Урок №17-18 Тема програми icon

Урок №17-18 Тема програми



НазваниеУрок №17-18 Тема програми
Дата17.10.2016
Размер
ТипУрок

Урок № 17-18


Тема програми: Провідникові матеріали і вироби.

Тема уроку: Провідникові матеріали з великим питомим опором.

Мета уроку: дати основні поняття про провідникові сплави (манганін і константан), жаростійкі сплави (ніхроми, фероніхроми, фехралі), електровугільні матеріали та вироби; з’ясувати склад, електричні та механічні властивості, марки та застосування провідникових сплавів з великим питомим електричним опором та електровугільних матеріалів і виробів; навчити відрізняти та читати маркування.

^ Тип уроку: засвоєння нового матеріалу Вид уроку: лекція

Матеріально-технічне забезпечення: плакати, підручник зразки сплавів.

Література:

  1. Електроматеріалознавство: Підруч. / Л.В. Журавльова, В.М. Бондар. – К.: Грамота, 2006. – 312 с.: іл..

  2. Електроматериаловединие, Н.В. Никулин. – М.: Выcш. шк., 1984. – 175 с.

Хід уроку

  1. Організаційна частина.

Перевірка наявності учнів;

Перевірка готовності учнів до уроку;

Підготовка кабінету до заняття.

  1. Актуалізація знань.

Оголошення теми програми і уроку.

Як матеріали з високим опором використовують металеві спла­ви типу твердих розчинів заміщення, металеві та вугільні плівки, провідникові композиції. Матеріали високого опору за призначен­ням можна поділити на провідникові резистивні матеріали, плівкові резистивні матеріали, матеріали для термопар.

Провідникові резистивні матеріали розподіляють на сплави для дротяних резисторів (манганін, константан) та для нагрівальних елементів (ніхром, фехраль, хромаль).

Перевірка знань, вмінь і навичок учнів за матеріалом попередніх уроків.

  • Які є матеріали з низьким питомим опором?

  • Які основні властивості і застосування міді та сплавів на її основі?

  • Які основні властивості і застосування алюмінію та сплавів на його основі?

  • Які основні властивості і застосування заліза та сталіі?

  • Які основні властивості срібла, платини і свинцю, де їх застосовують?

  • Які основні властивості вольфраму і молібдену, де їх застосовують?




  1. Формування нових знань.


Манганін — порівняно пластичний сплав, який отримав свою назву через вміст у ньому марганцю (від латин, manganum). Його приблизний склад: мідь Сu — 85 % (великий вміст міді надає спла­ву жовтого кольору), марганець Мn — 12 %, нікель Ni — 3%.

Основні властивості манганіну наведені в табл. 1.

^ Таблиця 1.

Основні властивості провідникових сплавів з високим опором

Параметр

Манганін

Константан

Густина D, кг/м3

8400

8900

Питомий електричний опір , мкОмм

0,42...0,48

0,48...0,52

Температурний коефіцієнт пи­томого електричного опору ТК, К-1

(6...50)40-6

-(5...25)40-6

Коефіцієнт термоЕРС у парі з міддю, мкВ/К

1...2

43...55

Границя міцності при розтягу­ванні , МПа

450...600



Відносне видовження при роз­риві

15...30

20...40

Робоча температура Троб ,°С

200

400

Для забезпечення невеликого значення температурного коефі­цієнта питомого електричного опору ТК та стабільності коефіці­єнта питомого електричного опору манганін піддають відпалу у вакуумі при температурі приблизно 550...600°С протягом 10 годин з подальшим повільним охолодженням. Інколи додатково відпалю­ють намотані котушки при температурі 200°С.

Після прокатки та волочіння із манганіну можна отримати дріт діаметром 0,02 мм. При температурі 60°С манганіновий дріт почи­нає окислюватись, тому його використовують у скляній ізоляції, яка відрізняється високими електроізоляційними властивостями, підвищеною нагріво- та вологостійкістю. Налагоджене промислове виробництво твердого невідпаленого і м'якого відпаленого дроту.

Провід обмотковий з манганіну круглого перерізу випускають з емалевою, емалево-волокнистою та волокнистою ізоляцією. Манганінові мікропроводи в скляній ізоляції використовують для конструювання мініатюрних високоточних елементів, у тому числі прецизійних резисторів великих номіналів. Скляна ізоляція відрізня­ється високими електроізоляційними властивостями, підвищеними термо- і вологостійкістю, стійкістю проти дії агресивних середовищ (за винятком плавикової кислоти).

