательных элементов;Никелин – применяют для изготовления пусковых и регулировочныхреостатов(Øпроволоки 0,2 – 5,0мм).Сплавы для нагревательных элементовНаименованиесплаваМаркаНихромСостав %свойстваAlMnFeР,мкОм·мХ15Н60 55-61 15-18-1,5ост1,0-1,2НихромХ20Н80 75-78 20-25-1,5-″-1,0-1,11-21100ФехральХ13Ю40,612-153,5-5,50,7-″-1,2-1,41-1,2850ХромальХ25Ю50,623-274,5-6,50,7-″-1,3-1,50,651200NiCrТКρ10 Tmax,, CГрад-11-210004.Материалы для электрических контактов.Классификация электрических контактовПо конструкции и условиям работы различают 3 группыконтактов:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
