Електроматеріалознавство

Опрацювати матеріали до уроків та виконати завдання.
групи 11,Т2. Виконані завдання  надіслати для перевірки на електронну пошту викладача: Гагаєва О.К. gagaeva.lena17@ukr.net

I семестр
Підручник:  Титюк В.К., Пархоменко Р.О. Конспект лекцій з дисципліни: «Електроматеріалознавство».
групи 11, Т2

Групи 11, Т-2.

Тема 1.Вступ. Визначення матеріалу, матеріалознавства, електротехнічного матеріалознавства.

Урок 1.Вступ. Визначення матеріалу, матеріалознавства, електротехнічного матеріалознавства.

Тема2. Основні параметри електротехнічних матеріалів.

Урок 2.Класифікація матеріалів, застосовуваних в електротехніці.

Урок 3.Електропровідність матеріалів.

Урок 4. Електропровідність металів.

Урок 5.Електропровідність газів.

Урок 6. Електропровідність рідин.

Матеріал — це об’єкт, що володіє певним составом, структурою й властивостями, призначений для виконання певних функцій. Матеріали можуть мати різний агрегатний стан: тверде, рідке, газоподібне або плазмове. Функції, які виконують матеріали — різноманітні. Це може бути забезпечення протікання струму — у провідникових матеріалах, збереження певної форми при механічних навантаженнях — у конструкційних матеріалах, забезпечення непротікання струму, ізоляція — у діелектричних матеріалах, перетворення електричної енергії в теплову — у резистивних матеріалах. Звичайно матеріал виконує кілька функцій, наприклад діелектрик обов’язково випробовує якісь механічні навантаження.

 Класифікація матеріалів, застосовуваних в енергетиці й електротехніці.

Усі електротехнічні матеріали діляться на групи по їх електропровідності з обліком функціонального призначення.

1. Провідникові матеріали. Чисті метали і їх сплави. Вони мають низький питомий опір ( високу провідність ). З них виготовляють струмоведучі частини електричних машин і апаратів: обмотки, котушки, контакти, струмоведучі жили проводів і кабелів.

2. Напівпровідникові матеріали. Ця група матеріалів має керовану провідність. Тобто, прикладаючи до виробів із цих матеріалів невелику керуючу напругу можна переводити їх зі струмопровідного стану в ізолююче. До напівпровідників належать такі матеріали як кремній, германій, селенів, арсенід галію. З них виготовляють силові електронні ключі: тиристори, транзистори.

3.Магнітні матеріали. Застосовуються для створення середовища з малим магнітним опором (магнітопроводи, сердечники) тобто для концентрації енергії магнітного поля в електричних машинах, апаратах і приладах Стосовно електричного струму більшість магнітних матеріалів є провідниками. Основу магнітних матеріалів становить залізо і його сплави. Із цих матеріалів виготовляють сердечники трансформаторів, магнітні системи електричних машин.

Після появи потужних постійних магнітів на основі неодиму з’явився великий клас синхронних машин з безконтактним порушенням від постійних магнітів. Усі електричні мікромашини виготовляються з постійними магнітами, що значно підвищує їх надійність.

4. Діелектрики. Це матеріали – антиподи провідників, вони мають високий питомий опір (низьку провідність ). Діелектричні матеріали мають надзвичайно важливе значення для електротехніки. Діелектрики використовуються в різних електротехнічних пристроях для створення електричної ізоляції, яка оточує струмоведучі частини електротехнічних пристроїв, відокремлює одну від одної частини, що перебувають під дією різних електричних потенціалів.

Ще одна область застосування діелектриків – це діелектрики в конденсаторах, що служать для нагромадження енергії електричного поля й створення певного значення електричної ємності конденсаторів.

Інша назва діелектриків – електроізоляційні матеріали. Призначення електричної ізоляції – не допустити проходження електричного струму по яких-небудь шляхах, не передбачених конструкцією або схемою пристрою. Очевидно, що ніякий пристрій не може бути виконаний без застосування електроізоляційних матеріалів.

У різних випадках до електроізоляційних матеріалів пред’являють найрізноманітніші вимоги. Крім електроізоляційних властивостей велике значення мають механічні, теплові й інші фізико-хімічні властивості. Важливе значення має також вартість і дефіцитність матеріалів.

Електропровідність матеріалів.

Особливістю використання матеріалів в електроенергетиці є те, що вони експлуатуються в умовах впливу електричних полів, і в трохи меншому ступені, в умовах впливу магнітних полів. Основними процесами, що відбуваються під дією цих полів є поляризація речовини, електропровідність, намагнічування речовини.

Електропровідність – це здатність матеріалу проводити електричний струм.

Електропровідність металів

В атомах металів електрони досить слабко пов’язані з іонними залишками. Тому при утворі з атомів властиво матеріалу металу ці електрони від різних атомів як — би усуспільнюються й можуть вільно пересуватися по всім обсягу металу. Вони і є носіями заряду.

Електропровідність газів

Гази мають винятково малу провідність. Це пов’язане з дуже низькою концентрацією носіїв заряду. Поява носіїв у газі відбувається за рахунок іонізації нейтральних молекул під дією зовнішніх факторів або при зіткненні заряджених часток з молекулами. Основним фактором, що визначають провідність газів, є космічне випромінювання.

Домашнє завдання:

Підр.  Титюк В.К., Пархоменко Р.О. Конспект лекцій з дисципліни: «Електроматеріалознавство». Стор.7-15.

Тема 3. Основні властивості провідникових матеріалів.

Урок 7. Електрична міцність матеріалів.

Урок 8. Механічні характеристики матеріалів.

Урок 9. Матеріали для проводів.

Урок 10.Матеріали для контактів.

Урок 11. Металеві резистивні матеріали.

 Електрична міцність матеріалів.

Діелектрик, що перебуває в електричнім полі, при певному значенні напруженості електричного поля втрачає ізоляційні властивості. Це явище зветься пробій, а значення напруги при якім відбувається пробій – електричною міцністю діелектрика. Електрична міцність визначається пробивною напругою, віднесеною до товщини діелектрика в місці пробою:

Eпр = Uпр/h

На практиці звичайно вимірюють електричну міцність у кіловольтах на міліметр. Електрична міцність суттєво залежить від відстані між електродами і їх форми, від великого числа різноманітних фізико-технічних параметрів.

При нормальних умовах електрична міцність повітря при відстані між електродами в 1 см становить 3.2 кВ/мм.

Для твердих і рідких діелектриків дуже характерна залежність електричної міцності від наявності й состава домішок. Наприклад, електрична міцність трансформаторного масла становить 4кВ/мм, але після ретельного очищення від води цей показник збільшується до 20-25 кВ/мм. Наявність твердих домішок спотворює картину поля, робить його нерівномірним, приводить до появи зон локальної перенапруги.

Реальні діелектрики відрізняються від ідеальних, насамперед наявністю в тілі діелектрика мікропор, особливо на поверхні розділу “електрод-діелектрик”. Це є одним з головних факторів погіршення властивостей електричної ізоляції в процесі експлуатації, т.зв. старіння діелектриків.

