Азотування;

1.2.2.3. ціанування;

1.2.2.4. дифузійна металізація.

І.2.1. Призначення і види термічної обробки.

Суттєвість операції термічної обробки складається в зміні структури сплавів шляхом нагрівання до температури вище критичної і наступного охолодження.

У процесі виливка, прокатування і кування, заготівлі охолоджуються нерівномірно. Результатом цього є неоднорідність структури і властивостей у різних місцях майбутніх деталей. Для виправлення цих дефектів застосовують операції термообробки, кожна з який впливає на подальші характеристики виробу.

1.2.1.1.ЗАГАРТУВАННЯ - складається з швидкого охолодження попередньо нагрітої заготівлі до визначеної температури t⁰с. Ціль операції - поліпшення механічних і інших властивостей. Загартування буває поверхневим і об'ємним.

· ПОВЕРХНЕВЕ загартування - необхідне для одержання твердої і тривкої поверхні деталі. Для нагрівання деталі застосовують газові пальники і пристрої ТВЧ (струми високої частоти).

· ОБ'ЄМНЕ загартування перекристалізує структуру для утворення дуже твердої структури - МАРТЕНСИТ. Для нагрівання деталі застосовують газові пічи. В обох випадках, в якості середовища охолодження, застосовують: лід, сніг, воду; олію, або спеціально підготовлені водяні розчини. Температура нагрівання на 30-50⁰с вище крапки 723-800⁰с.

1.2.1.2.ВІДЖИГ - операція повільного нагрівання і повільного охолодження заготівлі для вирівнювання хімічного складу; одержання рівномірної структури; зняття внутрішніх напружень. Процес триває протягом 10-20 годин. Температура нагрівання обирається виходячи з хімічного складу деталі.

1.2.1.3.ВІДПУСКАННЯ - операція, яка призначена для пом'якшення дії загартування, або зменшення чи зняття внутрішніх напружень. Операція проводиться шляхом нагрівання деталей до температури нижче критичної з подальшим охолодженням. Температурний діапазон нагрівання поділяється на низький; середній і високий. Низьке відпускання - 200-300 ⁰с проводять в олійних і сольових ваннах з витримкою визначений час. Середнє відпускання - 300-500 ⁰с і високе відпускання -500-700 ⁰с роблять у печах.

1.2.1.2.НОРМАЛІЗАЦІЯ - відрізняється від віджигу засобом охолодження. Воно проводиться на спокійному повітрі, а не разом з піччю. При цьому структура криці здобуває твердість, міцність і однорідну дрібнозернисту структуру. Температура нагрівання визначається хімічним складом матеріалу.

Ошибка! Элементы указателя не найдены.Основна мета хіміко-термічної обробки - це одержання поверхонь деталей з високою твердістю, зносостійкістю, жаростійкістю і корозійною стійкістю. Процес вироблятися шляхом дифундування (проникнення) на деяку глибину в поверхню деталей елементів: С;N;Al;Gr;Sі й ін. Найбільш поширені операції: ЦЕМЕHТУВАННЯ; АЗОТУВАHНЯ; ЦІАHУВАHНЯ.

1.2.2.1.ЦЕМЕHТУВАННЯ - навуглероджування поверхні деталі, з метою отримання деталей із твердою поверхнею і м'якою серцевиною. Існує 2 види цементування: твердим карбюризатором і газове.

Твердий карбюризатор - деревне вугілля в суміші з вуглекислими солями - карбонатами (Na₂CO₃; BaCO₃ і ін.), які при нагріванні легко розпадаються з виділенням CО₂. Під час технологічного процесу, деталі поміщують у металевий ящик і засипають карбюризатором. Потім ящик герметично зачиняють і нагрівають до t⁰с = 800-950⁰с. Після 5-10 годинної витримки, глибина навуглероджування коливається від 0,5мм до 1,5мм в середину деталі.

При використанні газового цементування застосовують природні гази і їхні суміші (CH₄-метан). Деталі поміщують у спеціальні камери-муфелі, через які пропускають гази при t⁰с = 900-950⁰с. В порівнянні з 1-м видом цементації, 2-ге чистіше, і в 2-3 рази швидше.

1.2.2.2.АЗОТУВАHНЯ - застосовується для одержання твердих поверхонь у деталей. Процес заснований на розкладанні аміаку, 2NH₃->2N+3H₂ з виділенням азоту, і відбувається при температурі t⁰с =500-600⁰с. Процес триває кілька десятків годин, однак при цьому одержують твердість по Віккерсу 1100-1200 Vі і корозійностійку поверхню.

1.2.2.3.ЦІАHУВАHНЯ - процес одночасного поглинання C і N для одержання твердої, жару і корозійностійкої поверхні.

Низькотемпературне ціанування t⁰с = 550-600⁰с - проводиться у ваннах з рідкими ціаністими солями (NaCN і KCN).

Високотемпературне ціанування t⁰с = 800-850⁰с - проводиться у ваннах з 20-40% розчинами (NaCN і KCN) у нейтральних солях NaCl і Na₂CO₃. Тривалість процесу від 5 хвилин до 1-ї години.

Джерела:

Л4-стр. 101-104, 111-114

Тема І.3. Зварювання металів. Ливарне виробництво.

ПЛАН

І.3.1. Загальні поняття про зварювання.

І.3.2. Різновиди й особливі засоби зварювання.

І.3.3. Загальні поняття про ливарне виробництво.

І.3.4. Ливарні властивості металів.

І.3.5. Ливарні форми, засоби заливання металів у форму.

І.3.1. Загальні поняття про зварювання.

ЗВАРЮВАННЯ - технологічна операція створення нероз'ємних з’єднань металевих частин деталі. По роду джерел тепла, зварювання поділяється на:

ЕЛЕКТРИЧНУ - при який електрична енергія перетворюється в теплову;

ХІМІЧНУ - при який використовується енергія хімічних реакцій.

І.3.2. Різновиди й особливі засоби зварювання.

Як виявила практика, найбільш продуктивні і менш трудомісткі види зварювання це - ЕЛЕКТРИЧНЕ (дугове і контактне) і ГАЗОВЕ.

ЕЛЕКТРИЧНЕ зварювання поділяється на дугове і контактне.

· ДУГОВЕ зварювання буває ручним і автоматичним. Воно проводиться на повітрі і в атмосфері захисного газу, розчиненням крайок деталей, що з'єднуються, з утворенням загальної ванночки. В якості захисних газів використовують водень і аргон, що захищають деталь від окислювання і азотування. В якості електродів застосовується дріт діаметром Ø1-10мм, який містить 0,18% С. А для зварювання якісного матеріалу застосовують дріт з криць Св-10ГС, Св-10ГСМ, Св-20ХГСА, Св-15М и ін. Величина напруги дуги при різних електродах U = 18-80В.

· КОНТАКТНЕ зварювання поділятися на:

§ Стикове - де стикують деталі під тиском а потім у місці стику вони розчинюються;

§ Крапкове - аналогічне стиковому, але форма контакту крапка;

§ Шовне - де листи криці пропускаються між валиками-електродами що здавлюють і зварюють. В якості електродів використовують мідь, або латунь.

ГАЗОВЕ зварювання поділяється на зварювання плавленням і газопресову.

