Алюминий.

Второй по применению проводниковый материал после меди.

Хорошая проводимость (60% от меди), легче меди в 3.5 раза, высокая коррозийная стойкость, менее дефицитный, чем медь, пластичный, но основной недостаток – пониженное сопротивление на разрыв.

Мягкий отожженный алюминий имеет низкое сопротивление на разрыв( 80…90 МПа), Удельное сопротивление мягкого алюминия не должно превышать 0,0289 мкОм*м. Из мягкого отожженного алюминия изготавливают провода диаметром от 0.06 до 8 мм., а также фольгу от 0.006 до 0.15 мм. также токопроводящие жилы кабелей.

Твердый алюминий сопротивление на разрыв 150-170 МПа. Из за наличия на поверхности оксидной пленки плохо паяется, имеет высокое переходное сопротивление в местах контакта. Применяют в шинах, конструкционных деталях.

3. Бронза – это сплав меди с оловом, алюминием, свинцом, кремнием, марганцем, бериллием и т.д. Они так и называются оловянные, алюминиевые, свинцовые и т.д.

Каждый из вводимых элементов меняет свойства бронзы:

-марганец: повышает коррозийную стойкость,

-никель: пластичность

-железо: прочность

-цинк: литейные свойства

-свинец: обработку

Сплавы меди устойчивы к коррозии, обладают хорошими антифрикционными , технологическими , механическими свойствами и широко используются в качестве конструкционных материалов.

2. Латунь – основным легирующим элементом является цинк, не более 45%, при большем количестве падает прочность, содержание других добавок 7-9%, электропроводность 25-50% от самой меди. Обладает высокой прочностью ( 700 МПа), коррозийной стойкостью, пластичностью, что позволяет широко использовать для токопроводящих деталей в электротехнике и приборостроении. По технологическому признаку делятся на литейные и деформируемые. Широко используются в электротехнике и токопроводящих деталях. Маркировка ЛЖМц59-1-1, ЛАЖ60-1-1

Тема: Медноникелевые сплавы.

Цель: Изучить Медноникелевые сплавы

Никель является основным легирующим элементом

1 Куклам- добавлено 1.5-3% алюминия. Имеет повышенную прочность, изготавливают пружины и ряд электротехнических изделий.

2 Нейзильбер- добавлено 20% цинка, даёт приятный серый цвет похожий на серебро, высокая коррозийная стойкость, используют в производстве часов, украшений и в приборостроении.

3. Мельхиор – медь, никель, с небольшой добавкой Fe и Mn до 1%, используют в штампованных и чеканных изделиях, украшениях и в теплообменных аппаратах.

Алюминий.

Второй по применению проводниковый материал после меди.

Хорошая проводимость (60% от меди), легче меди в 3.5 раза, высокая коррозийная стойкость, менее дефицитный, чем медь, пластичный, но основной недостаток – пониженное сопротивление на разрыв.Мягкий отожженный алюминий сопротивляется на разрыв 70 МПа, твердый алюминий 150-170 МПа. Из за наличия на поверхности оксидной пленки плохо паяется, имеет высокое переходное сопротивление в местах контакта. Из мягкого отожженного алюминия изготавливают провода диаметром от 0.06 до 8 мм., а также фольгу от 0.006 до 0.15 мм.

Серебро

Самый лучший проводник, низкое сопротивление, очень пластичный, можно получить очень тонкую проволоку и фольгу, используют в микроэлектротехнике в ответственных высокочастотных устройствах, для контактов в слаботочных цепях, сплавы серебра с медью используют для изготовления контактов реле и других аппаратов. Но дорогой.

Золото

Самый пластичный, не подвергается коррозии вообще, используют для покрытия в интегральных схемах, а также покрытия контактов в микроэлектротехнике, удельное сопротивление выше, чем у меди и серебра. Очень дорогой

Тема: Баббиты (антифрикционные материалы)

Цель: Изучить Баббиты

Предназначены для повышения долговечности трущихся поверхностей электрических машин, которое возникает в подшипниках скольжения между валом эл. машины и вкладышем подшипника. В баббитах имеется и прочность, и пластичность, а небольшие твердые включения позволяют отпираться валу на них и трение происходит не по всей поверхности, слегка же удерживается в пластичной части поверхности.

Термоэлектродные сплавы.