Старіння діелектриків — погіршення характеристик діелектриків при їхній експлуатації.

Основний механізм старіння діелектриків — вплив часткових розрядів. Справа в тому, що в енергетиці на діелектрики діють, як правило, змінні електричні поля. При цьому при дії змінної напруги певної амплітуди в газових або повітряних порах виникають часткові розряди.

Частковий розряд — локальний лавинний розряд у газовій порі діелектрика.

Механічні характеристики матеріалів.

Більшість електротехнічних матеріалів виконує кілька функцій, у тому числі й функції конструкційних матеріалів. Тому часто для електротехнічних матеріалів знати числові значення міцності на розрив, стиск, вигин. Багато матеріалів мають підвищену крихкість, тобто легко руйнуються динамічними навантаженнями. Для рідких діелектриків – масел, лаків важливою механічною характеристикою є в’язкість.

Матеріали для проводів. Мідь, алюміній.

Основною характеристикою провідника є його питомий опір.

Природно, чому воно нижче, тем кращим провідником є той або інший матеріал. Із провідникових матеріалів з високої тепло- і електро- провідністю самим чудовим матеріалом для проводів було б срібло. Його питомий опір при кімнатній температурі становить приблизно 1.4×10-8 Ом×м, теплопровідність 418 Вт/(м×к). Однак цей матеріал занадто дорогий і рідкий, тому срібло використовують тільки для відповідальних контактів, тому що воно не тільки ідеальний провідник, але й не окислюється в процесі роботи, виходить, не погіршуються властивості контакту згодом. Відзначимо, що інші, більш звичні провідники, такі як мідь або алюміній окислюються киснем повітря, перетворюючись у непровідні окисли, погіршуючи або навіть запобігаючи омічний контакт. Для проводів саме їх і використовують, тому що по електропровідності їх можна поставити на 2-е й 3-е місце після срібла.

Властивості міді.

Мідь — м’який матеріал червонуватого відтінку.

Щільність при 20 °С 8.89 т/м3

Питомий опір при 20 °С 1.7 10-8 Ом×м.

Температурний коефіцієнт опору 4.3 10-3 1/ ДО

Застосування міді в енергетиці досить широке — різні провідники, кабелі, шнури, шини, плавкі вставки, обмотки трансформаторів і котушок.

Властивості алюмінію.

Алюміній — м’який матеріал ясно-сірого кольору.

Щільність при 20 °С 2.7 т/м3

Питомий опір при 20 °С 2.8 10-8 Ом×м

Температурний коефіцієнт опору 4 10-3 1/ ДО

Зіставлення цих матеріалів по найбільш важливих для практики параметрах показує, що вони сильно відрізняються по щільності, теплоємності, міцності при розтяганні. Цікаво, що добуток теплоємності на щільність — мало відрізняється в цих матеріалів (~30%) Той факт, що в алюмінію мала механічна міцність змушує армувати алюмінієві проведення сталевими сердечниками. При цьому струм протікає по алюмінію (у сталі питомий опір зразковий в 5-10 разів вище, чим в алюмінію), а механічну міцність забезпечує сталь.

Для виготовлення проводів використовують алюміній, мідь, бронзу, а також комбінації цих елементів зі сталлю. При перетині до 10-15 мм2 звичайно використовують однодротові проведення, при більшому перетині — багато дротові, скручені проведення. Найбільш популярні проведення для ВЛ — сталеалюмінієві марки АС, наприклад АС 95/16 означає, що в поперечному перерізі 95 мм2 алюмінію й 16 мм2 сталі.

Матеріали для контактів.

Провідники в місці контакту відрізняються від провідників в обсязі проводів декількома обставинами їх функціонування.

По — перше, неможливо зробити площу контакту такою ж або більшою, ніж площа перетину проводів. Тому щільність струму й енерговиділення завжди вище в області контакту.

 По-друге, у місці контакту виникають мікропробої, а іноді й макропробої, що переходять у дугу (розмикання контактів вимикача) з локальним високим енерговиділенням, що призводить до деформації матеріалу в області контакту, локальному розплавлюванню й т.п.

 У третіх, у контакті виникає тертя при русі однієї частини контакту об іншу.

 У четвертих, контактні поверхні в розімкнутому стані не повинні взаємодіяти з навколишнім середовищем. Тому матеріали для контактів повинні мати особливі властивості.     Вони повинні бути стійкими проти корозії, стійкими проти електричної ерозії й зношування матеріалу, не зварюватися, мати високу зносостійкість на стирання, легко оброблятися, притиратися один  до одного, мати високу тепло й електропровідність, мати невисоку вартість.

Ідеальних матеріалів для контактів немає.

Для слабкострумових контактів звичайно використовують дорогоцінні або тугоплавкі метали: срібло, платину, палладій, золото, вольфрам і сплави на основі цих металів.

Срібло — недоліком срібла є утворення непровідних сірих плівок сульфіду срібла в результаті взаємодії з вологим сірководнем. Іншим недоліком є зварювання контактів через малу температуру плавлення срібла 960 ºС. Для поліпшення властивостей у срібло додають кадмій, мідь, золото, палладій або кремній.

Золото, саме по собі, рідко використовується через його м’якість, хоча воно абсолютно не окислюється. У місці контакту через м’якість металу легко утворюється ерозія, голки з металу, знос матеріалу. Для поліпшення властивостей у золото додають срібло ( до 50%), нікель, цирконій, платину. У результаті можна одержати неокислювані, тверді контакти зі слабкою ерозією.

Вольфрам є одним з розповсюджених контактних матеріалів. Він краще всіх протистоїть дуговим розрядам, практично не зварюється, ( завдяки високій температурі плавлення), не зношується ( завдяки високій твердості). Однак вольфрам не стійок проти корозії й окиснення, найкраще працює у вакуумі, в атмосфері водню або азоту. Крім того, для контактів з малим натисканням вольфрам не застосовуємо.

Для потужнострумових контактів чисті метали не застосовні. Для них використовують т.зв. псевдосплави, одержувані методами порошкової металургії.

Псевдосплав — спечена суміш двох порошків, один з яких є більш тугоплавким. При цьому більш легкоплавкий компонент може розплавитися в процесі роботи, але наявність каркаса з тугоплавкого компонента утримує рідину за рахунок капілярних сил. Легкоплавкий компонент звичайно є більш тепло- і електропровідним.

 Використовують наступні псевдосплави:

сріблоокис кадмію, срібло-графит, срібло-нікель, срібло-вольфрам, мідь-графит, мідь-вольфрам.

Матеріали з малим температурним коефіцієнтом опору.

Вертаючись до температурного коефіцієнта для провідникових резистивних матеріалів, слід згадати про існування матеріалів із практично нульовим температурним коефіцієнтом опору. Це манганін, матеріал для точних прецизійних резисторів, і константан. У самій назві константану закладена інформація про сталість опору. Состав манганіну — марганець 11.5-13.5%, нікель — 2.5-3.5%, решта — мідь. Состав константану — нікель — 40%, марганець 1-2%, решта — мідь.

