Презентация по электротехнике Основные проводниковые материалы и проводниковые изделия

Основные проводниковые материалы и проводниковые изделия В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. К жидким проводникам относятся электролиты и расплавленные металлы. Пример: для большинства металлов температура плавления высока, только ртуть, имеющая температуру плавления около минус 39°С, может быть использована в качестве жидкого металлического проводника при нормальной температуре. Другие металлы являются жидкими проводниками при повышенных температурах. Газы в качестве проводников используются в ионных приборах. Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Од­нако, если напряженность поля превзойдет некоторое критическое значение, обеспечивающее начало ударной и фотоионизации, то газ может стать проводником с электронной и ионной электропровод­ностью. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электро­нов числу положительных ионов в единице объема представляет собой особую проводящую среду, носящую название плазмы. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы. Из металлических проводниковых материалов могут быть выделены: металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопротив­ление r при нормальной температуре не более 0,05 мкОм×м, и сплавы высокого сопротивления, имеющие r при нормальной температуре не менее 0,3 мкОм×м. Металлы высокой проводимости используются для проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электриче­ских машин и трансформаторов и т. п. Металлы и сплавы высокого сопротивления применяются для изготовления резисторов, электро­нагревательных приборов, нитей ламп накаливания и т. п. Проводниковые материалы с высокой проводимостью:     К проводниковым материалам с высокой проводимостью относятся различные металлы и сплавы - бронзы, латуни. Среди металлов особое место занимает серебро, медь, алюминий. Серебро достаточно широко применяется в электротехнике и электронике, при производстве радиочастотных кабелей, работающих в диапазоне высоких частот, для защиты медных проводников от окисления при температурах выше 250 °С, для изготовления электродов в производстве керамических и слюдяных конденсаторов, при изготовлении и применении контактов и т.д.      Серебро - металл белого цвета, один из наиболее дефицитных материалов, так как содержание его в земной коре составляет всего 7∙ %. Среди всех проводниковых материалов серебро обладает минимальным удельным сопротивлением при нормальной температуре. Серебро, имеющее марку Ср999-999,9, должно содержать не более 0,1% примесей. Механические характеристики серебра невысоки: твердость по Бринеллю составляет всего 25 (немного более золота), предел прочности при разрыве не превышает 200 МПа, а относительное удлинение при разрыве достигает 50%. По сравнению с другими благородными металлами (золотом, платиной) серебро имеет пониженную химическую стойкость, тенденцию диффундировать в материал подложки, на который оно нанесено. В условиях высокой влажности и при повышенных температурах процесс диффузии серебра в материал подложки значительно усиливается. Медь - металл красноватого цвета, также очень дефицитный, так как его содержание в земной коре составляет не более 4,7  % (в верхней ее части примерно 2 %). Этот металл получил широкое распространение в качестве проводникового материала, поскольку обладает целым рядом технически ценных свойств:малым удельным сопротивлением; достаточно высокой механической прочностью; удовлетворительной стойкостью к коррозии даже в условиях повышенной влажности;хорошей обрабатываемостью (легко прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку малого диаметра); хорошей способностью к пайке и сварке. Наименьшим удельным сопротивлением обладает химически чистая медь. Наличие примесей в меди отрицательно влияет не только на ее механические и технологические свойства, но и значительно снижает электропроводность. Наиболее нежелательными примесями являются висмут и свинец, которые почти нерастворимы в меди и образуют легкоплавкую эвтектику, которая при кристаллизации меди располагается вокруг зерен. Даже тысячные доли процента висмута и сотые доли процента свинца приводят к тому, что медь при обработке давлением при температуре 850...1150°С растрескивается. Наличие серы приводит к уменьшению пластичности. Такая медь при низких температурах становится хрупкой. Очень вредно присутствие в составе меди и кислорода, который способствует образованию оксида и закиси меди, вызывающих повышение удельного сопротивления.  