Предназначены для изготовления датчиков температуры( термопар). Представляет из себя два электрода в виде проволоки и специально подобранных сплавов, которые спаяны между собой и образуют горячий спай.Два других конца( холодный и спай) присоединяют к электромерительным приборам. Горячий спай опускают в среду, температуру которой нужно измерить, в цепи возникает термо ЭДС, величина от которая зависит от резкости температур горячего и холодного спая.

Требования: высокое значение термоЭДС, это сплавы( алюмель, хромель, капель, платина, платинородий)

Материалы с высоким удельным сопротивлением.

Требования:

1Относительное высокое удельное сопротивление

2Мощный температурный коэффициент

3Низкое термоЭДС в контакте с медью

4Стабильность эл.сопротивления во времени

5Пластичность

I Константан. Используется в технических резисторах, реостатах, нагрузочных сопротивлениях, температура работы с этим материалом до 500 градусов.

II Манганин – имеет низкую термоЭДС в паре с медью, что уменьшает погрешность измерений, используют для образцовых сопротивлений, в измерительных приборах, очень пластичен, поэтому выполняется в виде проволоки и микропроволоки, рабочая температура до 400 градусов

Жаростойкие сплавы.

Высокое удельное сопротивление, малый после температурный коэффициент, пластичность, стойкость к окислению при высоких температурах.

1 Нихром – используют в нагревательных элементах малого сечения до 0.01 мм². Дорогой.

2 Фехрали и хромали – у Фехрали более низкая жаростойкость, они дешевле, применяются в грубых реостатах и нагревательных элементах для мощных нагревательных установок и эл . печах. Для работы при очень высоких температурах 1500-2000 градусов используют нагревательные элементы из вольфрама и молибдена, температура плавления молибдена=2990 градусов, а вольфрама=3380 градусов, они требуют защитной атмосферы, вакуума.

Тема: Кабельная продукция

Цель: Изучить и выучить обозначения Кабельной продукции.

К ней относятся провода, кабели и шнуры:

1 Провод – это одна или более изолированных жил, сверху которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации, имеется неметаллическая оболочка или оплётка из волокнистых материалов или проволоки.

2 Кабель – это один или несколько изолированных жил, заключенных в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой может быть защищённый покров или броня.

3Шнур – два или несколько изолированных гибких или особо гибких жил, с сечением до 1.5 мм², имеют неметаллическую оболочку или защитное покрытие.

Устройство: по числу жил кабеля бывают 1, 2, 3, 4-х жильные, причем двух или четырех жильные в сетях до 1000В

Токоведущая псила: медь или алюминий, причем однопроволочные или многопроволочные.

Круглого или сегментарного сечения

Изоляция жил:

-бумажная

-поливинилхлоридная

-полиэтиловая

-резиновая

-самозатухающая резина и т.д.

Оболочка – защищает кабель от проникновения влаги к изоляциям жил:

-алюминиевая

-свинцовая

-резиновая

-полиэтиловая

-ПВХ

Подушка, используется для кабелей имеющих броню и предохраняет оболочку от повреждения стальными лентами брони. Она выполняется из кабельной бумаги, или пропитанной кабельной пряжи. Броня, защищает кабель от механических повреждений. Выполняется из стальных лент, либо плоской крупной проволоки.Наружный покров защищает броню от коррозии и изготавливается из кабельной пряжи пропитанной спец. составом, может быть выполнен из поливинила полиэтилена, не имеющих броню

Тема: Электропроводность диэлектриков.

Цель: Изучить электропроводность диэлектриков.

Из многообразных свойств диэлектриков характерными являются электрические свойства: эл. проводность, поляризация, диэлектрические потери, эл. прочность, эл. старение. Кроме того диэлектрики должны обладать термическими и механическими свойствами.

1 Электропроводность

2 Поляризация

А) Электронная

Б) Ионная

В) Неупругие поляризации

Г) Ионно-релаксационная

Д) Миграционная

Е) Самопроизвольная

1 Сквозной ток утечки – складывается из объемного тока утечки I_v, протекающего через объем, и поверхностного тока утечки I_s, протекающего по поверхности изоляции от электрода 1 к электроду2.

2 а) электронная: в электрическом поле в атомах смешиваются электронные оболочки, главным образом внешние. Смещение электронов происходит на малые расстояния, в пределах своих атомов и молекул.

б) ионная: она происходит в кристаллических диэлектриках, построенных из положительных и отрицательных ионов. Смещаются друг относительно друга под решетки из положительных и отрицательных ионов.

Тема: Диэлектрические потери и угол диэлектрических потерь.