 Металеві резистивні матеріали

З металевих матеріалів для резисторів найбільше поширення одержали матеріали на основі нікелю, хрому й заліза, т.н ніхроми, і родинні їм матеріали на основі заліза, хрому й алюмінію, т.зв. фехралі. У позначенні марки буква Х означає хром, буква Н-Нікель, буква Ю — алюміній. Цифра після кожної букви — процентний вміст цього елемента (масові відсотки). Залізо звичайне становить основу, його не позначають, а його зміст становить решта, тобто скільки потрібно, щоб доповнити до 100 %.

Застосування цих сплавів для нагрівачів і резисторів обумовлено двома головними обставинами. У перших, їх питомий опір зразковий в 40-60 раз перевищує питомий опір провідників — алюмінію й міді. Це пов’язане з порушенням структури матеріалу в сплаві декількох металів. У других, на поверхні цих матеріалів утворюється міцна, хімічно стійка плівка з окислів, що забезпечує високу жаростійкість матеріалів. Температурний коефіцієнт питомого опору ніхромів позитивний, тобто з ростом температури питомий опір збільшується. Це означає, що при використанні ніхрому як нагрівача потужність нагрівача в міру роботи, і, відповідно прогрівання самого резистивного матеріалу, буде зменшуватися. Важливо також, що температурні коефіцієнти розширення в плівки оксиду й у металу близькі, тому плівка не відшаровується при включенні — вимиканні нагрівачів.

Тема 4. Основні властивості напівпровідникових матеріалів.

Урок 15. Фізичні властивості напівпровідників.

Урок 16. Типи напівпровідників в періодичній системі елементів.

Урок 17. Методи отримання напівпровідників.

Урок 18. Прості напівпровідники.

Урок 19. Використання напівпровідників.

Матеріал до уроків 15-19

Фізичні  властивості напівпровідників.

Чистий германій має металевий блиск, характеризується відносно високими твердістю й крихкістю. Подібно до кремнію він кристалізується в структурі алмазу, елементарна комірка якого містить вісім атомів. Кристалічну ґратку типу ґратки алмазу можна розглядати як накладення двох кубічних гранецентрованих ґраток, зміщених одна

щодо іншої у напрямку об’ємної діагоналі на чверть її довжини. Кожен атом ґратки знаходиться в оточенні чотирьох найближчих сусідів, розташованих у вершинах правильного тетраедра.

Кристалічний германій хімічно стійкий на повітрі при кімнатній температурі.

При нагріванні на повітрі до температур вище 650°С він окиснюється з утворенням двооксиду GеО2. У більшості випадків двооксид германію, що утворюється, являє собою суміш аморфної й гексагональної модифікацій, що мають помітну розчинність у воді. Через нестабільність властивостей власний оксид на поверхні германію, на відміну від власного оксиду кремнію, не може служити надійним захистом матеріалу при проведенні процесів планарної технології (фотолітографії і локальної дифузії).

При кімнатній температурі германій не розчиняється у воді, соляною і розведеною сірчаною кислотами. Активними розчинниками германію в нормальних умовах є суміш азотної і плавикової кислот, розчин перекису водню і травники, що містять у своєму складі реагенти, що окиснюють. При нагріванні германій інтенсивно взаємодіє з

галогенами, сіркою і сірчистими сполуками.

Германій володіє відносно невисокою температурою плавлення (936 С і мізерно малим тиском насиченої пари при цій температурі.

Відзначена обставина істотно спрощує техніку кристалізаційного очищення й вирощування монокристалів. Навіть у розплавленому стані германій практично не взаємодіє з графітом і кварцовим склом, що дозволяє використовувати їх як тиглі й човники при обробці та проведенні металургійних процесів.

У періодичній системі елементів до напівпровідників відноситься кілька простих речовин. Найбільш важлива частина моноелементних напівпровідників належать до IV групи елементів:

вуглець C (графіт і алмаз), кремній Si, германій Ge, сіре олово.

Найважливіші представники цієї групи – Ge і Si – мають кристалічну ґратку типу алмаза. Вони утворюють між собою безперервний ряд твердих розчинів Ge–Si, які також мають напівпровідникові властивості.

До моноелементних напівпровідників III групи таблиці Менделєєва можна віднести

 бор В; з V групи – фосфор P, арсен As і сурма Sb; з VI групи – сірка S, селен Se і

телур Te, з VII групи – іод J.

Методи отримання напівпровідників.

Необхідною умовою досягнення високих електрофізичних характеристик напівпровідників є їхнє глибоке очищення від сторонніх домішок. У випадку Ge і Si ця проблема вирішується шляхом синтезу їхніх летучих сполук (хлоридів, гідридів) і наступного глибокого очищення цих сполук із застосуванням методів ректифікації, сорбції, часткового гідролізу і спеціальних термічних обробок.

Хлориди особливої чистоти піддаються потім високотемпературному відновленню воднем з попереднім глибоким очищенням, з осадженням відновлених продуктів на кремнієвих або германієвих прутках. З очищених гідридів Ge і Si виділяють шляхом термічного розкладання. У результаті одержують Ge і Si із сумарним вмістом залишкових електрично-активних домішок.

Синтез напівпровідникових сполук, що легко розкладаються, проводять або в запаяних кварцових ампулах при контрольованому тиску парів летучого компонента в робочому об’ємі, або під шаром рідкого флюсу (наприклад, особливо чистого збезводненого В2О3). Синтез сполук, що мають великий тиск парів летучого компонента над розплавом, здійснюють у камерах високого тиску. Часто процес синтезу сполучають з наступним додатковим очищенням сполук шляхом спрямованої або зонної кристалізації розплав.

Застосування напівпровідників.

На основі германію випускається широка номенклатура приладів усілякого призначення і, у першу чергу, діодів і транзисторів. Особливо широке поширення одержали випрямні площинні діоди і сплавні біполярні транзистори.

Випрямні площинні діоди розраховані на прямі струми від 0,3 до 1000 А при спаданні напруги не більше 0,5 В. Недоліком германієвих діодів є невисокі допустимі зворотні напруги. Германієві транзистори можуть бути низькочастотними і високочастотними, потужними і малопотужними. Нанесення плівкової ізоляції з SiO2 дозволяє виготовляти германієві транзистори за планарною технологією.

Германій використовується також для створення тунельних діодів, варикапів, точкових високочастотних імпульсних і НВЧ-діодів.

Оптичні властивості германію дозволяють використовувати його для виготовлення фототранзисторів і фотодіодів, оптичних лінз із великою світлосилою (для інфрачервоних променів), оптичних фільтрів, модуляторів світла і коротких радіохвиль, а також лічильників ядерних часток. Робочий діапазон температур германієвих приладів від -60 до +70°С. Невисока верхня межа робочої температури є істотним недоліком германію

Домашнє завдання:

 Опрацювати матеріал, записати конспект в зошит.

