- •Автор-составитель: ручкина любовь григорьевна канд. Техн. Наук, доцент кафедры ЭиЭ
- •1. Цель и задачи дисциплины
- •2. Содержание дисциплины
- •Введение
- •Общие сведения о строении вещества
- •Диэлектрики
- •2.4. Проводниковые и сверхпроводниковые материалы
- •2.5. Полупроводниковые материалы
- •2.6. Магнитные материалы
- •Перечень тем лекционных занятий Примерный объем в часах
- •5. Информационно-методическое обеспечение дисциплины
- •5.1. Основная
- •5.2. Дополнительная
- •6. Краткие методические рекомендации к самостоятельной работе
- •190401 – Электроснабжение железных дорог (энс)
- •190402 – Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте (атс)
- •1.1. Что такое материал, материаловедение, электротехническое материаловедение.
- •1.2. Роль материалов в современной технике.
- •1.3. Основные типы материалов, применяемых в энергетике и электротехнике, композиционные материалы.
- •1.1. Что такое материал, материаловедение, электротехническое материаловедение.
- •1.2. Роль материалов в современной технике, в частности в энергетике.
- •1.3. Основные типы материалов, применяемых в энергетике и электротехнике, композиционные материалы.
- •Характеристики композиционных материалов
- •Лекция 2 Электрофизические характеристики материалов. Электропроводность.
- •2.1. Основное уравнение электропроводности.
- •2.2. Электропроводность проводников, полупроводников и диэлектриков
- •2.3. Проводимость жидких диэлектриков и электролитов.
- •2.1. Основное уравнение электропроводности.
- •2.2. Электропроводность проводников, полупроводников и диэлектриков.
- •2.3. Проводимость жидкостей и электролитов.
- •Лекция 3 Электрофизические характеристики материалов. Диэлектрическая и магнитная проницаемости.
- •3.1. Диэлектрическая проницаемость и электрические поля в диэлектриках.
- •3.2.. Магнитная проницаемость и магнитные поля.
- •3.1. Диэлектрическая проницаемость материалов.
- •Лекция 4 Теплофизические и механические характеристики материалов.
- •4.1. Понятие температуры. Характерные температуры (плавления, кипения, Кюри, и т.П.) Температуростойкость материалов. Теплостойкость материалов.
- •4.2. Теплоемкость, теплопроводность, температурные коэффициенты материалов.
- •4.3. Механические свойства материалов. Удлинение, деформация, модуль упругости. Разрушающие напряжения при различных видах нагрузки.
- •4.1. Понятие температуры. Характерные температуры (плавления, кипения, Кюри, и т.П.) Температуростойкость материалов. Теплостойкость материалов.
- •4.2. Теплоемкость, теплопроводность, температурные коэффициенты материалов.
- •4.3. Механические свойства материалов. Удлинение, деформация, модуль упругости. Разрушающие напряжения при различных видах нагрузки.
- •Лекция 5 Конструкционные материалы.
- •5.1. Общие свойства конструкционных материалов.
- •5.2. Конструкционные стали.
- •5.3. Цветные металлы и сплавы.
- •5.4. Бетон. Железобетон.
- •Лекция 6 Проводниковые материалы
- •6.1. Общие свойства проводников. Температурный коэффициент сопротивления, потери, нагрев проводников.
- •6.2. Материалы для проводов. Медь, алюминий.
- •6.3. Материалы для контактов.
- •6.4. Материалы с малым температурным коэффициентом сопротивления. Материалы для термопар.
- •Лекция 7 Слабопроводящие материалы
- •7.1. Электропроводность полупроводников и слабопроводящих материалов.
- •7.2. Резистивные материалы. Углеродные композиты, бетэл, эком, электропроводящие полимеры.
- •7.3. Материалы с нелинейной проводимостью. Оцк, позисторная керамика , силит, вилит.
- •7.1. Электропроводность полупроводников и слабопроводящих материалов.
- •7.2. Резистивные материалы. Углеродные композиты, бетэл, эком, электропроводящие полимеры.