До недоліків манганінового мікропроводу відносять невисоку відтворюваність характеристик та знижену гнучкість через крихкість скляної ізоляції.

Константан — це твердий розчин нікелю та міді, який отримав свою назву за високу сталість коефіцієнта питомого електричного опору (константа) при зміні температури. Шкідливою домішкою для константану є сірка S, яка утворює з нікелем евтектику (Евте́ктика — тип кристалізації розплаву, який складається з певних компонентів у співвідношенні, що відповідає найнижчій температурі їх одночасної кристалізації. Ця температура (евтектична точка) завжди буває нижчою, ніж температура кристалізації кожного мінералу зокрема.) з низь­кою температурою плавлення. При цьому зв'язок між зернами ком­понентів, що сплавляються, порушується і переробка зливків у дріт стає неможливою. Евтектика сприяє розвитку міжкристалічної корозії. Для усунення шкідливого впливу сірки до складу сплаву вводять марганець. Після гомогенізації* константанові зливки піддають прокатці та волочінню і протягують у дріт діаметром до 0,02 мм. Орієнтовний склад константану: мідь Сu — 58,5%, нікель Ni — 40%, марганець Мn — 1,5%.

Нагрівостійкість константану вища, ніж марганцю, гранично допустима температура при тривалій роботі досягає 500°С. При нагріванні до високих температур (приблизно 900°С) константан окиснюється з утворенням оксидної ізолювальної плівки. Це дозво­ляє використовувати його для виготовлення реостатів, резисторів та електронагрівальних елементів без спеціальної міжвиткової ізо­ляції, якщо робоча напруга між сусідніми витками невелика. Але у парі з міддю константан утворює порівняно високу термоЕРС, що є перешкодою використання константанових резисторів у точних вимірювальних схемах. Але ця ж властивість константану дозволяє використовувати його у парі з міддю для виготовлення термопар. Константан застосовують для виготовлення потенціометрів, гасиль­них резисторів.

Широкому використанню константану перешкоджає його підви­щена вартість через великий вміст у ньому дефіцитного нікелю.

^ Жаростійкі провідникові матеріали

Жаростійкими провідниковими матеріалами є|з'являються,являються| сплави на основі нікелю, хрому і деяких інших компонентів. Жаростійкість цих сплавів, тобто їх неокислюваність при високих температурах, обумовлена утворенням|утворенням| на їх поверхні окисної плівки великої щільності, що виключає доступ кисню до сплаву. Основою жаростійких окисних плівок є|з'являються,являються| оксид хрому Cr2O3| і оксид нікелю NіO|, які не випаровуються з поверхні сплаву при високих температурах. Жаростійкі провідникові матеріали на основі нікелю, хрому і алюмінію називаються відповідно: ніхромами|, фехралями| і хромалями|. Всі вони є твердими розчинами металів з|із| невпорядкованою структура, тому ці сплави володіють великим питомим опором і малими значеннями температурного коефіцієнта опору.

B марках сплавів букви|літери| позначають|значать| головні частини|частки| сплаву: хром (X), нікель (Н), алюміній (Ю) і титан (Т). Цифра, що стоїть за буквою|літерою|, указує|вказує| в середньому кількість цього металу в сплаві. Наприклад, в ніхромі марки Х20Н80 міститься|утримується|: 20% хрому і 80% нікелю (по масі).

У табл. 1 приведені склад і основні характеристики деяких жаростійких сплавів, широко вживаних на практиці.

Окрім|крім| основних компонентів, перерахованих в табл. 1, до складу жаростійких сплавів входять домішки|нечистоти| (0,06 — 0,15% вуглецю, 0,5 — 0,35% фосфору і 0,03% сірки), які викликають|спричиняють| деяку крихкість дроту і стрічок, виготовлених з|із| цих сплавів. У виробництві всіх провідникових сплавів прагнуть вміст|вміст,утримання| домішок|нечистот| звести до мінімуму|мінімум-ареалу|.

Головними областями застосування|вживання| виробів з|із| жаростійких сплавів (дріт і стрічки) є|з'являються,являються| електронагрівальні|електронагрівні| прилади, реостати і резистори.


Таблиця 2. Склад і основні характеристики жаростійких провідникових сплавів

Марка сплаву

Тип

сплаву



Склад % мас|.