Підр.  Титюк В.К., Пархоменко Р.О. Конспект лекцій з дисципліни: «Електроматеріалознавство». Стор.22; 27; 80; 82; 85.

                       Електроматеріалознавство групи Т-22, 41,44.

Тема 1.Діелектрики.

Урок 1. Газоподібні діелектрики, призначення, основні параметри.

Урок 2.Рідкі діелектрики. Призначення, область застосування, вимоги до них.

Урок 3. Основні поняття про високо полімерні матеріали.

Урок 4. Органічні діелектрики полімеризацій – поліетилен, полівінілхлорид, органічне скло.

Урок 5. Електроізоляційні лаки.

Урок 6. Електроізоляційні емалі.

Урок 7. Термопластичні компаунди.

Матеріали до уроків 1-7

Електропровідність газів

Гази мають винятково малу провідність. Це пов’язане з дуже низькою концентрацією носіїв заряду. Поява носіїв у газі відбувається за рахунок іонізації нейтральних молекул під дією зовнішніх факторів або при зіткненні заряджених часток з молекулами. Основним фактором, що визначають провідність газів, є космічне випромінювання. Звичайно в повітрі утворюється порядку 1000 шт. електронів і іонів в 1 див3 за 1 сек. Іонізація сильно збільшується при нагріванні газу. Електропровідність газу, обумовлена цим явищем, називається несамостійної.

Під дією сильних електричних полів заряджені частки можуть здобувати більші швидкості й утворювати нові іони при зіткненнях з нейтральними молекулами. Електропровідність газу, обумовлена цим явищем, називається самостійної. У слабких електричних полях ударна іонізація відсутня.

Одночасно з утворенням носіїв зарядів протікає протилежний процес – об’єднання заряджених часток у нейтральні молекули. Цей процес називається рекомбінацією. Наявність рекомбінації пояснює встановлення певного рівня іонів через короткий час після початку дії зовнішнього іонізатора.

           При невеликих значеннях напруги виконується закон Ома. У цій області запас позитивних і негативних часток достатній і практично постійний. При збільшенні напруги позитивні іони не встигають рекомбінувати й розряджаються на електродах. Це відповідає горизонтальній ділянці кривої. При подальшім збільшенні напруги внаслідок ударної іонізації з’являється самостійна провідність, і струм знову починає рости зі збільшенням напруги.

Основні характеристики газів, як діелектриків, це  діелектрична проникність, електропровідність,  електрична міцність.
Крім того, найчастіше важливі теплофізичні характеристики, у першу чергу теплопровідність.

 Існують спеціальні види синтетичних газових діелектриків, застосовуваних для ізоляції внутрішнього простору високовольтних вимикачів, газової ізоляції кабелів.

В електротехнічних пристроях знайшли широке застосування синтетичні газові діелектрики на основі фтору.

Основні газові діелектрики – це так звані елегаз («електричний» газ) і фреон.

Елегаз (гексафторид сірки) має хімічну формулу SF6.
Основна область застосування – газонаповнені високовольтні вимикачі.

На основі елегазової ізоляції створені й експлуатуються ряд електропристроїв,
з них кабелі, конденсатори, вимикачі, компактні ЗРП (закриті розподільні пристрої).

Фреон має приблизно ту ж, що й елегаз електричну міцність, але при нормальній температурі його можна стиснути лише до 6 атм.
Фреон викликає корозію деяких твердих діелектриків.

Рідкі діелектрики.

Сучасні уявлення про провідність діелектричних рідин полягають у наступному. Тут носіями заряду є іони, тому що електрони легко прилипають до нейтральних молекул рідини й не можуть існувати у вільному стані. Крім того, у рідині заряди можуть переноситися моліонами (групами молекул), частками й навіть пухирцями.

Застосовуються природні і синтетичні рідкі діелектрики.
До природних відносяться: трансформаторне, конденсаторне і кабельне масла,одержувані шляхом переробки нафти. хлоровані вуглеводневі сполуки ароматичного ряду
(хлордифеніл, совтол);

З синтетичних рідких діелектриків найбільш широко застосовується хлоровані вуглеводні
( совол, совтол, гексол), кремнійорганічні рідини.

З точки зору пожежонебезпеки синтетичні рідкі діелектрики можна поділити на дві групи:
негорючі та горючі.

Застосування для просочувальної речовини синтетичного рідкого діелектрика
(хлорованого дифенілу-совола та ін) значно покращує об’ємні характеристики конденсаторів і збільшує їх надійну роботу.

Крім цього, рідкі діелектрики можуть бути полярними і неполярними, в зв’язку з чим

в них суттєво відрізняються електричні властивості.

Рідкі діелектрики, які мають значно вищу електричну міцність у порівнянні з газами
 саме тому знайшли застосування як високовольтна ізоляція в різноманітних електротехнічних пристроях.

 Класифікація рідких діелектриків і вимоги, що пред’являються до них:

За хімічною природою:
нафтові електроізоляційні масла;
синтетичні рідини.

За специфікою застосування для:
трансформаторів і вимикачів;
конденсаторів:
кабелів;
систем циркуляційного охолоджування;
виробів випрямних установок
і турбогенераторів.

За верхнею межею допустимої робочої температури:
до 95 °С (всі нафтові масла);
до 130 °С;
до 200 °С;
до 250 °С

За ступенем горючості:
горючі і негорючі.
За ступенем чистоти рідини:
діелектрики забруднені;
діелектрики технічно чисті;
діелектрики особливо ретельно очищені.

До рідких діелектриків пред’являють такі вимоги:
Висока електрична міцність.
Високий електричний опір.

Органічні діелектрики полімеризацій-поліетилен, полівінілхлорид, органічне скло.

У електроізоляційній техніці застосовуються як природні полімери, так і синтетичні,
одержувані методом хімічного синтезу.

Синтетичні полімери можуть бути отримані двома принципово різними способами:
полімеризації і поліконденсації.

Полівінілхлорид — твердий полімер, порівняно крихкий, з низькою холодостійкістю

(до -10 ° С), але високою водо і вологостійкістю, низькою газопроникністю. 

Полівінілхлорид (ПВХ) або поліхлорвініл, поліхлорвінілова смола — безбарвна, прозора
пластмаса, термопластичний полімер, продукт полімерізації хлорвінілу.
Щоб одержати з поліхлорвінілу м’який матеріал, його змішують з пластифікатором.

Поліхлорвініл досить стійкий проти дії кислот і лугів.
Він має високі діелектричні властивості, не горючий, легко фарбується.

Полівінілхлоридний пластикат застосовується для виготовлення плівок, липких ізоляційних стрічок, електроізоляційних трубок, широко використовуються в різних низьковольтних схемах, ізоляції телефонних і різних монтажних проводів, для отримання зовнішніх оболонок кабелів.

Нагрівостійкість полівінілхлориду може бути кілька підвищена додаванням спеціальних стабілізаторів.
Проти шкідливої ​​дії сонячного світла, що прискорює старіння, також допомагає введення деяких стабілізуючих матеріалів (двоокис титану, сажа).

