1

КЕМЕРОВО

ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ

по профессии 19861 Электромонтер по

ремонту и обслуживанию

электрооборудования

Волков О.В.

ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ИСПОЛНЕНИЯ НАКАЗАНИЙ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ №262

Учебное пособие

2

Учебное

пособие

составлено

в

соответствии

с

Основной

программой

профессионального

обучения

на

основе

единого

тарифно-квалификационного

справочника работ и профессий (ЕТКС) «Электромонтер по ремонту и обслуживанию

электрооборудования» (2 разряд) утвержденного приказом Минздравсоцразвития РФ от

17.04.2009 N 199 и рабочей программой обучения общепрофессиональной дисциплины

«Электроматериаловедение».

Учебное пособие содержит теоретический материал в количестве 17часов по всем

темам программы:

диэлектрические

материалы,

проводниковые

материалы.

В конце

каждого урока представлены вопросы для самоконтроля. Контрольно-учетное занятие в

пособии представлено в форме гомогенного тестового задания.

Учебное пособие предназначено и адаптировано для обучающихся Федеральных

казенных

профессиональных

образовательных

учреждений

ФСИН

по

профессии

«Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования» (2 разряд).

3

СОДЕРЖАНИЕ

Тема1. ДИАЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Урок 1. Электрические свойства диэлектриков………………………………………… 4

Урок 2. Механические и тепловые свойства диэлектриков…………………………… 7

Урок 3. Влажностные свойства диэлектриков................................................................... 10

Урок 4. Физико-химические свойства диэлектриков........................................................ 12

Урок 5. Синтетические полимеры......................................................................................... 14

Урок 6. Электроизоляционные пластмассы....................................................................... 17

Урок 7. Электроизоляционные материалы на основе каучуков................................... 20

Урок 8. Лаки и эмали.............................................................................................................. 23

Урок 9. Твердые неорганические диэлектрики................................................................. 26

Урок 10. Жидкие и газообразные диэлектрики………………………………………… 29

Тема 2. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Урок 11. Классификация проводниковых материалов.................................................... 31

Урок 12. Основные свойства и характеристики проводниковых материалов........... 33

Урок 13. Медь, алюминий и железо...................................................................................... 35

Урок 14. Материалы для электроугольных изделий......................................................... 38

Урок 15. Материалы для скользящих и размыкающих контактов............................... 41

Урок 16. Припои........................................................................................................................ 44

Урок 17. Проводниковые изделия......................................................................................... 46

Урок 18. Контрольно-учетное занятие……………………………………………………. 49

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ……………….

4

Урок 1. Электрические свойства диэлектриков.

Согласно зонной теории твердого тела диэлектрики - это веще-

ства,

у

которых

запретная

зона

настолько

велика,

что

в

нормальных

условиях электропроводность в них отсутствует.

Рис1. Твердые диэлектрические материалы

Рис2. Жидкие диэлектрические материалы

По назначению диэлектрические материалы можно разделить на

электроизоляционные материалы и активные диэлектрики.

По

агрегатному

состоянию

диэлектрические

материалы

подразделяют на твердые (Рис1), жидкие (Рис 2) и газообразные.

Особую

группу

составляют

твердеющие

материалы,

которые

в

исходном

состоянии

являются

жидкостями,

а

в

процессе

изготовления

изоляции

отверждаются

и

в

период

эксплуатации

представляют

собой

твердые вещества, например, компаунды, клеи, лаки и эмали.

По

химической

основе

диэлектрические

материалы

под-

разделяют на органические и неорганические.

К

электрическим

свойствам

диэлектриков

относят

поляризацию,

электропроводность, диэлектрические потери и пробой.

Диэлектрик, помещенный между электродами, к которым подводится

электрическое напряжение, поляризуется.

П о л я р и з а ц и я

-

это

процесс,

состоящий

в

ограниченном

смещении или ориентации связанных зарядов в диэлектрике при воздей-

ствии на него электрического поля.

В зависимости от строения диэлектрика и его агрегатного состояния

различают электронную, ионную, дипольную, миграционную, спонтанную и

резонансную поляризацию.

Диэлектрические

материалы

обладают

некоторой

электропроводностью,

которая

связана

с

направленным

перемещением

заряженных частиц (электронов, ионов, молионов).

У д е л ь н о е о б ъ е м н о е э л е к т р и ч е с к о е

с о п р о т и в -

л е н и е определяет

свойства

изоляции,

когда

основные

утечки

тока

Тема1.

ДИАЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

5

происходят

через

объем

материала,

например,

в

экранированном

электрическом проводе.

У д е л ь н о е п о в е р х н о с т н о е

э л е к т р и ч е с к о е

с о п р о -

т и в л е н и е s

является

важнейшей

характеристикой

при

оценке

изо-

ляционных материалов в таких

деталях, как линейные изоляторы.

Удельное объемное и поверхностное электрические сопротивления р

твердых диэлектриков зависят от температуры, влажности и величины

приложенного напряжения.

Электропроводность диэлектриков зависит от содержания примесей,

чем

выше

содержание

примесей,

тем

меньше

удельное

объемное

сопротивление изоляционного материала.

Д и э л е к т р и ч е с к и е

п о т е р и связаны

со

сложными

явлениями,

которые

происходят

в

материале

при

воздействии

на

него

электрического поля. Они проявляются на постоянном и переменном токе.

Однако

качество

диэлектрика

на

постоянном

токе

обычно

характеризуется не диэлектрическими потерями, а удельным объемным и

поверхностным сопротивлениями.

При

воздействии

электрического

поля

на

любое

вещество

часть

потребляемой

им

электрической

энергии

превращается

в

тепловую

и

рассеивается.

Рассеянную часть поглощенной диэлектриком электрической

энергии называют диэлектрическими потерями.

П р о б о й ( Р и с 3 )

- явление

образования

в

диэлектрике

проводящего

канала

под

действием

электрического

поля

и

потеря

диэлектрических свойств.

Если проводящий канал проходит

от одного

электрода к другому и замыкает их, происходит

полный пробой.

Если проводящий канал не достигает хотя бы

одного

из

электродов,

происходит

неполный

пробой.

При

частичном

пробое

пробивается

лишь

газовое

или

жидкое

включение

твердого

диэлектрика.

У

твердых

диэлектриков

кроме

пробоя

по

объему возможен пробой по поверхности, такой

пробой называют поверхностным.

Рис.3.Пробои

Минимальное напряжение, приводящее к пробою диэлектрика,

называют пробивным напряжением U. Пробивное напряжение U растет с

увеличением толщины диэлектрика h.

6

Для

характеристики

способности

материала

противостоять

разрушению

в

электрическом

поле

используют

напряженность

электрического поля, при которой происходит пробой, мВ/м,

E

пр

=U

пр

/h,

где U

пр

- величина положительного к диэлектрику напряжения, при котором произошел

пробой, кВ; h - толщина материала в месте пробоя, м.

Напряженность однородного электрического поля, приводящую

к пробою, называют э л е к т р и ч е с к о й п р о ч н о с т ь ю .

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1.

Диэлектрики. (Определение)?

2.

Как разделяют по назначению диэлектрические материалы?

3.

Как подразделяют по агрегатному состоянию диэлектрические

материалы?

4.

От чего зависят удельное объемное и поверхностное

электрические сопротивления твердых диэлектриков?

5.

Что называют пробоем диэлектрика?

7

Урок 2. Механические и тепловые свойства диэлектриков.

К

основным

механическим

свойства

диэлектриков

относят

упругость, прочность и вязкость.

У п р у г о с т ь .

На

материалы

могут

действовать

сосредоточенные или распределенные нагрузки, которые вызывают в них

механические напряжения. Под действием механических напряжений а ма-

териал деформируется.

При небольших механических напряжениях выполняется закон Гука,

который

устанавливает

линейную

зависимость

между

механическими

напряжениями и относительной деформацией. В этом случае после снятия

нагрузок форма образца восстанавливается.

П р о ч н о с т ь .

Закон

Гука

справедлив

только

до

определенного

значения

механического

напряжения.

С

некоторого

значения механического напряжения деформация растет быстрее, чем по

линейному закону.

Происходит холодное пластическое течение материала, и после снятия

напряжения форма образца не восстанавливается. Это напряжение назы-

вают пределом текучести.

Дальнейшее

повышение

механического

напряжения

приводит

к

разрушению

образца

при

напряжении,

которое

называется

пределом

прочности.

Прочность

материалов

характеризуют

пределами

прочности

при

растяжении, сжатии и изгибе.

Материалы,

в которых

пластическая

деформация

не

наблюдается

и

образец разрушается (например, стекло, керамика), называются хрупкими.

Хрупкие

материалы

легко

разрушаются

под

действием

вибраций

и

динамических нагрузок.

Материалы, в которых участок пластической деформации

очень широк,

называются пластичными.

В я з к о с т ь . Вязкость

присуща

материалам,

которые

находятся

в

жидком

агрегатном

состоянии;

она

характеризует

сопротивление их течению.

Различают динамическую и кинематическую вязкости.

Вязкость сильно уменьшается с повышением температуры. Это осо-

бенно

важно

для

заливочных

и

пропиточных

электроизоляционных

материалов. Заливку таких материалов производят в нагретом состоянии,

когда они могут быстро заполнить мельчайшие отверстия.

Тепловые свойствам диэлектрика.

Н а г р е в о с т о й к о с т ь

-

это

способность

диэлектрика

функ-

ционировать

при

повышенных

температурах

или

при

резкой

смене

температур без недопустимого ухудшения его свойств.

8

В

зависимости

от

вида

материала

и

условий

его

эксплуатации

длительное или

кратковременное воздействие повышенной температуры

вызывает в диэлектрике различные изменения. Например, в зависимости от

температуры

линейные

полимеры

могут

находиться

в

стеклообразном,

высокоэластичном или вязкотекучем состояниях.

В других случаях результатом воздействия повышенной температуры

является появление больших остаточных напряжений, которые нарушают

форму

изделия

или

ухудшают

его

механические

свойства.

У

лаковых

покрытий,

например,

при

длительном

нагревании

резко

снижается

эластичность.

У

некоторых

материалов

при

нагревании

могут

наблюдаться

химическое

разложение,

интенсивное

окисление,

обугливание

и

даже

горение.

Помимо

ухудшения

качества

изоляционных

свойств,

которые

проявляются

при

кратковременном

повышении

температуры,

при

длительном

воздействии

повышенной

температуры

могут

наблюдаться

изменения в результате медленно протекающих химических процессов -

тепловое старение изоляции.

У

трансформаторного

масла

старение

проявляется

в

образовании

продуктов

окисления,

у

лаковых

пленок

-

в

повышении

хрупкости,

образовании трещин и отслаивании от подложки. Тепловое старение уско-

ряется при освещении образца ультрафиолетовыми лучами, воздействии

электрического поля, механических нагрузок и т.п.

Н а г р е в о с т о й к о с т ь определяется

той температурой, при

которой

происходит

недопустимое

изменение

эксплуатационных

характеристик диэлектрика.

Т е п л о п р о в о д н о с т ь

-

это

способность

диэлектрика

про-

водить теплоту.