- •7.2.1 Металлические резистивные материалы
- •7.2.2. Графит. Бетэл
- •7.2.3 Материал «эком» для резисторов и обогревателей
- •7.2.4. Электропроводящие полимеры
- •7.3. Материалы с нелинейной проводимостью. Оцк, силит, вилит.
- •Лекция 8 Электропроводность и потери в диэлектриках
- •8.1. Диэлектрическое и резистивное состояние вещества.
- •8.2. Особенности электропроводности для различных агрегатных состояний.
- •8.3. Проводимость неоднородных диэлектриков.
- •8.4. Диэлектрические потери.
- •Лекция 9 Процессы в диэлектриках под действием сильных электрических полей
- •9.1. Элементарные процессы в газах. Лавина, стример, лидер.
- •9.2. Пробой в жидкостях. Эмпирические зависимости электрической прочности. Роль газовых пузырьков.
- •9.3. Пробой твердых диэлектриков. Электрический пробой. Тепловой пробой. Частичные разряды.
- •9.1. Элементарные процессы в газе. Лавина, стример, лидер.
- •9.2. Пробой жидкостей
- •Закономерности импульсного пробоя жидкости
- •9.3. Электрический пробой твердых диэлектриков
- •Лекция 10 Газообразные и жидкие диэлектрики
- •10.1. Газообразные диэлектрики.
- •10.1.1. Основные характеристики.
- •10.1.2. Электроотрицательные газы, применение газообразных диэлектриков.
- •10. 2. Жидкие диэлектрики.
- •10.2.1. Общие свойства.
- •10.2.2. Используемые и перспективные жидкие диэлектрики.
- •Лекция 11 твердые диэлектрики
- •11.1. Общие характеристики твердых диэлектриков.
- •11.2. Виды диэлектриков. Применение твердых диэлектриков в энергетике.
- •11.3. Свойства наиболее применяемых диэлектриков.
- •11.3.1. Полимерные материалы.
- •11.3.2. Бумага и картон.
- •11.3.3. Материалы для изоляторов.
- •11.3.4. Слюдяные материалы.
- •Лекция 12 Магнитные материалы
- •12.1. Общие характеристики магнитных материалов. Определения. Кривая намагничивания, гистерезис, индукция насыщения, коэрцитивная сила. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Магнитные потери.
- •12.2. Виды магнитных материалов. Применение магнитных материалов в энергетике. Свойства наиболее применяемых материалов. Электротехнические стали. Ферриты. Магнитодиэлектрики.
- •12.1. Общие характеристики магнитных материалов.
- •12.2. Виды магнитных материалов. Применение магнитных материалов в энергетике. Свойства наиболее применяемых материалов. Электротехнические стали. Ферриты. Магнитодиэлектрики.
- •Лекция 13 Сверхпроводящие материалы
- •13.2. Низкотемпературные сверхпроводники.
- •13.3. Сверхпроводящая керамика.
- •13.1. Принцип сверхпроводимости. Влияние магнитного поля
- •13.2. Низкотемпературные сверхпроводники
- •13.3. Сверхпроводящая керамика
- •Лекция 14 Долговечность и старение материалов в условиях воздействующих факторов
- •14.1. Природные факторы старения.
- •14.2. Техногенные факторы старения.
- •14.3. Коррозия металлов и композитов. Электрокоррозия. Защита от коррозии.
- •14.1. Природные факторы старения
- •14.2. Техногенные факторы старения.
- •14.3. Коррозия материалов.
- •Медь свинец сталь в бетоне сталь в грунте алюминий цинк.
- •Лекция 15 Испытания материалов
- •15.1. Подготовка образцов и условия испытаний
- •15.2. Поддержание и контроль условий испытания.
- •15.3. Электрические испытания.
- •15.3.1. Определение общих и удельных сопротивлений образцов.
- •15.3.2. Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь на низких частотах.
- •15.3.3. Определение электрической прочности.
- •15.3.4. Определение стойкости к внешним электрическим воздействиям.
- •15.3.5. Определение параметров статической электризации.