Поліетилен, поліпропілен, поліізобутілен. 
Широко застосовується в електроізоляційної техніці (кабельні вироби) поліетилен,продукт полімеризації газу етилену

Поліетилен — не неполярний діелектрик, практично не гігроскопічний відрізняється великою гнучкістю.
Його електричні параметри стабільні і мало змінюються в широких діапазонах температури і частот, але має невисоку температуру розм’якшення поліетилену.

Поліметилметакрилат 
(органічне скло, плексиглас) – це прозорий безбарвний матеріал, одержуваний внаслідок полімеризації ефірів метакрилової кислоти.
Це полярний термопластичний діелектрик з малою гігроскопічністю і значною хімічною стійкістю

Електроізоляційні лаки і емалі, термопластичні компаунди.

В процесі виготовлення ізоляції лаки використовують в рідкому стані,
але в готовій ізоляції вони є в твердому стані.

 Лаки – це колоїдні системи на основі природних і синтетичних смол, бітумів, ефірів целюлози і різноманітних їх композицій, які в процесі сушки після видалення з лаку розчинника, а також в результаті окислення, полімеризації або інших хімічних процесів утворюють лакову плівку.

Емалі – це лаки, що пігментовані високодисперсними неорганічними з’єднаннями.
Використовуються в основному для покриття поверхонь.
Непігментовані лаки, що використовуються для покриття листів електротехнічної сталі в розгалужених магнітопроводах і для емалювання проволоки, також називають емалями.

Просочувальні лаки 
застосовуються для просочування обмоток електричних машин і апаратів, у виробництві лакотканин, гнучких трубок і шарових пластиків.

До просочувальних лаків відносяться кремнійорганічні, бітумно-олійні, олійно-алкідні та ін.

Покривні лаки 
служать для утворення механічно міцної, гладкої, вологостійкої плівки на поверхні твердої ізоляції (часто – на поверхні попередньо просоченої пористої твердої ізоляції).

До покривних лаків відносять кремнійорганічні лаки, лаки на полівінілацитатній основі,
олійні, поліамідні, поліамідні, целюлозні та ін.

Електроізоляційні компаунди – це просочувальні та заливні суміші, які не мають у своєму складі розчинників і знаходяться у момент застосування при нормальній або підвищеній температурі в рідкому стані та твердіють після застосування внаслідок охолодження, або хімічних процесів.

Домашнє завдання.

Опрацювати матеріал. Записати конспект в зошит.

Тема 2. Провідникові матеріали і вироби.

Урок 8. Провідникова мідь, її електричні, механічні властивості.

Урок 9. Сплави на основі міді.

Урок 10. Провідниковий алюміній-основні властивості.

Урок 11. Провідникове залізо і сталь-основні властивості, матки, застосування.

Урок 12. Свинець-основні властивості, марки, застосування.

Урок 13. Срібло, платина- основні властивості, марки, застосування.

Урок 14. Вольфрам молібден-основні властивості, марки, застосування.

Урок 15. Електровугільні матеріали.

Урок 16. Обмотувальні дроти.

Домашнє завдання.

Опрацювати матеріал. Записати конспект в зошит.

Матеріали до уроків 8-16

Основною характеристикою провідника є його питомий опір.

Природно, чим опір нижче, тем кращим провідником є той або інший матеріал. Із провідникових матеріалів з високою тепло- і електро- провідністю самим чудовим матеріалом для проводів було б срібло. Однак цей матеріал занадто дорогий і рідкий, тому срібло використовують тільки для відповідальних контактів, тому що воно не тільки ідеальний провідник, але й не окислюється в процесі роботи, виходить, не погіршуються властивості контакту з часом. Відзначимо, що інші, більш звичні провідники, такі як мідь або алюміній окислюються киснем повітря, перетворюючись у непровідні окисли, погіршуючи або навіть запобігаючи омічний контакт. Для проводів саме їх і використовують, тому що по електропровідності їх можна поставити на 2-е й 3-е місце після срібла.

Властивості міді.

Мідь — м’який матеріал червонуватого відтінку.

Щільність при 20 °С 8.89 т/м3

Питомий опір при 20 °С 1.7 10-8 Ом×м.

Температурний коефіцієнт опору 4.3 10-3 1/ ДО

Застосування міді в енергетиці досить широке — різні провідники, кабелі, шнури, шини, плавкі вставки, обмотки трансформаторів і котушок.

Властивості алюмінію.

Алюміній — м’який матеріал ясно-сірого кольору.

Щільність при 20 °С 2.7 т/м3

Питомий опір при 20 °С 2.8 10-8 Ом×м

Температурний коефіцієнт опору 4 10-3 1/ ДО

Зіставлення цих матеріалів по найбільш важливих для практики параметрах показує, що вони сильно відрізняються по щільності, теплоємності, міцності при розтяганні. Цікаво, що добуток теплоємності на щільність — мало відрізняється в цих матеріалів (~30%). Той факт, що в алюмінії мала механічна міцність змушує армувати алюмінієві проводи сталевими сердечниками. При цьому струм протікає по алюмінію

(у сталі питомий опір зразковий в 5-10 разів вище, чим в алюмінія), а механічну міцність забезпечує сталь.

Для виготовлення проводів використовують алюміній, мідь, бронзу, а також комбінації цих елементів зі сталлю. При перетині до 10-15 мм2 звичайно використовують однодротові проведення, при більшому перетині — багато дротові, скручені проведення. Найбільш популярні проведення для ВЛ — сталеалюмінієві марки АС, наприклад АС 95/16 означає, що в поперечному перерізі 95 мм2 алюмінію й 16 мм2 стали.

Звичайна сталь є нестійкою до корозії, навіть при нормальній температурі, особливо в умовах підвищеної вологості вона швидко ржавіє. Для запобігання корозії сталь покривають цинком. Залізо характеризується високим температурним коефіцієнтом

Біметал – це сталь, зовнішня поверхня якої покрита міддю, причому обидва метали з’єднані один з одним міцно та безперервно по всій поверхні їхнього зіткнення.

Способи виготовлення біметалу:

гарячий – стальна заготовка ставиться у форму, а проміжок між заготовкою та формою заливається розплавленою міддю, після чого вже біметалічну заготівку прокатують та протягують;

холодний – мідь електролітично осаджують на сталевий дріт, пропускаючи його крізь ванну з розчином мідного купоросу.

Біметал має механічні та електричні властивості проміжні між властивостями суцільних мідного та сталевого провідників того ж перерізу. Конструкція, в якій мідь розташовується в зовнішньому шарі, а сталь всередині забезпечує:

більш високу провідність всього дроту при змінному струмові;

захист сталі від корозії.

        Залізо (сталь) як найбільш дешевий і доступний метал, що володіє до того ж високою механічною міцністю, становить інтерес і як провідниковий матеріал.

