Metaliczne materiały funkcjonalne w elektrotechnice

Transkrypt

1 Temat 7 Nauka o materiałach Metaliczne materiały funkcjonalne w elektrotechnice Materiały funkcjonalne Materiały przewodzące Materiały rezystywne i oporowe Stopy na termopary Stopy o małym wsp. rozszerzalności termicznej Spoiwa lutownicze Materiały magnetyczne miękkie twarde Styki elektryczne Wolfram

2 Przewody energetyczne Przekrój poprzeczny kabla izolowanego; 1 żyła aluminiowa, 2 papier nasycony olejem kablowym, 3 powłoka ołowiana, 4 oplot włóknisty asfaltowany, 5 taśmy stalowe, 6 oplot włóknisty asfaltowany, 7 wypełnienie papierowe Przekrój schematyczny stalowo aluminiowej linki napowietrznej Przewód energetyczny dużej mocyaluminium

3 Miedź stopowa Miedź stopowa jest ogólną nazwą stopów do przeróbki plastycznej, zawierających nie więcej niż 2% głównego dodatku stopowego, najczęściej są to stopy o dobrej przewodności elektrycznej (>75% Cu) i dodatkowych cechach jak odporność na ścieranie i rekrystalizację, wysoka twardość. Znormalizowane gatunki obejmują miedź: chromową, cynową, kadmową, manganową, niklową, siarkową, srebrową, arsenowa, tellurową i cyrkonową. Miedź chromowa (0,4 1,2% Cr) - na elektrody zgrzewarek, Miedź kadmowa (0,045 2% Cd) - na uzwojenia silników elektrycznych.

4 Zastosowanie miedzi stopowej Rodzaj miedzi Znak Cecha Dodatek Zawartość Główne zastosowania Miedź arsenowa CuAs MR As 0,5-0,8 Aparatura chemiczna Miedź cynkowa CuZn2 MZ2 Zn 1,8 3,2 Aparatura chemiczna Miedź cynowa CuSn1 MC1 Sn 0,95 1,25 Wycinki wirników silników elektrycznych Miedź kadmowokrzemowa 0,05 0,01 CuCdSi MDK Cd, Si 0,2 0,3 Przewody trakcji elektrycznej Miedź kadmowa CuCd1 MD1 Cd 0,9 1,2 Przewody trakcji Miedź chromowa CuCr MH Cr 0,4-1,2 Elektrody do zgrzewarek Miedź srebrowa CuAg MS Ag 0,025 0,25 Drut uzwojeń silników dużej mocy Miedź srebrowa CuAg1 MS1 Ag 0,5 1,0 Luty Miedź srebrowa CuAg2 MS2 Ag 1,85 2,15 Druty wspornikowe do lamp elektronowych Miedź tellurowa CuTe ME Te 0,3 1,1 Dysze do palników gazowych, radary, urządzenia radiotechniczne Elektroda do zgrzewarek- MH Komutator silnika el. MDK-MC1

5 Materiały oporowe Materiały oporowe w postaci stopów dzielimy na następujące rodzaje: Materiały na rezystory pomiarowe Materiały na rezystory regulacyjne Materiały na rezystory grzejne Podstawowe właściwości materiałów oporowych decydujące o ich przydatności to: Elektryczne- (rezystywność, temperaturowy współczynnik rezystywności, stabilność właściwości elektrycznych, obciążalność prądowa) Mechaniczne- (wytrzymałość na rozciąganie, obrabialność, temp. rekrystalizacji Cieplne- (dopuszczalna temperatura pracy ciągłej, rozszerzalność cieplna) Chemiczne- (odporność na korozję, skłonność do tworzenia stabilnej powłoki tlenkowej,

6 Materiały rezystywne i oporowe Rezystor regulacyjny- konstantan Grzałka- kanthal

7 Rezystor regulacyjny- konstantan CuNi44Mn1 Grzałka- kanthal Fe68Cr24Al5,5 Co 1,5

8 Termopary - zjawisko Seebecka Termopara składa się z dwóch drutów (różne metale) spojonych na końcu pomiarowym. Pod wpływem różnicy temperatur powstaje różnica potencjałów (zjawisko Seebecka). Główną zaletą termopar jest przetwarzanie wielkości nieelektrycznej jaką jest temperatura na wielkość elektryczną napięcie. Ważnymi atutami są prostota, niezawodność i niska cena. Z tego względu termopary są znormalizowane i oznaczone symbolami literowymi.

9 Stopy na termopary

10 Rodzaje termopar Oznaczenia symbolem R Oznaczenie h 13-R P S trh 10-R B J T E K N PtRh30-PtRh6 Fe-CuNi Cu-CuNi NiCr-CuNi NiCr-NiAl NiCrSi-NiSi Rodzaj termoelementu Platyna 13% rod/platyna Platyna 10% rod/platyna Platyna 30% rod/platyna 6% rod Żelazo miedź nikiel lub żelazo/konstantan Miedź/miedź nikiel lub miedź/konstant Nikiel chrom/miedź nikiel lub nikiel chrom/konstantan Nikiel chrom/nikiel aluminium Nikiel chrom krzem/nikiel krzem Zakres temperatur da stosowania długotrwałego ( C) Zakres temperatur dla stosowania krótkotrwałego ( C) Czujnik do pomiaru temperatury żelazo-konstantan