Теплота,

возникающая

при

прохождении

электрического

тока

в

проводниках,

окруженных

диэлектрическим

изолятором,

передается

изолятору. Вследствие диэлектрических потерь теплота выделяется в самом

изоляторе.

Суммарные

тепловые

потери

проводника

и

изолятора

передаются в

окружающую

среду. От способности изоляции проводить

теплоту

зависят

нагревание

проводника

и

электрическая

прочность

изоляции. Особое значение имеет теплопроводность сравнительно толстой

изоляции в устройствах высокого напряжения.

Т е п л о в о е

р а с ш и р е н и е

- это

свойство

диэлектрика

из-

менять

свои

линейные

размеры

под

действием

температуры.

Тепловое

расширение

оценивается

температурным

коэффициентом

линейного

расширения.

Х о л о д о с т о й к о с т ь - это способность электрической изо-

ляции работать при низких температурах без недопустимого ухудшения

эксплуатационных характеристик.

9

При

понижении

температуры

электроизоляционные

свойства

диэлектриков, как правило, повышаются. Однако ряд механических свойств

может ухудшаться.

Органические

диэлектрики

в

области

низких

температур

растрескиваются

, теряют гибкость.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1.

Основные механическим свойства диэлектриков?

2.

Упругость. (закон Гука)?

3.

Нагревостойкость. (Определение)?

4.

Теплопроводность. (Определение)?

5.

Холодостойкость. (Определение)?

10

Урок 3. Влажностные свойства диэлектриков.

Все изолирующие материалы поглощают влагу. Размер молеку-

лы воды мал 2,7*10

-9

, что позволяет

ей проникать даже в поры таких

диэлектриков, как стекло.

Интенсивность и количество проникающей в материал влаги зависят в

основном

от

состава

и

строения

материала.

Чем

выше

химическое

«родство»

молекул

воды

и

изоляционного

материала,

тем

сильнее

их

взаимодействие и выше влагопоглощение.

Наличие

пор,

сообщающихся

с

атмосферой,

приводит

к

снижению

влагостойкости материала, плотная его структура

затрудняет проникно-

вение воды и повышает влагостойкость.

Меры для повышения влагостойкости материала:

нанесение лакокрасочных покрытий,

пропитка лаками, маслами и компаундами,

опресовка пластмассами, но полностью не исключают проникновения

влаги в его объем.

В композитных конструкциях критичными к проникновению влаги в

объем

являются

места

сопряжения

материалов

с

различными

термомеханическими

свойствами

(спаи

стекла

с

металлом,

керамики

с

металлом, пластмассы с металлом).

Твердые материалы обладают различной способностью смачиваться

водой, нанесенной на поверхность тела.

j

j

а

б

Рис.4.Капля жидкости на поверхностях:

а-на смачиваемой; б-несмачиваемой.

Чем меньше угол смачивания j, тем сильнее выражена смачивае-

мость материала. Для смачиваемых материалов

j <90° (Рис. 4, а), для

несмачиваемых j> 90° (Рис. 4, б).

Влажностные

свойства

диэлектриков

определяются

гигроскопич-

ностью

(влагопоглощаемостью),

водопоглощаемостью

и

влагопроницаемостью.

Г и г р о с к о п и ч н о с т ь -способность

материала

поглощать

водяные пары из окружающей атмосферы.

Электроизоляционный материал, находящийся в условиях влажности

окружающей среды, постепенно поглощает влагу из воздуха.

Гигроскопичность материалов зависит от их строения и химической

природы.

11

Материалы, содержащие капилляры, в которые

может проникать влага,

более гигроскопичны, чем материалы плотного строения.

Повышение влажности, как правило, ухудшает электрические

свойства диэлектриков.

Одно и то же количество поглощенной влаги по-разному влияет на

электроизоляционные

свойства

разных

материалов.

Если

поглощенная

влага

способна

образовывать

внутри

изолятора

области,

которые

пронизывают весь промежуток или значительную часть промежутка между

электродами,

то

даже

весьма

малые

количества

поглощенной

влаги

приводят к резкому ухудшению электрических свойств изоляции.

Если

же

влага

распределяется

по

объему

электроизоляционного

материала

в

виде

отдельных,

не

соединенных

между

собой,

малых

включений, то влияние влаги на электрические свойства материала менее

существенно.

Для

н е с м а ч и в е м ы х

материалов

уменьшение

поверхностного удельного электрического сопротивления

;

при выдержке во

влажной среде незначительно, так как влага даже в виде росы образует на

их поверхности отдельные капли, а не сплошную водяную пленку.

Наиболее заметное ухудшение электрических свойств наблюдается у

пористых материалов.

В о д о п о г л о щ а е м о с т ь

-

это

способность

материала

поглощать воду.

Иногда электроизоляционные материалы соприкасаются не только с

воздухом, содержащим пары воды, но и непосредственно с водой. В таких

условиях

функционирует

изоляция

открытых

установок,

которые

подвергаются действию атмосферных осадков; изоляция радиоэлектронной

аппаратуры на кораблях или изоляция деталей в насосах.

В л а г о п р о н и ц а е м о с т ь -

способность

материала

пропускать сквозь себя пары воды, она имеет практическое значение при

оценке защитных покрытий.

Большинство материалов пропускают воду, только для стекол, хорошо

обожженной керамики и металлов влагопроиицаемость равна нулю.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1.

От чего зависит интенсивность и количество проникающей в

материал влаги?

2. Гигроскопичность. (Определение)?

3. Как влияет влажность, на электрические свойства диэлектриков?

4 Водопоглощаемость. (Определение)?

6.

Влагопроиицаемость. (Определение)?

12

Урок 4. Физико-химические свойства диэлектриков.

К основным физико-химическим свойствам относят кислотное

число, растворимость, химостойкость, светостойкость и радиационную

стойкость.

К и с л о т н о е ч и с л о позволяет

оценивать

количество

свободных кислот в диэлектрике, которые ухудшают электроизоляционные

и

другие

свойства

диэлектриков.

Кислотное

число

определяется

количеством миллиграммов (мг) едкого кали (КОН), необходимого для

нейтрализации свободных кислот, содержащихся в 1 г диэлектрика.

Оно определяется у жидких диэлектриков, компаундов, лаков.

Р а с т в о р и м о с т ь – способность различных материалов при

соприкосновении друг с другом в процессе изготовления или эксплуатации

изделий частично или полностью проникать друг в друга. Это свойство

важно

для

подбора

растворителей

лаков

или

для

оценки

стойкости

электроизоляционных

материалов

к

действию

различных

жидкостей,

с

которыми они контактируют.

Растворимость

твердых

материалов

можно

оценить

двумя

спо-

собами:

по количеству материала, перешедшего в раствор за единицу времени

с единицы поверхности материала;

по

наибольшему

количеству

вещества,

которое

может

быть

ра-

створено в данном растворителе, т.е. по концентрации насыщенного

раствора.

Растворимость материалов значительно повышается с повышением

температуры и уменьшается с повышением степени полимеризации.

Х и м о с т о й к о с т ь - это способность электроизоляционных

материалов

противостоять

химически

активным

веществам.

При

соприкосновении

с

химически

активными

веществами

(газами,

водой,

кислотами,

щелочами

и

солевыми

растворами)

электроизоляционные

материалы

могут

вступать

с

ними

в

химическое

взаимодействие

и

разрушаться.

Для

определения

химостойкости

образцы

материалов

помещают

в

среду,

близкую

к

эксплуатационной

или

более

интенсивной

по

концентрации

химически

активных

элементов

и

неблагоприятную

по

температурным условиям, и выдерживают определенное время. После этого

определяют изменения массы, внешнего вида и других показателей.

Для масел, смол измеряют

кислотное число, которое

характеризует

содержание

в материале

свободных

кислот

(пример

обозначения:

0,5 г

КОН/кг).

Эта величина определяет технологические особенности материала и

его

способность

вызывать

коррозию

соприкасающихся

с

ним

тел.

В

трансформаторном

масле

высокое

кислотное

число

является

признаком

плохой очистки масла при его изготовлении или признаком старения масла.

13

С в е т о с т о й к о с т ь

-

способность

материалов

сохранять

свои

эксплуатационные характеристики под действием светового облучения.

Световые

и

особенно

ультрафиолетовые

лучи

могут

вызывать

фотопроводимость,

химические

изменения

в

некоторых

органических

материалах,

а

также

стимулировать

процессы,

которые

ухудшают

их

механическую прочность и эластичность.

Под

действием

светового

облучения

также

ускоряется

старение

электроизоляционных материалов.

Р а д и а ц и о н н а я

с т о й к о с т ь

-

способность

диэлектрика

сохранять свои эксплуатационные характеристики при воздействии ионизи-

рующего излучения.

К ионизирующему излучению относят:

корпускулярное излучение

волновое излучение.

Воздействие

излучения

может

привести

к

ряду

молекулярных

преобразований и химических реакций, которые приводят к изменению

всех свойств материала: электрических, механических, физико-химических.

Наиболее подвержены действию облучения органические диэлектрики,

так

как

в

результате

длительного

или

интенсивного

облучения

может

произойти разрушение любого полимера.

Радиационное излучение может вызывать не только ухудшение свойств

диэлектриков, но и придавать им новые свойства (радиационная сшивка

полимеров, легирование полупроводников и т.п.).

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1.

Что позволяет оценивать кислотное число в диэлектрике?

2. Растворимость. (Определение)?

3. Химостойкость. (Определение)?

4 Светостойкость. (Определение)?

5. Радиационная стойкость (Определение)?

14

Урок 5. Синтетические полимеры.

П о л и м е р и за ц и о н н ы е

с и н т е т и ч е с к и е

п о л и м е р ы

получают в процессе полимеризации под действием теплоты, давления,

ультрафиолетовых лучей, а также инициаторов и катализаторов. При поли-

меризации двойные и тройные связи мономеров разрываются и молекулы,

соединяясь между собой, еще больше удлиняются.

П о л и с т и р о л (Рис. 5)

- твердый прозрачный материал,

неполярный

диэлектрик

с

высокими электроизоляционными

свойствами. Он применяется для

изготовления

каркасов

индуктивных

катушек,

корпусов

радиоприемников и телевизоров,

плат

переключателей,

для

изоляции

кабелей

и

конденсаторов.

Рис. 5.

Полистирол

П о л и э т и л е н –

(Рис.

6)

твердый

белый

или

светло-серый материал без запаха,

неполярный диэлектрик.

Благодаря

высоким

электроизоляционным

свойствам

полиэтилен

широко

применяется

как

конструкционный

материал

для

изготовления

каркасов

катушек,

деталей, работающих

в

цепях высокой частоты.

Рис. 6.

Полиэтилен

П о л и п р о п и л е н

-

(Рис.

7)

линейный

неполярный

полимер, он обладает такими же

электроизоляционными

свойствами, как полиэтилен.

Полипропилен применяют как

комбинированный

бумажно-

пленочный диэлектрик в силовых

конденсаторах,

как

пленочный

диэлектрик

в

обмоточных

проводах.