Але навіть чисте залізо має більш високий, у порівнянні з міддю й алюмінієм питомий опір  Характерною рисою заліза й інших феромагнітних металів і сплавів є нелінійна залежність питомого опору від температури.

Питомий опір заліза, як і інших металів, залежить від вмісту домішок.

  Це використовується при виплавці електротехнічної сталі, що володіє, завдяки підвищеному питому опору, меншими втратами на вихрові струми в порівнянні з чистим

залізом.                        

Залізо використовують для виготовлення корпусів електровакуумних і напівпровідникових приладів, що працюють при температурі до 500°С. При цьому

газовиділення із заліза мале і не порушує нормальну експлуатацію приладів.

  До благородних металів відносяться найбільш хімічно стійкі метали:

 золото, срібло, платина, паладій. Вони зустрічаються в природі

у вигляді самородків і в різних рудах.

У результаті металургійної, хімічної й електролітичної переробки вдається одержати метали дуже високої чистоти:

золото – 99,998%; срібло – 99,999%;

платина – 99,9998%; паладій – 99,94%.

Золото – блискучий метал жовтого кольору, що володіє високою пластичністю. Межа міцності на розтяг золотого дроту складає 150 МПа, відносне видовження при розриві порядку 40%.

В електронній техніці золото використовують як контактний матеріал, матеріал для корозійно стійких покрить резонаторів НВЧ, внутрішніх поверхонь хвилеводів. Істотною перевагою золота як контактного матеріалу є його стійкість проти утворення сірчистих і окисних плівок в атмосферних умовах як при кімнатній температурі, так іпри нагріванні. Тонкі плівки золота застосовуються як напівпрозорі електроди у фоторезисторах і напівпровідникових фотоелементах, а також у якості міжз’єднань і контактних площадок у плівкових мікросхемах. В останньому випадку через погану адгезію до діелектричних

підкладок плівки золота наносять звичайно з адгезійним підшаром (найчастіше хрому).

 В контактах золота з алюмінієм відбувається поступове утворення ряду інтерметалічних сполук, що володіють підвищеним питомим опором і крихкістю. Тому контакти тонких плівок золота й алюмінію ненадійні.

 Срібло – білий, блискучий метал, стійкий до окиснення при нормальній температурі;

від інших металів відрізняється найменшим питомим опором.

Межа міцності на розтяг для срібного дроту складає близько 200 МПа, відносне видовження при розриві – порядку 50%.

Срібло застосовується у широкій номенклатурі контактів в апаратурі різних потужностей. Високі значення питомих теплоємності, теплопровідності й електричної провідності срібла забезпечують у порівнянні з іншими металами найменше нагрівання контактів і швидкий відвід тепла від контактних точок. Срібло застосовують також для

безпосереднього нанесення на діелектрики, як електроди, у виробництві керамічних і слюдяних конденсаторів. Для цього застосовують метод впікання чи випару у вакуумі. Сріблом покривають внутрішні поверхні хвилеводів для одержання шару високої провідності. З цією ж метою срібленню піддають провідники високочастотних котушок.

Недоліком срібла є схильність до міграції всередину діелектрика, на який воно нанесено, в умовах високої вологості, а також при високих температурах навколишнього середовища. У порівнянні з іншими благородними металами срібло володіє зниженою хімічною

стійкістю. Зокрема, срібло має схильність до утворення непровідних темних плівок сульфіду Ag2S у результаті взаємодії із сірководнем, мізерні кількості якого завжди присутні в атмосфері. Наявність вологи прискорює протікання реакції. Тому срібні контакти не рекомендується застосовувати по сусідству з гумою, ебонітом та іншими матеріалами, що містять сірку. Срібло добре паяється звичайними припоями.

Широке застосування срібла стримується його великим природнім дефіцитом.

  Платина – білий метал, що практично не сполучається з киснем і дуже стійкий до хімічних реагентів. Платина прекрасно піддається механічній обробці, витягується в дуже тонкі нитки й стрічки.

На відміну від срібла, платина не утворює сірчистих плівок при взаємодії з атмосферою, що забезпечує платиновим контактам стабільний перехідний опір. Вона практично не розчиняє водень, пропускаючи його через себе в нагрітому стані. Після відпалу у водні платина зберігає свої властивості. Однак при прожаренні у вуглецевовмісному сере-

довищі платина насичується вуглецем і стає крихкою.

Платину застосовують для виготовлення термопар, розрахованих на робочі температури до 1600°С (у парі зі сплавом платинородій).

Особливо тонкі нитки з платини діаметром близько 0,001 мм для підвісок рухомих систем в електрометрах і інших чутливих приладах одержують багаторазовим волочінням біметалічного дроту платина – срібло з наступним розчиненням зовнішнього шару срібла в азотній кислоті (на платину азотна кислота не діє).

Внаслідок малої твердості платина рідко використовується для контактів у чистому вигляді, але є основою для деяких контактних сплавів. Найбільш розповсюдженими є сплави платини з іридієм; вони не окиснюються, мають високу твердість, мале механічне зношення, однак дорогі і застосовуються в тих випадках, коли необхідно забезпечити високу надійність контактів.

Вольфрам – дуже важкий, твердий метал сірого кольору.

З усіх металів вольфрам має найбільш високу температуру плавлення.

У природі зустрічається тільки у вигляді сполук.

Вольфрам є одним із найважливіших матеріалів електровакуумної техніки. З нього виготовляють електроди, підігрівники, пружини, гачки в електронних лампах, рентгенівських трубках і т.п.

У електровакуумному виробництві застосовують вольфрам марок ВА

(з кремній-алюмінієвою присадкою) і ВТ (із присадкою оксиду торію). Добавка оксиду торію не тільки підвищує механічну міцність вольфраму, але й поліпшує емісійні властивості катодів за рахунок зниження роботи виходу електронів.

Вольфрам володіє найменшим температурним коефіцієнтом лінійного розширення серед усіх чистих металів. Ця його властивість виявляється необхідною при виготовленні термічно погоджених спаїв вольфраму з тугоплавким склом, що теж має низький температурний коефіцієнт лінійного розширення.

Молібден – метал, за зовнішнім виглядом, а також за технологією обробки близький до вольфраму.

Серед усіх тугоплавких металів молібден володіє найменшим питомим опором. Висока міцність молібдену в поєднанні з гарною пластичністю роблять його одним із кращих провідникових матеріалів для виготовлення деталей складної конфігурації, що працюють при високих температурах. З молібдену виготовляють сітки й електроди електронних ламп, рентгенівських трубок і різні допоміжні деталі електровакуумних приладів із напруженим тепловим режимом. Дуже важливим є застосування молібдену для виготовлення вакуумнощільних, термічно погоджених вводів у балони з тугоплавкого скла. Молібден використовується також у нагрівальних елементах електричних печей.

Такі елементи в захисній атмосфері можуть стійко працювати при температурах 1700°С, при яких ще слабко виражені процеси рекристалізації у молібдені.

В електровакуумній техніці найбільш поширені марки молібдену МЧ (молібден чистий) і МК (молібден із присадкою окису кремнію). Останній володіє підвищеною механічною міцністю при високих температурах.

