Elektrotekniske materialer, deres egenskaber og anvendelse kort. Elektriske materialer, klassificering, grundlæggende egenskaber

Elektriske egenskaber giver dig mulighed for at evaluere materialers egenskaber, når de udsættes for et elektrisk felt. Elektriske materialers hovedegenskab i forhold til det elektriske felt er elektrisk ledningsevne.

Elektrisk ledningsevne- dette er et materiales egenskab til at lede en elektrisk strøm under påvirkning af en konstant (ikke skiftende i tid) elektrisk spænding.

Specifik elektrisk modstand - dette er modstanden af ​​et materiale med en længde på 1 m og et tværsnit på 1 m 2.

hvor γ er materiales ledningsevne, dette er ledningsevnen af ​​et materiale med en længde på 1m og et tværsnit på 1m 2, 1 / Ohm∙m;

q er værdien af ​​bæreladningen (elektronladning 1,6 10 -19), C;

n er antallet af ladningsbærere pr. volumenenhed;

µ er ladningsbærerens mobilitet.

Jo større værdien af ​​ρ, jo lavere er materialets elektriske ledningsevne.

Ledere ρ=10 -8 ÷10 -6 .

Halvledere ρ=10 -6 ÷10 8 .

Dielektrik ρ=108 ÷1018.

Ledermodstand- dette er en konstruktiv karakteristik af dirigenten, fordi afhænger af materialets størrelse og ledende egenskaber.

hvor ρ er materialets resistivitet, Ohm∙m;

l er længden af ​​lederen, m;

S er lederens tværsnitsareal, m 2.

Temperaturkoefficient for resistivitet - viser, hvor meget modstanden af ​​et materiale i 1 ohm vil ændre sig, når det opvarmes med 1 0 C.

Med en lineær ændring i resistivitet i et snævert temperaturområde

hvor ρ er materialets resistivitet ved temperatur ;

ρ 0 - specifik modstand af materialet i begyndelsen

temperatur t 0 tages normalt som 20 0 C.

Hvis vi erstatter resistivitet med modstand

Jo større værdien af ​​α er, jo mere ændrer lederens modstand sig med temperaturen.

Ledere α>0 med stigende temperatur øges materialets resistivitet.

Halvledere og dielektrikum α<0 с увеличением температуры удельное сопротивление материала уменьшается.

Elektriske egenskaber og egenskaber af materialer (til dielektriske stoffer)

Dielektriske materialers hovedegenskab er evnen til at polarisere i et elektrisk felt.

Polarisering- dette er en egenskab ved et materiale, der består i en begrænset forskydning eller orientering af bundne ladninger, når de udsættes for et elektrisk felt.

Den dielektriske konstant (relativ) - viser hvor meget mere det eksterne elektriske felt svækkes i et givet materiale end i vakuum (viser polarisationsblindhed).

hvor ε a er den absolutte permittivitet, tager hensyn til materialets effekt på det elektriske felt, f/m;

ε 0 - absolut permittivitet af vakuum, 8,85∙10 -12 F/m.

Jo større værdien af ​​ε, jo stærkere er dielektrikumet polariseret.

Vakuum ε=0.

Gasformige dielektrika er hovedsageligt ε≥1.

Flydende og fast dielektrikum ε>>1.

Tangent af dielektrisk tabsvinkel.

Når et elektrisk felt påføres et stof, omdannes en del af den elektriske energi til varme og spredes. Den dissiperede del af elektrisk energi af et dielektrikum kaldes dielektriske tab. Desuden vil energitabet ved vekselspænding være mange gange større end tabet ved konstant spænding.

Ved konstant spænding er tabene numerisk lig med aktiv effekt

hvor U er den spænding, der påføres dielektrikumet, V;

I er ledningsstrømmen gennem dielektrikumet, A.

Med vekselspænding

hvor U er den vekselspænding, der påføres dielektrikumet, V;

f er den aktuelle frekvens, Hz;

C er kapacitansen af ​​dielektrikumet, F.

δ er vinklen for dielektriske tab, der komplementerer til 90 0 faseforskydningsvinklen φ mellem strøm og spænding i det kapacitive kredsløb.

Jo større værdien af ​​tg δ, jo større tab i dielektrikumet og jo større opvarmning af dielektrikumet i det elektriske felt af en given frekvens og spænding.

Gasformige dielektrika tg δ=10-6 ÷10-5.

Flydende og fast dielektrikum: topklasse tg δ=(2÷6)∙10 -4 ,

resten tg δ=0,002÷0,05.

Nedbrydningsstyrke (elektrisk styrke) er intensiteten af ​​et ensartet elektrisk felt, ved hvilket et dielektrisk nedbrud opstår (bliver til en leder).

hvor U pr - gennembrudsspænding, ved hvilken sammenbrud opstår, MV;

d er tykkelsen af ​​dielektrikumet ved nedbrydningsstedet, m.

Jo større værdi af E pr, jo bedre er de elektriske isoleringsegenskaber.

Ved valg af isolering er det nødvendigt at tage højde for spændingen, ved hvilken dielektrikumet tændes, og der skal sikres en sikkerhedsmargin (sikkerhedsfaktor).

hvor E p er arbejdsspændingen, MV / m.

Den mest skrøbelige kommunikationsform - molekylær binding(van der Waals forbindelse). En sådan binding findes i nogle stoffer mellem molekyler med kovalente intramolekylære bindinger.

Intermolekylær tiltrækning skyldes den koordinerede bevægelse af valenselektroner i tilstødende molekyler. På ethvert tidspunkt er elektronerne så langt fra hinanden som muligt og så tæt som muligt på positive ladninger. I dette tilfælde viser tiltrækningskræfterne af valenselektroner af de positivt ladede kerner af nabomolekyler sig at være stærkere end kræfterne til gensidig frastødning af elektronerne i de ydre baner. Van der Waals-bindingen observeres mellem molekylerne af visse stoffer (for eksempel paraffin), der har et lavt smeltepunkt, hvilket indikerer skrøbeligheden af ​​deres krystalgitter.

Hovedproceskarakteristikken for ethvert dielektrikum, som opstår, når en elektrisk spænding påføres det, er polarisering -- begrænset forskydning af bundne ladninger eller orientering af dipolmolekyler.

For kortheds skyld kaldes dipol-relaksationspolarisering dipol. Det adskiller sig fra elektronisk og ionisk polarisering ved, at det er forbundet med partiklernes termiske bevægelse. Dipolmolekyler i kaotisk termisk bevægelse er delvist orienteret under påvirkning af feltet, som er årsagen til polarisering.

Dipolpolarisering er mulig, hvis molekylære kræfter ikke forhindrer dipolerne i at blive orienteret langs feltet. Når temperaturen stiger, svækkes de molekylære kræfter, stoffets viskositet falder, hvilket skulle øge dipolpolariseringen, men samtidig øges energien af ​​molekylernes termiske bevægelse, hvilket reducerer feltets orienterende effekt. Derfor, med stigende temperatur, stiger dipolpolarisationen først (indtil svækkelsen af ​​molekylære kræfter påvirker mere end stigningen i kaotisk termisk bevægelse), og derefter, når den kaotiske bevægelse bliver mere intens, begynder dipolpolariseringen at falde med stigende temperatur.

Drejning af dipoler i retning af feltet i et viskøst medium kræver at overvinde en vis modstand, og derfor er dipolpolarisering forbundet med energitab.

Permittiviteten af ​​faste stoffer afhænger af de strukturelle træk ved det faste dielektriske. Alle typer polarisering er mulige i faste stoffer. For faste upolære dielektrika er de samme regelmæssigheder karakteristiske som for upolære væsker og gasser. Dette bekræftes af afhængighed ? r (t) for paraffin. Under overgangen af ​​paraffin fra en fast tilstand til en flydende tilstand (smeltepunkt på ca. +54°C) sker der et kraftigt fald i dielektricitetskonstanten på grund af et fald i stoffets densitet.

Gasformige stoffer er karakteriseret ved lave tætheder. Derfor er permittiviteten af ​​alle gasser ubetydelig og tæt på enhed. Hvis gasmolekylerne er polære, så kan polariseringen være dipol, men for polære gasser er den elektroniske polarisering af primær betydning.

Polariseringen af ​​væsker, der indeholder dipolmolekyler, bestemmes af elektron- og dipolpolarisationerne. Jo større det elektriske moment af dipolerne og antallet af molekyler pr. volumenenhed, jo større er den dielektriske permittivitet af flydende dielektrika. Permittiviteten af ​​flydende polære dielektriske stoffer varierer fra 3 til 5,5.

Faste dielektrika, som er ioniske krystaller med tæt pakning af partikler, har elektroniske og ioniske polariseringer og har en permittivitet, der varierer over et bredt område. For uorganiske glas (kvasi-amorfe dielektrika) varierer permittiviteten fra 4 til 20. Faste dielektrika, som er ioniske krystaller med en løs pakning af partikler, har udover elektronisk og ionisk polarisering ion-afspændingspolarisering og er karakteriseret ved en lav værdi af dielektrisk permittivitet. For eksempel ? r stensalt har en værdi på 6, korund 10, rutil 110 og calciumtitanat 150. (Alle værdier ? r er givet for en temperatur på 20 °C.)

Polære organiske dielektrika udviser dipol-relaksationspolarisering i fast tilstand. Sådanne dielektrika omfatter cellulose og produkter fra dets forarbejdning, polære polymerer. Dipol-relaksationspolarisering observeres også i is. Permittiviteten af ​​disse materialer afhænger i høj grad af temperaturen og af frekvensen af ​​den påførte spænding, efter de samme mønstre, som observeres for polære væsker.

Det kan bemærkes, at isens permittivitet ændrer sig dramatisk med temperatur og frekvens. Ved lave frekvenser og temperaturer tæt på 0°C har is ligesom vand ? r ~ 80 dog med faldende temperatur ? r falder hurtigt og når 2,85.

Dielektricitetskonstanten for komplekse dielektrika, som er en mekanisk blanding af to komponenter med forskellige dielektriske konstanter, bestemmes i den første tilnærmelse ud fra den logaritmiske blandingslov.

Strøm i gasser kan kun opstå, hvis der er ioner eller frie elektroner i dem. Ionisering af neutrale gasmolekyler sker enten under påvirkning af eksterne faktorer eller på grund af kollisioner af ladede partikler med molekyler.

Den elektriske ledningsevne af flydende dielektrika er tæt forbundet med strukturen af ​​flydende molekyler. I ikke-polære væsker afhænger elektrisk ledningsevne af tilstedeværelsen af ​​dissocierede urenheder, herunder fugt. I polære væsker bestemmes den elektriske ledningsevne ikke kun af urenheder, men nogle gange af dissociationen af ​​selve væskens molekyler. Strømmen i en væske kan både skyldes bevægelser af ioner og bevægelse af relativt store ladede kolloide partikler.

Den elektriske ledningsevne af faste stoffer bestemmes af bevægelsen af ​​både ionerne i selve dielektrisket og ionerne af tilfældige urenheder, og i nogle materialer kan det være forårsaget af tilstedeværelsen af ​​frie elektroner. Elektronisk elektrisk ledningsevne er mest mærkbar i stærke elektriske felter.

I dielektrika med et atomært eller molekylært gitter er elektrisk ledningsevne kun forbundet med tilstedeværelsen af ​​urenheder, deres specifikke ledningsevne er meget lille.

I SI-systemet, volumenresistivitet ?v lig med volumenmodstanden af ​​en terning med en kant på 1 m, mentalt skåret ud af materialet under undersøgelse (hvis strømmen passerer gennem kuben, fra en af ​​dens flader til den modsatte), multipliceret med 1 m.