· При зварюванні плавленням - оплавляються крайки металів, що з'єднуються, і присадковий метал утворює ванночку, після затвердження якої утворюється шов. Даний засіб застосовують для з'єднання конструкцій з тонкої сталі, деталей з кольорових металів, наплавлення твердих сплавлень на інструмент і при ремонтних роботах;

· При газопресовому зварюванні крайки виробів, що з'єднуються, доводять до пластичного стану, а потім здавлюють. Даний засіб з'єднання деталей застосовують для зварювання труб, рейок, бурильного устаткування і інструменту.

У якості присадкового матеріалу застосовують:

Ø для зварювання криць - сталевий дріт з складом С=0,18%, а для легування шва - дріт що містить Gr, Mn, Sі і ін.;

Ø для зварювання кольорових металів - дріт по хімічному складу близьку до металів, що з'єднуються.

Діаметр дроту обирається на 1-2мм більше половини товщини листів, що зварюються.

В якості газів використовують суміш: АЦЕТИЛЕНУ (C₂H₂) і КИСНЮ. Температура полум'я t⁰с = 400-3200⁰с.

КОВАЛЬСЬКЕ і ТЕРМІТНЕ зварювання застосовуються для одержання спеціальних з'єднань, або з'єднань, яких неможливо традиційно досягти.

І.3.3. Загальні поняття про ливарне виробництво.

Ливарне виробництво - процес одержання фасонних виробів шляхом заповнення рідким металом заздалегідь приготовлених форм, у яких метал затверджується.

Виливки можуть бути готовими деталями, або заготівлями, що містять в собі припуск металу, для подальшої механічний обробки.

За допомогою даного виробництва одержують: колінчаті вали двигунів; траки гусеничних механізмів; станини для металорізального і кувального устаткування і тд.

Існує 3 засоби заливання форм:

Ø звичайне - коли метал заповнює форму під дією своєї ваги;

Ø відцентрове - коли форма обертається, а метал під дією відцентрових сил розподіляється у формі;

Ø під тиском - коли застосовуються спеціальні поршневі машини.

І.3.4. Ливарні властивості металів.

До найбільш важливих ливарних властивостей можна віднести:

Ø ЛЕГКОРОЗЧИННІСТЬ - здатність мати низьку температуру плавлення;

Ø РІДКОТЕКУЧЕСТЬ - здатність швидко заповнювати всі конфігурації форми;

Ø МАЛА УСАДКА - незначне зменшення лінійних розмірів і обсягу;

Ø ОДНОРІДНІСТЬ - однаковий хімічний склад всіх частин виливка.

І.3.5. Ливарні форми, засоби заливання металів у форму.

Ливарні форми, куди заливають метал, можуть бути разові /виготовлені з формувальної суміші, яка витримає один виливок/, чи постійні, металеві, що витримують велике число заливань.

Лиття в РАЗОВІ форми роблять у наступної послідовності:

§ виготовлення модельних комплектів;

§ готування формувальних і стрижневих сумішей;

§ виготовлення стрижнів і їхнє сушіння;

§ підготування ливарних пристосувань;

§ формування по моделях;

§ плавлення металу і затоки форм;

§ витяг і очищення виливків з форми.

РАЗОВІ форми виготовляють на машинах і вручну.

· Машинне формування застосовується при багатосерійному і масовому виробництвах. Основні операції процесу автоматизовані:

§ одержання опок;

§ засипання піску;

§ струшування;

§ ущільнення;

§ витяг моделі.

· Ручне формування застосовується при індивідуальному і дрібносерійному виробництвах і містить у собі:

§ формування по роз’ємній моделі в 2-х опоках;

§ формування в ґрунті:

o відкрите - для невідповідальних виливків;

o закрите - для великих виробів;

o по шаблонах - для тіл обертання різних розмірів.

ПОСТІЙНІ форми виготовляють на координатно-розточувальному обладнанні з чавуну, або з криці. Для одержання внутрішніх порожнин в відливках застосовують чавунні, сталеві і піщані стрижні.

Стійкість форм із різних матеріалів:

§ чавун - 1500-5000 заливань;

§ криця - 25-700 заливань.

Для подовження терміну служби форм і запобігання виходу зі строю форми, її внутрішню поверхню покривають тонким шаром вогнетривкого облицювання та сажею.

Перед заливанням металу форми нагрівають до t⁰с =200-300⁰с. Метал ллють у форму з поворотних ковшів, а при безупинному розливанні криці, по спеціальному жолобі з льоткою.

Питанняперевіркизнань:

Джерела:

Л1-СТР.

Л2-СТР.

Л3-СТР.

Л4-СТР. 155-157, 167-182, 215-232

Тема І. 4. Механічні і електрофізичні види обробки металів.

План

I.4.1. Механічна обробка металу.

I.4.1.1. Загальні поняття про засоби обробки металів різанням.

I.4.1.2. Засоби обробки металів різанням.

I.4.1.3. Суттєвість обробки тиском і її види

I.4.2. Електрофізичні і електрохімічні засоби обробки металів.

I.4.1. Механічна обробка металу.

I.4.1.1. Загальні поняття про засоби обробки металів різанням.

Технологія виготовлення більшості деталей механізмів і машин містить операції механічної обробки різанням. В процесі обробки різанням з заготівлі знімається частина металу, що іде в стружку. Ця частина називається припуском. Зняття стружки впроваджується різноманітними інструментами на різноманітному устаткуванні. Закріплення інструменту і деталей, що обробляються, а також їхній рух і відносне переміщення, виробляється металорізним устаткуванням. При цьому є:

§ Основні рухи - при яких виробляється зняття стружки;

§ допоміжний рух - при якому зняття стружки не відбувається.

Основний рух - поділяється на головний рух і рух подачі. В залежності від виду обробки головний рух і рух подачі може бути у заготівлі і інструменту.

При ТОЧІННІ - головний рух передається заготівлі, а інструментам рух подачі.

При ФРЕЗЕРУВАННІ - головний рух передається інструменту, а рух подачі заготівлі.

При СВЕРЛЕННІ - головний рух і рух подачі передається самому інструменту.

При СТРОГАННІ - головний рух передається заготівлі, рух подачі - різцю.

При ПРОТЯГУВАННІ - головний рух і рух подачі передається самому інструменту.

При ШЛИФУВАННІ - головний рух здійснюється інструментом, а рух подачі передається заготівлі.

I.4.1.2. Засоби обробки металів.

- ТОЧІHНЯ - здійснюється на токарній групі верстатів в яку входять: - токарно-гвинторізні; - токарно-револьверні; - багато різцеві токарні; - токарно-карусельні; токарні автомати і напівавтомати. Дана операція застосовується для обробки тіл обертання. В якості інструменту застосовуються різноманітні різці: - прохідні; - підрізні; - обрізні; - росточні; - фасонні, що знімають стружку з заготівлі , що обертається.

- ФРЕЗЕРУВАHНЯ - здійснюється на фрезерній групі верстатів в яку входять: - горизонтально-фрезерні; - вертикально-фрезерні; - продольно - фрезерні. Дана операція застосовується для обробки різноманітних призматичних та фасонних поверхонь і площин. В якості інструменту застосовуються різноманітні фрези:

§ для обробки площин - циліндричні і торцеві;

§ для отримання пазів і шліців - дискові, пазові, кінцеві, одне і двох західні;

§ для отримання фасонних поверхонь - фасонні, дискові, модульні, черв’ячні;

§ для розрізу металу - круглі обрізні пили.