Диэлектрические потери – называют мощность поглощаемую диэлектриком под действием приложенного напряжения. Потери мощности вызываются эл. проводностью и поляризацией диэлектриков. В результате всего этого возникают очень малые токи:

I_c – ток смещения ( ёмкостный ток) возникает из за смещения эл. оболочки в атомах и ионах в молекулах

I_abc – возникает из за смещения связанных зарядов в результате медленной поляризации, вызывает рассеяние энергии, а следовательно диэлектрические потери

I_ск – сквозной ток, возникает из за перемещения свободных зарядов.

Суммарный ток (I) имеет активную (I_a) и реактивную (I_p) составляющую, угол добавляет угол фазового сдвига между током и напряжением и называется угол диэлектрических потерь, параметр характеризующий качество диэлектрика.

Электроизоляционные пластмассы.

Основой являются полимеры ( смолы). Полимеры делятся на линейные и объемные( пространственные)

Термопласты – получают на основе линейных полимеров, при нагревании размягчаются, а при охлаждении затвердевают, не меняя своих свойств.

Реактопласты – получают на основе пространственных полимеров и имеют еще химическую связь при нагреве, а после охлаждения переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Кроме полимеров в пластмассы добавляют:

А) наполнители, которые повышают прочность, стойкость к воздействию различных сред

Б) пластификаторы – увеличивают холодостойкость и устойчивость к воздействию ультрафиолета.

В) стабилизаторы – увеличивают стойкость к действию тепла, света, кислорода и т.д.

Все эти добавки могут составлять около 70%

Природные смолы

1. Шеллак – продукт жизнедеятельности насекомых на ветвях тропических деревьев. Не растворяется в бензине и бензоле, растворяется в спирте, температура плавления = 80 градусов, при длительном нагреве переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Используют в спиртовом растворе для изготовления изоляционных лаков, покрытия деталей, слюдяной изоляции

2. Канифоль – хрупкая смола получаемая из смолы хвойных деревьев ( живица). Растворяется много где, кроме воды. Используют для изготовления лаков, компаундов, добавляют к нефтяному маслу для пропитки бумажной изоляции кабелей, добавляют в различные изоляционные смолы.

3. Янтарь – окаменевшая ископаемая смола, температура плавления = 300 градусов. Не растворяется практически нигде, применяется ограничено. В некоторых лишь электроизмерительных приборах, где требуется высокое значение сопротивление изоляции.

Материалы.

1. Полиэтилен – относится к термопластам, имеет высокую прочность, стойкость к агрессивным средам, хороший диэлектрик, не токсичен. Выпускаемый полиэтилен различается по плотности, температуре размягчения и с степени кристалличности. Еще есть «сшитый» полиэтилен. В промышленности получают «сшитый» полиэтилен облучением энергией или специальными перекисными соединениями что вызывает сшивку при высоких температурах. Применяют в кабельной продукции радиоэлектрической и Электро технике. Полиэтилен всех марок безвреден, поэтому широко используется в товарах народного потребления.

2. Полистирол – получается из термопластичных полимеров, имеет высокие диэлектрические свойства, устойчив к химическим соединениям и к влаге. При этом прозрачен, пропускает до 90% света, поэтому используется для стёкол, в конденсаторах, эл. приборах, в кабельной продукции и т.д.

3. Политетрафторэтилен – рабочая температура от -269 градусов до + 260, в этом диапазоне не горит, не растворяется практически ни в чем, при этом имеет высокие изоляционные свойства. Используют практически везде. До 250 градусов безвреден, а свыше выделяет токсичный газ.

4. Поливинилхлорид – хорошо совместим с пластикатами, влагостоек, но хуже диэлектрические свойства. Применяю в кабелях и т.д.

5. Эпоксидные полимеры – отвердевают без давления при действии теплоты, как в тонких, так и в толстых слоях, с малыми усадками, могут отвердевать при комнатной температуре или при 80-150 градусах. Широко используют в электротехнике, приборостроении, машиностроении, авиации, в судостроении, в качестве герметизированных и изоляционных материалов. Применяют в клеях.

Композиционные материалы.

1. Гетинакс, получают путём горячего прессования бумаги пропитанной термореактивной смолой, влагостойкий, прочный. Изготавливают платы, изоляционный перегородки, панели распределительных устройств, корпуса и детали и т.д.

2. Текстолит – аналогичен гетинаксу, но вместо бумаги используют ткань, имеет повышенное механическое сопротивление. Дорогой

3. Стеклотекстолит, аналогичен текстолиту, но повышены механическая прочность, изоляционные свойства. Используются в эл. машиностроении для разных классов нагревостойкости.

