1. Studopedia
2. Um.co.ua
3. Ppt-online
4. Studopedia
ПРОВІДНИКОВІ МАТЕРІАЛИ
Класифікація провідникових матеріалів
Провідники – це тіла, або речовини які здатні добре проводити електричний струм, вони володіють підвищеною електропровідністю (g > 105 См/м).
Висока електропровідність провідникових матеріалів обумовлена наявністю великої кількості вільних електронів. Якщо провідник помістити в електричне поле, то під дією поля електрони набувають прискорення, яке пропорційне напруженості цього поля. Внаслідок цього виникає упорядкований направлений рух електронів в провіднику – електричний струм.
За агрегатним станом провідникові матеріали класифікують на:
– тверді: метали, сплави металів, електровугільні та вугільно-графітні вироби;
– рідкі: електроліти (розчини кислот, солей та лугів), розплави солей та лугів, розплавлені метали;
– газоподібні: іонізований газ (плазма).
За значенням питомого електричного опору металеві провідникові матеріали розділяють на дві групи:
– метали високої провідності у яких r < 0,05 10-6Ом×м (срібло, мідь, золото, алюміній, берилій, магній, натрій);
– та на метали і сплави високого опору r > 0,3 10-6Ом×м ( манганін, константан, ніхром, фехраль та ін.).
Окремою групою виділяють надпровідники та кріопровідники. Надпровідники – це провідникові матеріали, які володіють властивістю переходити у надпровідниковий стан (r ® 0) при їх охолодженні до дуже низької (критичної ) температури.
До надпровідників за вказаних умов (при відповідних низьких температурах) відносяться: іридій (- 272, 86 0С), алюміній (- 271, 8 0С), олово
(- 269,3 0С), ртуть (- 268,8 0С), свинець (- 265, 8 0С) та ін.
(- 269,3 0С), ртуть (- 268,8 0С), свинець (- 265, 8 0С) та ін.
Деякі матеріали можуть досягати при досить низьких температурах
(-1730С і нижче) дуже низького значення r, яке в сотні та тисячі разів менше ніж при звичайних умовах – це кріопровідники. До кріопровідників відносять берилій, алюміній, мідь, срібло, золото та ін.
(-1730С і нижче) дуже низького значення r, яке в сотні та тисячі разів менше ніж при звичайних умовах – це кріопровідники. До кріопровідників відносять берилій, алюміній, мідь, срібло, золото та ін.
Матеріали високої провідності використовують для виготовлення обмоток електричних машин та реле, струмопровідних жил проводів та кабелів, контактів, вставок запобіжників та ін.
Матеріали з високим електричним опором застосовують для виготовлення елементів нагрівачів, реостатів, точних вимірювальних приладів, резисторів, термопар.
Кріопровідники використовують для виготовлення струмоведучих жил проводів та кабелів, які працюють при температурах –173…–252 0С.
В металах механізм електропровідності обумовлений направленим рухом вільних електронів під дією електричного поля, тому їх прийнято називати провідниками з електронною провідністю, або провідниками
першого роду.
першого роду.
Провідниками другого роду є розчини та розплави кислот, лугів та солей з іонною будовою молекул. При проходженні струму через них електричні заряди переносяться разом із частками молекул (іонами), при цьому змінюється склад електролітів і на електродах виділяються продукти гідролізу.
Матеріали високої провідності
Срібло
Срібло (Ag) – метал білого кольору, дуже дефіцитний, відноситься до металів з високою електропровідністю. Срібло має мінімальний питомий опір серед усіх провідникових матеріалів r = 0,016×10-6 Ом×м. Відповідно до вимог ДСТУ 6836-80 електротехнічне срібло марок Ср 999…999,9 повинно мати домішок не більше 0,1 %. Температура плавлення срібла
Тпл = 961 0С, густина D = 10500 кг/м3. Механічні характеристики срібла: границя міцності при розриві s = 200 МПа; твердість за Брінеллем
HB = 25 Н/м2; відносне видовження при розриві Dl/l = 50%.
Тпл = 961 0С, густина D = 10500 кг/м3. Механічні характеристики срібла: границя міцності при розриві s = 200 МПа; твердість за Брінеллем
HB = 25 Н/м2; відносне видовження при розриві Dl/l = 50%.
Срібло достатньо широко використовується в електротехніці та радіоелектроніці. Срібло застосовують при виготовленні різноманітних контактів, для виготовлення електродів керамічних та слюдяних конденсаторів, для захисту мідних проводів, що працюють при температурах вищих 250 0С, при виготовленні радіочастотних кабелів, воно входить до складу твердих припоїв.
Мідь
Мідь – метал червонуватого кольору, як і срібло дуже дефіцитний.
Мідь одержують шляхом переробки сульфідних руд. Після кількох плавок руди та випалювання з інтенсивним продуванням мідь проходить процес електролітичного очищення. Одержані в результаті електролізу катодні пластини міді переплавляють в зливки вагою 80 – 90 кг, які прокатують та протягують у вироби необхідного перерізу.