Рис. 7. Полипропилен

15

П о л и в и н и л х л о р и д

(ПВХ)

(Рис.

8)

-

белый

мелкодисперсный порошок.

Поливинилхлорид

не

растворяется

в

воде,

бензине,

спирте;

растворяется

в

дихлорэтане

и

метиленхлориде;

набухает в ацетоне и бензоле.

Рис. 8. Поливинилхлорид

При нагревании выше 140°С под действием света поливинилхлорид

разлагается с выделением хлористого водорода. Выделяющийся газ вредно

действует на организм человека и вызывает коррозию аппаратуры.

Суспензионный

поливинилхлорид

выпускают

для

кабельного

светотермосюйкого изоляционного материала, для кабельного пластиката и

для изготовления винипласта.

В и н и п л а с т (Рис.

9)

-

твердый,

не

содержащий

пластификатора

полимер,

который

получают

горячим

прессованием

порошкообразного

или

пленочного

поливинилхлорида.

Пленки

из

винипласта

применяют

для

изоляции

водопогруженных

электродвигателей,

разделения

катодных

и

анодных

пластин, в аккумуляторных батареях и

другой

электрической

аппаратуре,

работающей

в

условиях

повышенной

влажности и воздействия кислот.

Рис. 9. Винипласт

П о л и м е т и л м е т а к р и л а т

(оргстекло, плексиглас) (Рис. 10) -

прозрачный

бесцветный

материал,

полярный

диэлектрик,

который

по-

лучают

в

результате

полимеризации

эфиров метакриловой кислоты.

Применяют

органическое

стекло

для

изготовления

корпусов

приборов,

шкал,

линз,

а

также

в

качестве

дугогасящего материала.

Рис. 10.

Полиметилметакрилат

Капрон имеет температуру размягчения 215... 220 °С и

применяется для получения синтетического волокна, которое по

прочности, стойкости к истиранию и гигроскопичности значительно

превосходит текстильное волокно.

16

П о л и к а р б о н а т ы

( Р и с . 1 1 )

-

это

полиэфиры

угольной

кислоты.

Поликарбонаты

имеют

хорошие

электрические

и

механические

свойства,

относительно

высокую

температуру

размягчения

(кристаллический

поликарбонат

размягчается

при

температуре

140°С),

хорошую

химическую

стойкость,

невысокую гигроскопичность.

Применяют

поликарбонаты

для

изготовления

слоистых

пластиков,

компаундов,

пленок

для

изоляции

в

электрических машинах.

Рис. 11.

Поликарбонаты

Н а й л о н имеет более высокую температуру размягчения, чем

капрон.

Из

полиамидов

изготавливают

также

устойчивые

к

коррозии

изолирующие крепежные винты, гайки, шайбы, детали выключателей.

Выпускают полиамиды в виде порошков, роговидных гранул от белого

до

светло-желтого

и

светло-серого

цветов,

которые

перерабатывают

в

изделия литьем под давлением.

Так

как

полиамиды

затвердевают

в

узком

диапазоне

температур,

литьевую

форму

необходимо

заполнять

очень

быстро,

чтобы

успеть

заполнить ее, пока материал еще не застыл.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1.

Полистирол-область применения?

2. Полиэтилен -область применения?

3. Полистирол-область применения?

4 Поливинилхлорид -область применения?

5. Поликарбонаты -область применения

?

17

Урок 6. Электроизоляционные пластмассы

.

П л а с т и ч е с к и е

м а с с ы (пластмассы)

объединяют

группу

твердых или упругих материалов, которые состоят полностью или частично

из полимерных соединений и формуются в изделия методами, основанными

на использовании их пластических деформаций.

П л а с т м а с с ы получают на основе различных натуральных и

искусственных

смол,

они

успешно

заменяют

металлы,

фарфор,

каучук,

стекло, шелк, кожу и другие материалы.

О н и о б л а д а ю т с л е д у ю щ и м и х а р а к т е р и с т и к а м и :

сравнительно

высокие

механические

свойства,

достаточные

для

изготовления

изделий,

которые

не

подвергаются

значительным

ди-

намическим нагрузкам;

хорошие электроизоляционные свойства, что позволяет использовать

их в качестве диэлектриков;

высокая стойкость к коррозии;

высокая химическая стойкость;

низкая гигроскопичность;

легкость (плотность пластмасс обычно составляет 900... 1800 кг/м2);

широкий диапазон коэффициентов трения и высокое сопротивление

истиранию;

хорошие оптические свойства и прозрачность.

Н е д о с т а т о к п л а с т м а с с :

ползучесть, т. е. способность материала медленно деформироваться на

холоде под действием постоянных механических нагрузок;

сравнительно невысокую теплостойкость;

пониженную прочность при переменных нагрузках;

быстрое по сравнению с другими материалами старение.

П л а с т м а с с ы

м о ж н о

к л а с с и ф и ц и р о в а т ь п о

р а з л и ч н ы м с в о й с т в а м :

применению;

нагревостойкости;

химическим свойствам,

способу переработки;

используемым связующим смолам.

По п р и м е н е н и ю пластмассы делят:

на

конструкционные

(для

изготовления

корпусов

приборов,

ручек

управления и других деталей);

электроизоляционные (для каркасов катушек, панелей, плат и пр.);

специальные (магнитодиэлектрики, электропроводные и др.).

18

По н а г р е в о с т о й к о с т и пластмассы разделяют на несколько

классов:

Е -с нагревостойкостью до 120°С; к нему относятся пластмассы на

основе фенол- и меламиноформальдегидных смол с органическими

наполнителями, текстолит, гетинакс;

В -с нагревостойкостью до 130°С; к нему относятся те же пластмассы,

что и в классе А, но с неорганическими наполнителями;

F -с нагревостойкостью до 155°С; к нему относятся сложные пла-

стики на основе стекла или асбеста;

С -с нагревостойкостью до 180°С; к нему относятся прессовочные и

слоистые

пластмассы

на

основе

асбеста

и

стекла

с

кремнийорганической связкой.

По х и м и ч е с к и м с в о й с т в а м разделяют на:

Термопластичные

пластмассы

(термопласты)

обладают

способ-

ностью

под

действием

температуры

и

давления

плавиться

и

при

охлаждении затвердевать, принимая требуемую форму. Изделия из

термопластов могут перерабатываться многократно.

Термореактивные

пластмассы

размягчаются

под

действием

тем-

пературы

и

давления

и

при

дальнейшем

нагревании

необратимо

переходят

в неплавкое и нерастворимое

состояние,

сохраняя при-

обретенную

форму.

Термореактивные

пластмассы

не

поддаются

вторичной переработке.

По

с п о с о б у п е р е р а б о т к и

пластмассы

разделяются

на

пресс-порошки

и

пресс-материалы,

листовые

и

фасонные

слоистые

материалы, и пленочные материалы.

Г е т и н а к с (Рис.12)

-

слоистый

листовой

материал,

изготовленный методом горячего

прессования

двух

или

более

слоев

бумаги,

пропитанной

термореактивной

смолой.

В

зависимости от марки гетинакса

в качестве связующего вещества

применяют

фенолформальдегидную

или

эпоксидную смолу.

Рис.12. Гетинакс

Листовой текстолит применяют как конструкционно-изоляцион¬ный

материал

для

изготовления

изделий,

которые

подвергаются

ударным

нагрузкам, истиранию (детали переключателей), не требу¬ют высоких

электроизоляционных

свойств

(панели,

каркасы,

щиты,

крепежные

планки), а также в качестве оснований для печатных плат

.

19

Т е к с т о л и т

(Рис.13)

-

слоистый

материал,

изготовленный

методом

го-

рячего

прессования

хлопчатобумажной

ткани,

пропитанной

фенолформальдегидной смолой.

Промышленность выпускает

текстолит

конструкционный

(в

виде листов толщиной 0,5...8 мм

и

плит

толщиной

8...70

мм)

и

электротехнический

на

основе

таких тканей, как бязь, миткаль,

шифон

(для

изделий,

работающих

на

высоких

частотах).

Рис.13.Текстолит

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Пластические массы. Характеристики пластмасс?

2. Недостаток пластмасс?

3. Как разделяются пластмассы по применению?

4. Как разделяются пластмассы по химическим свойствам?

5. Как разделяются пластмассы по способу переработки?

20

Урок 7. Электроизоляционные материалы на основе каучуков.

Э л а с т о м е р ы -

полимеры,

которые

при

нормальной

температуре подвержены большим обратимым деформациям растяжения (до

многих сотен процентов).

Эластомерами

являются

все

каучуки

и

резины.

На

основе

каучука

получают также твердые резины, которые имеют относительное удлинение

на разрыв всего несколько процентов (2...6%). Такими являются пластмассы

на основе каучука.

К а у ч у к и

бывают

натуральные

и

искусственные

(Рис.14)

(синтетические).

Натуральный

каучук

(НК) получают из млечного сока (латекса)

тропических

растений

гевеи,

каучуконосных

кустарников

коксагыз

и

др.

Сырьем для синтетических каучуков

(СК) служат спирт, попутные продукты

нефтедобычи,

природного

газа

и

нефтепереработки. Наиболее близкими по

свойствам

к

натуральному

каучуку

являются

синтетические

каучуки

углеводородного

состава:

бутадиеновый

(СКВ),

бутадиенстирольный

(СКС),

бутилкаучук.

Рис.14. Каучук

искусственный

Р е з и н а . Технологический

процесс

получения

резиновых

изделий состоит из приготовления сырой резины, изготовления полуфаб-

рикатов или изделий из сырой резины, вулканизации изделий.

Для

приготовления

сырой

резины

каучук

разрезают

на

куски

и

пропускают через вальцы для придания ему пластичности. Полученную

массу

смешивают

с

остальными

компонентами

в

соответствующих

пропорциях в специальных смесителях и получают сырую резину в виде

однородной пластичной и малоупругой массы.

Для

изготовления

полуфабрикатов

и

изделий

используют

калан-

дрирование,

непрерывное

выдавливание,

прессование,

литье

под

давлением, прорезинивание тканей.

О н и о б л а д а ю т с л е д у ю щ и м и х а р а к т е р и с т и к а м и :

хорошая вибростойкость;

высокая эластичность;

повышенная химическая стойкость;

достаточная механическая прочность;

хорошие электроизоляционные характеристики;

устойчивость к износу.

21

Она хорошо сочетается в эксплуатации с такими материалами, как

ткань, асбест.

Н е д о с т а т о к р е з и н ы :

низкая нагревостойкость (при повышении температуры и влажности

ухудшаются диэлектрические и механические свойства резины, она

высыхает и растрескивается);

плохая стойкость к действию нефтяных масел и других неполярных

жидкостей (бензина, бензола и др.);

неустойчивость к воздействию света, особенно ультрафиолетового; в

присутствии озона быстро стареет и трескается.

Применяют для изоляции проводов и кабелей, изготовления прокладок,

шайб,

изолирующих

трубок,

диэлектрических

перчаток,

электроизоляционных ковриков

.

П л а с т м а с с ы н а

о с н о в е к а у ч у к а . К

основным

пластмассам

на

основе

каучука

относятся

эбонит,

эскапон,

асбодин,

хлоркаучук и изомеризованный каучук.