For en flad prøve af materiale i et ensartet felt beregnes volumenresistiviteten (ohm-meter) ved formlen

R-- prøvevolumen modstand, Ohm;

S - elektrodeareal, m2;

h-- prøvetykkelse, m.

Specifik volumenledningsevne? målt i siemens pr. meter

Dielektriske tab (dielektriske tab) er den effekt, der spredes i et dielektrikum, når et elektrisk felt påføres det og forårsager opvarmning af dielektrikumet. Tab i dielektrikum observeres både ved vekselspænding og ved konstant spænding, da der på grund af ledningsevne detekteres en gennemgående strøm i materialet.

Ved en konstant spænding er der ingen periodisk polarisering. Kvaliteten af ​​materialet er kendetegnet ved værdierne af specifikt volumen og overflademodstand. Med en vekselspænding er det nødvendigt at bruge en anden karakteristik af materialets kvalitet, da der i dette tilfælde ud over gennemstrømningen er yderligere årsager, der forårsager tab i dielektrikumet.

Dielektriske tab i et elektrisk isolerende materiale kan karakteriseres ved effekttab pr. volumenenhed eller specifikke tab; oftere, for at vurdere et dielektrikums evne til at sprede effekt i et elektrisk felt, bruges den dielektriske tabsvinkel såvel som tangenten af ​​denne vinkel.

Uacceptabelt store dielektriske tab i det elektriske isoleringsmateriale forårsager stærk opvarmning af produktet fremstillet af det og kan føre til dets termiske ødelæggelse. Selvom spændingen påført dielektrikumet ikke er stor nok til at forårsage uacceptabel overophedning på grund af dielektriske tab, kan store dielektriske tab i dette tilfælde forårsage betydelig skade, f.eks. og følgelig mængden af ​​dæmpning.

Gummi og papir er organiske dielektrika med molekylær struktur med polære molekyler. Disse stoffer har på grund af deres iboende dipol-relaksationspolarisering store tab. Tab tangent tg? ~ 0,03, for partikelformet gummi op til 0,25.

Briller, uorganiske kvasi-amorfe stoffer med ionisk struktur, som er komplekse systemer af forskellige oxider. Dielektriske tab i sådanne stoffer er forbundet med fænomenet polarisering og elektrisk ledningsevne. De elektriske egenskaber er meget afhængige af deres sammensætning. For kvartsglas er tabstangensen tg?~0,0002.

Skumplast er materialer med en cellulær struktur, hvor gasformige fyldstoffer er isoleret fra hinanden og fra miljøet af tynde lag af et polymerbindemiddel. Epoxyharpiksbaserede skum har en tab-tangens tg? ~ 0,025 - 0,035. Skumplast baseret på ekspanderet polystyren tg? ~ 0,0004.

Der må således forventes mindre elektrisk tab fra glas.

Dielektrikummet, der er i et elektrisk felt, mister egenskaberne af et elektrisk isolerende materiale, hvis feltstyrken overstiger en vis kritisk værdi. Dette fænomen kaldes dielektrisk nedbrydning eller krænkelse af dens elektriske styrke. Spændingen, ved hvilken nedbrydning af et dielektrikum sker, kaldes gennembrudsspænding, og den tilsvarende værdi af feltstyrken -- dielektrisk styrke.

Gennembrudsspændingen er angivet U np og måles normalt i kilovolt. Den elektriske styrke bestemmes af nedbrydningsspændingen relateret til tykkelsen af ​​dielektrikumet ved nedbrydningspunktet:

hvor h-- dielektrisk tykkelse

Praktisk til praktiske formål opnås de numeriske værdier af dielektrikums elektriske styrke, hvis nedbrydningsspændingen er udtrykt i kilovolt, og tykkelsen af ​​dielektrikumet er i millimeter. Så vil den elektriske styrke være i kilovolt pr. millimeter. For at gemme numeriske værdier og skifte til SI-enheder kan du bruge enheden MV/m:

Flydende dielektriske stoffer har en højere elektrisk styrke end gasser under normale forhold. Ekstremt rene væsker er ekstremt vanskelige at få. Permanente urenheder i flydende dielektrika er vand, gasser og faste partikler. Tilstedeværelsen af ​​urenheder bestemmer hovedsageligt fænomenet med nedbrydning af flydende dielektriske stoffer og forårsager store vanskeligheder med at skabe en nøjagtig teori om nedbrydningen af ​​disse stoffer.

Teorien om elektrisk nedbrydning kan anvendes på væsker, der er maksimalt renset fra urenheder. Ved høje elektriske feltstyrker kan elektroner udstødes fra metalelektroder, og som i gasser kan selve væskens molekyler blive ødelagt på grund af stød med ladede partikler. I dette tilfælde skyldes den øgede elektriske styrke af et flydende dielektrikum sammenlignet med et gasformigt en meget kortere elektrongennemsnitlig fri vej. Nedbrydningen af ​​væsker indeholdende gasindeslutninger forklares ved lokal overophedning af væsken på grund af den energi, der frigives i relativt let ioniserede gasbobler, hvilket fører til dannelsen af ​​en gaskanal mellem elektroderne. Vand i form af individuelle små dråber i transformerolie ved normal temperatur reducerer betydeligt E osv. Under påvirkning af et langt elektrisk felt polariseres sfæriske vanddråber af en stærkt dipol væske, antager form af ellipsoider og, der tiltrækkes af hinanden af ​​modsatte ender, skaber kæder med øget ledningsevne mellem elektroderne, langs hvilke en elektrisk nedbrud opstår.

Brændt porcelæn har en densitet på 2,3-2,5 Mg/m 3 . Ultimativ styrke i kompression 400-700 MPa, i træk 45-70 MPa, i bøjning 80-150 MPa. Hvoraf det kan ses, at porcelænets mekaniske styrke er højere ved arbejde i kompression.

Forskellige materialers beskyttende egenskaber over for højenergi-korpuskulær og bølgestråling er bekvemt karakteriseret ved konceptet med et tifold dæmpningslag, dvs. tykkelsen af ​​stoflaget, efter at have passeret igennem, dæmpes strålingens intensitet ti gange. Denne egenskab forenkler i høj grad beregningen af ​​beskyttelseselementer. For eksempel, for at svække med 100 gange, er det nødvendigt at tage tykkelsen af ​​det beskyttende stof svarende til to lag af ti gange svækkelse. Naturligvis, P ti gange dæmpningslag vil reducere strålingsintensiteten med en faktor på 10n.

Et stofs absorption af kvanteenergi afhænger af tætheden af ​​dette stof. Af disse stoffer har bly den højeste tæthed. For at absorbere 1 MeV kvantestråling skal blytykkelsen være ~ 30 mm, stål ~ 50 mm, beton ~ 200 mm, vand 400 mm. Bly har således den mindste tykkelse af det tifoldige dæmpningslag.

De vigtigste praktisk anvendte faste ledermaterialer i elektroteknik er metaller og deres legeringer. Højledningsevne metaller med resistivitet skiller sig ud fra dem? ved normal temperatur, ikke mere end 0,05 μΩ * m, og højmodstandslegeringer med en resistivitet? ved normal temperatur ikke mindre end 0,3 μΩ * m. Metaller med høj ledningsevne bruges til ledninger, ledere af kabler, viklinger af elektriske maskiner. Sådanne metaller omfatter kobber (0,017 μΩ * m), sølv (0,016 μΩ * m) Aluminium (0,028 μΩ * m)

Metaller og legeringer med høj modstand bruges til fremstilling af modstande til elektriske varmeapparater, glødelamper. Metaller og legeringer med høj modstand omfatter manganin (0,42-0,48 μΩ * m), Constantan (0,48-0,52 μΩ * m), krom-nikkel-legeringer (1,1-1,2 μΩ * m ), krom-aluminium (1,2-1,5 m * ohm) ), Kviksølv, Bly, Wolfram.

I 1911 undersøgte den hollandske fysiker H. Kamerliig-Onnes metallers elektriske ledningsevne ved meget lave temperaturer, der nærmede sig det absolutte nulpunkt. Han fandt ud af, at når den afkøles til en temperatur, der omtrent svarer til temperaturen for helium-likvefaktion, falder modstanden af ​​en ring af frosset kviksølv pludselig, i et skarpt hop, til en ekstremt lille, umålelig værdi. Sådan et fænomen, dvs. tilstedeværelsen af ​​et stof med næsten uendelig specifik ledningsevne, blev kaldt superledningsevne. Temperatur T FRA , når det er afkølet, hvortil stoffet går over i en superledende tilstand, - superledende overgangstemperatur. Stoffer, der går over i superledende tilstand superledere.

Fænomenet superledning skyldes det faktum, at en elektrisk strøm, når den først er induceret i et superledende kredsløb, vil cirkulere i lang tid (i årevis) langs dette kredsløb uden et mærkbart fald i dets styrke, og desuden uden nogen energiforsyning udefra.

På nuværende tidspunkt er 35 superledende metaller og mere end tusind superledende legeringer og kemiske forbindelser af forskellige grundstoffer allerede kendt. Samtidig er mange stoffer, også dem med meget små værdier? ved normal temperatur kunne metaller som sølv, kobber, guld, platin og andre, ved de laveste temperaturer nået på nuværende tidspunkt (ca. en millikelvin) ikke overføres til den superledende tilstand.

Halvledere brugt i praksis kan opdeles i enkel halvledere (deres hovedsammensætning er dannet af atomer af et kemisk element) og komplekse halvledersammensætninger, hvis hovedsammensætning er dannet af atomer af to eller flere kemiske grundstoffer. Også undersøgt i øjeblikket glaslegeme og væske halvledere. Enkel Halvledere er: Bor, Silicium, Germanium, Fosfor, Arsen, Selen, Svovl, Tellur, Jod. kompleks halvledere er forbindelser af elementer fra forskellige grupper i det periodiske system, svarende til de generelle formler A IV B, IV (for eksempel SiC), A III B V (InSb, GaAs, GaP), A II B IV (CdS, ZnSe) samt nogle oxider (CU 2 O). Til halvledersammensætninger materialer med en halvledende eller ledende fase af siliciumcarbid og grafit bundet med en keramisk eller anden binding kan tilskrives.

I moderne teknologi har silicium, germanium og til dels selen, som bruges til fremstilling af dioder, trioder og andre halvlederenheder, fået særlig betydning.

Termistorer (termistorer) er lavet i form af stænger, plader eller tabletter ved hjælp af keramisk teknologi. Modstanden og andre egenskaber af termistorer afhænger ikke kun af sammensætningen, men også af kornstørrelsen, af fremstillingsprocessen: pressetryk (hvis halvlederen tages i form af et pulver) og brændingstemperatur. Termistorer bruges til måling, temperaturkontrol og termisk kompensation, til spændingsstabilisering, begrænsning af pulserede startstrømme, måling af væskes termiske ledningsevne, som berøringsfri reostater og strømtidsrelæer.

Af halvlederkeramik med Curie-punkt fremstilles termistorer, som adskiller sig fra alle andre termistorer ved, at de ikke har en negativ, men en meget stor positiv temperaturmodstandskoefficient (over + 20% / K) i et snævert temperaturområde (ca. 10°C). Disse termistorer kaldes stillere. De er lavet i form af skiver af lille tykkelse og er beregnet til temperaturkontrol og regulering, brug i brandalarmsystemer, beskyttelse af motorer mod overophedning, begrænsning af strømme, måling af strømmen af ​​væsker og gasser.