Мідь одержують шляхом переробки сульфідних руд. Після кількох плавок руди та випалювання з інтенсивним продуванням мідь проходить процес електролітичного очищення. Одержані в результаті електролізу катодні пластини міді переплавляють в зливки вагою 80 – 90 кг, які прокатують та протягують у вироби необхідного перерізу.
Основні переваги міді:
– малий питомий опір (0,017∙10-6 Ом∙м – для м’якої міді, та
0,018 ∙ 10-6 Ом∙м для твердої міді);
0,018 ∙ 10-6 Ом∙м для твердої міді);
– достатньо висока механічна міцність (s =260…280 МПа для м’якої та 360...390 МПа для твердої міді);
– висока пластичність (Dl/l = 2,5…5% для твердої, і 18…35% для м’якої міді);
– достатня стійкість до корозії;
– добре обробляється, прокатується у листи та стрічки, протягується в дріт;
– відносна легкість паяння та зварювання.
Температура плавлення міді Тпл = 10830С, густина D = 8940 кг/м3.
Згідно із стандартами мідь за хімічним складом розділяють на
11 марок. Найменший питомий опір має хімічно чиста мідь. Наявність домішок в міді знижує як її механічні властивості, так і значно знижує її електропровідність. Найбільш небажаними домішками є свинець, вісмут та кисень.
11 марок. Найменший питомий опір має хімічно чиста мідь. Наявність домішок в міді знижує як її механічні властивості, так і значно знижує її електропровідність. Найбільш небажаними домішками є свинець, вісмут та кисень.
В якості провідникового матеріалу використовують мідь марок М1 та М0. Мідь марки М1 має в своєму складі 99,9 % міді та 0,1% домішок, в тому числі не більше 0,08 % кисню. Присутність кисню знижує механічні властивості міді. Більш високі механічні властивості має мідь марки М0, яка містить не більше 0,05 % домішок, втому числі не більше 0,02 %
кисню.
кисню.
В сухому та вологому повітрі, прісній воді при температурі 200С мідь практично не окислюється. В присутності вологи та вуглекислого газу на поверхні міді утворюється зелена плівка (карбонат міді). Корозії міді також сприяють сірчистий газ, сірчистий водень, аміак та окис азоту.
При нагріванні міді вище 2250С розпочинається її активне
окислення.
окислення.
Механічні та електричні характеристики провідникової міді в значній мірі залежать від її стану. За станом мідь розділяють на тверду (не відпалену) та м’яку (відпалену).
Тверду мідь (МТ) одержують при холодному протягуванні, вона має високу границю міцності при розтягуванні, підвищену твердість
(НВ = 65…120 Н/м2) і пружність, але вона має меншу електропровідність.
(НВ = 65…120 Н/м2) і пружність, але вона має меншу електропровідність.
Якщо мідь піддати відпалюванню (нагріти до температури
200…500 0С без доступу повітря і поступово охолодити) то одержимо м’яку мідь марки ММ. М’яка мідь більш пластична, має велике відносне видовження при розриві, більшу питому провідність, але вона має меншу твердість (НВ = 35 Н/м2) та меншу границю міцності при розтягуванні.
200…500 0С без доступу повітря і поступово охолодити) то одержимо м’яку мідь марки ММ. М’яка мідь більш пластична, має велике відносне видовження при розриві, більшу питому провідність, але вона має меншу твердість (НВ = 35 Н/м2) та меншу границю міцності при розтягуванні.
Тверду мідь застосовують там, де необхідно забезпечити значну механічну міцність, твердість та опір до стирання: для контактних проводів, для шин розподільчих пристроїв, для колекторних пластин електричних машин, струмоведучих жил кабелів.
М’яку мідь у вигляді дротів круглого та прямокутного перерізу застосовують головним чином у вигляді струмопровідних жил обмотувальних, монтажних та установочних проводів, кабелів, для виготовлення фольги.
Алюміній
Алюміній – метал білого кольору, який займає друге місце за значенням, після міді, серед провідникових матеріалів і найбільш поширений в природі.
Алюміній відноситься до групи легких металів, його густина
D = 2600 – 2700 кг/м3. Як і мідь, алюміній може бути м’який (відпалений) та твердий (не відпалений) відповідно марок АМ та АТ. Прокатування, протягування та відпалювання алюмінію аналогічні відповідним операціям з міддю.
D = 2600 – 2700 кг/м3. Як і мідь, алюміній може бути м’який (відпалений) та твердий (не відпалений) відповідно марок АМ та АТ. Прокатування, протягування та відпалювання алюмінію аналогічні відповідним операціям з міддю.