- •15.4. Тепловые испытания.
- •15.5. Механические испытания.
- •Методические указания для студентов по дисциплине «Материаловедение»
- •Требования к оформлению контрольной работы
- •Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ
- •«Исследование ферромагнитных материалов»
- •Основные положения и соотношения:
- •Порядок выполнения работы:
- •Часть 1. Экспериментальное определение вах катушки индуктивности с замкнутым магнитопроводом
- •Часть 2. Расчетное определение параметров кривой намагничивания ферромагнитного материала сердечника катушки индуктивности с учетом параметров магнитопровода
11.3.4. Слюдяные материалы.
Слюда является основой большой группы электроизоляционных изделий. Главное достоинство слюды - высокая термостойкость наряду с достаточно высокими электроизоляционными характеристиками. Слюда является природным минералом сложного состава. В электротехнике используют два вида слюд: мусковит КАl2(АlSi3О10)(ОН)2 и флогопит КMg3(АlSi3О10(ОН)2. Высокие электроизоляционные характеристики слюды обязаны ее необычному строению, а именно - слоистости. Слюдяные пластинки можно расщеплять на плоские пластинки вплоть до субмикронных размеров. Разрушающие напряжения при отрыве одного слоя от другого слоя составляют примерно 0.1 МПа, тогда как при растяжении вдоль слоя - 200-300 МПа. Из других свойств слюды отметим невысокий tgd, менее чем 10-2; высокое удельное сопротивление, более 1012 Ом×м; достаточно высокую электрическую прочность, более 100 кВ/мм; термостойкость, температура плавления более 1200°С.
Слюда используется в качестве электрической изоляции, как в виде щипаных тонких пластинок, в.т.ч. склееных между собой (миканиты), так и в виде слюдяных бумаг, в.т.ч. пропитанных различными связующими (слюдиниты или слюдопласты). Слюдяная бумага производится по технологии, близкой к технологии обычной бумаги. Слюду размельчают, готовят пульпу, на бумагоделательных машинах раскатывают листы бумаги.
Миканиты обладают лучшими механическими характеристиками и влагостойкостью, но они более дороги и менее технологичны. Применение - пазовая и витковая изоляция электрических машин.
Слюдиниты - листовые материалы, изготовленные из слюдяной бумаги на основе мусковита. Иногда их комбинируют с подложкой из стеклоткани (стеклослюдинит), или полимерной пленки (пленкослюдинит). Бумаги, пропитанные лаком, или другим связующим, обладают лучшими механическими и электрофизическими характеристиками, чем непропитанные бумаги, но их термостойкость обычно ниже, т.к. она определяется свойствами пропитывающего связующего.
Слюдопласты - листовые материалы, изготовленные из слюдяной бумаги на основе флогопита и пропитанные связующими. Как и слюдиниты, они также комбинируются с другими материалами. По сравнению со слюдинитами они обладают несколько худшими электрофизическими характеристиками, но обладают меньшей стоимостью. Применение слюдинитов и слюдопластов - изоляция электрических машин, нагревостойкая изоляция электрических приборов В заключение раздела хотелось бы привести сравнительные данные по электрической прочности в нормальных условиях некоторых распространенных газообразных, жидких и твердых диэлектриков.
Название диэлектрика |
Электрическая прочность, кВ/см (50 Гц) |
Воздух |
30 |
Элегаз |
89 |
водород |
15 |
гелий |
6 |
C14F24 |
300 |
трансформаторное масло |
280 |
конденсаторное масло |
300 |
кабельное масло |
200 |
касторовое масло |
350 |
Полиметилметакрилат Полиэтилен |
150-250 450-550 |
слюда |
100-250 (70-160) |
поливинилхлорид |
150-350 |
фенопласт элекроизоляц. |
130-180 |
Фарфор (стеатит) |
400 |
Электрокартон |
400-500 (пропитанный) |
Гетинакс |
40-50 |
Cтекло (кварц) |
300-400 |
Кремнийорганическая резина Фторопласт |
300 200-350 |