Медь по химическому составу подразделяется на несколько марок: Ml, МООк, МОк, МОку, МООб, МОб, М1б, М1у, М1к, М1ф, М1р, к, ку - катодная медь, б - бескислородная, у - катодная переплавленная, риф- раскисленная, цифры 00, 0 и 1 отражают содержание меди. Максимальное содержание меди имеют марки МООк и МООб. Содержание меди вместе с серебром в этих марках составляет 99,9...99,99%. Медь марки М1ф с повышенным содержанием фосфора (0,012...0,06%), снижающим электропроводность, для изготовления проводников не используется. В производстве проводов не применяется также и медь марки М1р, которая раскислена фосфором и содержит его в количестве 0,002...0,012%. Данная медь может быть использована при изготовлении других типов кабельной продукции, например некоторых видов лент.     Поскольку медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом, расходование ее ведется весьма экономно и при воз­можности ее заменяют другими, менее дефицитными металлами.  Поскольку медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом, расходование ее ведется весьма экономно и при возможности ее заменяют другими, менее дефицитными металлами.       Алюминий - металл, занимающий второе место по значению (пос­ле меди) среди проводниковых материалов и наиболее распрост­раненный в природе, поскольку его содержание в земной коре не менее 7,5%. Широкое распространение в электротехнике этот металл полу­чил не только ввиду острого дефицита меди, но и благодаря своим замечательным свойствам. Алюминий, обладая большим сродством с воздухом, легко окисляется на воздухе, покрываясь при этом проч­ной оксидной пленкой, которая защищает металл от дальнейшего окисления и обусловливает его высокую коррозионную стойкость. На него не действуют водяной пар, пресная и морская вода. В обыч­ных условиях алюминий слабо реагирует с концентрированной азотной кислотой. Однако при нагревании он растворяется в раз­бавленной серной и азотной кислотах, легко растворяется в щело­чах, образуя при этом алюминаты с выделением водорода.   Проводниковый алюминий используется для изготовления токопроводящих жил обмоточных, монтажных и установочных про­водов, а также неизолированных проводов для воздушных линий электропередачи, прессованных жил кабелей различного назначе­ния и т.д. Для этих же целей может использоваться алюминий спе­циальных марок А75К, А8К и А8КУ, в которых суммарное содержание примесей Ti + V + Mr + Cr уменьшено по сравнению с мар­ками А7 и А8.        Сплавы алюминия отличаются легкостью и повышенной меха­нической прочностью по сравнению с алюминием. В состав алю­миниевых сплавов кроме алюминия могут входить марганец, цинк, магний, медь, железо и кремний, причем содержание железа и крем­ния в составе сплава не должно превышать 0,7 и 0,3% соответствен­но.  В марках алюминиевых сплавов буквы дают информацию о том, какие именно элементы содержатся в сплаве (А - алюминий, К -кремний, М - медь, Мг - магний, Ц - цинк, Мц - марганец), а циф­ры - их среднее процентное содержание. Олово — мягкий, тягучий металл серебристо-белого цвета; хорошо куется и прокатывается. Стоек к окислению, влаге и кислотам. Широко применяется для изготовления припоев и защитных покрытий (лужение). Свинец — тяжелый, мягкий металл серого цвета, блестит на срезе, обладает малой прочностью (особенно при вибрациях). Стоек к коррозии. Применяется как защитное покрытие от радиационного излучения, в качестве оболочек кабелей, в плавких предохранителях и для приготовления припоев. Олово — мягкий, тягучий металл серебристо-белого цвета; хорошо куется и прокатывается. Стоек к окислению, влаге и кислотам. Широко применяется для изготовления припоев и защитных покрытий (лужение). Свинец — тяжелый, мягкий металл серого цвета, блестит на срезе, обладает малой прочностью (особенно при вибрациях). Стоек к коррозии. Применяется как защитное покрытие от радиационного излучения, в качестве оболочек кабелей, в плавких предохранителях и для приготовления припоев. Цинк — светлый металл, применяемый для защитных покрытий (цинкование). Используется также для металлизации бумаги в металлобумажных конденсаторах. В вакууме испаряется при 600° С. Составим сравнительную характеристику сопротивления металлов и сплавов по сравнению с медью. ЗАКРЕПЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА Задание: заполнить выданные вам таблицы использую таблицу 2 «Основные характеристики металлов и сплавов».