Тема: Полупроводниковые материалы

Цель: Изучить полупроводниковые материалы.

По удельному сопротивлению (10^-6…10⁹ Омсм при комнатной температуре) занимают промежуточное состояние между проводниками и диэлектриками.

Отличие от проводников:

· изменение сопротивления

· при изменении температуры,

· при внесении примесей,

· при воздействии света, излучении, давлении, электрическим и магнитным полям

Простые полупроводники: германий, кремний, селен, теллур, бор, углерод, фосфор, сера, сурьма, мышьяк, йод.

Сложные (или двойные, т.е. бинарные), тройные AgBr; Cu₂O; CuS… CuAlS₂; PbSiSe.

Германий - наиболее изученный, открыт Менделеевым в 1870 и назван экосилицием. В 1886 г Винклер обнаружил в минеральном сырье новый элемент и назвал его германий, который оказался эквивалентен экосилицию. Содержание германия в земной коре невелико, но он встречается во многих частях света и получается из германосодержащей руды, в результате химической переработки с помощью концентрированной HCL.Чистый германий обладает металлическим обликом, имеет повышенную твердость, хрупкий, 937 ⁰С температура плавления, устойчив на воздухе при комнатной температуре, не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах, а растворяется в смешении азотной и плавиковой кислот. Применяют в полупроводниковых приборах и сопротивление от миллионных долей до достаточно больших размеров.

Кремний – наиболее распространенный в земной коре и составляет около 29%, но не в чистом виде, а в соединениях. Чистка кремния осуществляется химическими методами. Кремний является базовым материалом полупроводниковой электроники, дискретных ПП приборов в интегральных микросхемах, в диодах, транзисторах, стабилитронах, тиристорах. Работает при верхних пределах температуры 180-200⁰С

Селен – широко распространен в земной коре в малых концентрациях. Для получения используют отходы производства серной кислоты, накапливающиеся в пыльных камерах, ил анодный шлам, полученный при электролитической очистке меди. В отличие от других ПП селен обладает аномальной температурной зависимостью концентрации свободных носителей, которая понижается с повышением температуры, а подвижность носителей заряда возрастает. Используется в электронике, а также получения красок, пластмассы, резины, керамики.

Теллур – ширина запретной зоны 0,35 эВ, 451⁰С – температура плавления, легко испаряется. Кипит при 1390⁰С при атмосферном давлении, очищают многократной перегонкой. Применяют в виде сплавов с висмутом, свинцом, сурьмой для изготовления термоэлектрических генераторов.

Карбид кремния – является бинарным соединением, имеет большую ширину запретной зоны (2,5 3,1 кВ).Изготавливают полупроводниковые приборы, работающих при высоких температурах (до 700⁰С)Для серийного выпуска варисторов (нелинейных резисторов), светодиодов, транзисторов, счетчиков частиц высокой энергии, способных работать в химически агрессивных средах.

Тема: Жидкие диэлектрики

Цель: Изучить свойства жидких диэлектриков.

Предназначены для пропитки электрической изоляциитранзисторов,конденсаторов, кабелей, а также для дугогашения электрической дуги в выключателях, заливки маслонаполненных вводов, реакторов и других аппаратов.

1. Нефтяные масла – получают фракционной перегонкой нефти. Нефтяные масла, в которых преобладают нафтеновые углеводороды, составляют около 80% от всех нефтяных масел. Важным компонентом являются ароматические углеводороды (1012%) увеличивающие срок службы н.м.

Свежее трансформаторное масло (конденсаторное) имеет светло-желтый цвет. Масло, бывшее в эксплуатации – темный цвет из-за продуктов окисления.

Нефтяные масла пожароопасные и требуют тщательного соблюдения правил пожарной безопасности.