Э б о н и т (Рис.15) - твердая

резина,

которую

получают

при

вулканизации

натурального

каучука,

синтетического бутадиенового каучука

или

синтетического

бутадиенстирольного

каучука,

в

который

добавляют

25...30%

серы

и

наполнители (эбонитовую пыль, тальк

и

др.).

Эбонит

имеет

сравнительно

высокие

электроизоляционные

свой-

ства; он устойчив к действию кислот и

щелочей,

не

растворяется

в

органических

растворителях,

также

имеет

высокую

дугостойкость

и

стойкость к ударным нагрузкам.

Рис.15.Эбонит

К недостаткам эбонита относятся низкая теплостойкость (сохраняет

свои свойства в интервале температур 50...80°С), склонность к холодной

текучести;

он

стареет

под

действием

тепла

и

света.

Эбонит

хорошо

обрабатывается резанием и полируется.

Э с к а п о н

получают полимеризацией синтетического бутади-

енового каучука при повышенном давлении и температуре 250...270°С в

пресс-формах. Он не содержит серы.

По механическим и химическим свойствам близок к эбониту, однако по

сравнению с эбонитом обладает меньшими диэлектрическими потерями,

повышенной нагревостойкостью; не подвержен старению.

Выпускается в виде плит толщиной до 20 мм, стержней, трубок.

Применяется

для

изготовления

изделий,

работающих

на

высоких

частотах, и эскапоновых лакотканей.

22

А с б о д и н представляет собой композицию на основе каучука,

асбестового волокна и железного сурика с вулканизирующими добавками.

Он имеет повышенные нагревостойкость и дугостойкость, устойчив

воздействию

плесеневых

грибков,

надежно

работает

в

тропических

условиях,

имеет

также

пониженную

текучесть

и

длительность

термообработки в пресс-формах (примерно 16 ч).

Применяют в качестве низковольтного изоляционного материала.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Эластомеры.

(Определение)?

2. Виды каучуков?

3. Резина и ее характеристики?

4. Недостатки резины?

5. Пластмассы на основе каучука?

23

Урок 8. Лаки и эмали.

Л а к и - это коллоидные растворы пленкообразующих веществ

в соответствующих летучих растворителях.

Основными составляющими лака являются:

пленкообразующие

вещества,

способные

давать

пленку

(расти-

тельные

высыхающие

масла,

смолы,

битумы,

эфиры

целлюлозы,

полиэфирные и кремнийорганические соединения);

растворители (бензол, толуол, спирт, сероуглерод, ацетон и др.);

пластификаторы

-

вещества,

придающие

пленке

пластичность

(касторовое масло);

сиккативы

-

твердые

или

жидкие

вещества,

которые

вводятся

в

некоторые лаки для ускорения высыхания; красители;

разжижжители, добавляемые в лак для получения консистенции в

соответствии с требованиями технических условий (лаковый керосин,

бензин, скипидар).

Рис.16. Электроизоляционные

лаки

При

сушке

лака

растворитель

улетучивается,

а

пленкообразователь

в

результате

химических

реакций

переходит в твердое состояние, образуя

лаковую пленку.

По

режиму

сушки

электроизоляционные

лаки

(Рис.16)

делят на лаки холодной и горячей сушки.

По

назначению

электроизоляционные

лаки

делят

на

пропиточные, покрывные и клеящие.

Один

и

тот

же

лак

может

использоваться

в

качестве

пропиточного, покрывного и клеящего.

П р о п и то ч н ы е л а к и служат

для

пропитки

пористой

и

волокнистой

изоляции.

Изготавливают

пропиточные

лаки

холодного

и

горячего отвердения.

Пропиточные

лаки

должны

иметь

необходимые

изоляционные

свойства,

хорошие

пропитывающую

и

цементирующую

способности,

быстро отвердевать и нормально функционировать в диапазоне рабочих

температур.

В процессе пропитки воздух вытесняется из пор и заполняется лаком,

который после высыхания имеет более высокие электрическую прочность и

теплопроводность, чем воздух. После пропитки у изоляции повышается

пробивочное напряжение; увеличивается теплопроводность, что важно для

отвода

теплопотерь;

уменьшается

гигроскопичность;

улучшаются

механические свойства.

24

К

пропиточным

лакам

относят

кремнийорганические,

битумно-

масляные, масляно-алкидные и другие лаки.

Кремнийорганические

лаки

применяют

для

пропитки

стеклянной

обмотки проводов кабелей и изготовления стеклотекстолита.

Битумно-масляные лаки состоят из смеси черных и масляных лаков.

В качестве растворителей для битумно-масляных лаков используют

ароматические

Битумно-масляный лак применяют для изготовления лакотканей.

П о к р ы в н ы е л а к и

служат

для

защиты

изделий

от

воздействия атмосферной влаги и паров агрессивных веществ.

К

покрывным

лакам

относят

кремнийорганические

лаки,

лаки

на

поливинилацетатной

основе,

лаки

на

полиуретановой

основе,

масляные

лаки, полиамидный и полиимидный лаки, целлюлозные лаки.

Лаки на поливинилацетатной и полиуретановой основе используют для

изготовления медных эмалированных проводов.

Масляные лаки используют для изготовления обмоточных проводов.

Полиимидный

лак

используют

для

межслойной

изоляции

тонких

пленок

в

гибриднопленочных

интегральных

схемах

и

изготовления

фольгированных диэлектриков.

Целлюлозные

лаки

представляют

собой

растворы

термопластичных

эфиров целлюлозы, которые в большинстве случаев сохнут при комнатной

температуре.

Наибольшее

распространение

получили

нитроцеллюлозные

лаки

(нитролаки),

которые

обладают

высокой

механической

прочностью;

хорошей устойчивостью к воздействию воздуха, влаги, масел; хорошим

блеском.

Однако

у

нитролаков

плохая

адгезия

к

металлам,

поэтому

при

нанесении

их

на

металлические

поверхности

используют

подслой

из

«грунтового» лака, который

хорошо скрепляется

с металлом, но менее

стоек к действию воздуха, света и влаги.

Нитролак используют также для пропитки хлопчатобумажных оплеток

проводов.

Э м а л и представляют собой разновидность покрывных лаков,

в состав которых вводится неорганический наполнитель - пигмент.

Пигменты

повышают

твердость,

теплопроводность,

влагостойкость

покрытий и придают им соответствующий цвет. В качестве наполнителей

используют железный сурик, оксиды цинка, титана и др.

Л а к о к р а с о ч н ы е

п о к р ы т и я .

Нанесение

жидких

лаков,

компаундов и эмалей с последующим их отвердением является одним из

первых методов защиты поверхности и относится к наиболее простым и

широко

распространенным

способам

защиты

при

сборке

изделий

электронной техники.

К

защитным

лакокрасочным

покрытиям

предъявляются

следующие

25

требования:

большое

удельное

электрическое

сопротивление;

малая

химическая

активность;

хорошая

сцепляемость

с

поверхностями

защищаемых изделий; высокая механическая прочность;

К л е я щ и е л а к и применяют

для

склеивания

между

собой

твердых

материалов

(фольгированных

диэлектриков,

листов

пакетов

трансформаторов, пластинок расщепленной слюды и др.).

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Лаки.

(Определение)?

2. Основные составляющие лака?

3. Назначение пропиточных лаков?

4. Назначение покрывных лаков?

5. Назначение лакокрасочных покрытий и клеящих лаков?

26

Урок 9. Твердые неорганические диэлектрики.

С т е к л а -

твердые

неорганические

аморфные

вещества,

представляющие собой сложные системы различных оксидов, атомы кото-

рых не могут свободно перемещаться друг относительно друга. Иногда

такое состояние вещества называют стекловидным.

По

положению

в

структуре

стекла

и

по

роли

в

процессе

стеклообразования оксиды делят на оксиды-стеклообразователи, оксиды-

модификаторы, промежуточные оксиды.

Т в е р д о с т ь

с т е к л а

-

это

его

способность

сопротивляться

царапанию. Стекло обладает значительной твердостью, но плохо переносит

ударные нагрузки.

Стекло

относится

к

очень

хрупким

материалам.

Наименьшей

хрупкостью обладают боросиликатные стекла.

Электрические

свойства

стекол

зависят

от

их

химического

состава

и

термообработки.

При

нормальной

температуре

удельное

электрическое сопротивление стекол р изменяется от 10

б

до Ю

15

Ом-м, но у

некоторых

стекол

р

может

составлять

10

3

Ом-м.

Большое

содержание

оксидов щелочных металлов в составе стекломассы существенно снижает

объемное сопротивление стеклянных деталей.

Химическая стойкость стекла также завист от его состава. Стекло

обладает сравнительно высокой химической стойкостью, но вода, щелочи и

кислоты

постепенно

разрушают

его

поверхность.

С

повышением

температуры

воды,

щелочей

и

кислот

процесс

разрушения

стекла

усиливается.

К

действию

органических растворителей

стекло

устойчиво.

Стекло хорошо растворяется в плавиковой кислоте, поэтому при травлении

полупроводниковых материалов в смеси плавиковой и азотной кислот нельзя

использовать стеклянную посуду.

К е р а м и ч е с к и е м а т е р и а л ы обладают нагревостойкостью,

влагостойкостью, механической прочностью, высокими диэлектрическими

свойствами, стабильностью и надежностью параметров при эксплуатации,

возможностью получения заранее заданных электрофизических параметров

материала.

Рис.17. Керамические изляторы

Керамические

материалы

(Рис.17)

разнообразны

по

свойствам и области применения.

В зависимости от назначения

изготавливают

радиотехнические

керамические

материалы

следующих типов: конденсаторная

керамика

(высокочастотная

и

низкочастотная),

установочная

керамика

(высокочастотная

и

низкочастотная).

27

Каждый тип керамики подразделяют на 10 классов.

Конденсаторная

керамика

должна

иметь

высокую

диэлектрическую

проницаемость, малый тангенс угла диэлектрических потерь, электрическую

и

механическую

прочность,

высокую

термостабильность

и

малый

температурный коэффициент диэлектрической проницаемости (контурные

стабильные

конденсаторы),

отрицательное

значение

температурного

коэффициента

диэлектрической

проницаемости

(термокомпенсирующие

конденсаторы).

Свойства керамических изделий (конденсаторов) можно изменять, меняя

состав исходного

сырья,

технологические режимы изготовления

и

вводя

различные добавки.

Основными

компонентами

исходного

сырья

для

изготовления

конденсаторной керамики являются кристаллообразующие оксиды титана,

олова, циркония, стронция, кальция, магния, алюминия и др.

Исходное сырье конденсаторной керамики малопластично, поскольку

глина в нем отсутствует или содержится в незначительном количестве.

Поэтому

при

изготовлении

изделий

из

него

для

обеспечения

необходимой

пластичности

часто

вводят

органическую

связку,

которая

выгорает при обжиге.

Фарфор

с

начала

развития

электротехники

и

по

настоящее

время

является

одним

из

основных материалов

для

производства

малоответсвенных

установочных

деталей

(Рис.18)

(розеток,

патронов электрических

ламп и пр.).