Halvlederoxider bruges hovedsageligt til fremstilling af termistorer med en stor negativ temperaturkoefficient for resistivitet [--(Z-4)% / K].

Til lagringsenheder af computerteknologi anvendes ferriter, der har en rektangulær hystereseløkke. Hovedparameteren for produkter af denne type er kvadratisk koefficienten af ​​hysteresesløjfen K p, som er forholdet mellem den resterende induktion W t og den maksimale induktion B max

Kp \u003d W / Vmax

Til fremstilling af transformatorkerner bruges bløde magnetiske materialer i form af et sæt tynde plader isoleret fra hinanden. Dette design af transformatorkernen kan reducere hvirvelstrømstab (Foucault-strømme) markant.

Hårde magnetiske materialer bruges hovedsageligt til fremstilling af permanente magneter.

Ifølge sammensætningen er tilstanden og metoden til at opnå hårde magnetiske materialer opdelt i:

1) legeret martensitisk stål,

2) støbte hårde magnetiske legeringer,

3) pulvermagneter,

4) hårde magnetiske ferriter,

5) plastisk deformerbare legeringer,

6) magnetbånd.

Karakteristika for materialer til permanente magneter er tvangskraften, resterende induktion og den maksimale energi, som magneten afgiver til det ydre rum. Den magnetiske permeabilitet af materialer til permanente magneter er lavere end for bløde magnetiske materialer, og jo højere tvangskraften er, jo lavere er den magnetiske permeabilitet.

Det mest enkle og overkommelige materiale til fremstilling af permanente magneter er legeret martensitisk stål. De er legeret med wolfram, krom, molybdæn, koboltadditiver. Værdien af ​​W max for martensitiske stål er 1--4 kJ/m 3 . De magnetiske egenskaber af sådanne stål er garanteret for martensitiske stål efter en varmebehandling, der er specifik for hver stålkvalitet og en fem-timers strukturel stabilisering i kogende vand. Martensitisk stål begyndte at blive brugt til produktion af permanente magneter før alle andre materialer. I øjeblikket er de af begrænset brug på grund af deres lave magnetiske egenskaber, men de er ikke helt forladt, da de er billige og kan bearbejdes på metalskæremaskiner.

Til arbejde i højfrekvente installationer er det bedst egnede materiale magnetisk hård ferrit (bariumferrit). I modsætning til bløde magnetiske ferriter har den ikke et kubisk, men et sekskantet krystalgitter med enakset anisotropi. Bariumferritmagneter har en tvangskraft på op til 240 kA/m, men med hensyn til restinduktion på 0,38 T og lagret magnetisk energi på 12,4 kJ/m 3 er de ringere end Alni-systemets legeringer. Den specifikke modstand af bariumferrit er 10 4 - 10 7 Ohm * m, dvs. millioner af gange højere end resistiviteten af ​​støbte metal hårde magnetiske legeringer.

Metal-plastikmagneter (med ret lave magnetiske egenskaber) har en høj elektrisk modstand og følgelig en lille magnetisk tabstangent, som også gør det muligt at bruge dem i udstyr med et vekslende magnetfelt med øget frekvens.

Emne #1

ELEKTRISK MATERIALER, KLASSIFIKATION, HOVED EGENSKABER.

De materialer, der i vid udstrækning anvendes i radioelektronisk udstyr, har forskellige navne: elektriske materialer, radiotekniske materialer, elektroniske tekniske materialer. Der er dog ingen grundlæggende forskel mellem disse materialer. På trods af forskellene i navne bruges de alle til fremstilling af dele eller komponenter og enheder af elektrisk, radioteknik, mikroelektronisk, computerudstyr. Ikke desto mindre skal alle materialer inden for det tekniske område af interesse for os have et veldefineret sæt af egenskaber, på grund af hvilke de finder en specifik anvendelse.

Det samlende princip for alle elektriske materialer er et sæt af deres egenskaber i forhold til det elektromagnetiske felt. Når man interagerer med et elektromagnetisk felt, manifesteres elektriske og magnetiske egenskaber. Dette giver os mulighed for at definere begrebet "elektrotekniske materialer" og klassificere dem.

Elektro(radio)tekniske materialer (ETM) er materialer, der er karakteriseret ved bestemte egenskaber i forhold til det elektromagnetiske felt, og som anvendes i teknologi under hensyntagen til disse egenskaber.

Ifølge den vigtigste elektriske egenskab ved stoffer - elektrisk ledningsevne - er elektriske materialer opdelt i tre grupper: ledere, halvledere og dielektriske stoffer.

Ifølge de magnetiske egenskaber opdeles stoffer i fem grupper: diamagneter, paramagneter, ferromagneter, antiferromagneter og ferrimagneter.

Hver af disse grupper er igen opdelt i undergrupper i henhold til kvantitative parametre, der karakteriserer deres hovedegenskaber. Dette giver os mulighed for at præsentere klassificeringen af ​​radiomaterialer i form af et generaliseret skema (fig. 1.1).

Til praktisk brug er det nødvendigt, at de elektriske eller magnetiske egenskaber kvantitativt er tilstrækkeligt udtalte, og de mekaniske, teknologiske og andre egenskaber opfylder visse krav. Derfor er ikke alle de anførte grupper lige udbredt inden for teknologi.

1.2. MATERIALERNES FYSISK-KEMISKE ART

Alle materialer, der findes i naturen, uanset deres aggregeringstilstand (gasformige, flydende, faste) er bygget af atomer af mere end 100 kemiske grundstoffer. Ethvert stof (materiale) består af et stort antal elektrisk ladede partikler - elektroner og atomkerner af kemiske elementer, som bestemmer dets egenskaber.

Der er metoder til forenklet analyse af materialers egenskaber, som gør det muligt at bruge nogle af de makroskopiske egenskaber opnået eksperimentelt. I dette tilfælde tages de vigtigste træk ved interaktionen mellem elektroner og kerner af kemiske elementer, der danner et stof, i betragtning integreret eller automatisk.

En af disse metoder er analyse af de kemiske bindinger af grundstofferne i et stof. Forskellene i stoftyperne skyldes naturligvis forskellen i karakteren af ​​fordelingen af ​​elektroner i atomer og molekyler, og især karakteren af ​​fordelingen af ​​de valenselektroner og ioniske atomkerner, der er fjernest fra kernen. . Ved at sammenligne arrangementet af atomer i strukturen af ​​et stof, den elektroniske konfiguration af disse atomer, typen af ​​kemisk binding mellem dem, kan man besvare en række vigtige spørgsmål om et materiales makroskopiske egenskaber, såsom elektrisk ledningsevne, magnetisering evne, massefylde, hårdhed, plasticitet, smeltepunkt osv. .d.

Vigtigst i denne tilgang til analysen af ​​materialers egenskaber er spørgsmålet om de bindingskræfter, der holder atomerne sammen. Disse kræfter er næsten udelukkende kræfterne af elektrostatisk interaktion mellem elektroner og atomkerner. Rollen af ​​kræfter af magnetisk oprindelse er meget ubetydelig, og gravitationskræfter, på grund af de små værdier af masserne af interagerende partikler, kan negligeres. Eksistensen af ​​stabile bindinger mellem stoffets atomer antyder, at den samlede energi E V p partikler i volumen V stoffer i form af summen af ​​kinetikken E til og potentiale U n E V p= N (E V k + U V n) mindre end den samlede energi af det samme antal partikler uden for volumenet, dvs. i en fri stat E c p \u003d N (E c k + U c n). Forskellen mellem disse energier E s p – E V p= E St kaldes den kemiske bindingsenergi, eller forbindelsesenergi.

Det er eksperimentelt blevet fastslået, at et stofs eller materiales elektriske og mekaniske egenskaber bestemmes af bindingens art og den kvantitative værdi af bindingsenergien E St.

I henhold til arten af ​​interaktionen mellem partiklerne, der udgør stoffet, skelnes der mellem seks typer kemiske bindinger:

Kovalent ikke-polær;

Kovalent polær eller homøopolær;

ionisk eller heteropolær;

Donor-acceptor;

metal;

Intermolekylær.

Kovalent ikke-polær binding opstår, når atomer af samme navn kombineres til molekyler, for eksempel H 2, O 2, Cl 2, N 2, diamant, svovl, Si, Ge osv. I dette tilfælde sker socialiseringen af ​​valenselektroner, hvilket fører til tilføjelsen af ​​den ydre elektronskal til en stabil tilstand. Molekyler med en kovalent upolær binding har en symmetrisk struktur, dvs. centrene for positive og negative ladninger falder sammen. Som følge heraf er molekylets elektriske moment lig med nul, dvs. molekylet er upolært eller neutralt.

Det skal huskes, at et andet elektrisk moment end nul er karakteristisk for dipolmolekyler. De er et system af to elektriske ladninger af samme størrelse og modsat fortegn. q, ligger i nogen afstand jeg fra hinanden. For et sådant ladningssystem eller et molekyle er det elektriske eller dipolmoment μ= ql.

Kovalent ikke-polær binding er karakteristisk for dielektrika og halvledere.

Kovalent polær (homeopolær eller parelektronisk) binding opstår ved kombination af uens atomer, for eksempel H 2 O, CH 4, CH 3 C1, CC1 4 osv. I dette tilfælde finder socialiseringen af ​​par valenselektroner og tilføjelsen af ​​den ydre skal til en stabil tilstand også sted. Hver binding har dog et dipolmoment. Molekylet som helhed kan dog være neutralt eller polært (fig. 1.2).

Homøopolære forbindelser kan være dielektriske (polymere organiske materialer) og halvledere.

Ionisk (heteropolær) binding opstår under dannelsen af ​​et molekyle af grundstoffer placeret i enden (VII gruppe) og begyndelsen (I gruppe) af tabellen D.I. Mendeleev, for eksempel NaCl. I dette tilfælde passerer metallets valenselektron, svagt bundet til atomet, til halogenatomet og fuldender dets kredsløb til en stabil tilstand (8 elektroner). Som et resultat dannes der to ioner, mellem hvilke elektrostatiske tiltrækningskræfter virker. .

De ioniske kræfter af interaktion er ret store, så stoffer med en ionbinding har relativt høj mekanisk styrke, smelte- og fordampningstemperaturer. Ionbinding er karakteristisk for dielektriske stoffer.

Donor-acceptor-binding i det væsentlige er det en slags ionbinding og opstår, når et materiale er dannet af elementer fra forskellige grupper i tabellen D.I. Mendeleev, for eksempel forbindelser A III B V - GaAs, etc.; forbindelser A III B V - ZnS, CdTe osv. I sådanne forbindelser donerer et atom af et grundstof, kaldet en donor, en elektron til et andet atom, kaldet en acceptor. Som et resultat fremkommer en donor-acceptor kemisk binding, som er ret stærk. Materialer med en sådan binding kan være dielektriske stoffer og halvledere.

metalforbindelse opstår mellem atomer i metaller og er en konsekvens af socialiseringen af ​​alle valenselektroner, der danner en elektrongas og kompenserer for ladningen af ​​ionerne i krystalgitteret. På grund af interaktionen mellem elektrongas og ioner dannes en metallisk binding. Delte elektroner er svagt bundet til atomkerner og er fra et energisynspunkt frie. Derfor, selv ved meget svage eksterne elektriske felter, manifesteres en høj elektrisk ledningsevne af metaller.

