
- •Фазы и структурные составляющие металлических сплавов. Диаграммы состояния.
- •Диаграмма с идеальной эвтектикой
- •Механические и специальные свойства материалов
- •Лекция 4. Формирование структур литых материалов. Литейные технологии
- •Форма первичных кристаллов и строение слитка.
- •Основы литейной технологии
- •Лекция 5. Железоуглеродистые сплавы. Система железо - графит и железо - цементит.
- •Фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов
- •Лекция 6. Основы термической обработки сталей и сплавов.
- •Превращения в стали при нагреве
- •Превращения аустенита при охлаждении
- •Превращения при отпуске закаленной стали
- •Изменение свойств стали при термической обработке
- •Поверхностное упрочнение стальных изделий
- •Практические вопросы термической обработки стали
- •Специальные стали и сплавы.
- •Коррозионностойкие (нержавеющие) и кислотостойкие стали и сплавы
- •Износостойкие стали и сплавы
- •Титан и его сплавы
- •Медь и её сплавы.
- •Алюминий и его сплавы
- •Сплавы на основе никеля
- •Проводниковые материалы
- •Материалы высокой проводимости
- •Сплавы с высоким электросопротивлением
- •Сверхпроводники и криопроводники
- •Полупроводниковые материалы
- •Полупроводниковые материалы
- •Электропроводность полупроводников
- •Полупроводниковые химические соединения и материалы на их основе
- •Диэлектрические материалы
- •Газообразные диэлектрики
- •Жидкие диэлектрики
- •Синтетические жидкие диэлектрики
- •Электроизоляционные смолы
- •Контактные материалы
- •Магнитные материалы
- •Магнитомягкие материалы
- •Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения
- •Формирование структур литых материалов. Литейные технологии
- •Форма первичных кристаллов и строение слитка.
- •Основы литейной технологии
- •Сварочное производство
- •Классификация сварки металлов
- •Термический класс
- •Электроды для дуговой сварки и наплавки
- •Классификация и основные госТы на электроды
- •Структура условного обозначения электродов для сварки углеродистых конструкционных сталей по гост 9466 - 75:
- •Режимы ручной дуговой сварки плавящимся электродом
- •Обработка металлов резанием
- •Инструментальные материалы
- •Общие сведения о металлорежущих станках
- •Лезвийная обработка деталей машин
- •Отделочная обработка деталей машин
Проводниковые материалы
В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы.
Из металлических проводниковых материалов могут быть выделены металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопротивление при нормальной температуре не более 0,05 мкОм·м, и сплавы высокого сопротивления, имеющие р при нормальной температуре не менее 0,3 мкОм-м.
Металлы высокой проводимости используются для проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов и т.п.
Металлы и сплавы высокого электросопротивления, применяются для изготовления резисторов, электронагревательных приборов и т.п.
Особый интерес представляют собой материалы, обладающие нулевым и чрезвычайно малым удельным сопротивлением при весьма низких (криогенных) температурах — сверхпроводники и криопроводники.
К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Однако, если напряженность поля превзойдет некоторое критическое значение, обеспечивающее начало фото- и ударной ионизации, то газ стать проводником с электронной и ионной электропроводностью. Сильно ионизированный газ представляет собой особую проводящую среду, носящую название плазмы.
Механизм прохождения тока в металлах - как в твердом, так и в жидком состоянии - обусловлен движением свободных электронов под воздействием электрического поля, поэтому металлы называют проводниками с электронной электропроводностью, или проводниками первого рода. Проводниками второго рода с ионной проводимостью, или электролитами, являются растворы (в частности, водные) кислот, щелочей и солей.
Материалы высокой проводимости
Проводниковые материалы, кроме высокой электрической проводимости, должны иметь достаточную прочность, пластичность, коррозионную стойкость в атмосферных условиях и в некоторых случаях высокую износостойкость. Кроме того, металл должен хорошо свариваться и подвергаться пайке для получения соединения высокой надежности, как по прочности, так и по электрической проводимости.
Практическое применение имеют химически чистые металлы: Cu, Al, Fe, Ag, Pt, Au и др. Эти металлы обладают высокой электрической проводимостью при минимальном содержании примесей и дефектов кристаллической решетки. В связи с этим для достижения максимальной электрической проводимости такие металлы используют в технически чистом виде и в отожженном состоянии.
Медь используют в виде проката различного сортамента: проволоки различных диаметров, шин, полос и прутков. Отожженную медь используют для обмоточных проводов и кабельных изделий, нагартованную, т.е. упрочненную холодной пластической деформацией, медь - для подвесных токонесущих и контактных проводов, коллекторных пластин. Для изделий, от которых требуется прочность выше 400 МПа, используют латуни и бронзы с Cd и Be. Они при некоторой потере электрической проводимости обеспечивают более высокие прочность и износостойкость, чем у меди.
Алюминий - серебристо-белый блестящий металл с низким удельным сопротивлением. Алюминий высокой чистоты обладает хорошей пластичностью и может быть прокатан на тонкие листы и фольги, например, конденсаторную фольгу толщиной 6-7 мкм. В виде проволоки технически чистый алюминий используют в производстве кабелей и токонесущих проводов. Алюминий уступает меди в электрической проводимости и прочности, но он значительно легче, больше распространен в природе и потому значительно дешевле. Кроме того алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью вследствие образования на поверхности защитной оксидной пленки А12Оз.
Для токонесущих проводов воздушных линий электропередач с большими расстояниями между опорами используют алюминиевые сплавы повышенной механической прочности типа альдрей (0,3-0,5 % Mg, 0,4-0,7 % Si, 0,2-0,3 % Fe и Al - остальное).
Сталеалюминиевый провод, широко применяемый в линиях электропередач, представляет собой сердечник, свитый из стальных жил и обвитый снаружи алюминиевой проволокой.
Платина - белый металл, весьма стойкий к химическим реагентам, в том числе и к кислороду, с низким электросопротивлением, =0,098 мкОм·м Платину применяют для изготовления термопар, рассчитанных на рабочие температуры до 1600°С, а также для подвесок подвижных систем в электрометрах и других чувствительных приборах.
Золото - блестящий металл желтого цвета, обладающий высокой пластичностью. Золото используют как контактный материал в электронной технике, для покрытий внутренних поверхностей волноводов и резонаторов СВЧ.
Биметаллический провод (стальной провод, покрытый медью) используют при передаче переменных токов повышенной частоты.
В качестве твердых неметаллических проводниковых материалов используют материалы на основе углерода (электротехнические угольные изделия, сокращенно - электроугольные изделия). Из угля изготовляют щетки электрических машин, электроды для прожекторов, электроды для дуговых электрических печей и электролитических ванн, аноды гальванических элементов. Угольные порошки используют в микрофонах для создания сопротивления, изменяющегося от звукового давления. Из угля делают высокоомные резисторы, разрядники для телефонных сетей; угольные изделия применяют в электровакуумной технике.
Для некоторых устройств и аппаратов требуются проводниковые материалы, которые могли бы достаточно надежно работать при температурах 1500-2000 и даже до 3000 ºС и даже выше. Такие материалы необходимы, например, для нагревательных элементов высокотемпературных электрических печей, электродов магнитогидродинамических (МГД) генераторов. В МГД-генераторах условия работы проводниковых материалов еще более усложняются из-за соприкосновения материала с плазмой. Надежных и экономичных материалов, способных длительно противостоять таким температурам, да еще в присутствии агрессивных паров калия, пока не создано. В настоящее время используют электроды из расплавленной платины, заключенной в керамический кожух. Но они при очень высокой стоимости обладают низкой стойкостью.
Лекция 15