1. Характеристики масел:

· Температура вспышки паров трансформаторного масла 135-140⁰С;

· Температура застывания – 45⁰С (обычные масла);

· Температура застывания «Арктического масла» (АТМ -65) - 70⁰С для открытых плавучих станций крайнего севера;

· Вязкость масла при температуре 20 и 50⁰С повышение вязкости хуже отводит тепло;

· Кислотное число (показатель старения) 0, 003-0,1 г КОН на 1 кг;

· Диэлектрическая проницаемость при температуре 20⁰С составляет 9tg тангенс диэлектрических потерь) 0,003;

· электрическая прочность (чувствительность к увлажнению). Пробивное напряжение чистого масла 50-60 кВ при частоте 50 Гц;

· добавка ионола 0.1 до 0,5% (ингибитор) замедляет процесс старения в 2-3 раза

2. Для увеличения срока службы нефтяных масел предпринимают:

· Герметизацию оборудования;

· Термосифонные фильтры;

· Использование азотных подушек;

· Регенерацию масла (термовакуумная обработка, сушка цеолитами, удаление влаги в центрифугах)

2. Синтетические жидкости (совол, совтол. гексол) , используют где необходима работа при повышенной температуре, напряженности, пожаро и взрывоопасной среде. Для герметичного оборудования лучшие свойства у гексола. Однако, из-за токсичности их сначала ограничили, а затем запретили.

3. Кремнийорганические масла (полиорганосилоксаны) не токсичны и экологически безопасны.

Имеет название

ПЭСЖ – полиэтилсилоксановые;

ПМСЖ – полиметилсилоксановые;

ПФСЖ – полифенилсилосановые жидкости

Температура вспышки паров не ниже 300⁰С. Температура застывания ниже -60⁰С.

Используют в импульсных транзисторах, специальных конденсаторах, блоках радио и электронной аппаратуры.

4. Фторорганические масла (перфторированные) считаются не токсичными. Негорючие, высокие электро- физические, химические и тепловые свойства. Некоторые из них применяют в качестве хладонов (раньше звали фреонами) Некоторые сорта используют как ЖД для заполнения небольших, блоков электронного оборудования и др, если температура велика.

Смесь хладонов с воздухом взрывоопасна, а пары вызывают удушье. При высоких температурах разлагаются с выделением токсичных веществ.

Тема: Стекло

Цель: Изучить Диэлектрические свойства стекла.

Стекло классифицируется по:

1. Стеклообразующему веществу

2. Содержанию модификаторов

По материалу стеклообразующего вещества делятся на:

· Силикатные SiO₂

· Алюмосиликатные (Al₂O₃ - SiO₂)

· Алюмобромосиликатные (Al₂O₃- В₂О₃- SiO₂)

По содержанию модификаторов:

· Щелочные (до 15 % Na₂O, K₂0, CaO)

· Бесщелочные (содержание щелочных модификаторов до 5%)

· Кварцевые (модификатор отсутствует до 99,5% SiO₂)

Стекло производят в стекловаренных печах при температуре 1300-2100⁰С, летучие вещества H₂0, CO₂, SO₃ удаляются в процессе варки, а стеклообразующие при охлаждении застывают в стекломассу.

1. Электрические свойства

Высокое значение удельного сопротивления:

· Кварцевое стекло

· Бесщелочное

· Щелочное

При температуре 200-400⁰С стекло теряет изоляционные свойства, а у алюминия, например 2, 69

2. Теплопроводность – низкая, что определяет хорошие теплоизолирующие свойства.

3. Химическая стойкость – в кислых средах высокая. Растворимость составляет 0,01 0,1 %. Исключения фосфорная (H₂PO₃) и плавиковая (HF) кислоты полностью растворяют кислоты

4. Коэффициент линейного расширения d, чем он больше, тем больше термическое напряжение при смене температур, что определяет его долговечность в условиях эксплуатации. Термостойкость - это разность температур, резкое понижение в пределах которого стекло выдерживает без повреждения.

5. Механические свойства. При комнатной температуре модуль упругости приблизительно равен 70 ГПа (близок к Al сплавам). В зависимости от температуры стекло может вести себя как абсолютно упругое, вязкое или вязкоупругое. При повышении предела прочности стекло бьётся. Большой прочностью обладают: кварцевые бесщелочные стекла. Для повышения механических и термических свойств стекла его подвергают закалке, которая заключается в нагреве выше температуры стеклования и быстрым охлаждением в потоке воздуха или масле. При этом прочность повышается в 2-4 раза, термостойкость в 2-3 раза.

6. Применение. Используется человечеством стекло 5000 лет.

· Щелочное листовое – остекление зданий

· Триплексы, закаливание стекла, термопан для транспортных средств

· Тяжелые стекла (флинты) содержащие оксид свинца не пропускают рентгеновское излучение.

· Стекла с оксидами железа и ванадия, поглощают 70 % инфракрасного излучения и используются в литейных цехах.

· Как диэлектрик стекло используют для осветительных ламп в электроваккумных устройств, в изоляторах.