Електровугільні матеріали.

Серед твердих неметалічних провідників найбільш широке застосування в електротехніці одержав графіт – одна з алотропних модифікацій чистого вуглецю. Поряд із малим питомим опором цінними властивостями графіту є значна теплопровідність, стійкість до багатьох хімічно агресивних середовищ, висока нагрівостійкість, легкість механічної обробки. Для виробництва електровуглецевих виробів використовують природний графіт, антрацит і піролітичний вуглець.

Графіт широко використовується в технології напівпровідникових матеріалів для виготовлення різного роду нагрівачів і екранів, човників, тиглів, касет і т.п. У вакуумі чи захисних газових середовищах вироби з графіту можуть експлуатуватися при температурах до 2500°С.

Обмотувальні дроти.

Принцип роботи більшості електричних машин, заснований на взаємодії магнітних полів, які створюються за допомогою обмоток котушок. Котушки – обов’язкова деталь генераторів і трансформаторів, майже всіх радіоелектронних пристроїв. Для їх створення використовують провід обмотувальний. Класифікують дроти за кількома критеріями.

мідні – найбільш широко поширені.

алюмінієві – через більшу, ніж у міді питомого опору застосовують рідше. Але, останнім часом, їх використання розширюється, так як алюміній дешевше.

З сплавів опору (ніхром тощо) – використовують для деяких пристроїв.

Геометрія перетину.

Перетини проводів бувають круглими і прямокутними. Прямокутні використовують при необхідності пропускання через провідник великого струму, для провідників з великою площею перерізу

Матеріал ізоляції.

 Використовуються різні матеріали – від паперу і натуральних волокон, до скла. Часто застосовують кілька шарів, наприклад: папір і емаль.

Для ізоляції важливі не тільки діелектричні властивості, але і механічна міцність, а також товщина. Чим вона менша, тим більше витків можна укласти в котушці при заданому діаметрі дроту.

У мідних проводів першої йде буква П (провід), алюмінієві позначаються АП, для сплавів опору є свої позначення. Потім йде позначення ізоляції, зазвичай за початковими літерами матеріалів її складових і кількості шарів. У прямокутних проводів, в кінці ставиться буква П (прямокутний) далі може слідувати через дефіс ще цифра, яка відрізняє типи.

Наприклад ПЕЛШКО – Провід Емаль Лак Шовк Капроновий Одинарний, мідний дріт покритий лакової емаллю, і додатково ізольований одним шаром капронового шовку. Якби було два шари, то стояла б буква Д (подвійний).

Широко використовують обмотувальний провід в паперовій ізоляції для маслонаповнених трансформаторів. У них масло не тільки охолоджує обмотки, але збільшує опір на пробій. Приклад маркування АПБ – алюмінієві обмотувальні дроти в паперовій ізоляції.

Позначення матеріалів обмоток наступне:

  • азбест – А;
  • арімід – Ар;
  • бавовна – Б;
  • лавсан – Л;
  • капрон – К;
  • трілобал – Кп;
  • пластмаса – П;
  • скло – С;
  • скло з поліефіром – Сл;
  • фторопласт (тефлон) – Ф;
  • натуральний шовк – Ш.

Домашнє завдання.

Опрацювати матеріал. Записати конспект в зошит.

Тема 3. Напівпровідникові матеріали.

Урок 17. Основні напівпровідникові матеріали.

Урок 18. Виготовлення фотоелементів.

Матеріал до уроків 17,18

Одним з найбільш вивчених напівпровідникових матеріалів є германій, існування якого передбачив Д.І. Менделєєв у 1870 році.

Чистий германій має металевий блиск, характеризується високою твердістю і крихкістю. Температура його плавлення становить 937 оС , щільність при температурі 25оС складає 5,33. У твердому стані германій є типовим ковалентним кристалом.

Кристалічний германій хімічно стійкий на повітрі при кімнатній температурі. Роздрібнений  у порошок при нагріванні на повітрі до температури  ≈ 700 оС він легко утворює  діоксид германію GeО2 . Германій слабко розчинний у воді й практично не розчинний в соляній і розведеній сірчаній кислоті. Активним розчинником германію в нормальних умовах є суміш азотної й плавикової кислот і розчин перекису водню. При нагріванні германій інтенсивно взаємодіє з галогенами, сіркою і сірчанокислими з’єднаннями.

Германій, який застосовується у напівпровідникових приладах, має питомий опір від мільйонних часток Ом*м до значень, близьких до питомого опору власного германію. На електричні властивості германію сильний вплив робить режим термообробки.

Один з відомих способів промислового отримання монокристалічного технологічного кремнію є витягування з розплаву за 
методом Чохральського.
Для очищення технологічного кремнію використовують також метод зонного плавлення.

Найпрецизійніший і дорогий інструмент в руках технологів для вирощування монокристалічних плівок — установки
молекулярно-променевої епітаксії,
що дозволяє вирощувати кристал з точністю до моношару.

Легувальні домішки вводять для керування величиною і типом провідності напівпровідника.
Наприклад, поширений кремній можна легувати елементом V підгрупи періодичної системи елементів — фосфором, який є донором, і створити n-Si.

Для отримання кремнію з дірковим типом провідності (p-Si) використовують бор (акцептор). Також створюють компенсовані напівпровідники з тим,щоб зафіксувати рівень Фермі у середині забороненої зони.
p-n-переходи можуть бути отримані декількома методами:

Перший метод полягає в додаванні легованого напівпровідника у розплав в процесі витягування.
 Спочатку ведуть витягування монокристала, наприклад, з розплаву германію. У певний момент в розплав вводять порцію сильно легованого p-германію. Відразу ж у кристалі, що витягується почне переважати
p-провідність, яка разом з раніше вирощеною ділянкою кристала утворює p-n-перехід.

Другий метод ґрунтується на зміні швидкості витягування затравки з розплаву, що містить акцепторні і донорні домішки.
 Припустимо, що в розплаві донорні домішки містяться у надлишку в порівнянні з акцепторними, тоді при повільному витягуванні монокристала в ньому буде виходити n-область.

Третій метод — метод вплавлення полягає в тому, що на пластинку n-напівпровідника накладають зернятко елемента III групи. Наприклад, на пластинку n-германію можна помістити шматочок індію.

Четвертий метод — метод дифузії зводиться до насичення поверхневого шару напівпровідника за досить високої температури донорною або акцепторною домішкою з газової фази, або з попередньо напиленого шару. Отримання заданих розмірів і форми
 p-n-переходу досягається застосуванням масок.

Домашнє завдання.

Опрацювати матеріал. Записати конспект в зошит.

Тема 4. Магнітні матеріали.

Урок 19. Магніто — м’які матеріали.

Урок 20. Технічно чисте залізо і електротехнічна листова сталь.

Урок 21. Магніто – м’які сплави.

Урок 22. Магніто – тверді матеріали.

Урок 23. Основні магнітні сталі.