- СВЕРДЛЕННЯ - здійснюється на свердлильній і росточний групі верстатів в яку входять: - вертикально-свердлильні; - горизонтально-свердлильні; радіально-свердлильні; - росточні. В якості інструменту для обробки отвору застосовуються:

§ СВЕРДЛА - спіральні; центровані; перові; з твердосплавними пластинками;

§ ЗЕНКЕРИ - для розширення отвору; для утворення циліндричних отвору; для утворення конічного отвору; для зачищення торцевих поверхонь;

§ РАЗВЕРТКИ - для остаточної обробки отвору.

- СТРОГАНHЯ - здійснюється на стругальній групі верстатів в яку входять: - продольно - стругальні; - поперечно-стругальні; - довбальні. В якості інструменту для обробки поверхонь застосовуються різці: - обдиранні; - чистові; - підрізні; - прорізні; - фасонні.

- ПРОТЯГАННЯ - здійснюється на протяжній групі верстатів в яку входять вертикально і горизонтально протяжні. Обробка ведеться по зовнішній і внутрішній поверхні. В якості інструменту застосовується протяжка.

- ШЛИФУВАHНЯ - здійснюється на шліфувальній групі верстатів в яку входять: - круглошліфувальні; - плоскошліфувальні; - профільно-шліфувальні; - заточні. В якості інструменту для обробки поверхонь застосовується абразивний інструмент, виконаний на засновках: - діаманту; - кремнезему; - корунду; - карбо-корунду; - карбіду бора, а в якості зв'язки - кераміка; - силікат; - магнезія; - вулканітові додатки; - бакелітова і інші смоли.

I.4.1.3. Суттєвість обробки тиском і її види

Обробка тиском заснована на пластичності металів і сплавів. Її суттєвість полягає в наданні матеріалу певної форми. Для пластичної (остаточної) деформації метал піддають на напругу, що більше межі його пружності s _уп і менш межі його тривкості s _пр. При цьому, для покращення пластичності заготовки, її підігрівають, а після цього обробляють тиском.

Основні види обробки металів тиском: - ковка; - штампова; - прокат; - волочіння;

I.4.2. Електрофізичні і електрохімічні засоби обробітки металів.

До загальних електрофізичних і електрохімічних засобів обробітки металів відносні: - ЕЛЕКТРОІСКРОВА і АНОДНО-МЕХАНІЧНА.

- ЕЛЕКТРОІСКРОВА - заснована на руйнуванні (ерозії) під чинністю електричного розряду. При цьому виконуються операції: - отримання порожнини в штампах; - отримання отворів в волочильних дошках і філь’єрах; - отримання криволінійних фасонних отворів,

А також отвору малих діаметрів d = 0,02mm; - заточення і доведення ріжучих інструментів; - електроіскрове зміцнення ріжучих інструментів. Обробці піддаються практичні всі метали і сплави.

Температура іскрового каналу t⁰с =11000⁰с. Для відвертання переходу іскри в електричну дугу, процес проводять в середовищі рідкого діелектрика (повітря, мінеральне мастило, розчини солей, рідкому склі).

- АНОДНО-МЕХАНІЧНА обробка перевизначена для різки металів і заснована на оплавленні частинок заготівлі в місці розрізу або їх електрохімічного розчинення і викиду її з робітничої зони, завдяки доцентровому зусиллю диску, що обертається.

Питанняперевіркизнань:

- Що таке механічна обробка, і які є види механічної обробки?

- Який інструментарій застосовується при різноманітних видах обробки?

- Що є технологія виготовлення виробів?

- Які є види побудування металів;

- Перелікувати фізичні властивості у металах;

- Пояснити суттєвість окремих фізичних властивостей;

- Що таке дислокація;

- Перелікувати, та пояснити суттєвість окремих механічних властивостей;

- Перелікувати, та пояснити суттєвість окремих технологічних властивостей;

- Які є види решіт у металів;

- Надати класифікацію сплавів, заснованих на Fe.

Джерела:

Л4-стр. 183-214, 264-281, 298-320, 324-330

Розділ ІІ. Провідникові матеріали.

Тема ІІ. 1. Поняття провідник

План

II.1.1. Класифікація провідникових матеріалів.

II. 1.2. Поняття металевий провідник.

II.1.3. Фізичні процеси в провідниках, електропровідність, поняття ОПІР.

II. 1.4. Вплив на ОПІР різноманітних факторів.

II. 1.4. А. Термальна залежність питомого опору металевихпровідників.

II. 1.4. Б. Домішки і дефекти. Сплави.

II. 1.4. В. Опор тонких металевих плівок.

II. 1.4. Г. Контактні явища, поняття кермо - ЕРС.

II. 1.4. Д. Поняття надпровідність.

II. 1.1. Класифікація провідникових матеріалів.

Провідникові матеріали поділяються на:

§ ТвеpдІ:

• метали високої провідності p= 10^-8 Ом*м;
• сплави високого опору p= 3*10^-5Ом*м;
• надпровідники і гіпеpпpовідники....

§ РІДКИ:

• розчинені метали - рідкі провідники при підвищенні t⁰с >20⁰с, крім Hg;
• різноманітні електроліти....

• газоподібні:
• Пари металів при t⁰с >2000⁰с.

Провідники поділяються на:

• 1го роду – з електричною провідністю - дрейфом електричного газу навколо структури провідника;
• 2го роду - з іонної провідністю, в електролітах – характерна модифікація хімічного складу речовини;
• плазма сильно іонізований газ в потужному електромагнітному полі; кількість електронів дорівнює числу іонів в одиниці V.

II.1.2. Поняття металевий провідник.

Металевий провідник - система вузлів кришталевих решіт, яка омивається електронним газом. При впливі на провідник електромагнітного поля, електронний газ прагне рухатися вздовж напрямку даного поля, утворюючи потік - пойменований ЕЛЕКТРИЧНИМ СТРУМОМ. Оскільки простір всередині провідника має власну архітектуру, то на шляху електронного газу зустрічаються перепони в виді вузлів решітки, атомів і поруч електронів, що рухаються.

II.1.3. Фізичні процеси в провідниках, електропровідність, поняття ОПІР.

При зіткненні електронів з вузлами решіт, частина їх енергії передається провіднику, який одержує додаткову енергію і гріється. При цьому зштовхнувшись, електрони уповільнюють свій рух. Це явище називають - ОПОР. Він вимірюється в Омах і дорівнює:

Якщо з'ясувати провідник як матеріал, який має одиничні лінійні розміри (діаметр, довжину, площу перетину-> м/мм²), то виміряний ОПІР визначається як - ПИТОМИЙ ОПІР – тобто, ОПІР лінійних розмірів:

Самий електронний газ при русі не сприймає енергію нагріву провідника (він тільки її переносник). Кількість носіїв зарядів - концентрація електронів в металевому провіднику при підвищеній t⁰с постійне.

Однак в наслідок посиленого коливання вузлів кришталевих решіт з підвищенням t⁰с, кількість перешкод росте на шляху руху електронів - зменшується середня довжина пробігу електронів aсp, а тоді зменшується рухливість електронів - r, що визначене математичною моделлю процесу:

Де: ТКp або ap - температурний коефіцієнт опору;

dr/dT - градієнт зміни опору.

II. 1.4. Вплив на ОПІР різноманітних факторів.

II. 1.4. А. Термальна залежність питомого опору металевихпровідників.

При зміні температури в вузькому діапазоні (<400⁰с) припущенна залежність, що описує процес виглядає так:

де:

r ₂, r ₁ - питомий опір при відповідності температур T2, T1;

ar- середній коефіцієнт питомого опору.