Питомий опір алюмінію r = 0,029∙10-6 Ом∙м. Температура плавлення Тпл = 6570С. Границя міцності при розриванні для м’якого алюмінію –
s = 80 МПа, для твердого 160...170 МПа. Відносне видовження при розриві Dl/l = 1,5…2,0 % для АТ, – 10…18 % для АМ.
s = 80 МПа, для твердого 160...170 МПа. Відносне видовження при розриві Dl/l = 1,5…2,0 % для АТ, – 10…18 % для АМ.
Для електротехнічних виробів використовується алюміній, що містить не більше 0,5 % домішок. Ще більш чистий алюміній (не більше 0,03% домішок) використовують для виготовлення алюмінієвої фольги, електродів та корпусів електролітичних конденсаторів. Домішки суттєво погіршують питому електропровідність алюмінію та його механічні властивості (особливо титан).
Алюміній активно окислюється на повітрі і покривається оксидною плівкою з великим питомим електричним опором. Ця плівка оберігає алюміній від подальшої корозії, але вона створює великий перехідний опір в місцях з’єднань і утруднює паяння алюмінію. В місцях з’єднання алюмінію з міддю, особливо при підвищеній вологості, можлива гальванічна корозія.
Сірководень, аміак, сірчистий газ майже не впливають на швидкість корозії алюмінію.
Основна область застосування алюмінію – це виготовлення проводів повітряних ліній електропередач та струмопровідних жил кабелів. Також із алюмінію виготовляють проводи для обмоток електричних машин, монтажні проводи, виготовляють обмотки (стержні) роторів асинхронних двигунів із короткозамкнутим ротором. Алюміній застосовують для виготовлення шин розподільчих пристроїв, оболонок кабелів та ін.
Сплави міді та алюмінію
Бронзи – це сплави міді з оловом, фосфором, берилієм, кремнієм, алюмінієм, хромом, кадмієм, магнієм.
Бронзи мають значно вищі механічні властивості ніж чиста мідь, але їх електропровідність менша ніж у міді. Границя міцності при розриві (s) для них знаходиться в межах 400...1350 МПа (берилієва бронза). Введення до складу бронзи кадмію, при незначному зменшенні питомої електропровідності (r = 0,02∙ 10-6 Ом∙м) веде до підвищення твердості та міцності (до s = 1050 МПа).
Кадмієву бронзу застосовують для контактних проводів та колекторних пластин. Також бронзи широко використовують для виготовлення струмопровідних пружин, тримачів щіток.
Латунь –це сплав міді з цинком до (43%). Інколи до складу латуні вводять алюміній, нікель та марганець. Латунь дуже пластичний сплав і має підвищені механічні властивості у порівнянні із міддю. Із латуні виготовляють різноманітні струмопровідні деталі: обойми для щіток, фасонні болти, гайки, шайби.
Альдрей – сплав алюмінію (98...99 %), заліза (0,3%), кремнію (0,2…0,3%), магнію (0,3…0,5%).
Альдрей має високі механічні властивості в порівнянні з алюмінієм, цих властивостей він набуває в результаті спеціальної термічної обробки. Густина альдрею D = 2700 кг/м3, границя міцності s = 350 МПа; питомий опір r = 3,17∙10-8 Ом∙м. Застосовують альдрей для виготовлення проводів ліній електропередач.
Силумін – сплав алюмінію з кремнієм (5…14 %). З силуміну виготовляють корпуси та підшипникові щити мікро електромашин та асинхронних двигунів потужністю до 4 кВт, корпуса повітряних конденсаторів.
Матеріали високого опору
Сплави для реостатів.
Для реостатів може використовуватися константан. Але використання його обмежено наявністю в його складі великої кількості нікелю. З цієї причини для реостатів використовують сплави в яких нікель заміняють більш дешевими металами.
Нейзильбер– мідно-нікелієвий сплав, в якому частина нікелю замінена цинком (22 %). Ззовні нейзильбер нагадує срібло. Нейзильбер має питомий опір r = 0,30...0,33∙10 -6 Ом∙м, густину D = 8700 кг/м3, границю міцності sr = 350...1100 МПа, відносне видовження при розриві
Dl/l = 3...30%, коефіцієнт термоЕРС в парі з міддю 14,4 мкВ/К. Температура плавлення Тпл = 1080 0С.
Dl/l = 3...30%, коефіцієнт термоЕРС в парі з міддю 14,4 мкВ/К. Температура плавлення Тпл = 1080 0С.
Провідникові вироби
Із провідникових матеріалів виготовляють струмоведучі жили проводів та кабелів. Проводи розділяють на ізольовані та неізольовані. Останні мають одну струмоведучу жилу, яка може бути однодротова або багатодротова. Вони використовуються для монтажу повітряних ліній електропередач.
Ізольовані проводи мають одну або декілька ізольованих однодротових або багатодротових струмоведучих жил.
За призначенням ізольовані проводи розділяють на обмотувальні, монтажі, установчі.
Немає коментарів:
Дописати коментар