Intermolekylær eller resterende binding karakteristisk for stoffer af organisk oprindelse, såsom paraffin. Det forekommer mellem et stofs molekyler og er svagt, på grund af hvilket sådanne materialer har et lavt smeltepunkt og mekaniske egenskaber, hvilket indikerer skrøbeligheden af ​​stoffets molekylære struktur.

Det skal bemærkes, at atomer i et fast stof normalt ikke er bundet af nogen af ​​de betragtede typer bindinger. Derfor er det mere bekvemt at overveje og vurdere egenskaberne af stoffer og materialer baseret på dem ved at analysere energispektret af elektronerne i de atomer, der udgør stoffet.

Elektriske materialer er et sæt af ledende, elektrisk isolerende, magnetiske og halvledermaterialer designet til at arbejde i elektriske og magnetiske felter. Dette omfatter også de vigtigste elektriske produkter: isolatorer, kondensatorer, ledninger og nogle halvlederelementer. Elektriske materialer i moderne elektroteknik optager et af de vigtigste steder. Alle ved, at pålideligheden af ​​driften af ​​elektriske maskiner, apparater og elektriske installationer hovedsageligt afhænger af kvaliteten og korrekte valg af passende elektriske materialer. En analyse af ulykker i elektriske maskiner og apparater viser, at de fleste af dem opstår som følge af svigt af elektrisk isolering, bestående af elektriske isoleringsmaterialer.

Magnetiske materialer er ikke mindre vigtige for elektroteknik. Energitab og dimensioner af elektriske maskiner og transformere bestemmes af magnetiske materialers egenskaber. En ret betydelig plads i elektroteknik er optaget af halvledermaterialer eller halvledere. Som et resultat af udviklingen og undersøgelsen af ​​denne gruppe af materialer er der blevet skabt forskellige nye enheder, der gør det muligt med succes at løse nogle problemer med elektroteknik.

Med et rationelt valg af elektrisk isolerende, magnetiske og andre materialer er det muligt at skabe pålideligt elektrisk udstyr med små dimensioner og vægt. Men for at realisere disse kvaliteter er viden om egenskaberne af alle grupper af elektriske materialer nødvendig.

Dirigent materialer

Denne gruppe af materialer omfatter metaller og deres legeringer. Rene metaller har lav resistivitet. Undtagelsen er kviksølv, som har en ret høj resistivitet. Legeringer har også høj resistivitet. Rene metaller anvendes til fremstilling af viklings- og monteringstråde, kabler etc. Lederlegeringer i form af tråd og bånd anvendes i reostater, potentiometre, ekstra modstande mv.

I undergruppen af ​​legeringer med høj resistivitet skelnes en gruppe varmebestandige ledermaterialer, der er modstandsdygtige over for oxidation ved høje temperaturer. Varmebestandige eller varmebestandige, ledende legeringer bruges i elektriske varmeapparater og rheostater. Ud over lav resistivitet har rene metaller god duktilitet, det vil sige, at de kan trækkes ind i tynd tråd, i strimler og rulles til folie med en tykkelse på mindre end 0,01 mm. Metallegeringer har mindre plasticitet, men er mere elastiske og mekanisk stabile. Et karakteristisk træk ved alle metalliske ledermaterialer er deres elektroniske elektriske ledningsevne. Resistiviteten af ​​alle metalliske ledere stiger med stigende temperatur, og også som et resultat af mekanisk bearbejdning, hvilket forårsager permanent deformation i metallet.

Rulning eller trækning anvendes, når det er nødvendigt at opnå ledermaterialer med øget mekanisk styrke, for eksempel ved fremstilling af ledninger til luftledninger, trolleyledninger osv. For at bringe de deformerede metalledere tilbage til deres tidligere modstandsværdi, skal de udsættes for varmebehandling - udglødning uden ilt.

elektriske isoleringsmaterialer

Elektriske isoleringsmaterialer eller dielektriske materialer kaldes sådanne materialer, som isoleringen udføres med, det vil sige, at de forhindrer lækage af elektrisk strøm mellem ledende dele, der er under forskellige elektriske potentialer. Dielektriske stoffer har meget høj elektrisk modstand. Ifølge den kemiske sammensætning er dielektrikum opdelt i organiske og uorganiske. Hovedelementet i molekylerne i alle organiske dielektrika er kulstof. Der er ingen kulstof i uorganiske dielektrika. Uorganiske dielektrika (glimmer, keramik osv.) har den højeste varmemodstand.

I henhold til fremstillingsmetoden skelnes naturlige (naturlige) og syntetiske dielektrika. Syntetiske dielektrika kan skabes med et givet sæt af elektriske og fysisk-kemiske egenskaber; derfor er de meget udbredt i elektroteknik.

Ifølge strukturen af ​​molekylerne opdeles dielektrikum i upolære (neutrale) og polære. Neutral dielektrikum består af elektrisk neutrale atomer og molekyler, som ikke har elektriske egenskaber, før et elektrisk felt påføres dem. Neutrale dielektrika er: polyethylen, fluoroplast-4 osv. Blandt de neutrale skelnes der ionisk krystallinske dielektrika (glimmer, kvarts osv.), hvor hvert par ioner udgør en elektrisk neutral partikel. Ioner er placeret ved krystalgitterets noder. Hver ion er i oscillerende termisk bevægelse nær midten af ​​ligevægt - en knude på krystalgitteret. Polære, eller dipole, dielektrika består af polære dipolmolekyler. Sidstnævnte har på grund af asymmetrien i deres struktur et indledende elektrisk øjeblik selv før virkningen af ​​den elektriske feltkraft på dem. Polære dielektrika omfatter bakelit, polyvinylchlorid osv. Sammenlignet med neutrale dielektrika har polære dielektrika højere dielektriske konstanter samt en let øget ledningsevne.

Ifølge aggregeringstilstanden er dielektrika gasformige, flydende og faste. Den største er gruppen af ​​faste dielektriske stoffer. De elektriske egenskaber af elektriske isoleringsmaterialer vurderes ved hjælp af mængder kaldet elektriske egenskaber. Disse omfatter: specifik volumenmodstand, specifik overflademodstand, dielektrisk konstant, temperaturkoefficient for dielektrisk konstant, dielektrisk tabstangens og materialets dielektriske styrke.

Specifik volumenmodstand er en værdi, der gør det muligt at estimere den elektriske modstand af et materiale, når der løber en jævnstrøm gennem det. Den reciproke af den specifikke volumenmodstand kaldes den specifikke volumenledningsevne. Specifik overflademodstand - en værdi, der giver dig mulighed for at evaluere materialets elektriske modstand, når en jævnstrøm løber langs overfladen mellem elektroderne. Den reciproke af den specifikke overflademodstand kaldes den specifikke overfladeledningsevne.

Temperaturkoefficienten for elektrisk resistivitet er en værdi, der bestemmer ændringen i et materiales resistivitet med en ændring i dets temperatur. Med stigende temperatur falder den elektriske modstand af alle dielektrika, derfor har deres temperaturkoefficient for resistivitet et negativt fortegn. Dielektrisk konstant - en værdi, der giver dig mulighed for at evaluere et materiales evne til at skabe en elektrisk kapacitans. Den relative permittivitet er inkluderet i værdien af ​​den absolutte permittivitet. Temperaturkoefficienten for den dielektriske konstant er en værdi, der gør det muligt at evaluere arten af ​​ændringen i den dielektriske konstant og følgelig isoleringens kapacitans med en temperaturændring. Den dielektriske tabstangens er en værdi, der bestemmer effekttabet i et dielektrisk materiale, der arbejder ved vekselspænding.

Elektrisk styrke - en værdi, der giver dig mulighed for at evaluere et dielektrikums evne til at modstå ødelæggelse af dets elektriske spænding. Den mekaniske styrke af elektrisk isolering og andre materialer vurderes ved hjælp af følgende egenskaber: trækstyrke af materialet, trækforlængelse, materialets trykstyrke, statisk bøjningsstyrke af materialet, specifik slagstyrke, spaltningsmodstand.

De fysisk-kemiske egenskaber ved dielektrika omfatter: syretal, viskositet, vandabsorption. Syretallet er antallet af milligram kaustisk kalium, der kræves for at neutralisere de frie syrer indeholdt i 1 g dielektrisk. Syretallet bestemmes for flydende dielektriske stoffer, forbindelser og lakker. Denne værdi gør det muligt at estimere mængden af ​​frie syrer i dielektrikumet og dermed graden af ​​deres effekt på organiske materialer. Tilstedeværelsen af ​​frie syrer forringer dielektrikas elektriske isoleringsegenskaber. Viskositet, eller den indre friktionskoefficient, gør det muligt at evaluere fluiditeten af ​​elektrisk isolerende væsker (olier, lak osv.). Viskositeten kan være kinematisk og betinget. Vandabsorption er den mængde vand, der absorberes af dielektrikumet, efter at det har været i destilleret vand i en dag ved en temperatur på 20 °C og derover. Vandabsorptionsværdien angiver materialets porøsitet og tilstedeværelsen af ​​vandopløselige stoffer i det. Med en stigning i denne indikator forringes dielektrikas elektriske isoleringsegenskaber.

De termiske egenskaber af dielektriske stoffer omfatter: smeltepunkt, blødgøringspunkt, faldpunkt, dampflammepunkt, varmebestandighed af plast, termoelasticitet (varmemodstand) af lakker, varmebestandighed, frostbestandighed, tropisk modstand.

Film elektriske isoleringsmaterialer fremstillet af polymerer har fået bred anvendelse i elektroteknik. Disse omfatter film og bånd. Film produceres med en tykkelse på 5-250 mikron og bånd - 0,2-3,0 mm. Højpolymerfilm og -tape er kendetegnet ved høj fleksibilitet, mekanisk styrke og gode elektriske isolerende egenskaber. Polystyrenfilm fremstilles med en tykkelse på 20-100 mikron og en bredde på 8-250 mm. Tykkelsen af ​​polyethylenfilm er normalt 30-200 mikron, og bredden er 230-1500 mm. Film fra fluoroplast-4 er lavet med en tykkelse på 5-40 mikron og en bredde på 10-200 mm. Også ikke-orienterede og orienterede film fremstilles af dette materiale. Orienterede PTFE-film har de højeste mekaniske og elektriske egenskaber.

Polyethylenterephthalat (lavsan) film fremstilles med en tykkelse på 25-100 mikron og en bredde på 50-650 mm. PVC-film er lavet af vinylplast og plastificeret polyvinylchlorid. Film lavet af vinylplast har større mekanisk styrke, men mindre fleksibilitet. Film fra vinylplast har en tykkelse på 100 mikron eller mere, og film fra plastificeret polyvinylchlorid - 20-200 mikron. Cellulosetriacetat (triacetat) film er fremstillet uplastificerede (stive), blåfarvede, let plastificerede (farveløse) og plastificerede (blåfarvede). Sidstnævnte er meget fleksible. Triacetatfilm fremstilles i tykkelser på 25, 40 og 70 mikron og en bredde på 500 mm. Plenkoelektrokarton - fleksibelt elektrisk isoleringsmateriale, bestående af isolerende pap, klistret over på den ene side med Mylar film. Film-elektrokarton på lavsan film har en tykkelse på 0,27 og 0,32 mm. Den produceres i ruller med en bredde på 500 mm. Filmasbestpap er et fleksibelt elektrisk isoleringsmateriale bestående af en lavsanfilm 50 mikron tyk, limet på begge sider med asbestpapir 0,12 mm tykt. Filmasbestpap fremstilles i plader på 400 x 400 mm (mindst) med en tykkelse på 0,3 mm.