Температурний коефіцієнт описує: як змінюється ОПІР, при зміні температури. При більш високих температурах даний процес має більш складну механіку, тому в попередню залежність вводять виправні коефіцієнти і формула виглядає так:

де:

A; B; C; D - виправні коефіцієнти, що вводять.

Якщо припустити, що по провіднику буде йти потік електронів, що росте, то в певний момент електронний газ передає вузлам структури провідника таку енергію, при якій порушується зв'язок і структура почне руйнуватися. Даний процес в природі спостерігається при розчиненні металу. Цей ефект покладений до основ роботи ПЛАВКОГО ЗАПОБІЖНИКА.

II. 1.4. Б. Домішки і дефекти. Сплави.

При розтягуванні, стиску або інших деформаціях з провідниками, в них змінюється опір. Це зв'язане з порушенням структури провідника. Тоді для розрахунку його опору використають залежність:

де:

r - опір при механічному напруженні s;

ro - опір до приладження механічного напруження s;

S - коефіцієнт механічного напруження.

При пластичній деформації збільшується p, тоді для компенсації цього роблять термообробку (віджиг) структури, що вирівнює властивості матеріалу.

В сплавах збільшується p в тому випадку, якщо вони утворюють твердий розчин - при затвердженні загальної кристалізаційної структури (атоми одного входять в грати другого).

В випадку входження в склад сплавлення великої кількості компонентів добитися від нього гарної провідності неможливо. Тому для провідників використовують, в якості матеріалів, не сплави, а чисті метали: Cu; Al; Ag.

Провідність провідника, що описана на основі квантової теорії і виглядає так:

де:

e - заряджений електрон;

no - число вільних електронів в одиниці V;

a - довжина пробігу між забиваннями

k - числовий коефіцієнт;

h-1 - постійна Планка;

m - маса електрона; VT - середня швидкість вільного електрона в металі

II. 1.4. В. Опор тонких металевих плівок.

Металеві плівки широко використовуються в електроніці в якості між елементних сполучень в мікросхемах. Їх електричні властивості значно відмінні від властивостей звичайних провідників. Їх відзнака в наступному:

§ ЗМІННА СТРУКТУРА - від непорядного мілко дисперсного стану (АМОРФНИЙ КОНДЕНСАТ) до досконалого моно кришталевого шару (ЕПІТАКСІАЛЬНА ПЛІВКА);

§ РОЗМІРНІ ЕФЕКТИ - товщини плівок дорівнюють довжині хвилі вільного пробігу електронів, що призводить до залежності питомого опору від геометричних розмірів провідника. РОЗМІРНИЙ ЕФЕКТ - сприяє збільшенню Опора тому, що скорочує довжину пробігу електронів в наслідку їхнього відбивання від поверхні зразка. При товщинах в струмоведучих частинах мікросхем 200...300 Ǻ, при кімнатній температурі сильно впливає даний ефект, а при зниженні температури істотно зростає довжина вільного пробігу електрона, а тому знижується ОПІР їхньому руху;

§ ОСТРОВКОВІ СТРУКТУРИ - які дозволяють, при малій кількості металу, що осаджують, отримати на діелектричній площині островки провідності. Механізми провідності - термоелектронна емісія і тунелювання (проходження крізь діелектричні щілини електронів, в яких енергія вище рівня енергії Ферма). Дані плівки забезпечують негативний ap. Якщо нарощувати товщину плівок до суцільного шару, то ОПІР даного дроту росте, а під час технології виготовлення до даного дроту потрапляє газовий конденсат, що утворює окисли, які посилюють ОПІР.

II. 1.4. Г. Контактні явища, поняття термо - ЕРС.

mv

T

При з'єднуванні 2х різноманітних металів, між ними виникає контактна різність потенціалів. Причина цього явища у:

§ Різноманітних значеннях роботи виходу електронів у металів, що з'єднані;

§ Концентрації електронів в речовині;

§ Тиску електронного газу навколишнього простору.

Електрона теорія показує: величина ЕРС, що виникає при з'єднуванні металів (А+В)=:

де:

Ua, Uв - потенціали металів, що об’єднані;

na, nв - концентрація електронів в А; і В;

k - константа Больцмана k=1.38 10^-31 Дж/Кл;

e - заряд електрона е=1.6 10^-9 Кл;

ТКО - температура по Кельвіну.

Якщо спаї між A і B, мають різні температури, то також виникає термо - ЕРС:

Т1 mV T2

II. 1.4. Д. Поняття надпровідність.

Надпровідність - різке зменшення R при t <= 3^оK. Під час досвіду з вимірюванням питомого ОПОРУ в кільцевому надпровіднику, по мірі зменшення магнітного потоку індукції було зафіксована величина опору, що склала р=10^-25 Ом*м.

А. Надпровідність виникає тоді, коли електрони притягаються друг до друга. Це можливо в середовищі (+) іонів, поле яких послаблює силу кулонівського відштовхування. Притягуватися можуть ті електрони, що приймають участь в електропровідності. Якщо протягування має місце, то електрони з протилежним імпульсом і спином зв'язуються в пари, що звуться-> КУПЕРОВСЬКИМИ. При утворенні пар вирішальну роль грають ФОНОНИ - термальні коливання решіт. В твердому тілі електрон може породжувати або поглинати ФОНОН. Перший електрон взаємодіючи з ґратами призводить їх в схвильований стан, а наступний, що взаємодіє з ґратами переводе їх в нормальний стан. В наслідок грати в сумі взаємодії не змінюють свого стану, а електрони обмінюються квантами термальної енергії. Електрон, який рухається між позитивними іонами, поляризує грати -> тобто, своєю електростатичною силою притягає до себе найближчі іони. Завдяки цьому в області пробігу зростає щільність (+) заряду.

В наслідок за рахунок взаємодії з ґратами, побічним образом, між електронами виникають сили протягування з утворенням КУПЕРОВСКИХ пар. Пари розпадаються і утворюються знов, утворюючи ЕЛЕКТРОННИЙ конденсат, енергія якого менш енергії розрізнених електронів >> внаслідок утворюється - ЕНЕРГЕТИЧНА ЩІЛИНА, що складає W=10^-4...10^-3 ЕВ.

Неоднорідності структури, що утворені домішками, перекрученнями решітки, пластичними деформаціями не призводять до знищення надпровідності, а викликають лише розширення температурного інтервалу впливу, для отримання ефекту надпровідності.

Б. Загальна властивість надпровідності в тому, що зовнішнє магнітне поле не проникає в тіло надпровідника - ефект Майснера (на поверхні провідника утворюється незатухаючий струм, що повністю компенсує зовнішнє магнітне поле). Тому надпровідники, які знаходяться в надпровідному стані, зависають над сильними магнітними полями.

В. Стан надпровідності може бути зруйнований якщо перевищується деяке критичне значення: напруженості Е/м поля; або величини самого струму, що тече по провіднику. Процес переходу в надпровідний стан може бути стрибком, або повільним; в зв'язку з цим надпровідники поділяють на 1 і 2 род:

§ 1-го роду - перехід відбувається стрибком, як тільки Н-> досягне Нсв.

§ 2-го роду - перехід поступовий, змінюється нижня Нсв1 і верхня Нсв 2 критичні стану, однак в цей період матеріал знаходиться в надпровідному стані.

§ Критична напруженість: SP 1роду - 105 А/м; SP 2роду - 107 А/м.

Питанняперевіркизнань:

- Надати класифікацію провідників;

- Пояснити поняття струм, опор в єдиному знанні про провідник;

- Які зовнішні збурення і як впливають на питомий опор у провіднику;

- Що таке надпровідність?