Питомий опір, мк| Ом м|м-код|



Температурний коефіцієнт опору, 1/ С|із|



Допустима

температура

°С



хром

нікель

алюміній

титан

залізо

Х15Н60

Ніхром

15-18

55-61





остаток

1,06-1,17

12 -| 10-5

950-1000

Х20Н80

»

20-23

77-80





»

1,04-1,17

9 - 10 -5

1050-1100

Х13Ю4

Фехраль

12-15

0,6

3,5-5,5



»

1,2-1,34

15 - 10 5

850-950

Х23Ю5Т

Хромаль

26-28

0,6

5,0-5,8



»

1,3-1,5

5 - 10-5

1000-1150


^ Матеріали для електровугільних виробів

До електротехнічних вугільних виробів (скорочено електро-вугільні вироби) відносять щітки електричних машин, електроди для прожекторів та електролітичних ванн, аноди гальванічних еле­ментів, мікрофони, що містять вугільний порошок, вугільні високоомні резистори, розрядники для телефонних мереж.

Первинною сировиною для виробництва електровугільних ви­робів є графіт, сажа та антрацит.

^ Природний графіт — кристалічна речовина, одна з форм вуглецю шаруватої структури (відомо три видозміни вуглецю: алмаз, графіт та аморфний вуглець — вугілля).

Графіт утворює шаруваті кристалічні ґратки, кожний шар яких являє собою шестикутну зірку з розміщеними у вузлах атомами вуглецю. Окремі шари віддалені один від одного на більші відстані, ніж атоми між собою в середині кожного шару, тому графіт легко відшаровується, що важливо для роботи ковзних контактів. Цю властивість використовують також при виготовленні сухих мас­тильних матеріалів на основі графіту. Його фізичні властивості у напрямку шаруватості і перпендикулярно до неї різні. Графіт має такі властивості:

  • у напрямку шарів електропровідність графіту має «металічний» характер ( = 8 мкОмм, ТК=110-3 К-1);

  • зі збільшенням температури міцність графіту збільшується;

  • в повітрі горить при температурі 600°С;

  • при нагріванні до температури 170°С з повітрям не взаємодіє;

  • не взаємодіє з сірчаною, соляною, плавиковою кислотами та «царською водкою»;

  • з концентрованою азотною кислотою вступає в реакцію, а в сумішах з концентрованими азотною та сірчаними кислотами графіт розчиняється і утворює графітову кислоту;

  • з розплавленими лугами не взаємодіє.

Добувають природний графіт збагаченням спеціальних руд.

Штучні графіти отримують перекристалізацією вугілля при температурі 2200... 2500°С. У багатьох випадках їм надають перева­гу над природними, оскільки штучні графіти мають дуже чистий склад, а їх вартість не перевищує вартості природних графітів.

Вироби з графіту можна використовувати тільки в інертному середовищі або у вакуумі при температурі до 2000°С, а в середовищі кисню із діоксиду вуглецю — при температурі до 500°С.

Основні характеристики природного графіту наведені в табл. 3.

Графіт виготовляють у вигляді пруття, пластин, брусків.

Таблиця 3. 7

Параметр

Монокристал графіту відносно базисних площин

Полікристалічний графіт

вздовж

упоперек

Густина D, кг/м3

2000

2400

2260

Питомий електричний опір , мкОмм

0, 4

100

8

Температурний коефіцієнт, К-1: ТК

-910-4

-410-2

-110-3

ТКl

6, 610 - 6

2, 6-10-6

7, 510- 6


^ Піролітичний вуглець одержують у процесі термічного розкла­дання без доступу кисню (піролізу) газоподібних вуглеводнів у камері, де знаходяться скляні або керамічні заготовки основ для недротяних резисторів. Піролізу піддають, як правило, вуглеводні метанового ряду, які мають властивість при високих температурах розкладатися з утворенням на ізоляційних підкладках вуглецю. В технологічних процесах виготовлення недротяних резисторів найчастіше використовують метан, пари бензину або гептану. На відміну від монокристалічного графіту структура піролітичного вуглецю не має чіткої періодичності в розміщенні атомних шарів при збереженні їх паралельності. Відстань між атомами вуглецю у піролітичного вуглецю менша, ніж у графіту. Піролітичний вуглець складається з окремих полікристалічних конгломератів, які осад­жуються на поверхні ізоляційної основи (підкладки).

Основні властивості плівок піролітичного вуглецю:

  • товщина плівок, см, не більше 10 - 6;

густина D, г/см3 2,05;

  • питомий електричний опір , Омсм 1, 510-5;

  • температурний коефіцієнт:

ТК, К-1 -210-4(-4104);

ТКl, К-1 6, 610-6

Структура та властивості плівок піролітичного вуглецю зале­жать від:

  • температури розкладання вуглеводнів (зі збільшенням темпера­тури піролізу виникає збільшення кристалів вуглецю, вміст у ньому різних домішок і зменшення питомого електричного опору р);

  • швидкості проведення реакції піролізу;

  • шорсткості рельєфу поверхні підкладки;

  • глибини вакууму.