Elektrisk isolerende lakker og emaljer

Lakker er opløsninger af filmdannende stoffer: harpiks, bitumen, tørrende olier, celluloseethere eller sammensætninger af disse materialer i organiske opløsningsmidler. I processen med at tørre lakken fordamper opløsningsmidler fra den, og der forekommer fysisk-kemiske processer i lakbasen, hvilket fører til dannelsen af ​​en lakfilm. I henhold til deres formål er elektriske isolerende lakker opdelt i imprægnering, belægning og klæbemiddel.

Imprægneringslakker bruges til at imprægnere viklingerne på elektriske maskiner og apparater for at fiksere deres vindinger, øge viklingernes varmeledningsevne og øge deres fugtmodstand. Belægningslakker giver dig mulighed for at skabe beskyttende fugtbestandige, oliebestandige og andre belægninger på overfladen af ​​viklinger eller plastik og andre isolerende dele. Klæbelakker er beregnet til limning af glimmerblade med hinanden eller med papir og stoffer for at opnå glimmer elektriske isoleringsmaterialer (micanit, glimmertape, etc.).

Emaljer er lakker med pigmenter indført i dem - uorganiske fyldstoffer (zinkoxid, titaniumdioxid, rødt jern osv.). Pigmenter introduceres for at øge hårdheden, mekanisk styrke, fugtbestandighed, blæsemodstand og andre egenskaber af emaljefilm. Emaljer er klassificeret som dækmaterialer.

Ifølge metoden til tørring skelnes lakker og emaljer af varm (ovn) og kold (luft) tørring. Førstnævnte kræver en høj temperatur for deres hærdning - fra 80 til 200 ° C, og sidstnævnte tørrer ved stuetemperatur. Lakker og ovnemaljer har som regel højere dielektriske, mekaniske og andre egenskaber. For at forbedre egenskaberne ved lufttørrende lakker og emaljer samt for at fremskynde hærdningen, tørres de nogle gange ved forhøjede temperaturer - fra 40 til 80 ° C.

Hovedgrupperne af lakker har følgende funktioner. Olielakker danner efter tørring fleksible elastiske film af gul farve, modstandsdygtige over for fugt og opvarmet mineralolie. Med hensyn til varmebestandighed hører filmene af disse lakker til klasse A. I olielakker bruges sparsomme linfrø- og tungolier, så de erstattes af lakker baseret på syntetiske harpikser, som er mere modstandsdygtige over for termisk ældning.

Olie-bitumen lakker danner fleksible sorte film, modstandsdygtige over for fugt, men let opløselige i mineralske olier (transformator og smøremiddel). Med hensyn til varmebestandighed tilhører disse lakker klasse A (105 ° C). Glyftal- og olieglyfthalakker og -emaljer er kendetegnet ved god vedhæftning til glimmer, papir, stoffer og plast. Filmene af disse lakker har øget varmebestandighed (klasse B). De er modstandsdygtige over for opvarmet mineralolie, men kræver varm tørring ved temperaturer på 120-130 ° C. Rene glyphthaliske lakker baseret på umodificerede glyphthaliske harpikser danner hårde, ufleksible film, der bruges til fremstilling af hård glimmerisolering (hårde micanitter). Olie-glyptallakker giver efter tørring fleksible elastiske film af gul farve.

Silikone lak og emaljer er kendetegnet ved høj varmebestandighed og kan arbejde i lang tid ved 180-200 ° C, så de bruges i kombination med glasfiber og glimmer isolering. Derudover har filmene høj modstandsdygtighed over for fugt og modstand mod elektriske gnister.

Lakker og emaljer baseret på PVC og perchlorvinylharpikser er modstandsdygtige over for vand, opvarmede olier, sure og alkaliske kemikalier, derfor bruges de som belægningslakker og emaljer for at beskytte viklinger samt metaldele mod korrosion. Vær opmærksom på den svage vedhæftning af PVC og perchlorvinyl lakker og emaljer til metaller. Sidstnævnte er først dækket med et lag jord og derefter med lak eller emalje baseret på polyvinylchloridharpikser. Tørring af disse lakker og emaljer udføres ved 20, såvel som ved 50-60 ° C. Ulemperne ved denne slags belægninger omfatter deres lave driftstemperatur, som er 60-70 ° C.

Lakker og emaljer baseret på epoxyharpiks er kendetegnet ved høj klæbeevne og let øget varmebestandighed (op til 130 ° C). Lakker baseret på alkyd og phenolharpikser (phenol-alkyd lakker) har gode tørreegenskaber i tykke lag og danner elastiske film, der kan arbejde i lang tid ved temperaturer på 120-130 ° C. Filmene af disse lakker er fugt- og oliebestandige .

Vandbaserede lakker er stabile emulsioner af lakbaser i postevand. Lakbaser er lavet af syntetiske harpikser samt af tørrende olier og deres blandinger. Vandbaserede emulsionslakker er brand- og eksplosionssikre, fordi de ikke indeholder brændbare organiske opløsningsmidler. På grund af deres lave viskositet har disse lakker en god imprægneringsevne. De bruges til imprægnering af faste og bevægelige viklinger af elektriske maskiner og enheder, der fungerer i lang tid ved temperaturer op til 105 ° C.

Elektriske isoleringsforbindelser

Forbindelser er isolerende forbindelser, der er flydende på brugstidspunktet og derefter hærder. Forbindelser indeholder ikke opløsningsmidler. Ifølge deres formål er disse sammensætninger opdelt i imprægnering og påfyldning. Den første af dem bruges til at imprægnere viklingerne af elektriske maskiner og apparater, den anden - til at fylde hulrum i kabelbokse såvel som i elektriske maskiner og enheder med henblik på tætning.

Forbindelser er termohærdende (ikke blødgørende efter hærdning) og termoplastiske (blødgørende med efterfølgende opvarmning). Forbindelser baseret på epoxy, polyester og nogle andre harpikser kan henføres til termohærdende. Termoplastiske forbindelser omfatter forbindelser baseret på bitumen, voksagtige dielektrika og termoplastiske polymerer (polystyren, polyisobutylen osv.). Imprægnerings- og potteblandinger baseret på bitumen med hensyn til varmebestandighed tilhører klasse A (105 ° C), og nogle til klasse Y (op til 90 ° C). Epoxy- og siliciumorganiske forbindelser har den højeste varmebestandighed.

MBK-forbindelser er fremstillet på basis af methacrylestere og anvendes som imprægnerings- og fyldstoffer. Efter hærdning ved 70-100°C (og med specielle hærdere ved 20°C) er det termohærdende stoffer, der kan anvendes i temperaturområdet fra -55 til +105°C.

Uimprægnerede fibrøse elektriske isoleringsmaterialer

Denne gruppe omfatter plade- og rullematerialer bestående af fibre af organisk og uorganisk oprindelse. Fibrøse materialer af organisk oprindelse (papir, pap, fibre og stof) fremstilles af plantefibre af træ, bomuld og natursilke. Det normale fugtindhold i isoleringspap, papir og fibre varierer fra 6 til 10 %. Fibrøse organiske materialer baseret på syntetiske fibre (nylon) har et fugtindhold på 3 til 5%. Omtrent den samme fugtighed observeres i materialer opnået på basis af uorganiske fibre (asbest, glasfiber). Karakteristiske træk ved uorganiske fibrøse materialer er deres ubrændbarhed og høje varmebestandighed (klasse C). Disse værdifulde egenskaber reduceres i de fleste tilfælde, når disse materialer er imprægneret med lak.

Isolerende papir er normalt lavet af træmasse. Det glimmerpapir, der bruges til fremstilling af glimmertape, har den højeste porøsitet. Elektrisk pap er lavet af træmasse eller af en blanding af bomuldsfibre og træ (sulfat) pulpfibre taget i forskellige proportioner. En stigning i indholdet af bomuldsfibre reducerer kartonets hygroskopicitet og krympning. Elektrisk pap designet til at arbejde i luft har en tættere struktur sammenlignet med pap designet til at arbejde i olie. Pap med en tykkelse på 0,1-0,8 mm fremstilles i ruller, og pap med en tykkelse på 1 mm eller mere fremstilles i plader i forskellige størrelser.

Fiber er et monolitisk materiale opnået ved at presse ark papir, forbehandlet med en opvarmet opløsning af zinkchlorid og vasket i vand. Fiberen egner sig til alle former for mekanisk bearbejdning og støbning efter blødning af emnerne i varmt vand.

Leteroid er en tynd plade og rullefiber, der bruges til fremstilling af forskellige typer elektriske isolerende pakninger, skiver og fittings.

Asbestpapir, karton og tape er lavet af krysotilasbestfibre, som har den største elasticitet og evnen til at sno sig til tråde. Alle asbestmaterialer er modstandsdygtige over for alkalier, men ødelægges let af syrer.

Elektrisk isolerende glastape og tekstiler fremstilles af glastråde, der er fremstillet af alkalifri eller lavalkaliglas. Fordelen ved glasfibre frem for vegetabilske og asbestfibre er deres glatte overflade, som reducerer optagelsen af ​​fugt fra luften. Varmebestandigheden af ​​glasstoffer og tape er højere end asbest.

Elektrisk isolerende lakerede stoffer (lakerede stoffer)

Lakerede stoffer er fleksible materialer, der består af stof imprægneret med lak eller en slags elektrisk isoleringsmasse. Imprægneringslakken eller sammensætningen danner efter hærdning en fleksibel film, som giver gode elektriske isolerende egenskaber af det lakerede stof. Afhængigt af stofbunden opdeles lakerede stoffer i bomuld, silke, nylon og glas (glasfiber).

Som imprægneringssammensætninger til lakerede stoffer anvendes olie, olie-bitumen, ecapon- og organosiliciumlakker samt organosiliciumemaljer, opløsninger af organosiliciumgummi osv. Silke- og nylonlakerede stoffer har den største strækbarhed og fleksibilitet. De kan fungere ved temperaturer op til 105°C (klasse A). Alle bomuldslakerede stoffer tilhører samme klasse af varmebestandighed.

De vigtigste anvendelsesområder for lakerede stoffer er: elektriske maskiner, apparater og lavspændingsenheder. Der anvendes lakerede stoffer til fleksibel spole- og slidsisolering samt forskellige elektriske isoleringspakninger.

Plast

Plast (plastik) kaldes faste materialer, som på et bestemt trin af fremstillingen opnår plastiske egenskaber, og i denne tilstand kan produkter med en given form opnås fra dem. Disse materialer er sammensatte stoffer bestående af et bindemiddel, fyldstoffer, farvestoffer, blødgørere og andre komponenter. Udgangsmaterialerne til fremstilling af plastprodukter er pressepulvere og pressematerialer. Ifølge varmebestandigheden af ​​plast er der termohærdende og termoplastiske.

Lamineret elektrisk isolerende plast

Lamineret plast - materialer bestående af vekslende lag af arkfyldstof (papir eller stof) og et bindemiddel. De vigtigste af de lagdelte elektrisk isolerende plast er getinaks, textolite og glasfiber. De består af pladefyldstoffer arrangeret i lag, og bakelit, epoxy, silikoneharpikser og deres sammensætninger bruges som bindemiddel.

Som fyldstoffer anvendes specielle kvaliteter af imprægneringspapir (i getinax), bomuldsstoffer (i textolite) og alkalifrie glasstoffer (i glasfiber). De anførte fyldstoffer imprægneres først med bakelit- eller silikonelakker, tørres og skæres i plader af en vis størrelse. Forberedte arkfyldstoffer opsamles i pakker af en given tykkelse og udsættes for varmpresning, hvorunder individuelle ark er fast forbundet med hinanden ved hjælp af harpiks.