- Що таке криопровідність?

Джерела:

Л1 – стор. 27-45; 48-57; 63-67

Л2 – стор. 218-230; 241-247

Л3 – стор. 7-11; 18-23

Тема ІІ.2. Провідникові матеріали високої провідності.

ПЛАН

ІІ.2.1. Класифікація провідникових матеріалів високої провідності.

ІІ.2.2. Властивості, характеристики, спосіб одержання, область застосування, матеріали.

ІІ.2.3. Надпровідники – хімічний склад, електромагнітні властивості.

ІІ.2.4. Неметалеві провідні матеріали.

ІІ.2.1. Класифікація провідникових матеріалів високої провідності.

Матеріали поділяються на:

§ метали:

o кольорові Cu,Al;

o чорні Fe,Pb;

o шляхетні Ag,Au,Pt;

o тугоплавкі W,Mo;

§ металеві сплави:

o бронзи;

o сплави на основі алюмінію;

o біметали;

o на основі Sn,Pb;

§ надпровідники:

o Sr,V,Nb;

§ неметалічні провідні матеріали.

o контактоли.

ІІ.2.2. Властивості, характеристики, спосіб одержання, область застосування, матеріали.

ІІ.2.2.а. Ag – СРІБЛО.

Блискучий метал, білого кольору, пластичний Δl/l=50%; σр = 200 МПа; t_пл⁰с = 961⁰с; ρ = 1,6*10^-8Ом*м. Добувають промиванням гірської породи.

ПЕРЕВАГИ - малий питомий опір; висока механічна міцність; легкість паяння і зварювання.

НЕДОЛІКИ: схильність до міграції в середину діелектрика; низька хімічна стійкість; схильність до утворення непровідних темних плівок Ag2S.

Застосовується як компонент контактів, припоїв, сплавів високої провідності та у чистому виді в особливо відповідальних провідних системах. Його широке застосування стримується природним дефіцитом. З даного матеріалу виготовляють дріт і наносять покриття в керамічних конденсаторах.

ІІ.2.2.б. Cu – МІДЬ.

Одержують переробляючи сульфідні руди. Технологія: Ряд плавок з інтенсивним дуттям і випалом. Наступне електролітичне очищення. Далі, отримані катодні пластини переплавляють у болванки масою до 90 кг, що прокочують і протягають у необхідну форму.

ПЕРЕВАГИ: малий питомий опір; висока механічна міцність; задовільна стійкість до корозії; гарна оброблюваність; легкість пайки і зварювання.

Електротехнічна мідь випускається наступних марок:

М1 - 99,9% Cu, 0,08% O, інше домішки;

М0 - 99,95% Cu, 0,02% O, інше домішки;

Без киснева мідь 99,97% Cu;

Вакуумна мідь 99,99% Cu.

Наступні доданки знижують провідність міді: - Zn,Cd,Ag- на 5%; - Nі,Sn,Al - на 25...40%; - Be,As,Fe,Sі,P - на 55%, поряд з цим розглянуті присадки підвищують механічну міцність і твердість міді.

НЕДОЛІКИ: схильність до атмосферної корозії. У міді є закис Cu₂O, при взаємодії з Н₂ виникає розшарування матеріалу з утворенням мікро тріщин, завдяки реакції:

Cu₂O + H₂ = 2Cu + H₂O, (11)

(воднева хвороба). У без кисневій міді може погіршаться пластичність під час водневого віджигу > де > відбувається розпад твердого розчину Н в Cu. Газ збирається між зернами і розриває метал.

Мідь як матеріал застосовують для виготовлення проводів, кабелів, шин розподільних пристроїв, обмоток трансформаторів, електричних машин, струмоведучих деталей приладів, анодів у гальваностегії і гальванопластиці.

ІІ.2.2.в. AL – АЛЮМІНІЙ.

Одержують електролізом глинозему Al₂O₃ у розплаві кріоліту Na₃Al₆ при t⁰с = 960⁰с.

ПЕРЕВАГИ - Al легше Cu у 3.5 рази. Забезпечує велику провідність і набагато більше розповсюджений за мідь Cu.

НЕДОЛІКИ - питомий опір у 1.6 рази вище Cu і низька механічна міцність.

Електротехнічний алюміній випускається наступних марок:

АЕ - містить не більш 0.5% домішок;

А97 - містить не більш 0.03% домішок, підвищеної чистоти;

А999 - містить домішок 0.001% , а також доданки:

Nі,Zn,Fe,Sb,As,Pb,Be - 0.5% - знижують провідність на 3%;

Ag,Mg - знижують провідність на 5...10% ;

Tі,Mn,V - помітно знижують провідність, та йде на виготовлення фольги для конденсаторів.

Плівка Al₂O₃ охороняє Al від корозії, але унеможливлює пайку. Товстий шар окисла Al₂O₃ використовують як надійну ізоляцію, яка стійка до нагрівання і міцна механічно. Товщина шару у h = 0.03 mm витримує U = 100 B, а h = 0.04 mm витримує U = 250 B.

З оксидованого алюмінію виготовляють котушки без додаткової ізоляції. Al₂O₃ використовують у розрядниках і електролітичних конденсаторах. При контакті Al c Cu виникає місцева гальванічна пара при наявності вологи, тому контакти лакують. Плівки з Al використовують в інтегральних схемах, бо він добре розпорошується і наноситься на пластину Sі₂, але він підданий міграції що приводить до R^, або розриванню провідника.

ІІ.2.2.р. Au – ЗОЛОТО.

Метал, жовтого кольору, пластичний Δl/l = 40%; σp = 150 МПа; t_пл⁰с = 1063⁰с ; p = 2,4*10^-8Ом*м; корозійно стійкий, використовується як контактний матеріал для корозійно стійких покрить електродів, резонаторів СВЧ, внутрішніх поверхонь хвилеводів. Тонкі плівки з даного металу використовують як напівпрозорі електроди у фото резисторах і напівпровідникових фотоелементах.

ІІ.2.2.д. Pb – СВИНЕЦЬ.

Метал, сіруватого кольору, сильно окисляється, пластичний Δl/l = 45%; σp = 15 Мпа; t_пл⁰с = 327⁰с; p = 2,1*10^-7Ом*м

ПЕРЕВАГИ - стійкий до дії води і кислот.

НЕДОЛІКИ - слабка стійкість до вібрацій.

Використовується для виготовлення плавких запобіжників, пластин акумуляторів, поглинала випромінювань високих енергій. У сплавах з Cd;Sb;Cu;Te;Sn;Ca - стійкий до вібрацій. Свинець і його з'єднання отрутні для людини.

ІІ.2.2.е. Pt – ПЛАТИНА.

Оранжево-білий колір, пластичний Δl/l = 35%; σp = 150 МПа; t_пл⁰с = 1773⁰с; р = 10^-8Ом*м.

ПЕРЕВАГИ - стійкий до дії води і кислот, добре піддається механічній і хіміко-термічній обробці. Можливість одержання тонких ниток високої міцності, а в сплавах з іридієм має низьку механічну стираємість, гарну провідність і тривалість роботи.

НЕДОЛІКИ - при прожарюванні в середовищі що має вуглець, платина навуглероджується і стає крихкою.

Застосовується для виготовлення термопар. Тонкі нитки і пластини застосовуються для підвісів рухливих систем чуттєвих приладів (d = 1мкм). Є основою для контактних сплавів.

