М

256

инистерство образования Украины

Национальная металлургическая академия Украины

КРИВОРОЖСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

для самостоятельной работы студентов специальности

7.09203 Электромеханические системы автоматизации и электропривод

Утверждено

на заседании кафедры электромеханического оборудования металлургических заводов

«_____»_________________ 2001 г.

Кривой Рог

2001

Название дисциплины: Электроматериаловедение

Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов специальности 7.09203 электромеханические системы автоматизации и электропривод

Составитель: ШУПОВ В.П., доцент, канд.техн.наук

Рецензенты: УЧИТЕЛЬ А.Д., профессор, докт.техн.наук

ФАЙНШТЕЙН В.Г., доцент, канд.техн.наук

Содержание

1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВ 4

1.1 Классификация электроматериалов 4

1.2. Зонная теория твердых тел 4

1.3. Электрические характеристики электроматериалов 5

1.4. Механические характеристики материалов 8

1.5. Тепловые характеристики материалов 9

1.6. Физико-химические характеристики материалов 10

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ДИЭЛЕКТРИКАХ 11

2.1 Поляризация диэлектриков 11

2.2. Электропроводность диэлектриков 12

2.3 Потери электроэнергии в диэлектриках 13

2.4. Пробой диэлектриков 15

3. ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 16

3.1 Газообразные изоляционные материалы 17

3.2 Жидкие изоляционные материалы 17

3.3 Твердые изоляционные материалы 18

3.3.1 Твердые и твердеющие органические диэлектрики 18

3.3.2 Твердые неорганические диэлектрики 24

3.3.3 Пьезоэлектрические материалы 26

4. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ 29

4.1 Материалы высокой проводимости 30

4.2 Сплавы высокого сопротивления 34

4.3 Сплавы для термопар 35

4.4 Припои и флюсы 36

4.5 Электротехнический уголь 36

5. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ 37

5.1 Электрические свойства полупроводников 37

5.2 Электронно-дырочный переход 41

5.3 Полупроводниковые материалы 42

6. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 44

6.1 Магнитные характеристики материалов 45

6.2 Классификация магнитных материалов 47

6.3 Магнитные материалы 49

6.3.1. Металлические магнитомягкие материалы 49

6.3.2. Металлические магнитотвердые материалы 49

6.3.3. Ферриты 50

6.3.4 Магнитодиэлектрики 51

ЛИТЕРАТУРА 52

1. Основные характеристики электроматериалов

1.1. Классификация электроматериала

Широкое развитие направлений электротехники требует постоянного развития технологии электроматериалов, повышение требований к их электрическим и механическим характеристикам, создание новых материалов. Особенно велика роль электрорадиоматериалов в развитии радиоэлектроники и вычислительной техники. Развитие современных средств автоматизации немыслимо без широкого применения электронных приборов, при создании которых используются новые материалы и технологии.

Все материалы, применяемые в электротехнике, принято делить на три класса в зависимости от их назначения: конструкционные, вспомогательные и электроматериалы. Конструкционные материалы используются для изготовления несущих конструкций и оболочек электротехнических изделий.

Конструкционные материалы используются для изготовления несущих конструкций и оболочек электротехнических изделий. К собственно электротехническим материалам относятся материалы, которые в процессе эксплуатации функционально подвергаются воздействию электромагнитных полей.

Указанное деление достаточно условно, так как в зависимости от обстоятельств один и тот же материал может быть отнесен к любому из этих классов. Например, эпоксидная смола может быть использована для отливки корпуса какого-либо прибора, для жесткого склеивания отдельных деталей или в качестве твердого диэлектрика для изоляции электрических цепей.

Выбор электротехнических материалов для конкретной цели определяется совокупностью его электрических, механических, тепловых и физико-химических свойств. Эти свойства определяются характеристиками материала. По электромагнитным характеристикам все электротехнические материалы делятся на четыре основные группы: проводники, полупроводники, диэлектрики и магнитные материалы.

Проводники - это металлы и электролиты, обладающие высокой электропроводностью, обусловленной наличием в материале большого числа свободных носителей электрического заряда (электронов и ионов).

Полупроводники по электропроводности занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Электрические характеристики полупроводников часто зависят от условий внешней среды: температуры, наличия электромагнитного поля, радиационного облучения т.п.

Диэлектрики обладают очень малой электропроводностью в нормальных условиях эксплуатации. Однако при воздействии на них высоким электрическим напряжением электропроводность их может резко возрасти. Диэлектрики бывают твердые, жидкие и газообразные.

Магнитные материалы способны намагничиваться во внешнем магнитном поле, что обусловлено строением этих веществ. К ним относятся некоторые металлы, их сплавы и ферриты, представляющие собой прессованные порошкообразные окислы некоторых металлов.