Ситаллы – название образовано из слов «стекло» и «кристалл» получают из стекол путем регулируемой кристаллизации, которая вызывается нагревом. Процесс происходит в 2 этапа. На первой стадии создаются центры кристаллизации, на второй стадии – рост этих центров.

· Фотоситаллы- стекло облучается ультрафиолетом с последующим отжигом

· Термоситаллы – отжиг в два этапа, сначала до 500⁰С (образуются центры) второй 800-1000⁰С, регулируя температуру и время отжига. Получаем необходимые свойства.

Органическое стекло – это термопластические полимеры на основе полиметилметакрилата и других акриловых полимеров.

· Светопрозрачный 92 %

· Пропускает ультрафиолетовые излучения 75%

· Не задерживает рентгеновские и гамма излучение

· Малая плотность и хрупкость, низкая твердость

· Химически стоек к воде, спирту, разбавленным кислотам и щелочам

В естественных условиях стареет медленно. При 180⁰С – размягчается, а при 120⁰С мягко формируется. Изготавливают линзы, оптические детали, стекла для транспортных средств.

Электротехническая керамика

Получается путем обжига формовочной массы определенного химического состава

1. Широкое распространение получил электротехнический фарфор. Он является одним из основных керамических материалов для производства низковольтных и высоковольтных изоляторов (опорных, проходных маслонаполненных линейных вводов, линейных изоляторов для ЛЭП (подвесные и штыревые))

· Основные компоненты фарфора – глинистые вещества (каолин, глина, кварц, полевой шпат, гипс, пегматит)

· Изделия получают: прессовкой, обточкой, отливкой, выдавливанием через отверстия нужной конфигурации

· Далее сушка – удаляет влагу

· Глазурование – предохраняет от грязи, при отжиге глазурь плавится и покрывает тонким слоем повышая механическую прочность, сглаживая трещинки и неровности, понижает ток утечки по поверхности

2. Стеатиновый фарфор – получают на основе тальковых минералов, основной кристаллической фазой является метасиликат магния MgO SiO₂. Т.к. электротехнический фарфор имеет сильную зависимость эектрохарактеристик от температуры из-за наличия полевого шпата с повышенной электропроводностью. А стеатиновый фарфор имеет повышенное давление при повышенной температуре малый tg , стабильность параметров при различных внешних воздействиях (влага, температура, давление…)

Используется для производства высококачественных высоковольтных изоляторов, внутрилаповых, пористых и других изодяторов

· Радиофарфор – фарфор, стекловидная фаза которого тяжелым оксидом бария

· Ультрафарфор – характеризуется содержанием оксида алюминия - повышается величина усовершенствованных радио фарфором, следовательно, повышается механическая прочность, увеличивается теплопроводность

· Поликор – плотная структура, оптически прозрачен, изготавливают колбы для некоторых источников тока.

Тема: Резиновые материалы и клеи

Цель: Изучить Диэлектрические свойства резиновых материалов и клеев.

I. Основным компонентом резины является натуральный или синтетический каучук, который в процессе вулканизации (превращения) под действием вулканизирующих веществ претерпевает внутренние химические изменения

· Вулканизирующее вещество – 2-3% серы

· Для ускорения вулканизации (т.к. процесс длительный) добавляют ускорителей вулканизации 0,5-1,5% окиси магния; окиси цинка и др.

· Наполнители придают необходимые физико-химические свойства (каолин, мел, тальк, ткани…)

· Со временем каучук окисляется и резина «стареет», т.е. необратимо меняются физико-химические свойства. Препятствуют этапу противостарители: вазелин, воск, парафин…

· Красители –охра, ультрамарин, которые могут составлять до 10% от массы каучука

В зависимости от вида каучука и количества и вида наполнителей получают изделия с самыми различными свойствами. Например, кислотостойкие.

1. Резина из СКБ (синтетического бутадиенового каучука) достаточно механически прочная, морозостойкая, газонепроницаемая, но малоэластичная, ограниченно теплостойкая, легкоокисляемая, ограничено химически стойкая. Примечание почти во всех видах резиновых изделий, автомобильных шинах

2. Неритовая резина: высокая прочность, теплостойкость (110-120⁰С), атмосферная и химическая устойчивость. Изготавливают маслоупорные, бензоупорные изделия, прокладки для химической аппаратуры, в специальных одеждах, оболочки электрических кабелей для работы в шахтах и пожароопасных помещениях

3. Полисульфидные резины: имеют невысокую морозостойкость, теплостойкость, но высокая бензо и маслостойкость: изготавливают шланги, трубы, рукава, прокладки для бензина, масла и бензола.