ІІ.2.2.ж. W – ВОЛЬФРАМ

Важкий, твердий метал, сірого кольору, одержують з руд різного складу (вольфраміт -> FeWO₄ + MnWO₄ і шеєліт -> CaWO₄) . Проміжний продукт вольфрамова кислота H₂WO₄, з якої відновленням H₂ при температурі t⁰с = 900⁰с одержують метал у виді порошку і пресують у стрижні при високому тиску, піддаючи заготівлі складній термообробці в атмосфері H₂. При механічній обробці речовина приймає бавовняну структуру. Δl/l = 4%; σp = 4000 МПа; t_пл⁰с = 3380⁰с; р= 4.6*10^-9 Ом*м.

Застосовують для виготовлення баретерів, і компонент у лампи накалювання. До складу сплаву для ламп вводять Th₂O₃ (окис торію, для утворення прошарку між зернистою структурою W, яка перешкоджає росту кришталів).

ПЕРЕВАГИ: малий механічний знос; здатність протистояти електричній дузі; низька електрична ерозія.

НЕДОЛІКИ: важка оброблюваність; утворення оксидної плівки; необхідність додатка додаткового навантаження для одержання гарного контакту; низька механічна міцність.

ІІ.2.2.з. Fe – ЗАЛІЗО

Метал, що має значний опір. При пропусканні змінного струму спостерігається поверхневий ефект (~R > -R), і втрати потужності на гістерезис. Як провідник застосовується криця С=0,15%, Δl/l = 8%; σp = 750 МПа; t_пл⁰с = 1013...1130⁰с; р=10^-7Ом*м.

Цей дріт у повітряних лініях передач несе функцію механічної міцності джгута провідників.

Залізо також використовується для виготовлення біметалічних дротів, як основу внутрішньої жили, і для виготовлення баретерів. Криці-алюмінієві жили покриті шаром Zn і мають характеристики: Δl/l = 5%; σp = 1500 МПа; t_пл⁰с = 1013...1130⁰с; αр =6*10^-3/K⁰.

Сталь використовується для виготовлення корпусів електровакуумних і напівпровідникових приладів, що працюють при t_р⁰с = 500⁰с.

ПЕРЕВАГИ: гарні механічні властивості; гарна оброблюваність;

НЕДОЛІК: утворення оксидної плівки; необхідність додатка додаткового навантаження для одержання гарного контакту; низька хімічна міцність.

ІІ.2.3. Надпровідники - хімічний склад, електромагнітні властивості, область застосування.

Надпровідністю володіють 26 металів, більшість з них 1го роду. 13 елементів виявляють надпровідний стан при високих тисках, наприклад: Sі,Ge,Te,Sb і т.д. Крім чистих металів надпровідністю володіють інтерметаліди і їхні сплави. Найвищими критичними параметрами володіють сплави і з'єднання ніобію: Nb₃Sn; Nb₃Ga; Nb₃Ge. Це речовини 2го роду. Однак речовини 1го роду можна перетворити в речовини 2го роди, якщо створити в них різку концентрацію дефектів.

Надпровідний стан у напівпровідників і діелектриків мало можливий через малу концентрацію електронів. Але все-ж речовини з великою діелектричною проникністю (сили КУЛОНОВСКОГО відштовхування ослаблені) виявляють властивості надпровідників (SrTі₃ - титанат стронцію). При доданні в напівпровідник Ge; Te; Sn; Cu також виходить надпровідник. Технологічність якого низька.

Інтерметалліди крихкі - тому створюють композити з 2-х чи декількох металів. При виготовленні багатожильних надпровідників перспективний бронзовий метод (твердо фазна дифузія). При використанні методу пресування і волочіння -> створюється композиція з ниток ніобію в олов’яно бронзовій матриці. При нагріванні Sn дифундує в Nb - утворюючи на поверхні тонку надпровідну плівку станіду ніобію Nb₃Sn.

ЗАСТОСУВАННЯ: - одержання надсильних магнітних полів Н > 10⁷ А/м; - зменшення споживання енергії; - утримання плазми в реакторах термоядерного синтезу, у МГД генераторах;- як індукційні нагромаджувачі енергії для покриття пікових потужностей; - в електричних машинах з надпровідним обмотуванням збудження ( знижка V і m у 5-7 разів); - у надпровідних трансформаторах; - принцип виштовхування надпровідників з магнітного полю покладений в основу роботи залізничного транспорту на магнітній подушці; - у датчиках - кріотронах, у яких під впливом зовнішнього магнітного полю порушується надпровідність; - у кріотронних ячійках пам'яті ЕОМ; - у реєстраторах Ік - вилучення;- у магнітометрах, для слабких магнітних потоків; - в індикаторах над малих напруг і струмів і т.д..

ПЕРЕВАГИ: - передача великих потужностей при мінімальних габаритних розмірах; - застосування розповсюджених металів -> Cu, Al;

НЕДОЛІКИ: - використання установок небезпечно, а аварійна ситуація може викликати вибух; - використання матеріалу Ніобій – Nb, пов'язано з токсичністю, якою володіє даний метал; - необхідність одержання чистих матеріалів, без домішок; - висока вартість.

ІІ.2.4. Неметалеві провідні матеріали.

Дані матеріали відносні до композиційних провідних матеріалів. До даних матеріалів відносяться КОНТАКТОЛИ, які використовуються як струмопровідні фарби, покрить і емалей і являють собою механічну суміш струмопровідного наповнювача з діелектричним зв'язуванням.

В якості зв'язування використовують синтетичні смоли:

· епоксидні;

· фенолі-формальдегідні;

· кремнійорганічні й ін.

У якості струмоведучого наповнювача застосовують мілко дисперсні порошки Ag, Nі, Pl.

Основне застосування радіоелектронна промисловість.

Питання перевірки знань:

- які метали і де використовують як провідники?

- Технології отримання Cu, Al, Pb, W?

- Які сплавлення отримають на основах цих металів?

- Коло влаштування чистих металів та сплавів?

- Що таке біметалеві дроти, вимоги що до їх виробництва?

Джерела:

Л1 - стор. 56- 63; 75- 76; 82- 84; 56-63, 65-70, 80-84, 86-88

Л2 - стор. 231-238; 247-249; 231-238, 245-252

Л3 - стор. 24-34

Тема ІІ.3. Провідникові матеріали високого електричного опору. Фізичні процеси, властивості.

ПЛАН

ІІ.3.1. Класифікація і загальні вимоги, що пропоновані до матеріалів високого опору.

ІІ.3.2. Сплави високого опору, одержання, властивості, марки, влаштування:

ІІ.3.2.а. Манганін;

ІІ.3.2.б. Константан;

ІІ.3.2.в. Сплави на основі Fe;

ІІ.3.2.г. Сплави для термопар;

ІІ.3.2.д. Оксидні плівки.

ІІ.3.3. Кріопровідники - хімічний склад, електромагнітні властивості, область застосування.

ІІ.3.4. Неметалічні матеріали високого опору.

ІІ.3.1. Класифікація і загальні вимоги, що пропоновані до матеріалів високого опору.

Матеріали високого опору поділяються на:

§ прецизійні;

§ резистивні (реостатні);

§ с високою робочою температурою.