Getinaks og textolite er resistente over for mineralolier, derfor er de meget udbredt i oliefyldte elektriske apparater og transformere. Det billigste laminat er trælamineret plast (deltatræ). Det opnås ved varmpresning af tynde plader af birkefiner, præimprægneret med bakelitharpiks. Deltatræ bruges til fremstilling af kraftstrukturelle og elektriske isoleringsdele, der opererer i olie. Til udendørs brug har dette materiale brug for omhyggelig beskyttelse mod fugt.

Asbesttekstolit er en lagdelt elektrisk isolerende plast fremstillet ved varmpresning af plader af asbeststof, præimprægneret med bakelitharpiks. Det produceres i form af formede produkter såvel som i form af plader og plader med en tykkelse på 6 til 60 mm. Asbogetinax er en lamineret plast fremstillet ved varmpresning af ark af asbestpapir indeholdende 20% sulfatcellulose eller asbestpapir uden cellulose, imprægneret med et epoxy-phenol-formaldehyd bindemiddel.

Af de betragtede lagdelte elektriske isoleringsmaterialer har glasfiberlaminater baseret på organosilicium og epoxybindemidler den højeste varmebestandighed, de bedste elektriske og mekaniske egenskaber, øget fugtbestandighed og modstandsdygtighed over for svampeskimmel.

Sårede elektriske isoleringsprodukter

Sårede elektriske isoleringsprodukter er solide rør og cylindre fremstillet ved at vikle eventuelle fibrøse materialer på runde metalstænger, præimprægneret med et bindemiddel. Som fibrøse materialer anvendes specielle kvaliteter af viklings- eller imprægneringspapir, samt bomuldsstoffer og glasfiber. Bindemidler er bakelit, epoxy, organosilicium og andre harpikser.

De viklede elektriske isoleringsprodukter tørres sammen med metalstængerne, de er viklet på, ved høj temperatur. Med henblik på hygroskopicitet af sårprodukterne er de lakeret. Hvert lag lak tørres i en ovn. Solide tekstolitstænger kan også klassificeres som sårprodukter, fordi de også opnås ved at vikle emner fra en tekstilfylder imprægneret med bakelitlak. Derefter udsættes emnerne for varmpresning i stålforme. Sårede elektriske isoleringsprodukter bruges i transformere med luft- og olieisolering, i luft- og olieafbrydere, forskellige elektriske apparater og elektriske udstyrsenheder.

Mineralske elektriske isoleringsmaterialer

Mineralske elektriske isoleringsmaterialer omfatter sten: glimmer, marmor, skifer, fedtsten og basalt. Denne gruppe omfatter også materialer fremstillet af Portlandcement og asbest (asbestcement og asboplast). Hele denne gruppe af uorganiske dielektrika er kendetegnet ved høj modstand mod elektrisk lysbue og har tilstrækkelig høje mekaniske egenskaber. Mineralske dielektriske stoffer (undtagen glimmer og basalt) kan bearbejdes, undtagen til gevindskæring.

Elektriske isoleringsprodukter af marmor, skifer og fedtsten fås i form af plader til paneler og elektriske isoleringsbunde til knivafbrydere og lavspændingsafbrydere. Præcis de samme produkter fra smeltet basalt kan kun fås ved at støbe i forme. For at basaltprodukter skal have de nødvendige mekaniske og elektriske egenskaber, udsættes de for varmebehandling for at danne en krystallinsk fase i materialet.

Elektriske isoleringsprodukter fremstillet af asbestcement og asboplast er plader, bunde, skillevægge og bueslider. Til fremstilling af sådanne produkter anvendes en blanding bestående af portlandcement og asbestfiber. Asboplast-produkter opnås ved koldpresning fra en masse, hvortil 15 % af et plaststof (kaolin eller støbeler) er tilsat. Dette opnår en større fluiditet af den indledende pressemasse, hvilket gør det muligt at opnå elektriske isoleringsprodukter af en kompleks profil fra asboplast.

Den største ulempe ved mange mineralske dielektriske stoffer (med undtagelse af glimmer) er det lave niveau af deres elektriske egenskaber, forårsaget af et stort antal porer og tilstedeværelsen af ​​jernoxider. Dette fænomen tillader kun brug af mineralske dielektriske stoffer i lavspændingsenheder.

I de fleste tilfælde imprægneres alle mineralske dielektriske materialer, bortset fra glimmer og basalt, inden brug med paraffin, bitumen, styren, bakelitharpikser osv. Den største effekt opnås ved at imprægnere allerede bearbejdede mineralske dielektrika (paneler, skillevægge, kamre mv. .).

Marmor og produkter deraf tåler ikke pludselige temperaturændringer og revner. Skifer, basalt, fedtsten, glimmer og asbestcement er mere modstandsdygtige over for pludselige temperaturændringer.

Glimmer elektriske isoleringsmaterialer

Disse materialer består af glimmerplader limet sammen med en form for harpiks eller klæbende lak. De limede glimmermaterialer omfatter micanitter, mikafolium og glimmertape. Limede glimmermaterialer bruges hovedsageligt til isolering af viklingerne på elektriske højspændingsmaskiner (generatorer, elektriske motorer) samt isolering af lavspændingsmaskiner og maskiner, der arbejder under vanskelige forhold.

Micanitter er hårde eller fleksible pladematerialer opnået ved at lime plukkede glimmerblade med shellak, glyptal, organosilicium og andre harpikser eller lak baseret på disse harpikser.

De vigtigste typer af micanitter er samler, pakning, støbning og fleksibel. Samler- og pakningsmicanitter tilhører gruppen af ​​faste micanitter, som efter limning af glimmer presses ved forhøjede specifikke tryk og opvarmning. Disse micanitter har mindre krympning i tykkelse og større tæthed. Formbare og fleksible micanitter har en løsere struktur og lavere tæthed.

Collector micanite er et solidt plademateriale fremstillet af glimmerplader limet sammen med shellak eller glyptalharpiks eller lak baseret på disse harpikser. For at sikre mekanisk styrke, når der arbejdes i samlere af elektriske maskiner, indføres ikke mere end 4% af klæbemidlet i disse micanitter.

Pakningsmicanite er et solidt plademateriale fremstillet af plukkede glimmerblade limet sammen med shellak eller glyptalharpiks eller lak baseret på dem. Efter limning presses pladerne af dæmpende micanit. Dette materiale indeholder 75-95% glimmer og 25-5% klæbemiddel.

Støbende micanit er et solidt plademateriale fremstillet af plukkede glimmerblade limet sammen med shellak, glyftalsyre eller silikoneharpiks eller lak baseret på dem. Efter limning presses de støbte micanitplader ved en temperatur på 140-150°C.

Fleksibel micanit er et plademateriale, der er fleksibelt ved stuetemperatur. Den er lavet af plukkede glimmerblade limet sammen med olie-bitumen, olie-glyphthalic eller organosilicium lak (uden tørremiddel), og danner fleksible film.

Nogle typer fleksibel micanit limes på begge sider med glimmerpapir for at øge den mekaniske styrke. Fleksibelt glasmicanit er et plademateriale, der er fleksibelt ved stuetemperatur. Dette er en slags fleksibel micanit, kendetegnet ved øget mekanisk styrke og øget modstand mod varme. Dette materiale er lavet af blade af plukket glimmer limet sammen med organosilicium eller olie-glyptal lak, der danner fleksible varmebestandige film. Plader af fleksibel glasmicanit klistres over på begge eller den ene side med alkalifri glasfiber.

Micafolium er en rulle eller plade elektrisk isolerende materiale støbt i en opvarmet tilstand. Den består af et eller flere, oftere to eller tre, lag glimmerplader limet sammen og med et ark papir 0,05 mm tykt, eller med glasfiber, eller med et glasfibernet. Shellac, glyptal, polyester eller organisk silicium anvendes som klæbende lak.

Micale tape er et rullet elektrisk isoleringsmateriale, der er fleksibelt ved stuetemperatur. Den består af et lag plukkede glimmerblade limet sammen og klistret over på den ene eller begge sider med tyndt glimmerpapir, glasfiber eller glasfiber. Olie-bitumen, olie-glyphthalsyre, organosilicium og gummiopløsninger anvendes som klæbende lakker.

Mikashelk er et rullet elektrisk isoleringsmateriale, der er fleksibelt ved stuetemperatur. Mikashelk er en af ​​varianterne af glimmertape, men med øget mekanisk trækstyrke. Den består af et enkelt lag plukkede glimmerblade limet sammen og klistret over på den ene side med et klæde af natursilke og på den anden med glimmerpapir. Som klæbende lakker blev olie-glyphthal- eller olie-bitumen-lakker brugt, der danner fleksible film.

Mikapolotno - rullet eller ark elektrisk isoleringsmateriale, fleksibelt ved stuetemperatur. Glimmerlærredet består af flere lag plukket glimmer limet sammen og klistret over på begge sider med bomuldsstof (percale) eller glimmerpapir på den ene side og stof på den anden.

Micalex er en glimmerplast fremstillet ved at presse en blanding af pulveriseret glimmer og glas. Efter presning udsættes produkterne for varmebehandling (tørring). Mikalex fremstilles i form af plader og stænger samt i form af elektriske isoleringsprodukter (paneler, baser til afbrydere, luftkondensatorer osv.). Ved presning af mycalex-produkter kan metaldele tilføjes til dem. Disse produkter egner sig til alle former for mekanisk bearbejdning.

Glimmer elektriske isoleringsmaterialer

Ved udviklingen af ​​naturlig glimmer og ved fremstilling af elektriske isoleringsmaterialer baseret på plukket glimmer er der en stor mængde affald tilbage. Deres udnyttelse gør det muligt at få nye elektriske isoleringsmaterialer - glimmer. Sådanne materialer er lavet af glimmerpapir, forbehandlet med en slags klæbemiddel (harpiks, lak). Solide eller fleksible elektriske glimmerisoleringsmaterialer opnås fra glimmerpapir ved limning med klæbende lakker eller harpikser og efterfølgende varmpresning. Klæbeharpikser kan indføres direkte i den flydende glimmermasse - glimmersuspension. Blandt de vigtigste glimmermaterialer bør følgende nævnes.

Collector slyudinite er et solidt plademateriale, kalibreret i tykkelse. Det opnås ved varmpresning af ark af glimmerpapir behandlet med shellac lak. Samlerglimmer fremstilles i plader i størrelser fra 215 x 400 mm til 400 x 600 mm.

Polstringsglimmer er et solidt plademateriale opnået ved varmpresning af ark af glimmerpapir imprægneret med klæbende lakker. Pakningsglimmer fremstilles i plader 200 x 400 mm i størrelse. Solide pakninger og skiver er lavet af det til elektriske maskiner og apparater med normal og øget overophedning.

Dannende glasglimmer er et solidt plademateriale i kold tilstand og fleksibelt i opvarmet tilstand. Det opnås ved at lime glimmerpapir med glasfiberunderlag. Støbningsvarmebestandigt glasglimmer er et solidt plademateriale støbt i opvarmet tilstand. Den er lavet ved at lime ark af glimmerpapir med glasfiber ved hjælp af en varmebestandig silikonelak. Den fås i ark på 250 x 350 mm eller mere. Dette materiale har øget mekanisk trækstyrke.