Піролітичні плівки вуглецю мають такі властивості:

  • високу стабільність параметрів;

  • низький рівень шумів;

  • незначний та незмінний температурний коефіцієнт опору;

  • незначна залежність опору від прикладеної напруги;

  • стійкість проти імпульсних перенавантажень;

  • відносно низька собівартість.

У результаті піролізу борорганічних сполук [В(С4Н9)з або В(С3Н7)3] одержують боровуглецеві плівки з малим температур­ним коефіцієнтом питомого електричного опору ТК.

Природний графіт, сажу, піролітичний вуглець і боровуглецеві плівки використовують як провідний матеріал для недротяних ліній­них резисторів, які повинні мати малу залежність електричного опо­ру від напруги та високу стабільність при підвищеній температурі та вологості. Недротяні резистори відрізняються від дротяних меншими розмірами та високою верхньою границею номінального опору. Вугільні матеріали використовують для виготовлення щіток.

Щітки призначені для утворення ковзного контакту між неру­хомими та обертальними частинами електричних машин. Різні мар­ки щіток відрізняються за значенням питомого електричного опору, допустимою густиною струму, коефіцієнтом тертя, лінійною швидкістю на колекторі, складом, технологією виготовлення, розміром (контактна поверхня щітки, яка прилягає до колектора, може мати розміри від 4x4 до 35x35 мм, висота щітки 12... 70 мм).

Промисловість випускає щітки різних марок: вугільно-графітні, графітні, електрографітовані, тобто піддані графітуванню; мідно-графітні з вмістом міді, що призводить до зниження електричного опору та незначного контактного падіння напруги між щітками і колектором.

Сажі — це дрібнодисперсний вуглець з домішками смолистих речовин. Лаки з домішками вуглецю мають широкий діапазон пито­мого електричного опору (0, 01... 400 Ом-м).

Для одержання стержньових електродів сажу та графіт змішують із в'яжучими матеріалами, для цього використовують кам'янову­гільну смолу, а інколи рідке скло. Одержану масу продавлюють че­рез мундштук або пресують у відповідних прес-формах і піддають термообробці. Від режиму відпалу залежить форма, в якій вуглець знаходиться у виробі. При високих температурах відпалу (2200°С) вуглець штучно перетворюється у графіт, розміри кристалу графіту збільшуються, підвищується провідність матеріалу і знижується його твердість. Цей процес називається графітуванням.

Антрацит — блискуче, чорного кольору викопне вугілля з найбільш високим ступенем зміни структури в низці кам'яного вугілля. Горить незначним полум'ям, майже без диму, не спікається. Антрацит використовують у вигляді вугільних порошків і вугіль­них матеріалів.

Вугільні порошки для мікрофонів одержують дробленням ант­рациту. Питомий електричний опір порошку залежить від розмірів зерен, щільності засипання порошку у форму і режимів термооб­робки. Дрібнозернисті порошки одержують після просіювання крізь сито з 52 отворами на 1 см2, а крупнозернисті — крізь сито з 45 отворами на 1 см2. В процесі випалу при температурі 600... 800°С збільшується питомий електричний опір порошку. Питомий елект­ричний опір дрібнозернистого порошку = 0,4 Омм.

Вугільні матеріали (подрібнений антрацит зі зв'язкою) для вугільних електродів, що призначені для роботи при високих тем­пературах, випалюють при температурах 3000°С.

Особливістю вугільних виробів є те, що вони мають від'ємний температурний коефіцієнт питомого електричного опору ТК.

^ Електровугільні вироби

Після графітизації електрощітки набувають м'яко­сті, зменшується коефіцієнт тертя і різко знижується питомий еле­ктроопір. За наявності в матеріалі значної пористості його просо­чують лаками, воскоподібними речовинами, а інколи розплавле­ними металами - оловом, свинцем тощо. Після просочування ме­талами електровугільних виробів різко зростає їх механічна міц­ність і електропровідність. Остаточну форму і чистоту поверхні вони набувають після механічної обробки, яка завершується све­рдлінням отворів під гнучкі з'єднувальні проводи.

Для створення надійного електричного контакту між тілом еле­ктрощітки і щіткотримачем в електричній машині частину повер­хні електрощіток після механічної обробки обміднюють гальвані­чним методом на товщину 10-15 мкм. Гнучкі (багатожильні) проводи закріпляють у тілі електрощітки їх розвальцьовуванням, па­янням або запресовуванням.