11 Stopy o małym współczynniku rozszerzalności termicznej Służą do połączeń w ceramice i szkle Zmiana współczynnika rozszerzalności liniowej stopów żelaza z niklem w zależności od zawartości niklu

12 Cokół żarówki - inwar Cokół lampy elektronowej - platynit

13

14 Termostat żelazka- termobimetal inwar stal nierdzewna Element wykonawczy bezpiecznika nadprądowego termobimetal inwar stal nierdzewna

15 Obecne badania związane z zamiennikami ołowiu idą w kierunku uzyskania optymalnego składu materiału lutowniczego złożonego z 3 pierwiastków. Przykładowe, perspektywiczne kompozycje: 95,5 Sn 3,5 Ag 0,7 Cu -217 ºC 93,5 Sn 3,5 Ag 3 Bi -( ) ºC 89,5 Sn 10 Bi 0,5 Cu -( ) ºC Spoiwo do lutowania miękkiego- LC60

16 stop norma temp. topnienia Sn63Pb37 PN-EN C eutektyka stop norma temp. topnienia Sn99,75 PN C Sn97Ag3 PN-EN C Sn60Pb40 PN-EN C Sn50Pb50 PN-EN C Pb60Sn40 PN-EN C Sn96Ag4 PN-EN Sn95,5Ag3,8Cu0,7 PN C eutektyka C eutektyka Pb70Sn30 PN-EN C Pb75Sn25 PN C Pb92Sn8 PN-EN C Pb82Sn C Sn90Pb C Sn62Pb37Cu1 PN C eutektyka Sn60Pb38Cu2 PN-EN C Sn62,5Pb36Ag1,5 PN C eutektyka Sn62Pb36Ag2 PN C Sn57Pb39Ag4 PN C Sn97Cu3 PN-EN C Sn99Cu1 PN-EN C Sn70Zn30 PN C PbSn5,5Ag2,5 PN C PbSn2,5Ag2,5 PN C PbSn15Ag1 PN C PbSn20Zn4,5 PN C PbSn25Zn1,5 PN C Pb48Sn32Bi PN C Sn50Pb32Cd PN-EN C eutektyka Spoiwo do lutowania miękkiego- LC60

17 Spoiwo do lutowania miękkiego- LC60

18

19

20 Stopy niskotopliwe

21 Pochodzenie magnetyzmu Każdy poruszający się ładunek elektryczny jest źródłem pola magnetycznego; Magnetyczne własności materii wynikają głównie z oddziaływania elektronów z polem magnetycznym. Na moment magnetyczny elektronu składają się dwa czynniki: Orbitalny moment magnetyczny związany z orbitalnym momentem pędu elektronu; Spinowy moment magnetyczny wynikający ze spinu elektronu.

22

23 Zależność od pola magnetycznego Zjawisko zmiany orientacji momenty magnetycznego domen wymaga energii. Dlatego obserwujemy tzw. histerezę magnetyczną

24 Postać pętli histerezy magnetycznej materiału magnetycznie miękkiego i magnetycznie twardego

25

26

27 Materiały magnetycznie miękkie Rdzeń transformatora - stal krzemowa

28

29 Materiał magnetycznie twardy Wirnik napędu dyskietki - ferryt barowy Wirnik silnika wentylatora -alniko

30

31

32

33 Własności magnetyczne wybranych materiałów magnetycznie twardych

34 Porównanie objętości magnesów trwałych z różnych materiałów wytwarzających takie samo pole magnetyczne

35 Materiał magnetycznie miękki Rdzeń transformatora stal krzemowa Materiał magnetycznie twardy Wirnik napędu dyskietki - ferryt barowy Wirnik silnika wentylatora -alniko

36 Materiały na zestyki ślizgowe i szczotki elektryczne Szczotka kolektorowa : METALOGRAFIT miedź-grafit

37 Materiały zalecane na zestyki przełączne do obwodów elektroenergetycznych

38

39 Technologia włókna żarnika żarówki z wolframu Wytwarzanie proszku wolframu Redukcja trójtlenku wolframu wodorem Prasowanie na zimno Pręty o przekroju 8x8x20 mm Ciśnienie 250 MPa, środki poślizgowe, równomierny zasyp, prasowanie jednostronne Przeróbka plastyczna Młotkowanie w temperaturze 1700 C Gęstość po obróbce 19 g/cm3 Ciągnienie na ciągarce ławowej na średnicę 0,65 mm w temperaturze 1000 C (smarowanie grafitem) Ciągnienie na ciągarce bębnowej na średnicę 0,007 mm w temperaturze 700 C (smarowanie grafitem) nagrzewanie oporowe Czyszczenie elektrochemiczne 20% ług sodowy, płukanie Spiekanie wstępne Temperatura C, czas 1h,atmosfera wodór,(usunięcie powłok tlenkowych i środków poślizgowych) Gęstość po spiekaniu g/cm3 Nawijanie skrętek Nawijanie drutu wolframowego na rdzeń Wyżarzanie odprężające Rozpuszczanie rdzenia i płukanie Skrętki podwójne wykonuje się przez powtórne nawijanie i trawienie rdzenia Spiekanie zasadnicze Temperatura 3000 C, czas 1h, spiekanie oporowe atmosfera wodór,(urządzenie dzwonowe ) Gęstość po spiekaniu 17-18,5 g/cm3

40 Żarnik żarówki - wolfram