Рис.18.Установочные изделия из фарфора

Рис.19.Слюда

Слюда (Рис.19) представляет

собой природный кристаллический элект-

роизоляционный материал, который легко

расщепляется

на

тонкие

пластинки

по

параллельным друг к другу плоскостям.

Эти плоскости называются плоскостями

спайности.

Слюдяные

электроизоляционные

материалы

изготавливают

на

основе

пластинок

щипаной

природной

или

синтетической слюды.

К ним относятся миканиты, слюдинигы, слюдокерамика, прессмика,

микалекс.

28

Свойства слюды:

высокиеэлектроизоляционные свойства;

нагревостойкость;

механическая прочность;

гибкость;

прозрачность (в тонких слоях многих видов слюды).

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Стекла. (Определение)?

2. Твердость стекла. (Определение)?

3. Электрические свойства стекол?

4. Свойства керамических материалов?

5. Область применения фарфора и слюды?

29

Урок 10. Жидкие и газообразные диэлектрики.

Ж и д к и е

д и э л е к т р и к и

представляют

собой

низкомолекулярные

вещества

органического

происхождения,

которые

бывают полярными и неполярными.

В

качестве

жидких

электроизоляционных

материалов

в

электро-

технических

устройствах

используют

нефтяные

(минеральные)

масла

(трансформаторное,

кабельное,

конденсаторное),

синтетические

жидкие

диэлектрики (хлорированные углеводороды, кремний- и фторорганические

жидкости, сложные эфиры различных типов) и растительные масла.

К жидким диэлектрикам относят нефтяные электроизоляционные масла

(трансформаторное,

кабельное,

конденсаторное),

синтетические

жидкие

диэлектрики

(хлорированные

углеводороды,

кремнийорганические

жидкости, фторорганические жидкости).

Т р а н с ф о р м а т о р н о е м а с л о - жидкость от почти бесцветного до

темно-желтого цвета. По химическому составу представляет собой смесь

нафтеновых и парафиновых углеводородов и поэтому является неполярным

диэлектриком

с

малой

диэлектрической

проницаемостью.

Применяют

трансформаторное масло в качестве изолирующей и охлаждающей среды в

силовых

и

импульсных

трансформаторах,

реакторах

высоковольтных

выключателях, таких как дугогасящая среда.

К а б е л ь н о е м а с л о отличается от трансформаторного повышенной

вязкостью,

а

от

конденсаторного

-

пониженными

электрическими

свойствами. Оно используется как составная часть в масляно-канифольных

компаундах для пропитки изоляции силовых кабелей.

Г а з о о б р а з н ы е

д и э л е к т р и к и

должны

быть

химически

инертны; при ионизации не должны образовывать особо активных веществ,

способных разрушать твердые материалы или вызывать коррозию металлов.

Электрическая прочность газов по сравнению с твердыми и жидкими

диэлектриками невелика. Нарушение их изоляционных свойств связано с

явлением ударной ионизации.

Основным недостатком газообразной электрической изоляции является

ее низкая электрическая прочность, однако в ряде случаев этот недостаток не

имеет значения.

В качестве газообразных диэлектриков применяют воздух, инертные и

электроотрицательные газы.

В ряде случаев воздух является основным изолирующим материалом,

например

в

воздушных

конденсаторах,

на

участках

воздушных

линий

электропередачи воздух образует единственную изоляцию между голыми

проводами. Однако чаще всего он является вспомогательным диэлектриком,

окружающим

детали и

узлы.

По причине

своей распространенности

он

входит в состав многих устройств.

А з о т N

2

- бесцветный газ, не имеющий запаха. Он бесцветен также в

жидком

и

твердом

состоянии.

Обладает

одинаковой

с

воздухом

30

электрической

проницаемостью, но менее

активен,

чем

воздух,

который

содержит кислород.

К и с л о р о д г а з о о б р а з н ы й 0

2

- бесцветный газ без запаха и вкуса.

В о д о р о д

H

2

- бесцветный горючий газ, не имеющий запаха; самый

легкий газ (1 л водорода при нормальных условиях имеет массу 0,09 г).

Водород

обладает

свойставами,

особо

благоприятными

для

ис-

пользования в качестве охлаждающей среды вместо воздуха, так как имеет

высокую удельную теплопроводность и теплоемкость.

Крупные электрические

машины

также заполняются водородом

для

снижения потерь мощности на трение ротора в газе и замедления старения

органических

компонентов

изоляции.

Водород

используют

в

качестве

восстановительной среды при пайке и термической обработке.

Водород технический в зависимости от марки получают электролизом

воды и хлористых солей или паровой конверсией углеводородных газов.

Г е л и й Н е - инертный газ, самый легкий из всех инертных газов.

Гелий не горит, не поддерживает горение. При комнатной температуре

обыкновенное стекло, железо, палладий и платина непроницаемы для гелия,

однако он проникает через кварцевое стекло, а при высокой температуре -

через фосфор. Обладает уникальными свойствами: имеет самую низкую

электрическую прочность (примерно в 17 раз меньшую, чем у воздуха),

самую

низкую

по

сравнению

со

всеми

газами

температуру

сжижения;

диэлектрическая

проницаемость

жидкого

гелия

почти

не

отличается

от

диэлектрической

проницаемости

газов;

коэффициенты

термического

расширения газообразного и жидкого гелия одного порядка.

Благодаря чрезвычайно низкой теплоте испарения сжиженный гелий

применяют в качестве низкотемпературного хладагента. При испарении

жидкого

гелия

была

получена

самая

низкая

температура,

всего

на

несколько десятых градуса выше абсолютного нуля.

А р г о н А r

2

- бесцветный инертный* газ, почти в 2 раза тяжелее

воздуха.

Применяется в

газоразрядных приборах и

осветительных лампах,

в

микроэлектронике в качестве защитного газа при микропайке, микросварке;

при сборке и межоперационном хранении приборов в инертной среде; как

газ-носитель при производстве полупроводниковых материалов.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Жидкие диэлектрики. (Определение)?

2. Область применения трансформаторного масла?

3. Область применения кабельного масла?

4. Требования к газообразным диэлектрикам?

5. Недостатки газообразной электрической изоляции?

31

Урок 11. Классификация проводниковых материалов.

П р о в о д н и ко в ы е м а т е р и а л ы обладают

способностью

проводить электрический ток и характеризуются весьма малым или задан-

ным

удельным

электрическим

сопротивлением.

К

ним

относятся

и

материалы

с

высоким

сопротивлением,

и

сверхпроводниковые,

и

криопроводниковые

материалы,

у

которых

удельное

электрическое

сопротивление при очень низких температурах весьма мало.

По а г р е г а т н о м у

с о с т о я н и ю проводниковые материалы

разделяют на газообразные, жидкие и твердые.

К

г а з о о б р а з н ы м п р о в о д н и к о в ы м м а т е р и а л а м

относят все газы и пары, в. том числе и пары металлов. При достаточно

малых

значениях

напряженности

электрического

поля

они

являются

диэлектриками и обладают очень высоким удельным электрическим сопро-

тивлением.

Однако

при

напряженности

электрического

поля,

которое

обеспечивает начало ионизации, газ может стать проводником, в котором

перенос электрических зарядов осуществляется электронами и ионами.

Если

в

единице

объема

сильно

ионизированного

газа

наступает

равенство между числом электронов и положительных ионов, то такой газ

представляет собой особую проводящую среду, называемую плазмой.

Проводимость газов и паров используют в различных газоразрядных

приборах.

К ж и д к и м п р о в о д н и ка м относят расплавы металлов и

растворы (в частности, водные) и расплавы солей, кислот и других веществ

с ионным строением молекул.

Механизм прохождения электрического тока через твердые и жидкие

металлы обусловлен направленным движением свободных электронов под

воздействием электрического тока, который создается приложенным извне

напряжением.

Поэтому

твердые

и

жидкие

металлы

называют

проводниками

с

электронной

(металлической)

электропроводностью

или

проводниками

первого рода.

Растворы

и

расплавы

солей,

кислот

и

щелочей,

проводящие

элек-

трический ток, называют электролитами или проводниками второго рода.

При прохождении

электрического

тока

через электролит,

в который

погружены

электроды,

электрические

заряды

переносятся

вместе

с

частицами

молекул

(ионами)

электролита.

На

электродах

происходит

выделение веществ из раствора.

Большинство металлов имеют высокую температуру плавления. Только

ртуть и некоторые специальные сплавы (например, сплавы системы индий-

галий)

могут

быть

использованы

в

качестве

жидких

проводников

при

нормальной температуре.

Тема2.

ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

32

Электролиты

используют

в

технологии

изготовления

различных

элементов радиоэлектронных устройств.

К т в е р д ы м п р о в о д н и к а м о т н о с я т м е т а л л ы и с п л а в ы .

В Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева

75% элементов - металлы. В твердом состоянии металлы имеют кристал-

лическую структуру, для которой характерен особый вид металлической

связи между атомами.

При

прохождении

электрического

тока

через

контакт

различных

металлов не происходит переноса вещества одного металла в другой, как

это имеет место при прохождении тока в электролитах, поскольку перенос

электрических зарядов осуществляется только электронами.

По

характеру

применения

в

радиоэлектронных

приборах

металлические материалы разделяют на материалы высокой проводимости

и материалы с высоким сопротивлением.

Материалы

с

высокой

проводимостью

(железо,

медь,

алюминий,

золото, серебро и др.) используют как основу в контактных материалах и

припоях,

для

изготовления

проводов,

микропроводов,

проводящих

покрытий и пленок, различных токопроводящих деталей.

Материалы

с

высоким

сопротивлением

используют

в

качестве

резистивных материалов и материалов для термопар. Наиболее известные

сплавы

с

высоким

сопротивлением:

медно-марганцевые

(манганины),

медно-никелевые (константаны), сплавы железа, никеля и хрома (нихромы).

Материалы,

обладающие ничтожно малым

удельным электрическим

сопротивлением

р

при

очень

низких

температурах

называются

сверхпроводниками.

Свойством

сверхпроводимости

обладают

ртуть,

алюминий,

свинец,

ниобий, соединения ниобия с оловом, титаном и др.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Свойства проводниковых материалов?

2. Что относят к газообразным проводниковым материалам?

3. Что относят к жидким проводникам?

4. Что относят к проводникам первого и второго рода?

5. Что относят к твердым проводникам?

33

Урок 12. Основные свойства и характеристики проводниковых

материалов.

Т в е р д ы е м е т а л л и ч е с к и е п р о в о д н и ки характеризуются

высокой электро- и теплопроводностью, что обусловлено особенностями

металлической связи между атомами. В качестве проводников применяются

также

неметаллические

материалы

(уголь,

графит,

угольно-графитовые

композиции, высокоионизированные газы). Они обладают механическими,

физико-химическими и технологическими свойствами.

К

м е х а н и ч е с к и м

с в о й с т в а м

относят

твердость,

упругость,

вязкость,

пластичность,

линейное

расширение,

хрупкость,

прочность,

усталость.