Поміж електровугільних виробів найширше застосовуються щітки для електричних машин, а саме: графітні, вугільно-графіт­ні, металографітні та електрографітні.

Графітні щітки виготовляють з натурального графіту. Вони працюють безшумно і застосовуються за швидкостей від 20 до 40 м/с, їх питомий опір становить 8-30 мкОм м.

Вугільно-графітні щітки вироблять з графіту, коксу і зв'зую-чих смол. Вони мають підвищену твердість, механічну міцність і абразивність. Ці щітки застосовують за колових швидкостей 10-40 м/с. їх питомий опір становить 100 - 400 мкОм м.

Металографітні щітки виготовляють з порошків міді і графіту, інколи з добавками порошку олова й срібла. Ці щітки мають низь­кий питомий електроопір (0,3-0,8 мкОм м), а при зниженому вмісті міді їх питомий електроопір 5-22 мкОм м. їх використовують за колових швидкостей 20 - 25 м/с.

Електрографітні щітки виготовляють з графіту, коксу, сажі та зв'язуючих смол. Після пресування і випікання щітки графітизують при 2500 °С. для збагачення їх графітом та забезпечення під­вищеної механічної міцності. Питомий електроопір щіток 2 -75 мкОм м. Вони використовуються в електричних машинах з ва­жкими умовами комунікації. Допустима колова швидкість для них 40 - 90м/с.

Контактні деталі для транспорту - електровозів, тролейбусів та інших струмознімальних пристроїв мають у готовому вигляді дуже малий питомий електроопір (0,02 - 0,05 мкОм м). їх вигото­вляють з електровугільних та мідно-графітових матеріалів.

Опитування учнів з метою перевірки засвоєння ними нової інформації

  • Які є матеріали з високим питомим опором?

  • Які основні властивості і застосування сплавів манганіну і константану?

  • Які основні властивості і застосування жаростійких сплавів?

  • Які основні властивості і застосування електровугільних матеріалів?

  1. Підведення підсумків.

Домашнє завдання: опрацювати та вивчити конспект.

Повідомлення та обґрунтування оцінок.




Похожие:

Урок №17-18 Тема програми iconКонспект № Тема: Обробка текстової інформації засобами програми мs word 2007. Тема уроку : Вікно редактора Word. Вікна документів. План
Запустивши програму Word, з’являється робоче вікно програми, яке містить велику кількість різноманітних інструментів, які призначені...
Урок №17-18 Тема програми iconУрок 19 Тема. Розвиток освіти та науки
Презентацію створено за допомогою комп’ютерної програми вг «Основа» «Електронний конструктор уроку»
Урок №17-18 Тема програми iconУрок 14 Тема. Кирило-Мефодіївське братство
Презентацію створено за допомогою комп’ютерної програми вг «Основа» «Електронний конструктор уроку»
Урок №17-18 Тема програми iconУрок 5 Тема. Початок національного відродження
Презентацію створено за допомогою комп’ютерної програми вг «Основа» «Електронний конструктор уроку»
Урок №17-18 Тема програми iconУрок 11 Тема. Початок промислової революції
Презентацію створено за допомогою комп’ютерної програми вг «Основа» «Електронний конструктор уроку»
Урок №17-18 Тема програми iconУрок 42 Тема. Розвиток науки й літератури
Презентацію створено за допомогою комп’ютерної програми вг «Основа» «Електронний конструктор уроку»
Урок №17-18 Тема програми iconУрок 13 Тема. Соціальні рухи на західноукраїнських землях
Презентацію створено за допомогою комп’ютерної програми вг «Основа» «Електронний конструктор уроку»
Урок №17-18 Тема програми iconУрок 38 Тема. Утворення українських політичних партій
Презентацію створено за допомогою комп’ютерної програми вг «Основа» «Електронний конструктор уроку»
Урок №17-18 Тема програми iconУрок 31 Тема. Зміни в соціальній структурі українського суспільства
Презентацію створено за допомогою комп’ютерної програми вг «Основа» «Електронний конструктор уроку»
Урок №17-18 Тема програми iconУрок 21 Тема. Українське мистецтво першої половини ХІХ ст
Презентацію створено за допомогою комп’ютерної програми вг «Основа» «Електронний конструктор уроку»
Разместите ссылку на наш сайт:
Уроки, сочинения


База данных защищена авторским правом ©izlov.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
связаться с нами