4. При содержании в сырой резине более 25% вулканизирующих веществ и после ее вулканизации получается твердая резина (эбонит). Кремний органические резины.

5. Резины на основе кремнийорганических каучуков (чтобы получить добавляют кремневую кислоту (белая сажа), оксид титана.) Вулканизирующий агент – пероксид бензола.

Высекая нагревостойкость (250 ⁰С раб. Темп.) холодоустойчивость. Сохраняет гибкость при температуре от -70⁰С до +100⁰С; высокие электроизоляционные свойства.

Недостатки:Низкая механическая прочность; низкая стойкость к растворителям, дороговизна

Клеи – служат для неразъемного соединения различных материалов, требуемой прочности.

Во многих случаях являются наиболее рациональными, а в некоторых, единственно возможными видами соединения.Современные клеи склеивают различные пластмассы, стекла, натуральную и синтетическую кожи, каучуки, резины, фарфор, керамику, бетон, бумагу, дерево, ткани, сталь серебро, алюминий, титан…

Достоинства: ненужно изготавливать отверстия при болтовых соединениях и клепке; более равномерное распределение напряжений в соединениях, ровная поверхность клеевых деталей. Низкая стоимость при массовом производстве…

Недостатки: в большинстве случаев низкая теплостойкость (до 350⁰С)

Показателем механической прочности клеевых соединений металлов является предел прочности при сдвиге:

Для эпоксдных клеев предел прочности при сдвиге составляет 10-13 МПа

Фенолкаучуковых 10-15 МПа

Полиуретановых – 10-20 МПа

Полиамидных – 15-20 МПа

Тема: Слюда и слюдяные материалы

Цель: Изучить Диэлектрические свойства слюды и слюдяных материалов.

Слюда – это водные алюмосиликаты с ярко выраженной слоистой структурой. Имеют высокую анизотропию, т.е. неодинаковость физико-химических свойств и электрических характеристик в направлениях вдоль и поперек слоев.

Слюда - широко распространенный материал и составляет 3,8% массы земной коры, но месторождения, содержащие кристаллы крупных размеров мусковит и флогопит – немногочисленны. В нашей стране мусковит и флогопит добывают в Карелии, Иркутской и Мурманской областях. За рубежом крупные месторождения в Индии.

В месторождениях слюде сопутствует кварц, полевой шпат и другие минералы. Примеси трехвалентного железа придает мусковиту коричневую или красноватую окраску и считается наилучшим. Примесь двухвалентного железа дает зеленоватый цвет и имеет ухудшенные диэлектрические свойства.

По электрическим свойствам мусковит является одним из лучших изоляционных материалов: механически прочен, более тверд, гибок, упруг. При нагреве до некоторой температуры из слюды начинает выделятся влага, слюда вспучивается , теряет прозрачность, утолщается, а электрические и механические свойства снижаются.Температура плавления зависит от химического состава (1145 1400⁰С). После остывания получается стекловидный материал, который не является слюдой.

Синтетическая слюда (фторфлагопит) получается расплавлением шихты специально подобранного состава в выслкотемпературных печах и последующим медлянным охлаждением. Высокая химическая стойкость, нагревостойкость, радиационная стойкость чем у природного флагопита.

Миканит –( на основе щепанной слюды) убирают посторонние минералы, разбирают вручную, раскапывая ножом. Смешивают с синтетическими кислотами и лаками. Получают гибкие листовые и рулонные материалы –микалента, микафалит.Изготавливают твердую изоляцию стержней якорных обмоток машин высокого давления. Для изоляции крупных турбо и гидрогенераторов.

Микалента- разновидность гибкого миканита из щипанной слюды в 1 слой. Клеется на подложку стеклоткани, стеклосетки, микалетной бумаги с 2-х сторон. Является основной изоляцией многих электрических машин высокого давления.

Термоупорный (нагревостойкий миканит) на основе фиогопита. Связующим веществом является фосфорнокислый аммоний. Применяют в изоляции электрических нагревательных приборах (несколько сотен градусов).

Слюдениты и слюдопласты – разновидность слюдяной бумаги, получаемые из слюдяных отходов.

Тема: Лаки, эмали, компаунды

Цель: Изучить Диэлектрические свойства лаков, эмалей, компаундов

I. Основой масляных лаков являются растительные масла и битумы, синтетические смолы.

· Растительные масла, получаемые из семян различных растений, при воздействии температуры; освещения; соприкосновением с кислородом воздуха и т.д. способны переходить в твердое состояние.

