Опорные конспекты по предмету «Электроматериаловедение» Опорный конспект темы «Введение»

Электротехнические материалы-это специальные материалы, из которых изготовляют электрические машины, аппараты, приборы и другие элементы электрооборудования и электроустановок. Все электротехнические материалы обычно делят на 4 основные группы: электроизоляционные (диэлектрики), проводниковые, полупроводниковые (полупроводники) и магнитные.

Известно, что надёжность работы электрических машин, аппаратов и установок зависит от качества и правильного выбора соответствующих электротехнических материалов.

При рациональном выборе электроизоляционных, магнитных и других электротехнических материалов можно создать электрооборудование малых габаритов и массы, надёжное в эксплуатации. Но для этого необходимы знания свойств электротехнических материалов и их изменений под воздействием электрического напряжения, температуры и других факторов. Величины, с помощью которых оценивают те или иные свойства материалов, называют характеристиками. Чтобы полностью оценить свойства того или иного электротехнического материала, необходимо знать его механические, электрические, тепловые и физико-химические характеристики. У магнитных материалов необходимо еще знать магнитные характеристики, которые позволяют оценить их магнитные свойства.

Опорный конспект темы «Механические характеристики.»

. С помощью последних оценивают механические свойства материалов—прочность при растяжении, сжатии, изгибе, ударе и др.

К основным механическим характеристикам относятся: предел прочности материала при растяжении (сгр), предел прочности материала при сжатии (огс), предел прочности материала при статическом изгибе (а„) и удельная ударная вязкость (о) материала.

Рассмотрим способы измерения механических характеристик у электроизоляционных материалов, отличающиеся некоторой специфичностью по сравнению с металлами .

Образец электрокерамического материала, помещенный в зажимы машины для испытания на растяжение

(разрыв):

1 — стальной зажим испытательной машины,

2— образец электрокерамического материала

Предел прочности при растяжении определяют на образцах специально установленной формы (рис. 78), при которой обеспечивается равномерное распределение растягивающего усилия по площади сечения— средней части образца. Для определения этой характеристики образцы утолщенными концами закрепляют в стальных зажимах (захватах) испытательной машины (рис. 79). Один из захватов машины неподвижен (нижний), а к другому прикладывается растягивающее усилие Рр, которое плавно нарастает с определенной скоростью до момента разрыва образца.

Предел прочности материала при растяжении (ар) вычисляется по формуле:

где Рр — разрушающее усилие при разрыве образца материала, кГ ;

S0 — площадь поперечного сечения образца до испытания, см2.

О тносительное удлинение при растяжении ер определяется одновременно с определением предела прочности материала при растяжении. Для этого измеряют первоначальную длину образца (/0) и удлинение его Д/р при разрыве. Тогда величина относительного удлинения при растяжении (ер) определится по формуле

Iо и 1р должны быть измерены в одних и тех же единицах. Эта характеристика (ер) позволяет оценивать растяжимость материала.

Образец пластмассы, помещенный между стальными плитами пресса для испытания на сжатие

Предел прочности при сжатии стс определяется на образцах, имеющих форму цилиндра или куба. Так, у формованных и прессованных пластмасс эта характеристика определяется на образцах, представляющих собой сплошные цилиндры высотой 15 мм и диаметром 10 мм.

Верхнее и нижнее основания образца должны быть строго перпендикулярны к оси цилиндра. Для определения предела прочности при сжатии образец 2 располагается между стальными плитами 1 и 3 испытательного пресса (рис. 80). Во избежание неравномерного распределения сжимающей нагрузки по сечению образца одна из плит пресса должна быть самоустанавливающейся. Сжимающую нагрузку повышают с определенной скоростью* до момента разрушения образца материала.

* У образцов слоистых пластмасс скорость возрастания растягивающей нагрузки определяется из расчета нарастания напряжения в опасном сечении образца, равного 1000±250 кГ/см2 в минуту.

Предел прочности материала при сжатии (ас) вычисляется по формуле:

где Рс — разрушающее усилие при сжатии образца материала, кГ, SB — площадь поперечного сечения образца материала до его испытания, см2.

П редел прочности при статическом изгибе ст„ определяется на образцах, представляющих собой бруски прямоугольного или круглого сечения. Для определения предела прочности при статическом изгибе образец 2 материала помещают в испытательную машину,

где он своими концами свободно опирается на две стальные опоры 3. Изгибающее усилие Ри, прикладываемое к середине образца (бруска) 2, плавно увеличивают с таким расчетом, чтобы напряжение в сечении бруска возрастало со скоростью 100— 150 кГ/см2 в минуту. Изгибающее усилие, передаваемое через стальной наконечник /, доводят до величины, при которой происходит разрушение образца или при которой дальнейшее возрастание изгибающего усилия не имеет места (материал течет).

Предел прочности материала при статическом изгибе (аи) вычисляется по формуле:

Образец пластмассы, помещенный в испытательную машину, для испытания на статический изгиб.

где Ри — изгибающее усилие, кГ;

L— расстояние между стальными опорами в испытательной машине, см; b—ширина образца, см; h — толщина образца, см.

Для большинства материалов (пластмассы) применяют бруски сечением 10x15 мм, длиной 120 мм. Образцы электрокерамических материалов оформляют в виде сплошных цилиндров диаметром 20 мм, длиной 120 мм.

Удельная ударная вязкость (предел прочности материала при динамическом изгибе) а позволяет оценить сопротивляемость материала к ударному изгибу. Чем меньше величина удельной ударной вязкости, тем более хрупок данный материал.

Удельная ударная вязкость определяется с помощью испытательного прибора — копра, где образец материала 4 (брусок) свободно опирается своими концами на две стальные опоры 5 копра (рис. 82). Расстояние между опорами равно 70 мм. Копер снабжен тяжелым стальным маятником 1 с бойком (ребром) 2. Последний имеет форму клина с углом 15° при вершине. Боек закруглен по радиусу 3 мм. Маятник может вращаться вокруг стальной оси 3. Его центр тяжести совпадает с серединой бойка. Стальной маятник весом G, поднятый на высоту hi, освобождают, и он при падении ударом бойка (ребра) 2 разрушает образец материала при ударном изгибе. Затратив при этом часть своей энергии, маятник взлетает еще на высоту h2. При этом энергия, затраченная на разрушение образца материала, равна произведению силы G на разность высот, т. е. удельную ударную вязкость а вычисляют как отношение работы, затраченной при разрушении образца, к площади его первоначального поперечного сечения *

Для определения удельной ударной вязкости пластмасс применяют образцы в виде брусков сечением 10X15 мм, длиной 120 мм ** Они располагаются на полках прибора-копра своей узкой стороной.

Для испытания электрокерамических материалов применяют образцы цилиндрической формы диаметром 10 мм, длиной 100 мм. Ниже приводятся значения удельной вязкости для некоторых электроизоляционных материалов:

электрофарфор— 1,7—1,8 кГ-см/см ; стеатит — 3,0—4,0 кГ* см/см2-, гетинакс — 15—25 к Г •см/см2; текстолит — 25—35 кГ • см/см2; стеклотекстолит — 40—150 кГ • см/см2.

Количество образцов для проведения механических испытаний устанавливается ГОСТом на соответствующие электроизоляционные материалы. Так, для формованных и прессованных пластмасс количество образцов должно быть не менее пяти. Из результатов испытания этих образцов вычисляют среднюю арифметическую величину а, которая и является характеристикой для данного материала. Поверхность испытуемых образцов должна быть гладкой, на ней не должны оставаться царапины и какие-либо следы обработки. Испытания должны производиться при температуре 20±5° С