Т в е р д о с т ь - это способность материала сопротивляться

проникновению в него другого, более твердого тела.

Существуют различные методы определения твердости: вдавливание,

царапание, упругая отдача. Наибольшее распространение получил метод

вдавливания

в

материал

стального

шарика

(твердость

по

Бриннелю),

вдавливания конуса (по Роквеллу), вдавливания пирамиды (по Виккерсу).

Диаметр шарика, нагрузку и время выдержки под нагрузкой выбирают

по

специальным

таблицам

в

зависимости

от

толщины

и

твердости

материала.

Перед

испытанием

поверхность

детали

или

образца

зачищают

напильником или наждачным кругом.

Упругость - это свойство материала восстанавливать свою фор-

му и объем после прекращения действия внешних сил, которые вызывают

их изменение.

Вязкость - это способность материала оказывать сопротивле-

ние динамическим (быстровозрастающим) нагрузкам.

Ударная вязкость - это способность материала оказывать сопро-

тивление ударным нагрузкам.

Пластичность - это свойство материала деформироваться без

разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после

прекращения действия этих сил.

Относительным

удлинением

называют

отношение

абсолютного удлинения образца к его первоначальной расчетной длине.

Относительным сужением называют отношение абсолютного

сужения

площади

поперечного

сечения

образца

после

разрыва

к

его

первоначальной площади поперечного сечения.

Для проводников, используемых в электровакуумных приборах, важной

механической

характеристикой

материала

является

температурный

коэффициент

линейного

расширения,

который

позволяет

определять

изменения

любых

геометрических

размеров

изделий

(длины,

ширины,

толщины) при нагревании.

34

Однако наиболее легко изменение размеров изделия при нагревании

фиксируется по максимальному размеру длины.

Х р у п к о с т ь - это способность материалов разрушаться при

приложении резкого динамического усилия.

П р о ч н о с т ь - это способность материала сопротивляться дей-

ствию внешних сил, не разрушаясь.

У с т а л о с т ь

-

это

разрушение

материала

под

действием

небольших повторных или знакопеременных нагрузок (вибраций). Такие

нагрузки испытывают, например, контакты, пружины.

Под действием многократных повторно-переменных (изменяющихся

только по значению) и знакопеременных нагрузок (сжатие и растяжение)

металл разрушается при напряжениях, значительно меньших, чем предел

прочности, т. е. наступает усталость.

Свойство

металла

выдерживать,

не

разрушаясь,

большое

число

повторных или знакопеременных напряжений называется выносливостью.

К ф и з и ко - х и м и ч е с к и м

с в о й с т в а м относят цвет, плот-

ность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое

расширение,

электропроводность, магнитные свойства, поглощение газов, коррозионную

стойкость и др.

Физико-химические

свойства

оценивают

удельным

электрическим

сопротивлением, удельной электрической проводимостью, температурным

коэффициентом

удельного

электрического

сопротивления

и

коэффициентом теплопроводности.

П о п л о т н о с т и металлы разделяют на легкие и тяжелые.

К легким относят те металлы, плотность которых меньше 5 Мг/м

3

.

Одним

из

наиболее

легких

металлов

считается

натрий,

плотность

которого меньше плотности воды.

К

тяжелым

относят

подавляющее

большинство

металлов,

ис-

пользуемых в технике (железо, медь, никель, олово и др.).

К

т е х н о л о г и ч е с к и м

с в о й с т в а м

относятся

ковкость,

свариваемость, обрабатываемость резанием, жидкотекучесть, усадка и

др.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Чем характеризуются твердые металлические проводники?

2. Упругость. Вязкость. (Определение)?

3. Хрупкость.

Прочность. (Определение)?

4. Физико-химические свойства проводников?

5. Технологические свойства проводников?

35

Урок 13. Медь, алюминий и железо .

К

материалам

с

высокой

проводимостью

предъявляются

следующие требования:

минимальное значение удельного электрического сопротивления;

достаточно высокие механические свойства (главным образом предел

прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве);

способность легко обрабатываться, что необходимо для изготовления

проводов малых и средних сечений;

способность

образовывать

контакты

с

малым

переходным

сопротивлением

при

пайке,

сварке

и

других

методах

соединения

проводов;

коррозионная стойкость.

М е д ь (Рис.20) является одним из самых распространенных

материалов высокой проводимости.

Рис.20. Медь

Медь

обладает

следующими

свойствами:

малым

удельным

электрическим сопротивлением;

высокой

механической

прочностью;

удовлетворительной

коррозионной стойкостью;

хорошей

паяемостью

и

свариваемостью;

хорошей

обрабатываемостью

(медь прокатывается в листы и

ленты

и

протягивается

в

проволоку).

Сплавы меди с небольшим содержанием легирующих примесей

применяют в ряде случаев, когда от проводникового материала требуется

не

только

высокая

проводимость,

но

и

повышенные

механическая

прочность,коррозионная стойкость и сопротивляемость истиранию.

Рис.21. Бронза

Б р о н з а (Р и с . 2 1 )

-

сплав

меди

с

примесями

олова,

алюминия,

кремния,

бериллия

и

других

элементов,

среди

которых

цинк

не

является

основным

легирующим элементом.

36

Рис.22. Латуни

Латуни

(Рис.22)

представляют

собой

медные

сплавы,

в

которых

основным

легирующим

элементом

является

цинк (до 43%).

Латуни

прочнее,

пластичнее

меди.

Рис.23. Алюминий

Алюминий

(Р и с . 2 3 )

обладает

следующими

особенностями:

удельное

электрическое

сопротивление р алюминия

(при содержании примесей

не более 0,05%) в 1,63 раза

больше,

чем

у

меди,

поэтому

замена

меди

алюминием

не

всегда

возможна,

особенно

в

радиоэлектронике;

алюминий

приблизительно

в 3,5 раза легче меди;

из-за высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления

алюминия

нагревание

алюминиевого

провода

до

расплавления

требует

больших

затрат

энергии,

чем

нагревание

и

расплавление

такого же количества меди;

даже при одинаковой стоимости алюминия и меди в слитках сто-

имость алюминиевой проволоки почти вдвое ниже, однако исполь-

зование

алюминия

для

изолированных

проводов

в

большинстве

случаев менее выгодно из-за затрат на изоляцию;

алюминии

на

воздухе

активно

окисляется

и

покрывается

тонкой

оксидной пленкой

с большим электрическим сопротивлением,

ко-

торая предохраняет алюминий от дальнейшей коррозии, но создает

большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых

проводов;

алюминий менее дефицитен, чем медь;

существенным недостатком алюминия как проводникового материала

является

низкая

механическая

прочность,

для

ее

повышения

алюминий подвергается механической обработке;

прокатка, протяжка и отжиг алюминия аналогичны соответствующим

операциям для меди;

примеси значительно снижают проводимость алюминия.

37

Рис.24. Железо

Ж е л е з о (Р и с . 2 4 )

обладает следующими свойствами:

более высокое по сравнению

с

медью

и

алюминием

удельное

электрическое

сопротивление

(р

примерно

0,1 мкОм-м), что ограничива-

ет возможности применения

железа

как

проводникового

материала;

высокий

температурный

коэффициент

удельного

электрического

сопротивления;

высокая механическая прочность; дешевизна и доступность материала;

большая магнитная проницаемость и высокая индукция насыщения;

технологичность

(хорошо

штампуется

и

обрабатывается

на

всех

металлорежущих станках).

Железо используют при разработке нагревостойких сплавов и сплавов с

высоким

сопротивлением,

в

которые

железо

входит

как

необходимая

составная часть. Его применяют также в электровакуумных приборах как

материал

для

анодов,

экранов

и

других

элементов,

работающих

при

температурах до 500 °С.

Как ферромагнитный материал железо является основным и наиболее

дешевым компонентом магнитных материалов.

С т а л и . Железоуглеродистые

сплавы

с

содержанием

углерода до 0.05% принято называть техническим железом, с содержанием

углерода 0,05... 1,35% - сталями, а с содержанием углерода свыше 2% -

чугунами.

Кроме

углерода

железоуглеродистые

сплавы

всегда

содержат

примеси кремния, марганца, серы и фосфора.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Требования к материалам с высокой проводимостью?

2. Свойства меди?

3. Свойства алюминия?

4. Свойства железа?

38

Урок 14. Материалы для электроугольных изделий.

Неметаллическими

материалами,

обладающими

свойствами

проводников

и

используемыми

в

качестве

проводниковых

материалов,

являются

природный

графит,

сажа,

пиролитической

углерод,

бороуглеродистые пленки.

К

э л е к т р о т е х н и ч е с к и м

у г о л ь н ы м

и з д е л и я м

(сокращенно

электроугольные

изделия)

относятся

щетки

электрических

машин,

электроды

для

прожекторов

и

электролитических

ванн,

аноды

гальванических элементов, микрофоны, содержащие

угольный порошок,

угольные высокоомные резисторы, разрядники для телефонных сетей.

Исходным

сырьем

для

производства

электроугольных

изделий

являются графит, сажа и антрацит.

Рис.25. Природный графит

П р и р о д н ы й

г р а ф и т

(Р и с . 2 5 ) - кристаллическое вещество,

одна

из

форм

углерода

слоистой

структуры (углерод известен в виде трех

видоизменений:

алмаза,

графита

и

аморфного углерода - угля).

Графит

образует

слоистую

кристаллическую решетку, каждый слой

которой

представляет

собой

шестиугольную сетку с расположенными

в узлах атомами углерода.

Отдельные слои отстоят друг от друга на большее расстояние, чем

атомы

между

собой

внутри

каждого

слоя,

поэтому

графит

легко

отслаивается, что ценно для работы скользящих контактов. Это свойство

используют

также

при

изготовлении

сухих

смазочных

материалов

на

основе

графита.

Его

физические

свойства

в

направлении

слоистости

и

перпендикулярно к ней различны.

Графит обладает следующими свойствами:

в

направлении

слоев

электропроводность

графита

имеет

«метал-

лический» характер;

с увеличением температуры прочность графита повышается;

на воздухе горит при температуре выше 600 °С;

при нагревании до температуры 170°С с

воздухом не

взаимодей-

ствует;

ни при каких температурах не взаимодействует с серной, соляной и

плавиковой кислотами и царской водкой;

с концентрированной азотной кислотой вступает в реакцию, а в смеси

с

концентрированными

азотной

и

серной

кислотами

графит

(1

г)

растворяется

и

образует

графитовую

кислоту;

с

расплавленными

щелочами не взаимодействует.

39

Добывают природный графит обогащением специальных руд.

Рис.26. Искусственные графиты

И с к у с с т в е н н ы е

г р а ф и т ы

(Рис.26)

получают

перекристаллизацией

углей

при

температуре 2200...2500°С.

Во многих случаях им отдают пред-

почтение перед природными, поскольку

искусственные

графиты

имеют

очень

чистый

состав,

а

их

стоимость

не

превышает

стоимости

природных

графитов.