Загальні вимоги, що запропоновані до матеріалів високого опору:

§ високий питомий опір;

§ висока стабільність у часі R;

§ малий температурний коефіцієнт питомого опору α_р

§ р = 1/р*dp/dТ ⁰К, (12)

§ р мала термоерс у парі з провідником:

§ U = C₂*(T₁-T₂), (13)

§ корозійна стійкість, робота на повітрі при -> t_р⁰с = 1000⁰с;

§ технологічність - можливість одержання матеріалу різної конфігурації і форми;

§ дешевина - немає в з'єднаннях дефіцитних компонентів.

ІІ.3.2. Сплави високого опору, одержання, властивості, марки, влаштування.

ІІ.3.2.а. МАНГАНІН - склад Cu - 85%; Mn - 12%; Nі - 3%, застосовується для виготовлення зразкових резисторів. Для забезпечення стабільності ρ і Δρ у часі, матеріал після виготовлення піддається 2-м віджиганням: - у вакуумі при t_р⁰с =550-560⁰с; - у печах при t⁰с = 200⁰с.

Характеристики: ρ = 4.2*10⁵Ом*м; Δρ = (6...50)*10^{-6 0}К; С=1...2 мкв/⁰К; d max = 0.02 mm.

ІІ.3.2.б. КОНСТАНТАН - склад Cu - 60%; Nі - 40% , застосовується для виготовлення реостатів і термопар.

Характеристики: ρ = 5.2*10⁵Ом*м; Δρ = (5...25)*10^{-6 0}К; С = 45...55 мкв/⁰К у парі з Cu.

ІІ.3.2.в. Сплави на основі Fe: НІХРОМ - Fe,Nі,Gr; ФЕХРАЛЬ - Fe,Gr,Al.

Володіють високої нагрівостійкістю, що пояснюється введенням до складу металів з високим коефіцієнтом оксидації.

НІХРОМ - дорогий, технологічний, менш крихкий ніж ФЕХРАЛЬ, однак при багаторазовому вмиканні схильний до перегоряння, але чим довше працює він, тим більше стійкий.

ФЕХРАЛІ - дешеві, менш технологічні, тверді і крихкі (призначені для роботи в техніці великих потужностей).

Марки матеріалів: НІХРОМ ->> Х15Н60;Х20Н80; ФЕХРАЛЬ - >> Х13Ю4; 0Х25Ю5.

Літерне позначення елементів застосовуваних у сплавах: Б - ніобій; У - вольфрам; Г - марганець; Д - мідь; ДО - кобальт; Л - берилій; Н - нікель; Т - титан; Х - хром; Ю - алюміній.

ІІ.3.2.г. Сплави для термопар.

Переважна більшість термопар виготовляються з металевих компонентів:

КОПЕЛЬ - [ Cu - 56%; Nі - 44% ],

АЛЮМЕЛЬ - [ Nі - 95%; Al,Sі,Mn - 5% ],

ХРОМЕЛЬ - [ Nі - 90%; Gr - 10% ],

ПЛАТИНОРОДИЙ - [ Pt - 90%; Rr - 10% ].

Різні сплави в термопарах призначені для наступних температур:

ПЛАТИНОРОДИЙ - ПЛАТИНА - 1600⁰с;

МІДЬ - КОНСТАНТАН - МІДЬ - КОПЕЛЬ - 350⁰с;

Fe - КОНСТАНТАН - Fe КОПЕЛЬ - ХРОМЕЛЬ КОПЕЛЬ - 600⁰с;

ХРОМЕЛЬ - АЛЮМЕЛЬ - 900 -1000⁰с.

Найбільша термоерс виходить у хромель - копель. Більшість термопар працює в окисному середовищі і тому може спостерігати зміну термоерс.

ІІ.3.2.д. Оксидні плівки.

Оксидні плівки на поверхні ніхрому мають невеликі і стабільні опори. Тонкі плівки ніхрому Х20Н80, які одержуються методом термічного випару і конденсації у вакуумі, використовується для виготовлення тонко плівкових резисторів: s =50...300Om; p=(3...2)*10^-4/ ⁰К. Мають гарну адгезію до діелектричної підкладки.

ІІ.3.3. Кріопровідники - хімічний склад, електромагнітні властивості, область застосування.

Явище кріопровідності - досягнення деякими металами дуже малої питомої провідності при криогенних температурах, але більш високих чим у надпровідників. Дані матеріали називаються КРІОПРОВІДНИКАМИ, або ГІПЕРПРОВІДНИКИ. Зміна p кріопровідника відбувається плавно без стрибків як у надпровідників, тому енергія W, що накопичується в кріопровіднику, у випадку різкого підвищення температури, не викликає серйозних аварій. Низька температура в кріопроводнику досягається застосуванням висококип'ячих і дешевих хладоагентів типу рідкого водню, або азоту.

ПЕРЕВАГИ: відносна безпека використовуваних пристроїв; застосування розповсюджених металів ->Cu, Al;

НЕДОЛІКИ: використання матеріалу Берилію – Be, пов'язано з токсичністю, якою володіє даний метал; - необхідність одержання чистих матеріалів, без домішок, у відпаленому стані.

ІІ.3.4. Неметалічні матеріали високого опору.

Дані матеріали відносяться до композиційним провідним матеріалам. КЕРМЕТИ - метало-діелектричні композиції з неорганічними сполученнями. Застосовуються для виготовлення тонко-плівкових резисторів. Широке поширення одержала мікро композиція Cr-Sі. Даний матеріал наносять методом термічного випару і конденсації у вакуумі з наступною термообробкою для стабілізації властивостей. Хімічно відбувається утворення фази прошарку Cr3Sі між зернами структури високого опору.

У товсто-плівкових мікросхемах використовують композицію скла з паладієм і сріблом. Скло роздрібнене в порошок розміром 3-5 мкм змішують з порошком срібла і паладію в середовищі органічного зв'язування з розчинником. Отриману пасту наносять на керамічну підкладку і спікають. Регулювання опором продукту здійснюється концентрацією компонентів і режимом спікання.

Основне застосування радіоелектронна промисловість.

Питання перевірки знань:

- умови появи металів високого опору?

- Загальні вимоги що до них?

- Сплавлення засновані на Cu,Fe,Nі.. ?

- Загальні властивості неметалевих матеріалів високого опору?

- Галузі влаштування цих матеріалів?

Джерела:

Л1 - стор. 71-74; 88-89

Л2 - стор. 254-258; 245-247

Л3 - стор. 35-40

Тема ІІ.4 Неметалеві провідникові матеріали.

ПЛАН.

ІІ.4.1. Електротехнічне вугілля і його властивості.

ІІ.4.2. Технологія одержання.

ІІ.4.3. Види вугільних виробів:

ІІ.4.3.а. електроди;

ІІ.4.3.б. щітки для МПТ;

ІІ.4.3.в. вугільний порошок;

ІІ.4.3.г. резистори для радіо - електроніки;

ІІ.4.4. Композиційні провідникові матеріали особливої стійкості до нагрівання.

ІІ.4.1. Електротехнічне вугілля і його властивості.

До числа твердих неметалічних провідникових матеріалів відносні матеріали на основі вуглеpоду: щітки електромашин, електроди для прожекторів і кіноустановок, електроди для електричних дугових печей і електричних ванн, у гольваноелементах. Вугільний пил - у мікрофонах для створення опору, який змінюється під дією звукового тиску. Високоомні резистори. Електpовакумная техніка. Телефонні мережі.

ІІ.4.2. Технологія одержання.

Сировина для виготовлення - сажа, вугілля - Антрацит, який перероблюється в мес-кий порошок.

Зв'язувальна речовина - кам'яновугільна смола і рідке скло. Виготовляють під тиском, або виливком у пpесс - форми. Далі готовий виріб обпалюють.