Slyudinite fleksibel - plademateriale, fleksibelt ved stuetemperatur. Det opnås ved at lime ark af glimmerpapir efterfulgt af varmpresning. Polyester- eller siliciumorganisk lak bruges som bindemiddel. De fleste typer fleksibel glimmer er klistret over med glasfiber på den ene eller begge sider. Fleksibelt (varmebestandigt) glasglimmer er et plademateriale, der er fleksibelt ved stuetemperatur. Det fremstilles ved at lime et eller flere ark glimmerpapir med glasfiber eller glasnet ved hjælp af silikonelakker. Efter limning udsættes materialet for varmpresning. Den er dækket af glasfiber på den ene eller begge sider for at øge den mekaniske styrke.

Glimmer er et rullet eller arkmateriale, fleksibelt ved opvarmning, opnået ved at lime et eller flere ark glimmerpapir med telefonpapir 0,05 mm tykt, brugt som et fleksibelt underlag. Omfanget af dette materiale er det samme som for micafolium baseret på plukket glimmer. Sludinitofolium fremstilles i ruller 320-400 mm brede.

Glimmertape er et rullet varmebestandigt materiale, fleksibelt ved stuetemperatur, bestående af glimmerpapir, limet på den ene eller begge sider med glasfibernet eller glasfiber. Glimmertape fremstilles hovedsageligt i ruller med en bredde på 15, 20, 23, 25, 30 og 35 mm, sjældnere i ruller.

Glas-bom-glimmertape er et rullet, kold-fleksibelt materiale bestående af glimmerpapir, glasfibernet og glimmerpapir, limet og imprægneret med epoxy-polyester lak. Fra overfladen er båndet dækket med et klæbrigt lag af forbindelsen. Den produceres i ruller med en bredde på 15, 20, 23, 30, 35 mm.

Elektrokarton af glasglimmer er et plademateriale, der er fleksibelt ved stuetemperatur. Det fås ved at lime glimmerpapir, el-pap og glasfiber med lak. Udgives i ark af 500 x 650 mm størrelse.

Glimmer plast elektriske isoleringsmaterialer

Alle glimmerholdige materialer fremstilles ved limning og presning af ark af glimmerpapir. Sidstnævnte opnås fra ikke-industrielt glimmeraffald som et resultat af mekanisk knusning af partikler med en elastisk bølge. Sammenlignet med glimmer har glimmerplastmaterialer større mekanisk styrke, men er mindre homogene, da de består af større partikler end glimmer. De vigtigste glimmer-plast isoleringsmaterialer er som følger.

Collector mica er et solidt plademateriale, kalibreret i tykkelse. Det opnås ved varmpresning af ark af glimmerplastpapir, der tidligere er belagt med et lag klæbemiddel. Udgives i ark på 215 x 465 mm i størrelse.

Glimmer-dæmpning - et solidt arkmateriale fremstillet af varmpressende ark af glimmerpapir belagt med et lag bindemiddel. Udgives i ark på 520 x 850 mm i størrelse.

Glimmerstøbning - presset plademateriale, hårdt i kold tilstand og i stand til at blive støbt ved opvarmning. Fås i ark i størrelser fra 200 x 400 mm til 520 x 820 mm.

Glimmer fleksibelt - presset plademateriale, fleksibelt ved stuetemperatur. Fås i ark i størrelser fra 200 x 400 mm til 520 x 820 mm. Fleksibelt glasglimmer - presset plademateriale, fleksibelt ved stuetemperatur, bestående af flere lag glimmerpapir, limet på den ene side med glasfiber, og på den anden side med glasfibernet eller glasfibernet på begge sider. Fås i ark i størrelser fra 250 x 500 mm til 500 x 850 mm.

Glimmerplastofolium er et rullet eller arkmateriale, fleksibelt og støbt i opvarmet tilstand, opnået ved limning af flere ark glimmerpapir og limet på den ene side med eller uden telefonpapir.

Glimmertape er et rullet materiale fleksibelt ved stuetemperatur, bestående af glimmerpapir, klistret over med glimmerpapir på begge sider. Dette materiale fås i ruller 12, 15, 17, 24, 30 og 34 mm brede.

Varmebestandig glasglimmertape er et fleksibelt materiale ved stuetemperatur, der består af et enkelt lag glimmerpapir, limet på den ene eller begge sider med glasfiber eller glasnet med silikonelak. Materialet fremstilles i ruller 15, 20, 25, 30 og 35 mm brede.

Elektrokeramiske materialer og glas

Elektrokeramiske materialer er kunstige faste stoffer opnået som et resultat af varmebehandling (brænding) af de oprindelige keramiske masser, bestående af forskellige mineraler (ler, talkum osv.) og andre stoffer taget i et vist forhold. Forskellige elektrokeramiske produkter opnås fra keramiske masser: isolatorer, kondensatorer osv.

I processen med højtemperaturbrænding af disse produkter forekommer komplekse fysiske og kemiske processer mellem partiklerne af de oprindelige stoffer med dannelse af nye stoffer med en krystallinsk og glasagtig struktur.

Elektrokeramiske materialer er opdelt i 3 grupper: materialer, som isolatorer er lavet af (isolatorkeramik), materialer, som kondensatorer er lavet af (kondensatorkeramik), og ferrokeramiske materialer med unormalt høje værdier af dielektrisk konstant og piezoelektrisk effekt. Sidstnævnte er blevet brugt i radioteknik. Alle elektrokeramiske materialer udmærker sig ved høj varmebestandighed, vejrbestandighed, modstandsdygtighed over for elektriske gnister og lysbuer og har gode elektriske isolerende egenskaber og tilstrækkelig høj mekanisk styrke.

Sammen med elektrokeramiske materialer er mange typer isolatorer lavet af glas. Lavalkalisk og alkalisk glas bruges til fremstilling af isolatorer. De fleste typer højspændingsisolatorer er lavet af hærdet glas. Hærdet glasisolatorer er overlegne i mekanisk styrke end porcelænsisolatorer.

Magnetiske materialer

De mængder, hvormed de magnetiske egenskaber af materialer vurderes, kaldes magnetiske egenskaber. Disse omfatter: absolut magnetisk permeabilitet, relativ magnetisk permeabilitet, temperaturkoefficient for magnetisk permeabilitet, maksimal magnetisk feltenergi osv. Alle magnetiske materialer er opdelt i to hovedgrupper: magnetisk bløde og magnetisk hårde.

Magnetisk bløde materialer er kendetegnet ved lave hysteresetab (magnetisk hysterese er forsinkelsen af ​​kroppens magnetisering fra det eksterne magnetiseringsfelt). De har relativt store værdier af magnetisk permeabilitet, lav tvangskraft og relativt høj mætningsinduktion. Disse materialer bruges til fremstilling af magnetiske kredsløb af transformere, elektriske maskiner og enheder, magnetiske skærme og andre enheder, hvor magnetisering med lave energitab er påkrævet.

Magnetisk hårde materialer er karakteriseret ved store hysteresetab, det vil sige, at de har en stor tvangskraft og en stor restinduktion. Disse materialer, der magnetiseres, kan lagre den modtagne magnetiske energi i lang tid, dvs. de bliver kilder til et konstant magnetfelt. Hårde magnetiske materialer bruges til at lave permanente magneter.

I henhold til deres grundlag er magnetiske materialer opdelt i metalliske, ikke-metalliske og magnetoelektriske stoffer. Metalliske magnetisk bløde materialer omfatter: rent (elektrolytisk) jern, pladestål, jern-armco, permalloy (jern-nikkel-legeringer) osv. Metalliske magnetisk hårde materialer omfatter: legeret stål, speciallegeringer baseret på jern, aluminium og nikkel og legeringer komponenter (kobolt, silicium osv.). Ferritter er ikke-metalliske magnetiske materialer. Disse er materialer fremstillet af en pulverblanding af oxider af visse metaller og jernoxid. Pressede ferritprodukter (kerner, ringe osv.) brændes ved en temperatur på 1300-1500 ° C. Ferriter er magnetisk bløde og magnetisk hårde.

Magnetoelektrik er kompositmaterialer bestående af 70-80% pulveriseret magnetisk materiale og 30-20% organisk højpolymer-dielektrikum. Ferritter og magnetoelektriske stoffer adskiller sig fra metalliske magnetiske materialer i deres høje volumenmodstand, som kraftigt reducerer hvirvelstrømtab. Dette tillader brugen af ​​disse materialer i højfrekvensteknologi. Derudover har ferritter stabiliteten af ​​deres magnetiske egenskaber over et bredt frekvensområde.

Elektrisk stålplade

Elektrisk stål er et magnetisk blødt materiale. For at forbedre de magnetiske egenskaber tilsættes silicium til det, hvilket øger stålets resistivitet, hvilket fører til et fald i hvirvelstrømtab. Sådant stål fremstilles i form af plader med en tykkelse på 0,1; 0,2; 0,35; 0,5; 1,0 mm, bredde fra 240 til 1000 mm og længde fra 720 til 2000 mm.

permalloys

Disse materialer er jern-nikkel-legeringer med nikkelindhold fra 36 til 80%. For at forbedre visse karakteristika af permalloys tilsættes krom, molybdæn, kobber osv. Karakteristiske træk ved alle permalloys er deres lette magnetisering i svage magnetiske felter og øget elektrisk resistivitet.

Permalloys er duktile legeringer, der let rulles til plader og strimler op til 0,02 mm tykke eller mindre. På grund af den øgede resistivitet og stabilitet af de magnetiske egenskaber kan permalloys bruges op til frekvenser på 200-500 kHz. Permalloys er meget følsomme over for deformationer, der forårsager forringelse af deres oprindelige magnetiske egenskaber. Restaureringen af ​​det indledende niveau af de magnetiske egenskaber af de deformerede permalloy-dele opnås ved deres varmebehandling i henhold til et strengt udviklet regime.

Magnetiske hårde materialer

Magnetisk hårde materialer har store værdier af tvangskraft og høj restinduktion og dermed store værdier af magnetisk energi. Hårde magnetiske materialer omfatter:

• legeringer hærdet til martensit (stål legeret med krom, wolfram eller kobolt);
• jern-nikkel-aluminium ikke-smedende udfældningshærdende legeringer (alni, alnico, etc.);
• formbare legeringer baseret på jern, kobolt og vanadium (wikkaloy) eller baseret på jern, kobolt, molybdæn (comol);
• legeringer med en meget høj tvangskraft baseret på ædelmetaller (platin - jern; sølv - mangan - aluminium osv.);
• keramisk-metal ikke-smedede materialer opnået ved presning af pulveriserede komponenter med efterfølgende brænding af pressede produkter (magneter);
• magnetisk hårde ferriter;
• metal-plast ikke-formbare materialer fremstillet af pressepulvere bestående af partikler af et magnetisk hårdt materiale og et bindemiddel (syntetisk harpiks);
• magnetoelastiske materialer (magnetoelaster), bestående af et pulver af et magnetisk hårdt materiale og et elastisk bindemiddel (gummi, gummi).

Den resterende induktion af metal-plast og magneto-elastiske magneter er 20-30% mindre sammenlignet med støbte magneter fra de samme hårde magnetiske materialer (alni, alnico, etc.).

Ferriter

Ferritter er ikke-metalliske magnetiske materialer fremstillet af en blanding af særligt udvalgte metaloxider med jernoxid. Ferritens navn bestemmes af navnet på det divalente metal, hvis oxid er en del af ferritten. Så hvis zinkoxid er inkluderet i ferriten, så kaldes ferriten zink; hvis manganoxid tilsættes til materialets sammensætning - mangan.

I teknologien bruges komplekse (blandede) ferritter, som har højere værdier af magnetiske egenskaber og større resistivitet sammenlignet med simple ferritter. Eksempler på komplekse ferritter er nikkel-zink, mangan-zink osv.