Наиболее широко используют льняное и тунговое масло. При нанесении быстро высыхают, образуя твердую неплавкую пленку, которая стойка к воде, органическим растворителям.

Наиболее высокие изоляционные свойства у тунгового масла, хотя оно токсично. Для скорейшего высыхания используют катализаторы в частности соединения свинца, кобальта, кальция, вводимые в масла в виде солей. Такие вещества называются сиккативами.

· Битумы – черные, твердые и пластичные вещества. Природные битумы называются асфальтами. При нагревании разжижаются, а при охлаждении твердеют. При низких температурах хрупкие и ломкие

Для изоляционной техники используют нефтяные битумы марок БН-III, БН-IV, БН-V и тугоплавкие спецбитумы марок В и Г.

Для получения лаков используют:

· Растворители – улетучиваются при образовании пленки

· Сиккативы – ускоряют процесс высыхания

· Пластификаторы – предают эластичность и ударную прочность

· Ингибиторы – препятствуют преждевременному загустеванию

Пропиточные лаки – используют для пропитки изоляции обмоток электрических машин и аппаратов и пропитки электро изоляционных материалов волокнистого строения (бумага, ткань, стеклоткань, электрокартон…)

Покровные лаки – для создания внешней защитной оболочки для различных электро изоляционных деталей и узлов.

Клеящие лаки – для склеивания электроизоляционных материалов и деталей (слюда, бумага, картон…)

Сушка лаков производится холодным воздухом и горячим в печах

Смоляные лаки получаются на основе синтетических смол (фенолоформальдегидные или крезолоформальдегидные), полиэфирных, эпоксидных, кремнийорганических…

Эфироцеллюлозные лаки – это растворы различных эфиров целлюлозы (нероцеллюлоза, этациллюлоха) с добавлением пластификаторов. В электро технологической промышленности применение ограничено.

Электроизоляционные компаунды делятся на пропиточные и заливочные и изготавливаются битумов, канифоли и масел.

1. Пропиточные заполняют поры, капилляры, воздушные включения в электроизоляционных материалах, в обмоткахэлектрических машин, катушках аппаратов, транзисторов и т.д.Пропитка позволяет повысить механическую и электрическую прочность, улучшить теплопроводность и теплоотдачу, что повысит мощность электрических машин и аппаратов при тех же размерах.

2. Заливочные (битумные компаунды НБ-70; НБ-90…) для заливки соединительных ответвительных и конусных муфт, заделки силовых и контрольных кабелей.

· Термопластичные – твердые при нормальной температуре; при нагреве размягчаются, а при охлаждении снова затвердевают

· Термореактивные – в момент применения жидкие, а затем затвердевают под действием затвердителей и катализаторов и становятся твердыми, неплавкими и нерастворимыми, что позволило создать монолитную и литую изоляцию. Герметичная и литая изоляция хорошо цементирует ветки обмотки, обеспечивая высокую механическую и электрическую прочность, влагастойкость, малые коэффициенты расширения (ТГ до 35 кВ; ТН до 15 кВ, выпрямителях, изоляторах, электронных схемах и т.п…)Отвердевшие эпоксидные компаунды не токсичны, а в неотвердевшем состоянии токсичны, поэтому надо открытые части тела, применять вытяжку

· Кремнийорганические компаунды на основе кремнийорганических каучуков. Выдерживают температуру до 200⁰С, повышенные электрические свойства, мало токсичны, поэтому получили широкое распространение

· Электроизоляционные эмали – представляют собой лаки, в состав кторых вводят пигменты (высокодисперсные неорганические вещества) повышающие твердость и механическую прочность лаковой пленки, теплопроводность, дугостойкость. В качестве пигментов применяют диоксид титана, желуный сурик и др.

Литература

1. Филиков В.А. Электротехнические и конструкционные материалы. - М: Академия, 2009. - 274 с.

2. Солнцев Ю.П., Вологжанина С.А. Материаловедение - М.: Академия, 2008. - 493 с.

3. Соломенцев Ю.А. Материаловедение - М.: Высшая школа, 2005. - 456 с.

4. Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюнин В.М. и др. Материаловедение и технология металлов. - М: Высшая школа, 2000. - 638 с.

5. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металловедение, 1994, 4-ое издание.

6. Лахтин Ю.М., Леонтьев В.П. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990. -557 с.

7. Самохоцкий А.И. и др. Металловедение. - М: Металлургия, 1990. - 416 с.