Пиролитические пленки углерода обладают следующими свойствами:

высокая стабильность параметров; низкий уровень шумов;

небольшой

и

неизменный

температурный

коэффициент

сопротивления;

малая

зависимость

сопротивления

от

приложенного

напряжения;

стойкость

к

импульсным

перегрузкам;

относительно

низкая

себестоимость.

Природный

графит,

сажу,

пиролитический

углерод

и

бороуглеродистые пленки используют в качестве проводящих материалов

для непроволочных линейных резисторов, которые должны иметь малую

зависимость

электрического

сопротивления

от

напряжения

и

высокую

стабильность при повышенной температуре и влажности.

Непроволочные

резисторы

отличаются

от

проволочных

меньших

размер

и

высоким

верхним

пределом

номинального

сопротивления.

Угольные материалы используют для изготовления щеток.

Рис.27. Сажа

С а ж а (Р и с . 2 7 )

представляют собой мелкодисперсный

углерод

с

примесью

смолистых

веществ.

Лаки

с

добавками

углерода

обладают

широким

диапазоном

удельного

электрического

сопротивления (0,01...400 Ом-м).

Для

получения

стержневых

электродов сажу, и графит смешивают

со связующим материалом, в качестве

которого

используют

ка-

менноугольную

смолу,

а

иногда

жидкое стекло.

Полученную

массу

продавливают

через

мундштук

или

прессуют

в

соответствующих пресс-формах и подвергают термообработке.

40

Рис.28. Антрацит

А н т р а ц и т

(

Р и с . 2 8 )

представляет

собой

блестящий,

черного цвета ископаемый

уголь с

наиболее

высокой

степенью

изменения

структуры

в

ряду

каменных углей.

Горит слабым пламенем, почти

без дыма, не спекается.

Антрацит

используют

в

виде

угольных

порошков

и

угольных

материалов.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1.

Какие материалы относятся к неметаллическим материалам,

обладающие проводимостью?

2. Что относят к электротехническим угольным изделиям?

3. Свойства графита?

4. Область применения графита, саж, антрацита?

41

Урок 15. Материалы для скользящих и размыкающих контактов.

Все

контактные

материалы

при

работе

подвергаются

износу

(раз-

рушению). Принято различать механический, химический и электрический

износы.

М е х а н и ч е с к и й

и з н о с

связан

с

истиранием

и

деформированием материалов

контактирующих поверхностей вследствие

приложения

определенной

силы

при

ударе

контактов

и

последующего

контактного нажатия. Он зависит от свойств материала и конструкции кон-

тактного устройства.

Х и м и ч е с к и й и з н о с ( к о р р о з и я ) обусловлен химическим

взаимодействием контактных материалов с окружающей средой, т. е. с по-

явлением на их поверхности оксидных, сульфидных, карбонатных и других

пленок

с

плохой

электропроводностью.

Все

металлические

изделия

в

процессе эксплуатации подвержены действию коррозии, однако коррозия

контактных

материалов

протекает

значительно

активнее

по

причине

разогрева контактов до высоких температур. Для повышения стойкости к

коррозии в контактном устройстве создается вакуум или среда инертного

газа, а контактные поверхности покрываются более стойкими к коррозии

металлами.

Э л е к т р и ч е с к и й и з н о с ( э л е к т р и ч е с к а я э р о з и я и л и

о б г о р а н и е )

наблюдается

только

в

разрывных и

частично

скользящих

контактах. Это связано с полярностью контактов и сводится к испарению и

переносу из-за воздействия электрической дуги в случае разрыва контакта

частиц

контактного

материала.

В

результате

на

одной

контактной

поверхности образуются наросты, а на другой –

углубления (кратеры). При переносе металла с анода на катод между ними

могут

возникать

иглы,

которые

препятствуют

размыканию

контакта

и

нарушают его работу. При относительно больших плотностях тока может

произойти

сваривание

контактных

поверхностей.

Особо

остро

эрозия

проявляется в цепях постоянного тока.

К

контактным

материалам

предъявляются

следующие

требования:

низкое

переходное

электрическое

сопротивление

(сопротивление

в

месте соприкосновения контактных поверхностей);

стойкость к износу;

постоянство переходного сопротивления в процессе работы.

Наиболее

ответственными

контактами,

применяемыми

в

элект-

ротехнике, являются контакты, служащие для периодического замыкания и

размыкания электрических цепей (скользящие и размыкающие).

С к о л ь з я щ и е

к о н т а к т ы

обеспечивают

переход

электрического тока от неподвижной части устройства к подвижной.

42

При

работе

скользящих

контактов

их

поверхности

подвергаются

механическому

износу

и

коррозии.

К

скользящим

контактам

относят

пружинные металлические и электротехнические угольные.

Рис.29.Применение пружинных скользящих

контактов в реостате

Материалы

для

пружинных

скользящих

контактов

должны

обладать

следующими

свойствами: высокая прочность и

твердость,

высокая

упругость,

низкое

удельное

электрическое

сопротивление,

малое

падение

напряжения на контакте, высокая

стойкость

к

истиранию,

выдерживают работу на больших

скоростях, стойкость к окислению.

Основное

применение

пружинные

контактные

материалы

находят

в

проволочных потенциометрах, реостатах( Рис.29), переключателях.

Электротехнические

угольные

материалы

широко

используют

для

изготовления

щеток

электрических

машин,

угольных

электродов

для

гальванических элементов, дуговых печей и т. п.

Рис.30. Щетки

Щетки( Рис.30), служат

для

образования

скользящего

контакта

между

неподвижной

и

вращающейся частями электрической

машины.

Различные

марки

щеток

отличаются

по

значению

удельного

электрического

сопротивления,

допустимой

плотности

тока,

коэффициенту

трения,

линейной

скорости

на

коллекторе,

составу,

технологии изготовления, размеру.

М а т е р и а л ы д л я р а з м ы к а ю щ и х к о н т а к т о в работают

в

сложных

условиях, поскольку

в

процессе работы

между контактными

поверхностями

размыкающих

контактов

могут

возникать

электрические

разряды в виде искры или дуги.

Этот процесс сопровождается электрической эрозией, которая является

причиной нарушения нормальной работы

соответствующего прибора.

На

поверхностях

размыкающих

контактов

образуются

оксидные

пленки,

поэтому они подвержены также коррозии или химическому износу.

Материалы

для

размыкающих

контактов

должны

обладать

сле-

дующими свойствами:

низкое значение удельного электрического сопротивления;

малое падение напряжения на контактах;

43

стойкость к механическому и электрическому износу; не допускать

эрозии (обгорания) контактирующих поверхностей;

не допускать приваривания контактных поверхностей друг к другу под

действием электрической дуги при размыкании контактов;

постоянство контактного электрического сопротивления;

легкая обработка; низкая стоимость.

По значению мощности контакты этого типа делят на маломощные и

мощные.

С л а б о т о ч н ы е

( м а л о м о щ н ы е )

р а з м ы к а ю щ и е

к о н т а к т ы

изготавливают из благородных и тугоплавких металлов и сплавов.

С и л ь н о т о ч н ы е ( м о щ н ы е ) р а з м ы к а ю щ и е к о н т а к т ы

изготавливают из металлокерамических материалов, получаемых методами

порошковой металлургии.

Металлокерамические

контакты

обладают

рядом

преимуществ

по

сравнению с обычными металлическими.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Причины механического износа контактных материалов?

2. Причины химического износа (коррозии) контактных

материалов?

2.

Причины электрического износа (электрической эрозии или

обгорания) контактных материалов?

4. Свойствами материалов для размыкающих контактов?

44

Урок 16. Припои.

Пайку применяют для получения постоянного электрического контакта

с

малым

переходным

сопротивлением

и

хорошей

механической

прочностью.

П а й к о й называется процесс получения неразъемных соедине-

ний с помощью специальных сплавов или металлов, температура плавления

которых ниже температур плавления соединяемых деталей.

П р и п о и - специальные сплавы, применяемые при пайке.

Процесс

пайки

сопровождается

нагреванием.

В

результате

припой

плавится, растекается по поверхности соединяемых деталей, заполняя зазор

между

ними.

На

границе

соприкосновения

расплавленного

припоя

и

поверхностей

соединяемых

деталей

происходят

сложные

физико-

химические

процессы.

Припой

диффундирует

в

основной

металл,

а

поверхностный

слой

основного

металла

растворяется

в припое,

образуя

промежуточную

прослойку.

После

застывания

образуется

неразъемное

соединение.

Наличие оксидных пленок, механических и органических загрязнений

на поверхностях соединяемых деталей затрудняет процесс пайки. Поэтому

перед пайкой соединяемые поверхности тщательно очищают, а в процессе

пайки защищают от окисления вспомогательными составами, называемыми

ф л ю с а м и .

Припои должны обладать следующими свойствами:

хорошая

жидкотекучесть,

т.е.

способность

легко

растекаться

в

расплавленном состоянии и заполнять узкие зазоры и щели;

малый интервал температур кристаллизации;

высокая механическая прочность;

коррозионная стойкость;

высокая электропроводность.

Припои подразделяют на мягкие с температурой плавления до 400 °С и

твердые с температурой плавления выше 400 °С.

Кроме температуры плавления припои существенно различаются по

механическим

свойствам.

Мягкие

припои

имеют

предел

прочности

при

растяжении меньше, чем твердые. Различие между пайкой мягкими и

твердыми

припоями

состоит

в

том,

что

при

пайке

мягкими

припоями

преобладает

адгезия

(поверхностное

сцепление),

которая

способствует

смачиванию,

а

при

пайке

твердыми

припоями

наряду

с

адгезией

-

сплавление и диффузия.

С

повышением

температуры

скорость

взаимной

диффузии

и

смачиваемость возрастают.

Название марок припоев определяется металлами, входящими в них в

наибольшем количестве (олово - О, свинец - С, алюминий - А, серебро - Ср,

сурьма - Су, медь - М, цинк - Ц, висмут - Ви, кадмий - К).

45

Марка

припоя

выбирается

в

зависимости

от

рода

соединяемых

металлов

и

сплавов,

требуемой

механической

прочности,

коррозионной

стойкости

и

удельной

электрической

проводимости

припоя

(при

пайке

токоведущих частей).

Рис.31. Мягкий припой

М я г к и е

п р и п о и

(Рис.31)

имеют

сравнительно

невысокую

температуру

плавления

и

в

ряде случаев не обеспечивают контакту необходимую

механическую

прочность.

Мягкими

в

основном

яв-

ляются

оловянно-свинцовые

припои

(ПОС)

с

содержанием олова от 18% (ПОС-18) до 90% (ПОС-90).

Мягкие

припои

подразделяют

также

на

низкотемпературные с температурой плавления до 400

°С и легкоплавкие с температурой плавления до 145 °С.

Механическая прочность этих припоев не значительна, но они находят

применение

при

пайке

деталей,

чувствительных

к

нагреванию

(полупроводниковые приборы и многокристальных больших интегральных

микросхем).

Разработанные для пайки алюминия и его сплавов припои, содержащие

цинк,

кадмий

и

алюминий,

не

нашли

широкого

применения

в

микроэлектронике.