Alle ferritter er polykrystallinske stoffer opnået fra metaloxider som et resultat af sintringspulvere af forskellige oxider ved temperaturer på 1100-1300 ° C. Ferritter kan kun behandles med et slibende værktøj. De er magnetiske halvledere. Dette giver dem mulighed for at blive brugt i højfrekvente magnetiske felter, da deres hvirvelstrømtab er ubetydelige.

Halvledermaterialer og -produkter

Halvledere omfatter et stort antal materialer, der adskiller sig fra hinanden i indre struktur, kemisk sammensætning og elektriske egenskaber. Ifølge den kemiske sammensætning er krystallinske halvledermaterialer opdelt i 4 grupper:

1. materialer bestående af atomer af ét grundstof: germanium, silicium, selen, fosfor, bor, indium, gallium osv.;
2. materialer bestående af metaloxider: kobberoxid, zinkoxid, cadmiumoxid, titaniumdioxid osv.;
3. materialer baseret på forbindelser af atomer af den tredje og femte gruppe af Mendeleevs grundstofsystem, betegnet med den generelle formel og kaldet antimonider. Denne gruppe omfatter forbindelser af antimon med indium, med gallium osv., forbindelser af atomer af den anden og sjette gruppe, såvel som forbindelser af atomer af den fjerde gruppe;
4. halvledermaterialer af organisk oprindelse, såsom polycykliske aromatiske forbindelser: anthracen, naphthalen osv.

I henhold til krystalstrukturen er halvledermaterialer opdelt i 2 grupper: enkeltkrystal og polykrystallinske halvledere. Den første gruppe omfatter materialer opnået i form af store enkeltkrystaller (enkeltkrystaller). Blandt dem er germanium, silicium, hvorfra plader til ensrettere og andre halvlederenheder skæres.

Den anden gruppe materialer er halvledere, som består af mange små krystaller loddet sammen. Polykrystallinske halvledere er: selen, siliciumcarbid osv.

Med hensyn til volumenresistivitet indtager halvledere en mellemposition mellem ledere og dielektrikum. Nogle af dem reducerer den elektriske modstand dramatisk, når de udsættes for højspænding. Dette fænomen har fundet anvendelse i ventilafledere til beskyttelse af elledninger. Andre halvledere reducerer deres modstand dramatisk, når de udsættes for lys. Dette bruges i fotoceller og fotomodstande. En fælles egenskab for halvledere er, at de har både elektron- og hulledning.

Elektriske kulstofprodukter (børster til elektriske maskiner)

Denne slags produkter omfatter børster til elektriske maskiner, elektroder til lysbueovne, kontaktdele osv. Elektriske kulprodukter fremstilles ved presning fra de indledende pulvermasser efterfulgt af fyring.

De oprindelige pulvermasser er sammensat af en blanding af kulholdige materialer (grafit, sod, koks, antracit osv.), bindemidler og blødgørere (kul og syntetiske tjærer, beg osv.). I nogle pulveriserede masser er der intet bindemiddel.

Børster til elektriske maskiner er grafit, carbon-grafit, elektrografit, metal-grafit. Grafitbørster er lavet af naturlig grafit uden bindemiddel (bløde kvaliteter) og med bindemiddel (hårde kvaliteter). Grafitbørster er bløde og forårsager lidt støj under drift. Kul-grafit børster er lavet af grafit med tilsætning af andre kulholdige materialer (koks, sod), med introduktion af bindemidler. Børsterne opnået efter varmebehandling er belagt med et tyndt lag kobber (i et elektrolytisk bad). Kul-grafit børster har øget mekanisk styrke, hårdhed og lavt slid under drift.

Elektrografitbørster er lavet af grafit og andre kulholdige materialer (koks, sod) med introduktion af bindemidler. Efter den første brænding udsættes børsterne for grafitisering, det vil sige udglødning ved en temperatur på 2500-2800 ° C. Elektrografitiserede børster har øget mekanisk styrke, modstandsdygtighed over for rykkende belastningsændringer og bruges ved høje periferihastigheder. Metal-grafit børster er lavet af en blanding af grafit og kobber pulver. Nogle af dem introducerer pulvere af bly, tin eller sølv. Disse børster har lav resistivitet, høje strømtætheder og lave transiente spændingsfald.

Et materiale er et objekt, der har en bestemt sammensætning, struktur og egenskaber, designet til at udføre bestemte funktioner. Materialer kan have forskellige aggregeringstilstande: fast, flydende, gasformig eller plasma.

De funktioner, som materialer udfører, er forskellige: sikring af strømstrømmen (i ledende materialer), opretholdelse af en vis form under mekaniske belastninger (i strukturelle materialer), isolering (i dielektriske materialer), omdannelse af elektrisk energi til varme (i resistive materialer) . Typisk udfører materialet flere funktioner. For eksempel oplever et dielektrikum nødvendigvis en form for mekanisk belastning, det vil sige, at det er et strukturelt materiale.

Materialevidenskab- en videnskab, der studerer materialers sammensætning, struktur, egenskaber, materialers opførsel under forskellige påvirkninger: termisk, elektrisk, magnetisk osv., samt en kombination af disse påvirkninger.

Elektroteknisk materialevidenskab- Det her er en gren af ​​materialevidenskaben, der beskæftiger sig med materialer til elektroteknik og energi, dvs. materialer med specifikke egenskaber, der er nødvendige for design, produktion og drift af elektrisk udstyr.

Materialer spiller en afgørende rolle i energisektoren. For eksempel isolatorer af højspændingsledninger. Historisk set var porcelænsisolatorer de første, der blev opfundet. Teknologien til deres fremstilling er ret kompliceret, lunefuld. Isolatorer er ret omfangsrige og tunge. Vi lærte at arbejde med glas - glasisolatorer dukkede op. De er lettere, billigere, deres diagnose er noget lettere. Og endelig er de seneste opfindelser silikonegummiisolatorer.

De første gummiisolatorer var ikke særlig vellykkede. Over tid dannedes mikrorevner på deres overflade, hvor snavs samlede sig, ledende spor dannedes, så brød isolatorerne igennem. En detaljeret undersøgelse af opførsel af isolatorer i det elektriske felt af højspændingsledninger (VL) ledninger under eksterne atmosfæriske forhold gjorde det muligt at vælge en række additiver, der forbedrede vejrbestandighed, modstandsdygtighed over for forurening og virkningen af ​​elektriske udladninger. Som et resultat er der nu skabt en hel klasse af lette, holdbare isolatorer til forskellige niveauer af virkende spænding.

Til sammenligning er vægten af ​​ophængsisolatorer til 1150 kV luftledninger sammenlignelig med vægten af ​​ledninger i spændvidden mellem understøtninger og udgør flere tons. Dette gør det nødvendigt at installere yderligere parallelle strenge af isolatorer, hvilket øger belastningen på støtten. Det er nødvendigt at bruge stærkere og derfor mere massive understøtninger. Dette øger forbruget af materialer, den store vægt af støtterne øger installationsomkostningerne betydeligt. Til reference er installationsomkostningerne op til 70% af omkostningerne ved at bygge en elledning. Eksemplet viser, hvordan ét designelement påvirker designet som helhed.

Således er (ETM) en af ​​de afgørende faktorer for de tekniske og økonomiske indikatorer for ethvert strømforsyningssystem.

De vigtigste materialer, der anvendes i energisektoren, kan opdeles i flere klasser - disse er ledermaterialer, magnetiske materialer og dielektriske materialer. Fælles for dem er, at de drives under påvirkning af spænding og dermed det elektriske felt.

Ledende materialer kaldes materialer, hvis vigtigste elektriske egenskab er en stærkt udtalt elektrisk ledningsevne sammenlignet med andre elektriske materialer. Deres brug i teknologi skyldes hovedsageligt denne egenskab, som bestemmer den høje elektriske ledningsevne ved normal temperatur.

Som ledere af elektrisk strøm kan både faste stoffer og væsker bruges, og under passende forhold gasser. De vigtigste faste ledermaterialer, der anvendes i elektroteknik, er metaller og deres legeringer.

Væskeledere omfatter smeltede metaller og forskellige elektrolytter. Men for de fleste metaller er smeltepunktet højt, og kun kviksølv, som har et smeltepunkt på omkring minus 39°C, kan bruges som flydende metalleder ved normal temperatur. Andre metaller er flydende ledere ved forhøjede temperaturer.

Gasser og dampe, herunder metaldampe, er ikke ledere ved lave elektriske feltstyrker. Men hvis feltstyrken overstiger en vis kritisk værdi, som sikrer indtræden af ​​stød og fotoionisering, så kan gassen blive en leder med elektronisk og ionisk elektrisk ledningsevne. En stærkt ioniseret gas, når antallet af elektroner er lig med antallet af positive ioner pr. volumenenhed, er et særligt ledende medium kaldet plasma.

De vigtigste egenskaber ved ledermaterialer til elektroteknik er deres elektriske og termiske ledningsevne samt evnen til at generere termoEMF.

Elektrisk ledningsevne karakteriserer et stofs evne til at lede en elektrisk strøm (se -). Mekanismen for strømpassage i metaller skyldes bevægelsen af ​​frie elektroner under påvirkning af et elektrisk felt.

Halvledermaterialer kaldes materialer, der er mellemliggende i deres ledningsevne mellem ledende og dielektriske materialer, og hvis karakteristiske egenskab er en usædvanlig stærk afhængighed af ledningsevnen af ​​koncentrationen og typen af ​​urenheder eller andre defekter, samt i de fleste tilfælde af eksterne energipåvirkninger (temperatur , belysning osv.). . P.).

Halvledere omfatter en stor gruppe af stoffer med elektronisk elektrisk ledningsevne, hvis resistivitet ved normal temperatur er større end lederes, men mindre end dielektriske stoffer og ligger i området fra 10-4 til 1010 Ohm cm. sektor anvendes halvledere sjældent direkte, men halvlederbaserede elektroniske komponenter er meget udbredt. Dette er al elektronik på stationer, understationer, ekspeditionskontorer, tjenester mv. Ensrettere, forstærkere, generatorer, omformere. Siliciumcarbid-baserede halvledere bruges også til at lave ikke-lineære overspændingsdæmpere i elledninger (OPN).

Dielektriske materialer

Dielektriske materialer kaldes materialer, hvis vigtigste elektriske egenskab er evnen til at polarisere, og hvor eksistensen af ​​et elektrostatisk felt er muligt. Et ægte (teknisk) dielektrikum er jo tættere på idealet, jo lavere dets specifikke ledningsevne og jo svagere det har langsomme polariseringsmekanismer forbundet med spredningen af ​​elektrisk energi og varmegenerering.

Dielektrisk polarisering kaldes forekomsten i det, når et makroskopisk selvelektrisk felt indføres i det ydre felt, på grund af forskydningen af ​​ladede partikler, der udgør dielektriskets molekyler. Et dielektrikum, hvor et sådant felt opstår, kaldes polariseret.

Magnetiske materialer kaldes materialer designet til at arbejde i et magnetfelt med direkte interaktion med dette felt. Magnetiske materialer er opdelt i svagt magnetiske og stærkt magnetiske. Svagt magnetiske materialer omfatter diamagneter og paramagneter. Til stærkt magnetiske - ferromagneter, som til gengæld kan være magnetisk bløde og magnetisk hårde.

Kompositmaterialer

Kompositmaterialer er materialer, der består af flere komponenter, der udfører forskellige funktioner, og der er grænseflader mellem komponenterne.