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
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
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.
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
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,
Materiały rezystywne i oporowe Rezystor regulacyjny- konstantan Grzałka- kanthal
Rezystor regulacyjny- konstantan CuNi44Mn1 Grzałka- kanthal Fe68Cr24Al5,5 Co 1,5
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.
Stopy na termopary
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) -100 1300 1300 1600-200 1300 1300 1600 0 1600 1600 1800-200 700 700 900-200 400 400 600-200 700 700 1000-200 1000 1000 1300-200 600 600 1300 Czujnik do pomiaru temperatury żelazo-konstantan
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
Cokół żarówki - inwar Cokół lampy elektronowej - platynit
Termostat żelazka- termobimetal inwar stal nierdzewna Element wykonawczy bezpiecznika nadprądowego termobimetal inwar stal nierdzewna
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 -(206-212) ºC 89,5 Sn 10 Bi 0,5 Cu -(190-200) ºC Spoiwo do lutowania miękkiego- LC60
stop norma temp. topnienia Sn63Pb37 PN-EN 29453 183 C eutektyka stop norma temp. topnienia Sn99,75 PN 681-305 232 C Sn97Ag3 PN-EN 29453 221-230 C Sn60Pb40 PN-EN 29453 183-190 C Sn50Pb50 PN-EN 29453 183-215 C Pb60Sn40 PN-EN 29453 183-235 C Sn96Ag4 PN-EN 29453 Sn95,5Ag3,8Cu0,7 PN 681-227 221 C eutektyka 217-218 C eutektyka Pb70Sn30 PN-EN 29453 183-255 C Pb75Sn25 PN 681-220 183-262 C Pb92Sn8 PN-EN 29453 280-305 C Pb82Sn18 183-270 C Sn90Pb10 183-220 C Sn62Pb37Cu1 PN 681-214 183 C eutektyka Sn60Pb38Cu2 PN-EN 29453 183-190 C Sn62,5Pb36Ag1,5 PN 681-215 179 C eutektyka Sn62Pb36Ag2 PN 681-209 178-190 C Sn57Pb39Ag4 PN 681-111 175-180 C Sn97Cu3 PN-EN 29453 230-250 C Sn99Cu1 PN-EN 29453 230-240 C Sn70Zn30 PN 681-226 200-320 C PbSn5,5Ag2,5 PN 681-111 286-301 C PbSn2,5Ag2,5 PN 681-111 300-305 C PbSn15Ag1 PN 681-111 200-280 C PbSn20Zn4,5 PN681-117 170-267 C PbSn25Zn1,5 PN681-121 170-261 C Pb48Sn32Bi PN 681-207 140-160 C Sn50Pb32Cd PN-EN 29453 145 C eutektyka Spoiwo do lutowania miękkiego- LC60
Spoiwo do lutowania miękkiego- LC60
Stopy niskotopliwe
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.
Zależność od pola magnetycznego Zjawisko zmiany orientacji momenty magnetycznego domen wymaga energii. Dlatego obserwujemy tzw. histerezę magnetyczną
Postać pętli histerezy magnetycznej materiału magnetycznie miękkiego i magnetycznie twardego
Materiały magnetycznie miękkie Rdzeń transformatora - stal krzemowa
Materiał magnetycznie twardy Wirnik napędu dyskietki - ferryt barowy Wirnik silnika wentylatora -alniko
Własności magnetyczne wybranych materiałów magnetycznie twardych
Porównanie objętości magnesów trwałych z różnych materiałów wytwarzających takie samo pole magnetyczne
Materiał magnetycznie miękki Rdzeń transformatora stal krzemowa Materiał magnetycznie twardy Wirnik napędu dyskietki - ferryt barowy Wirnik silnika wentylatora -alniko
Materiały na zestyki ślizgowe i szczotki elektryczne Szczotka kolektorowa : METALOGRAFIT miedź-grafit
Materiały zalecane na zestyki przełączne do obwodów elektroenergetycznych
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 Temperatura1000-1500 C, czas 1h,atmosfera wodór,(usunięcie powłok tlenkowych i środków poślizgowych) Gęstość po spiekaniu 10-12 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
Żarnik żarówki - wolfram