Глава 1 Введение в предмет

Материаловедение - это научно-практическая область знаний об свойствах и особенностях конструкционных материалов, конкретных сферах оптимального применения материалов (металлических и неметаллических) в конструкциях аппаратов, метрологическом и станочном оборудовании.

Цель курса "Материаловедение в аппаратуре звукотехнике и регистрации информации" дать необходимые знания и практические навыки в выборе и применении материалов, их основных свойствах, технологии обработки при проектировании и эксплуатации, выпуске аппаратуры кино, звуко- и видиотехники на промышленных предприятиях.

Задачей курса является теоретическая и практическая подготовка специалистов для научной, производственной и конструкторской деятельности на производстве, теле-радио центрах, киностудиях, теле-радиоателье и других сферах народного хозяйства.

Полученные студентами знания будут использоваться в дальнейших курсах по движущим механизмам, конструированию и технологии производства аудио- видео техники, на производственной практике, а также применяться ими при выполнении курсовых и дипломного проекта.

Содержание дисциплины.

Все материалы, применяемые для разработки и производства аппаратуры, аудио- и видеотехники можно разделить на четыре большие группы: металлические, неметаллические (металлоиды), магнитные, и полупроводниковые. Обладая различными и некоторыми общими свойствами они полностью охватывают круг интересов разработчиков аппаратуры аудио- и видеотехники, содержащей как высокоточную механику движущих механизмов, электроприводов их, так и радиоэлектронные блоки: усилители электрических сигналов, генераторы, модуляторы и демодуляторы, блоки электрического и пневматического питания, магнитные головки и ленты, оптические устройства и др. Естественно, что при таком широком круге механики, электротехнике и электронике в аппаратуре аудио- и видеотехники находят применение в тех или иных соотношениях все виды металлических, неметаллических и полупроводниковых материалов, часть которых относится чисто к металлам, а часть - к полупроводниковым, это магнитные материалы (см. Классификационную таблицу 1-1.).

Согласно этой таблице большую группу занимают металлические материалы - металлы. Металлами называют химические элементы, обладающие металлическим блеском, высокой электро- и теплопроводностью непрозрачностью в твердом и жидком состоянии, пластичностью или твердостью и кристаллическим строением. Из 103 элементов периодической системы Менделеева более 70 металлы. В движущих механизмах (ДМ) аппаратуры регистрации информации АРИ (аудио, видео, кино, механической и оптической и др.) основную часть деталей (до 95 %) изготовляют их металлов, а оставшуюся - из неметаллов. В основную очередь металлы разделяются на черные и цветные.

К черным металлам относятся: стали, чугуны и спец составы. Эти все сплавы в основе своей содержат железо (от 50 до 95 %), углерод, марганец и кремний. Стали содержат углерода до 2 %, свыше этого (до 5 %), черные металлы относятся к чугунам.

Стали и их сплавы находят самое широкое применение в ДМ АРИ, чугуны небольшое

стендах записи изменительных магнитных сигналограм, корпусам стационарной кинопроекционной аппаратуры и др.), спец стали для корпусов "черных ящиков" аварийной самолетной аппаратуры магнитной записи. Все прочные и точные детали ДМ, такие как ведущие валы, опоры вращения ша-рикоподшипники, рычаги, маховики, оси, почти все крепления (винты, гайки, шайбы, шпонки, штифты), несущие плиты центральных, приемно-подающих ленту, узлов профессиональной и не специальной аппаратуры АМЗ, роторы и статоры электродвигателей, весь технологический инструмент для производства АРИ (резцы, фрезы, метчики, плашки, штампы, пресса, весь измерительный инструмент - штангенсы, микрометры, пробки, калибры изготовляются из сталей и её сплавов.

Корпуса всех металлообрабатывающих станков (токарных, фрезерных, расточных, шлифовочных, прессов, штампов и др.) изготавливаются из чугунов. Вращающиеся узлы и детали этих станков, опоры вращения изготовляют из высококачественных сталей. Черные металлы имеют удельный вес 7,8 г/см³. Все черные металлы магнитные и лишь некоторые с большим содержанием никеля (свыше 12 %) маломагнитны.