Урок 24. Магнітно – тверді сплави: альни, альниси, магніко.

Урок 25. Ферити – склад, основні характеристики, марки, застосування.

Матеріал до уроків 19-25

Застосовувані в електротехнічній промисловості магнітні матеріали розділяються на дві основні групи: магнітом’які й магнітотверді.

Магнітом’які матеріали, володіючи високою магнітною проникністю, невеликою коерцетивною силою і магнітними втратами на гістерезис, використовуються в якості сердечників трансформаторів, електромагнітів, у вимірювальних пристроях та в інших випадках, де необхідно при найменшій затраті енергії досягти найбільшої індукції. Магнітом’які, тобто матеріали, що легко намагнічуються, мають вузьку петлю гістерезісу невеликої площі при високих значеннях індукції.

До магнітом’яких матеріалів належать різні марки заліза: (технічно чисте залізо, низьковуглецева електротехнічна сталь листова, електролітичне залізо, карбонільне залізо, кремнієва електротехнічна сталь, пермалої, альсифери.

Низьковуглецева електротехнічна сталь – це один із різно-видів технічно чистого заліза, випускається у виді листів товщиною 0,2-4 мм, містить не більше 0,04% вуглецю і 0,6% інших домішок. Максимальне значення магнітної проникності для різних марок – не менше μмах = 3500-4500, коерцетивна сила – відповідно не більше 100-165 А/м.

Кремнієва електротехнічна сталь є основним магніто-м’яким матеріалом масового споживання. Введенням у склад цієї сталі кремнію досягається підвищення питомого опору, що викликає зменшення втрат на вихрові струми. Наявність кремнію в сталі покращує її склад, оскільки кремній зв’язує частину розчинених в металі газів в першу чергу кисень. Легування кремнієм забезпечує покращені магнітні властивості сталі. Збільшується магнітна проникність сталі, знижується коерцитивна сила і втрати при перемагнічуванні. Сталь маркується чотирма цифрами. Перші три цифри разом означають тип сталі, четверта – порядковий номер типу сталі. Сталь, що містить до 4% кремнію, володіє доволі хорошими механічними властивостями, а при наявності домішок вище 5% кремнію вона стає більш хрупкою.

Сталь електротехнічну тонколистову підрозділяють і маркують так:

а) за структурним станом й видом прокатки на класи (перша цифра марки: 1 – гарячекатана ізотропна, 2 – холоднокатана ізотропна, 3 – холоднокатана анізотропна з ребристою текстурою;

б) за вмістом кремнію (друга цифра марки): 0 – зі вмістом кремнію до 0,4% (нелегована); 1 – від 0,4 до 0,8%; 2 – 0,8-1,8%; 3 –1,8-2,8%; 4 – 2,8-3,8%; 5 – 3,8 -4,8%;

в) за основною нормованою характеристикою на групи (третя цифра в марці): 0 – питомі втрати при магнітній індукції 1,7 Тл і частоті 50 Гц: 1 – при 1,5 Тл і 50 Гц; 2 – при 1,0 Тл і 400Гц; 6 – магнітна індукція в слабких магнітних полях при напруженості поля 0,4 А/м; 7 – магнітна індукція в середніх магнітних полях при 10 А/м.

Пермалої – це сплави заліза і нікелю. Основні магнітні властивості цих сплавів залежать від вмісту нікелю. Найбільшу магнітну проникність має сплав що містить 78,5% . Дуже легку намагнічуваність пермалоїв в слабких полях пояснюють відсутністю в них анізотропії. Їх магнітні властивості чуттєві до зовнішніх механічних напружень, залежать від хімічного складу домішок в сплаві. Індукція насичення високонікелевих пермалоїв майже в два рази нижча, ніж в електротехнічній сталі. Магнітна проникність суттєво знижується із збільшенням частоти, що пояснюється виникненням в матеріалі значних вихрових струмів із-за невеликого питомого опору. Введенням в склад пермалоїв молібдену і хрому підвищується питомий опір і початкову магнітну проникність, але з іншого боку одночасно знижується магнітна індукція насичення. Пермалої застосовуються для виготовлення сердечників малогабаритних силових трансформаторів, дроселів, реле і деталей магнітних кіл, що працюють при підвищених індукціях без підмагнічування.

Пермалої випускають декількох груп, кожна з яких містить ще ряд марок. У марках пермалоїв використовують наступні літерні позначення: Н – нікель, К – кобальт, М – марганець, Х – хром, С – кремній, Д – мідь. Додаткова буква У означає сплав з поліпшеними властивостями, П – з прямокутною петлею гістерезиса. Цифра в марці вказує процентний вміст нікелю.

Альсифери – сплави заліза з кремнієм і алюмінієм. Оптимальний склад альсиферу: 9,5 % ; 5,6 % Аl, 84,9 % . Основні властивості альсиферу: μ = 35500, μrmax = 120000, Нс = 1,8 А/м, ρ= = 0,8·10 мкОм·м, тобто не поступаються властивостям нікелевих пермалоїв. Завдяки крихкості альсиферу його можна використовувати, як порошок для виготовлення пресованих сердечників.

Основні вимоги до магнітом’яких матеріалів наступні:

– повинні мати велику індукцію насичення, тобто пропускати максимальний магнітний потік через задану площу поперечного перерізу магнітопроводу. Це дасть змогу зменшити габаритні розміри й масу магнітної системи;

– повинні мати якнайменші втрати на перемагнічування у змінних магнітних полях. Як правило, магнітопроводи збирають з окремих ізольованих один від одного листах або стрічок, які повинні мати високу пластичність для полегшення процесу виготовлення виробів з них;

– повинні мати стабільність властивостей у процесі експлуатації, а також при впливі таких зовнішніх факторів, як температура й механічні напруження.

Характеристиками магнітотвердих матеріалів для постійних магнітів служать коерцитивна сила, залишкова індукція і максимальна індукція, що віддається магнітом у навколишнє середовище. Для них характерна велика площа петлі гістерезису. Магнітна проникність матеріалів для постійних магнітів нижча, ніж магнітом’яких матеріалів, причому чим більша коерцитивна сила, тим менша магнітна проникність.

До магнітотвердих матеріалів також відносять леговані мар-тенситні сталі, литі магнітотверді сплави, магніти із порошків, ферити, металічні і неметалічні матеріали для звукозапису, магнітні носії інформації.

Магнітотверді матеріали за складом, станом й способом одержання підрозділяють на:

 1) леговані мартенситні сталі, 2) литі магнітотверді сплави, 3) магніти з порошків,

4) магнітотверді ферити, 5) пластичні сплави, що деформуються і магнітні стрічки.

Для виробництва постійних магнітів спочатку використовувалися леговані мартенситні сталі, з огляду на їх невисоку вартість і можливість механічної обробки на металорізальних верстатах. Однак у зв’язку з низькими магнітними характеристиками в цей час їхнє застосування обмежене.

Домашнє завдання.

Опрацювати матеріал. Записати конспект в зошит.