Процес - випал:

§ при високих температурах - трапляється штучний процес переведення вуглецю в графіт - графітування - t⁰с = 2200⁰с;

§ випал звичайних щіток для електричних машин при t⁰с =800⁰с.

ІІ.4.3. Види вугільних виробів:

ІІ.4.3.а. Електроди.

Загальні властивості

Вугільні електроди: якщо працюють при високих температурах обпалюються при t⁰с =3000⁰с.

ІІ.4.3.б. щітки для МПТ

Вироби: щітки, що служать для утворення ковзного контакту між нерухомими контактами і колектором (контактними кільцями).

Розміри: (4*4)*(35*35) h = 12...70 мм

Щітки працюють у різноманітних умовах, тому до них висувають наступні вимоги:

§ визначений питомий опор;

§ припустима щільність струму;

§ лінійна швидкість на колекторі;

§ коефіцієнт тертя;

§ твердість.

ІІ.4.3.в. Вугільний порошок.

Питомий опір залежить від:

§ щільність засипання;

§ розмір зернини;

§ режиму випалу.

Мікрофонні порошки випускаються:

§ мілкозеpнисті (52 зерен у 1 див2);

§ крупнозернисті (45 зерен у 1 див2).

Даний матеріал піддається термообробці: випал при t⁰с = 600...800⁰с. Опор порошку вимірюють обсягом у виді куба з гранню 1см. ρ = 0,4 Ом*м² , маса М= 0,8..0,9 гр.

ІІ.4.3.г. резистори для радіо електроніки.

Вимоги, що пропоновані до резисторів:

§ Пряма залежність R від U.

§ Висока стійкість до t0С и вологості.

У якості струмоведучих матеріалів використовують:

§ природничий графіт;

§ сажу;

§ пиpолітичний вуглеpод;

§ буpоуглеpодні плівки.

а) Природничий графіт являє собою - чистий вуглеpод шарової структури.

§ Сажа - мілкодиспеpсний вуглеpод з промесами шаруватих речовин. Лаки, до складу котрих входить сажа, володіють малим питомим опором і тому може використатися для вирівнювання електричного полю в машинах високої напруги.

§ Піpолітичний вуглеpод одержують шляхом піpолізу (термічне розкладання без доступу кисню) газоподібних вуглеводоpодів (метан, бензин, гептан) у камері де знаходяться керамічні підстави для заготівель резисторів.

§ Загальний склад вуглеводоpодів - CmHn - m+((n/2)*H₂). Особливості структури - відсутність строгої періодичності в розташуванні шарів при зберіганні їх паралельності.

§ г) буpовуглеpодні плівки одержують - піpолизом буpооpганічних з’єднань В(С₄Н₉)₃ , або В(С₃Н₇)₃, α_р - мала величина.

ІІ.4.4. Композиційні провідникові матеріали особливої стійкості, до нагрівання.

Область застосування даних матеріалів: нагрівальні елементи високотемпературних електричних печей, електроди МГД - генераторів.

Умова роботи матеріалів: t⁰с =2000⁰с і вище

Робота в плазмі - електроліз при пpохоженні по провіднику постійного струму. Ці електроди не витримують і згорають. Основним матеріалом для них - кераміка.

Sі - карбід кремнію з легованими добавками Gі; Tі; Мо. Відносно малий опор при t⁰с >1400⁰с порозумівається тим, що в кераміці вільний Sі (плавиться пpи t⁰с =1400⁰с) при t⁰с =1500⁰с; σp = 20 Мпа; α_L = 5,7*10^-6 К^-1. ZrО₂ - окис цирконію стабілізується добавкою окису иттpия Y₂O₃; Ce₂ - окис цеpія

Джерела:

Л1- стор.. 86-87

Л2- стор. 261-265

Л3- стор. 289-293

Тема ІІ.5. Контактні матеріали

ПЛАН

ІІ.5.1. Класифікація і загальні вимоги до контактних матеріалів.

ІІ.5.2. Види контактних матеріалів:

ІІ.5.2.1. Слабко навантажені контактні матеріали;

ІІ.5.2.2. Середнє навантажені контактні матеріали;

ІІ.5.2.3. Високо навантажені контактні матеріали.

ІІ.5.1. Класифікація і загальні вимоги до контактних матеріалів.

Матеріали, що використовуються як з'єднувачі і роз'єднувачів електричних ланцюгів - контактні. В залежності від потужності електричного ланцюга вони підрозділяються на:

§ Слабко навантажені контактні матеріали; І > 1 A;

§ Середнє навантажені контактні матеріали; U < 20 B;

§ Високо навантажені контактні матеріали c високими розривними потужностями.

Основна умова роботи КМ -> постійність R контактів, який залежить від:

§ матеріалу контактів;

§ якості поверхні (чистота, шорсткість) по якій здійснюється з’єднання;

§ роду і величини струму;

§ щільності стикування.

Особливістю роботи контактних матеріалів є виникнення електричної дуги, яка викликає:

§ нагрівання контакту;

§ корозію (окислювання);

§ ерозію (плавлення, випар і перенос металу з контакту на контакт).

Малопотужні контакти - мають схильність до спікання. Високо навантажені контакти - приварюються в замкнутому стані (при сильних імпульсах струму).

ІІ.5.2. Види контактних матеріалів:

ІІ.5.2.1. Слабко навантажені контактні матеріали;

В основі застосовуються в слабких електромагнітних полях. Для виготовлення застосовують електричне осадження шляхетних металів, з метою утворення контакту й економії металів. В якості матеріалів застосовуються: Ag; Pt; Pl; Au; Ro.

ІІ.5.2.2. Середнє навантажені контактні матеріали;

В основі застосовуються шляхетні метали за винятком: Pt і Pl.

ІІ.5.2.3. Високо навантажені контактні матеріали.

Застосовуються:

§ сплавлення на основі: Ag; Ag-Pl; Ag-Cu; Ag-Cu; Ag-Cd; Cu-Cd;

§ біметалеві контакти, які мають структуру:

o робочий шар - основний контактний матеріал;

o неробочий шар - в основному Cu; Nі; Fe.;

§ металокерамічні матеріали: Ag+Cd; Ag+Nі; Ag+C (вуглець); Ag+W; Ag+Mo; Ag+Pb2; Cu+W; Cu+C (вуглець).

Суттєвість металокерамічної технології полягає в порошковій металургії - спіканні при високотемпературному випалі. Подальшому пресуванню заготівель із суміші порошків та розчинів.

Основні умови вибору компонентів для виготовлення матеріалів:

§ хороша провідність;

§ висока механічна міцність і тугоплавкість;

§ неможливість сплавлення між собою контактів при підвищенні температури t⁰С.

Металокераміка, у порівнянні з чистими металами і сплавами, має велику стійкість до оплавлення, приварюванню і зносу.

Джерела:

Л1-стр.

Л2-стр. 258-259

Л3-стр.

Тема ІІ.6. Припої і флюси.

ПЛАН

ІІ.6.1. Загальні поняття, призначення, класифікація.

ІІ.6.1.1. Вимоги, які пропоновані до припоїв;

ІІ.6.1.2.. Критерії вибору припоїв.

ІІ.6.2. М'які припої, основні компоненти, марки, властивості, застосування.

ІІ.6.3. Тверді припої, основні компоненти, марки, властивості, застосування.

ІІ.6.4. Флюси:

ІІ.6.4.1. Вимог