К цветным металлам и их сплавам относят алюминиевые, магниевые, бериллиевые, цинковые и благородные (являются функционально частью контактных металлов). Большее распространение в АРИ находят легкие цветные металлы на основе алюминия, магния, титана, например, все несущие плиты ДМ, корпуса радиоэлектронных блоков (РЭБ), стойки приборные и др. Удельный вес этих цветных металлов составляет от 1,74 до 4,6 г/см³. Более тяжелые цветные металлы на основе меди (латуни и бронзы) с удельным весом 8,9 г/см³ применяют для зубчатых колес ДМ, подшипников скольжения валов, осей роторов электродвигателей, пружинных элементов электромагнитных реле, высокочастотных эк­ранов, проводах всех обмоток трансформаторов, двигателей катушек индуктивности.

Все цветные металлы немагнитные и лишь некоторые с легирующи­ми присадками железа слабомагнитны.

Большинство цветных металлов имеют среднюю твердость и плотность по отношению к черным металлам, и лишь титан и его сплавы могут превосходить черные металлы по почти всем свойствам (износоустойчивости, коррозирующей стойкости в морской воде, кислотах и др.).

В РЭБ навесной и блочный монтаж выполняется медными элек­тропроводами в пластмассовой изоляции, провода всех "печатных " плат - медная фольга на пластмассовых листах текстолита, стекло­текстолита, гетинакса. Все выключатели, электрические разъемы, вилки, розетки электросоединений применяют медные сплавы, на детали которых могут гальваническим путем наносить контактные металлы (серебро, золото, платину и др.). Выводы всей элементной базы электроники (диоды, транзисторы, микросхемы, конденсаторы, резисторы) обычно изготавливают из сплавов цветных металлов.

Почти все маховики ведущих узлов бытовых магнитофонов изго­тавливают из дешевых цинковых и технологичных сплавов. Цветной метал бериллий очень дефицитен и идет только для корпусов кино, фото и видео объективов космической АРИ и в сплавах с дру­гими (бронза) для ответственных пружинных элементов.

К металлическим материалам относится так же контактные, через которые протекает электрический ток. Эти материалы имеют свою специфику, требования и подразделяются на неподвижные, разрывные и скользящие. К первому виду относятся полученные пу­тем пайки (весь электрический монтаж) или сварки (тот же электро­монтаж), ко второму - галетные переключатели, тумблера микропе­реключатели, электрические разъемы и др. К третьему виду относят щетки и коллекторы электродвигателей, переменные резисторы и др.

Видное место в лезвийной обработке деталей ДМ АРИ на про­мышленных предприятиях занимает инструмент с твердосплавными пластинками, который обладает в десятки раз большей износоустой­чивостью, чем самые эффективные быстрорежущие стали. Это металлокерамические твердые сплавы. Твердость их доходит до 89-90 НRА. В быту эти материалы называют победитовыми.

Прочное место в материалах занимают магнитные. Это силовые источники вечной энергии (ярмо двигателей постоянного тока, кольцевые магниты электродинамических громкоговорителей), магнитоприводы силовых трансформаторов блоков питания сердечники магнитных головок, фиксаторы электромагнитной записи на ленте -рабочий феррослой и другие.

Большую группу материалов включают в себя неметаллические.

В некоторой АРИ они занимают большой объем, чем металличе­ские. Неметаллические материалы - антиподы металлических, отли­чаются противоположными свойствами: высокая электро- и теплоизоляционность, химическая стойкость, прозрачность (для некоторых типов) и другие.

К неметаллическим материалам (металлоидам) относят доминирующую группу, так называемых пластмасс (термореактивных, термопластических). Это печатные платы РЭБ, корпуса вилок, розеток, разъемов, корпуса магнитофонов и видеомагнитофонов бытового применения, основа всех магнитных аудио и видеолент, электроизоляция всех монтажных проводов, корпуса бытовых акустических систем и многое другое.

