2478

21

Хромо-алюминиевые сплавы дешевле нихромов, однако они менее технологичны, более тверды и хрупки, из-за чего из них могут быть получены проволоки и ленты только больших сечений. Поэтому, в отличие от нихромов, их область применения ограничена только электронагревательными устройствами большой мощности.

При температурах выше 1200 ¼С (в вакуумных печах) используют сплавы на основе тугоплавких металлов – вольфрама, молибдена, тантала.

5.2.2. Керамические материалы

Керамические материалы – карбид кремния и дисилицид молибдена – используют для изготовления нагревателей электрических печей сопротивления с рабочей температурой до 1500 ¼С и до 1700 ¼С соответственно.

Преимущественное применение находят нагреватели из карбида кремния как более дешевые и термостойкие по сравнению с нагревателями из дисилицида молибдена. Предельные рабочие температуры в различных газовых средах для керамических нагревателей указаны в табл. 12.

Таблица 12 Рабочие температуры некоторых керамических электронагревателей

5.3. Материалы для термоэлектродов термопар и удлиняющих проводов

Основные требования: достаточно большая термоэлектродвижущая сила (термоЭДС), температура плавления выше предельной рабочей температуры не менее чем на 50–150 ¼С; коррозионная стойкость, пластичность для изготовления проволоки.

22

5.3.1. Материалы для изготовления термопар

Для изготовления термопар применяются следующие сплавы: копель (56 % меди, 44 % никеля), алюмель (95 % никеля, остальное – алюминий, кремний, магний), хромель (90 % никеля, 10 % хрома), платинородий (90 % платины, 10 % родия), константан, а также медь. Состав сплавов, свойства и сортаменты термоэлектродной проволоки, типы, размеры термопреобразователей стандартизированы: ГОСТ 492–73, ГОСТ 10821–75.

Термопары (табл. 13) могут использоваться для измерения следующих температур:

–платинородий-платина – до 1600 ¼С;

–медь-константан – до 350 ¼С;

–медь-копель – до 350 ¼С;

–хромель-копель – до 600 ¼С;

–хромель-алюмель – до 1000 ¼С.

Таблица 13 Механические свойства некоторых сплавов для термопар

Примечание: σв – предел прочности (временное сопротивление разрыву); δ – относительное остаточное удлинение.

Для измерения низких температур в диапазоне от –259,34 ¼С до 0 ¼С используют платиновые образцовые термометры сопротивления (ГОСТ 12877–76) с чувствительным элементом из платины Пл0.

Температуру в окислительных средах до 2200 ¼С измеряют с помощью термопар с термоэлектродами из иридия и его сплавов.

5.3.2. Материалы для изготовления удлиняющих проводов термопар

Для удлиняющих проводов термопар используют проволоку из никелевых и медно-никелевых сплавов: хромель, копель, константан и др. Поставляют проволоку в мягком (отожженном) состоянии. Для копелевой проволоки диаметром 0,2–2,5 мм σв = 390 МПа, δ = 15–20 %, ρ1 = 0,47¶106 Ом¶м.

23

6. КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Контакты предназначены для замыкания и размыкания электрических цепей в коммутирующих устройствах. Основное требование, предъявляемое к контактным материалам, – малое переходное электрическое сопротивление. Кроме того, эти материалы должны одновременно удовлетворять таким требованиям, как: дугостойкость, твердость, высокая удельная электрическая проводимость и теплопроводность, химическая стойкость; должны быть устойчивы к атмосферной коррозии и микроклимату, существующему в коммутационном устройстве. Электрические контакты подразделяют:

–на разрывные;

–скользящие;

–неподвижные.

6.1. Разрывные контакты

Разрывные контакты предназначены для периодического замыкания и размыкания цепи в коммутирующих устройствах. В процессе работы разрывных контактов возникает искра или электрическая дуга, что вызывает коррозию и электроэрозионный износ. В связи с этим материал для разрывных контактов должен иметь не только небольшое переходное электрическое сопротивление, но и хорошее сопротивление коррозии и к электроэрозионному изнашиванию. В зависимости от электрической мощности разрывные контакты подразделяют на слабо-, средне- и высоконагруженные.

