1. Роль ЭТМ в науке и технике Материаловедение – наука, занимающаяся изучением состава, структуры, свойств материалов, поведения материалов при различных воздействиях, а также при сочетании этих воздействий. ЭТМ – раздел материаловедения, который занимается материалами для электроэнергетики и электротехники. То есть материалами, обладающими специфическими свойствами, необходимыми для конструирования, производства и эксплуатации электротехнического оборудования. Материалы:

Электротехнические – материалы, характеризуемые определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применимы в технике с учетом этих свойств. Композиционные – материалы, состоящие из нескольких компонентов, выполняющих разные функции, причем между компонентами существуют границы раздела.

Применение:

Космонавтика – повышение рабочей температуры. Радиоэлектроника – миниатюризация радиоэлектронных изделий, то есть уменьшение размеров, массы, потребления энергии и повышение надежности. Электротехника – сокращение потерь электроэнергии, обусловленных наличием электрического сопротивления проводников (использование сверхпроводников) Ядерная энергетика – получение новых источников энергии

Основные требования к этм: высокая степень частоты ( низкое количество примесей), контролируемое введение примесей для целенаправленного изменения свойств.

2. Классификация этм по поведению в магнитном поле.

Критерием для классификации является величина относительной магнитной проницаемости, обозначаемая символом µ и определяется выражением , где B – магнитная индукция (Тл), Н – напряженность магнитного поля (А/м), – магнитная постоянная.

Вещества подразделяются на слабомагнитные и сильномагнитные.

Слабомагнитные (диамагнетики, парамагнетики, антиферромагнетики) µ приблизительно=1 Диамагнетики имеют µ меньше 1 при отсутствии зависимости µ от напряженности магнитного поля и температуры µ ≠ f (Н, Т). Характерная особенность — диамагнетики выталкиваются из магнитного поля. Диамагнетизм присущ в той или иной степени всем веществам, независимо от их структуры. Представители: Н₂, все инертные газы, Ag, Cu, Au, Be, NaCl, сверхпроводники при температуре менее Т_с, нефть, вода, кремний, германий и другие. Парамагнетики с величиной µ больше 1 при отсутствии зависимости µ от напряженности магнитного поля µ ≠ f (Н) и при наличии зависимости µ от температуры. Представители: кислород (O₂), оксид азота (NO₂), воздух, платина (Pt), алюминий (Al), натрий (Na) и другие. Антиферромагнетики с величиной µ больше 1 при наличии зависимости µ от напряженности магнитного поля и температуры µ = f (Н, Т). Представители: марганец (Mn), хром (Cr),РЗО(редкоземельные оксиды) и РЗЭ (редкоземельные элементы (лантаноиды): № 57 (лантан)÷ № 71 (лютеций)). Антиферромагнетики при нагреве претерпевают фазовый переход и становятся парамагнетиками.

Сильномагнитные (µ много больше 1 (до 10⁶) и µ = f (Н, Т)) — представляют большой интерес для техники в отличие от слабомагнитных материалов и широко применяются. Сильномагнитные материалы имеют специфическую структуру, которая обусловлена наличием доменов. Внутри доменов имеет место спонтанная ориентация магнитных моментов частиц, что приводит к большому суммарному магнитному моменту домена. В отсутствии вмп (Н) магнитные моменты доменов ориентируются хаотически и компенсируют взаимное влияние. При наличии вмп все дипольные моменты в доменах выстраиваются преимущественно по направлению магнитного поля, и материал приобретает большую намагниченность и имеет высокое значение магнитной проницаемости. Сильномагнитные материалы подразделяются по химическому составу на две группы: ферромагнетики и ферримагнетики. Ферромагнитные ЭТМ имеют µ много больше 1 (до 10⁶) и µ =f (Н, Т). Представители: железо (Fe), кобальт (Co), никель (Ni) и их сплавы, а также некоторые РЗЭ (гадолиний (Gd), эрбий (Er), диспрозий (Dy) и др.) Ферримагнитные ЭТМ имеют µ много больше 1 (до 10⁶) и µ = f (Н, Т). Удельное сопротивление ферромагнетика много меньше, чем удельное сопротивление ферримагнетика, то есть ферромагнетик — это проводник, а ферримагнетик — это полупроводник. Общая формула феррита: МеО·Fe₂O₃, где МеО — оксид металла. Примеры ферритов: MnO – ZnO – Fe₂O₃ — марганец-цинковый феррит; NiO – ZnO – Fe₂O₃ — никель-цинковый феррит; BaO·6Fe₂O₃ — бариевый феррит.

3. Классификация этм по поведению в электрическом поле

По поведению в электрическом поле все ЭТМ подразделяются на проводники, диэлектрики и полупроводники. Критерием для классификации является величина удельной электропроводности (γ) или обратная ей величина — удельное электрическое сопротивление (ρ). Электропроводность — способность вещества пропускать электрический ток под действием электрического поля. Электропроводность связана с направленным движением носителей электрического заряда, обусловленным воздействием электрического поля. Проводники — материалы с высокой и ярко выраженной электропроводностью и с учетом этих свойств они используются в технике. Представители проводников: твердые тела: металлы (серебро (Ag), медь (Cu), алюминий (Al) и др.) и сплавы; жидкие тела: расплавы и электролиты; газообразные тела: ионизированные газы (плазма). Применение проводников определяется, в первую очередь, передачей электрической энергии. Диэлектрики — материалы, основным свойством которых является способность к поляризации, и в которых могут существовать электростатические поля. Электропроводность у диэлектриков очень низкая. Реальный диэлектрик тем ближе к идеальному, чем ниже его электропроводность. Представители диэлектриков: твердые тела: оксиды металлов (Al₂O₃, MgO, SiO₂, ВеО и др.), высокомолекулярные вещества /полимеры/ (полиэтилен, политетрафторэтилен /фирменные названия: в РФ — фторопласт-4; за рубежом — тефлон, фторлон/, полиэтилентерефталат, полипропилен, полиметилметакрилат (органическое стекло), древесина, шелк, шерсть), керамика, стекло и другие; жидкие тела: нефть, нефтяные масла (кабельное, конденсаторное, трансформаторное), синтетические масла (углеводородные и кремнийорганические жидкости, фторорганические жидкости), бензин, бензол, сжиженные газы и другие газообразные тела: все газы (неионизированные). Диэлектрики применяются, в первую очередь, в качестве электроизоляционных материалов. Полупроводники — материалы, у которых величины электропроводности и электрического сопротивления находятся между проводниками и диэлектриками. Представители полупроводников: кремний (Si), из него в настоящее время изготавливаются приблизительно 95 % всех полупроводниковых электронных приборов; германий (Ge); карбид кремния (SiC); арсенид галлия (AsGa) и другие. Применение — изготовление полупроводниковых электронных приборов, таких как: транзисторы, тиристоры, микропроцессоры, солнечные элементы и другие.