Специфическую группу неметаллических материалов занимают резиновые или так называемые резино-техничиские материалы (РТМ). Это эластичный и фрикционный слой прижимных роликов (создает надежный фрикционный контакт магнитной ленты МЛ с вращающимся ведущим валом в ДМ), приводные резиновые пассики (плоские, круглые, квадратные), эластический слой промежуточных (паразитных) роликов, амортизаторы, электроизоляция сетевых кабелей, уплотнительные прокладки и другие.

Небольшую, но ничем незаменимую группу неметаллических материалов занимают древесные и текстильные. Это корпуса высококлассных акустических систем (многослойная фанера), позволяющая воспроизвести без искажений высококлассный звук в диапазоне 20 Гц-20 кГц (пластмасса на это не способна), корпуса престижной аудио-видеотехники, тара для перевозки крупногабаритной АРИ профессионального и специального назначения. Текстильные материалы применяются для акустических систем (радио ткань) б для сборочных работ и сумок с инструментом.

Создают замечательный дизайн, хорошие антикоррозийные покрытия, электроизоляцию обмоток двигателей, трансформаторов лакокрасочные материалы, пригодные как для металлических, так и для неметаллических материалов, деталей внешнего вида АРИ и внутренних элементов.

Установить и зафиксировать многие радиоэлементы, например диоды триоды. На печатной плате лютого блока электроники, соеди­нить жестко между собой фанерные стенки ящиков акустических сис­тем, стенки ящиков деревянных ящиков, тары для крупногабаритной АРИ, изящные стенки деревянных корпусов телевизоров, радиопри­емников, престижных для меценатов домашних магнитофонов, ра­диомебели вам помогут лишь клеевые материалы. Кроме того, они часто применяются для соединения между собой металлических дета­лей и металлических с неметаллическими, что возникло только для клеевых соединений. Создать надежную звуко и другого рода изоляции по­зволяют различного рода герметики.

Собрать воедино, сфокусировать, достать с любого расстояния и зафиксировать на кинофотопленке или магнитной видеоленте вам помогут только оптические материалы в виде различных конструк­ций кино-фото, видеообъективов. Наслаждение красками цветных изображений вам помогут телевизионные трубки, также использую­щие оптические материалы в телевидении. Свет солнце в ваших жи­лищах, производстве вместо полумрака обычных пузырей обеспечи­вают стеклянные окна, относящиеся к оптическим материалам. Теле и радиосвязь без искажений и с тысячами каналов вам обеспечивают высокоточная оптика, относящаяся также к оптическим материалам. Свет в темное время суток обеспечат вам лампы, колбы которых тоже выполнены из оптического материала.

Один великий философ сказал: "Дайте мне смазку, и я закручу вам машины и устройства, дам им длительную жизнь!" Смазка. Те смазочные материалы в ДМ и АРИ является той средой, без которой немыслимо: плавное бесшумное вращение ведущих валов, роликов, приемно - подающих узлов, валов всех электродвигателей, зубчатых и фрикционных редукторов, свободное и многолетнее применение токарных фрезерных, шлифованных и расточных станков, вращение их ходовых винтов и др.

Как видно, плавность, бесшумность и долголетие всем узлам перемещения, вращения обеспечивается только правильно выбранная смазка!

Что или кто обеспечит нам преобразование синусоидального напряжения переменного тока в стабильное и надежное электропитание постоянным током для электродвигателей, электромагнитов и реле, всей другой электроники - только элементы на полупроводниковых материалах (кремниевые и германиевые диоды). Кто нам усилит микросигнал от магнитных головок воспризведений до мощного звукового ноля окрестра - только усилитель на триодах, микросхемах и других, основа которых полупроводниковые материалы. Электроника АРИ немыслима без применения полупроводниковых материалов.

И наконец, последние главы книги позволяют вам концентрованно ознакомится с конкретными металлическими и неметаллическими материалами, применяемыми в деталях ДМ, РЭБ, АРИ, материалами, применяемыми в инструменте для их изготовления в промышленном производстве, контроле и приемке их, те применяемом для метрологических целей.