Мягкие припои используют для пайки внутренних выводов корпусов

микросхем,

проволочных

выводов

навесных

компонентов,

герметизации

корпусов,

лужения

наружных

выводов

корпусов

микросхем,

коммутационных

слоев

печатных

плат,

мест

монтажа

бескорпусных

интегральных микросхем.

Рис.32. Твердые припой

Т в е р д ы е

п р и п о и ( Р и с . 3 2 ) Твердые

припои

отличаются

тугоплавкостью

(температура

плавления

500...

,900°С)

и

высокой

механической

прочностью,

но

технология

пайки

при

этом

значительно сложнее и процесс ведется в специальных

электрических печах.

Твердые

припои

на

основе

серебра

применяют

при пайке особо ответственных изделий электронной

техники.

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Пайка. (Определение)?

2. Назначение припоев?

3. Свойства припоя?

4. Назначение флюса?

5. Область применения мягких и твердых припоев

46

Урок 17. Проводниковые изделия.

Для

передачи

и

распределения

электрической

энергии,

соединения

различных

приборов

и

их

частей,

изготовления

обмоток

электрических машин применяют:

обмоточные провода;

монтажные провода;

установочные провода и шнуры;

кабели.

Рис.33. Твердые припой

О б м о т о ч н ы е п р о в о д а .

(Рис.33)

Обмоточные

провода

применяют для изготовления обмоток

электрических

машин,

аппаратов

и

приборов. В качестве проводникового

материала

в

обмоточных

проводах

применяют

медь

и

алюминий.

В

зависимости от применяемой изоляции

обмоточные

провода

выпускают

с

эмалевой,

волокнистой,

пленочной

и

эмалево-волокнистой изоляцией.

Эмалированные

провода

являются

наиболее

перспективными

среди

обмоточных

проводов,

так

как

имеют

наименьшую

толщину

изоляции

(0,007.. .0,065 мм). Применяя такую проволоку, можно увеличить мощность

электрической машины за счет большего числа витков в объеме обмотки.

Рис.34. Монтажные провода

Монтажные

провода

предназначены

для

выполнения

различных

соединений

в

электрических аппаратах, приборах

и

других

электротехнических

устройствах.

(Рис.34)

Монтажные

провода

состоят

из

медных

или

алюминиевых

жил,

которые

покрывают

изоляционной

резиной

или

полихлорвиниловым

пластикатом,

а

также

хлопчатобумажной,

шелковой

или

капроновой

пряжей

и

синтетической пленкой.

Монтажные

провода

выпускают

с

лужеными

медными

жилами, что

облегчает пайку проводов.

Монтажные провода с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией могут

применяться в электрических устройствах и аппаратах с напряжением до 380

В переменного тока и до 500 В постоянного тока.

47

Большинство

монтажных

проводов

с

волокнистой

изоляцией

(хлопчатобумажной, шелковой и др.) может применяться при напряжениях

до 60... 100 В переменного тока, а некоторые из них

- только до 20 В

переменного тока.

Для распознавания монтажных проводов их изоляционные оболочки

обычно окрашивают в разные цвета.

Технологический

процесс

монтажа

электрических

соединений

при

помощи монтажных проводов состоит из подготовки проводов к монтажу,

механического закрепления монтажных проводов, пайки мест присоединения

жил проводов, проверки правильности монтажа.

Подготовка монтажных проводов состоит в резке проводов необходимой

длины, зачистке концов и закреплении изоляции на конце провода.

Волокнистую изоляцию, которая не содержит в своем составе асбеста

или стекловолокна, удаляют обжигом. С тонких многожильных проводов

сначала

снимают

оболочку,

а

покрытые

эмалью

тонкие

жилы

провода

нагревают в течение 4.. .6 с и опускают в раствор 10%-го нашатырного

спирта. Жилы провода, с которых снята изоляция, зачищают ножом или с

помощью специального приспособления до металлического блеска.

Разлохмаченные

концы

изоляции

заделывают

проклеиванием

нитроклеем,

надеванием

на

них

полихлорвиниловых

и

других

трубок,

наложением

ниточного

бандажа,

опрессовкой

концов

в

пластмассовые

наконечники.

Монтажные

провода

маркируют

в

соответствии

с

электрической

принципиальной и монтажной схемами при помощи липких лент и бирок,

которые надевают на их концы.

Рис.35. Установочный провод

Установочные

провода

(Рис.35)

предназначены

для

распределения электрической энергии

в силовых и осветительных сетях при

неподвижной прокладке внутри и вне

помещений.

Токопроводящие

жилы

установочных

проводов

и

шнуров

изготавливают

из

медной

и

алюминиевой

проволоки.

Для

обеспечения большей гибкости жилы

шнуров и некоторых типов проводов

являются многопроволочными.

Провода

и

шнуры

с

полихлорвиниловой

изоляцией

выпускают

без

защитных оболочек.

Жилы

проводов

изолируют

электроизоляционной

резиной

или

полихлорвиниловым пластикатом.

Провода

с

полихлорвиниловой

изоляцией

обладают

высокой

водостойкостью, маслостойкостью и негорючестью, что обеспечивает им

48

широкое

применение.

Изоляцию

покрывают

защитной

оплеткой

из

хлопчатобумажной или шелковой пряжи.

У

некоторых

проводов

защитную

оплетку

пропитывают

противогнилостным

составом.

В

отдельных

конструкциях

проводов

защитную оплетку изготавливают из стальных оцинкованных проволочек

для защиты от легких механических воздействий.

Установочные

провода

выпускают

одно-,

двух-,

трех-,

четырех-

и

многожильными на напряжение 220, 380, 500, 2000 и 3000 В переменного

тока

Шнуры.

Шнур -

две

или

более

изолированные

гибкие

многопроволочные жилы сечением от 1.5 мм в квадрате, скрученные и

уложенные

параллельно

и

имеющие

защитное

покрытие.

Часто

жилы

соединяются

скруткой

или

общей

оплеткой.

Основное

предназначение

шнура - подключение электробытовых приборов к сети

Кабели. Силовые кабели применяют для передачи и распределе-

ния электрической энергии. Токопроводящие жилы кабелей изготавливают

из мягкой медной проволоки (марка ММ), а также из алюминиевой мягкой

или твердой проволоки (марки AM и АТ).

КОНТ Р ОЛ ЬНЫЕ В ОПР ОСЫ

1. Область применения обмоточных проводов?

2. Область применения монтажных проводов?

3. Область применения установочных проводов?

4. Область применения шнуров и кабелей?

49

Урок 18. Контрольно-учетное занятие.

Тестовое задание

Вопросы

1.Вещества, почти не проводящие электрический ток - это:

а) диэлектрики;

б) проводниковые материалы;

в) сегнетоэлектрики.

2. К магнитным материалам относится:

а) алюминий;

б) железо;

в) медь.

3. Материалы, обладающие способностью проводить электрический ток и характеризующиеся

весьма малым или заданным удельным электрическим сопротивлением.

а) компаунды;

б) диэлектрики;

в) проводниковые материалы.

4. Нагревостойкость диэлектрика - это:

а) способность диэлектрика функционировать при повышенных температурах или при резкой смене

температур без недопустимого ухудшения его свойств.

б) способность диэлектрика проводить теплоту;

в) способность электрической изоляции работать при низких температурах без недопустимого ухудшения

эксплуатационных характеристик.

5. Какие материалы называют электротехническими?

а) обычные материалы.

б) материалы специального назначения

в) специальные материалы для изготовления электротехнических машин, аппаратов, приборов и т.д.

6. Для чего необходимо знать свойства электротехнических материалов?

а) чтобы делать их рациональный выбор;

б) чтобы создавать электрооборудования малых габаритов и массы, надежное в эксплуатации;

в) чтобы знать, как эти свойства изменяются.

7. Этот проводниковый материал является вторым после меди благодаря его сравнительно большой

проводимости

а) сталь;

б) вольфрам;

в) алюминий.

8. К какой группе электротехнических материалов относится: поливинилхлорид

а) диэлектрические материалы;

б) проводниковые материалы;

в) магнитные материалы.

50

9. Какой износ контактов связан с истиранием и деформированием материалов контактирующих

поверхностей вследствие приложения определенной силы при ударе контактов и последующего контакт-

ного нажатия?

а) электрический;

б) химический;

в) механический.

10. Пайка - это:

а) нанесение тонкого слоя расплавленного олова на поверхность металлических изделий, производится для

защиты металла от коррозии или для подготовки к пайке;

б) процесс получения неразъемных соединений с помощью специальных сплавов или металлов,

температура плавления которых ниже температур плавления соединяемых деталей.

в) нагрев и охлаждение металлов и сплавов с целью изменения их свойств и структуры. Форма изделия и

химический состав при этом меняются.

11. Для размыкающих контактов используются материалы…

а) сплавы меди;

б) сплавы серебра;

в) сплавы железа.

12. Какому проводниковому материалу относятся эти качества:

o

малое удельное сопротивление;

o

достаточно высокая механическая прочность;

o

удовлетворительная стойкость к коррозии;

o

хорошая обрабатываемость;

o

относительная легкость пайки и сварки.

а) сталь;

б) медь;

в) алюминий.

13. Светостойкость материала - это:

а) способность материала сохранять свои эксплуатационные характеристики под действием светового

облучения;

б) способность материала противостоять химически активным веществам;

в)

способность

молекул

одного

вещества

проникать

в

другое

вещество

при

непосредственном

соприкосновении.

14. Гигроскопичность-.- это:

а) способность материала поглощать водяные пары из окружающей атмосферы;

б) способность материала поглощать воду;

в) способность материала пропускать сквозь себя пары воды.

15. Явление образования в диэлектрике проводящего канала под действием электрического поля и

потери диэлектрических свойств-называется

а) электрической прочностью;

б) диэлектрические потери;

в) пробой.

16. Синтетический материал, из которого изготавливают изоляцию проводов и кабелей

а) поливинилхлорид;

б) плексиглас;

в) формальдегидная смола.

17. Прочность материала-это:

а) свойство материала восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил,

которые вызывают их изменение;

51

б) свойство материала деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую

форму после прекращения действия этих сил;

в) способность материала сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

18. Электроизоляционные материалы по их агрегатному состоянию подразделяются на:

а) газообразные, жидкие и прозрачные;

б) газообразные, жидкие и твердые;

в) газообразные, хрупкие и твердые.

19. Припой - это:

а)

металл или

сплав, применяемый при

пайке для

соединения заготовок

и

имеющий

температуру

плавления выше, чем соединяемые металлы;

б)

металл или сплав, применяемый при сварке для соединения заготовок и имеющий температуру

плавления ниже, чем соединяемые металлы;

в)

металл или

сплав, применяемый при пайке

для соединения заготовок

и

имеющий

температуру

плавления ниже, чем соединяемые металлы.

20. Диэлектрический материал, производимый на основе каучука-

а) эбонит;

б) гетинакс;

в) оргстекло.

Ключ к тестовому заданию:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

а

б

в

а

в

б

7

а

в

б

а

б

а

а

в

а

в

б

в

а

52

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1.

Электроматериаловедение: учебник для нач. проф. образования /Л.В.Журавлева. —

5-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 352 с.