6.1.1. Слабонагруженные контакты

Слабонагруженные контакты изготавливают из благородных металлов: золота, серебра, платины, палладия и их сплавов, которые обладают низким переходным электрическим сопротивлением и повышенной стойкостью против окисления.

Чистое серебро применяют в слабонагруженных контактах при небольшой частоте переключений. Серебро технологично при производстве проката и наиболее дешево из всех благородных металлов. Серебряные контакты имеют удельное электросопротивление 0,019–0,070¶10-6 Ом¶м, твердость 30–50 НВ.

Широко применяют также сплавы серебра с медью. Такие сплавы

24

сохраняют высокую электрическую проводимость и имеют более высокие твердость и сопротивление электроэрозионному изнашиванию, чем чистое серебро. Существует способ обработки серебряно-медных контактов – метод внутреннего окисления. Сплав СОМ-10, содержащий 10 % Сu, подвергают длительному (50 часов) окислению при температуре 700 ¼С на воздухе. В результате такой обработки получается композиционный материал: в серебряной матрице равномерно распределяются оксиды меди. Сплав СОМ-10 можно применять и в качестве материала для высоконагруженных контактов.

6.1.2. Высоконагруженные контакты

Высоконагруженные контакты изготавливают из вольфрама, молибдена, их сплавов и порошковых композиций. Вольфрам, благодаря своей тугоплавкости, хорошо сопротивляется электроэрозионному изнашиванию. Несмотря на окисление, он имеет невысокое и устойчивое переходное сопротивление.

Удельное электросопротивление таких контактов – 4,1–9,0·103 Ом¶м, твердость – 120–220 НВ.

Вольфрамовые контакты не свариваются при эксплуатации, их применяют при большой частоте переключения.

Такое же назначение имеют сплавы вольфрама с молибденом. Эти сплавы, содержащие 40–50 % Мо, обладают высоким сопротивлением электроэрозионному изнашиванию, электрическое сопротивление сплавов и переходное электрическое сопротивление их также велики. Сплавы обладают пониженным сопротивлением газовой коррозии, так как молибден и вольфрам образуют легкоиспаряющиеся оксидные пленки. Их можно использовать для мощных контактов в среде инертных газов или в вакууме.

В наиболее мощных контактах используют спеченные композиции вольфрама с серебром или медью.

6.2. Скользящие контакты

К материалам для скользящих контактов предъявляют те же требования, что и для разрывных, но основное требование – высокое сопротивление свариванию. Для скользящих контактов применяют композиции из порошков меди или серебра с небольшой добавкой графита, препятствующего свариванию (МГ3, МГ5, СГ3, СГ5). Цифра в

25

марках указывает на содержание графита в процентах.

Применяют для скользящих контактов и уже упомянутые сплавы типа СОМ. Кроме того, к этой группе материалов могут быть отнесены электрические щетки.

6.3. Неподвижные контакты

Неподвижные контакты должны иметь низкое значение переходного электрического сопротивления. Кроме того, оно должно быть стабильным при небольших контактных усилиях. Поэтому для зажимных контактов выбирают коррозионностойкий материал. Для неподвижных контактов используются латунь, а также технически чистые цинк и медь.

7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЩЕТКИ

Электрические щетки служат для подвода и отвода электрического тока на коллекторах и контактах колец электрических машин. Материалы для их изготовления обладают высокой электропроводностью, низким коэффициентом трения, высокой химической стойкостью.

Подразделяют электрические щетки (табл. 14) на группы (ГОСТ 24689–85):

–угольные: твердоугольные, угольнографитные, графитные, электрографитированные;

–металлографитные.

Таблица 14 Технические характеристики некоторых электрических щеток

26

Маркируются угольные щетки (ГОСТ 18620–80) буквами УГ, Г, ЭГ, металлографитные – М, МГ, далее указывается порядковый номер по ГОСТу.

Для изготовления щеток первой группы используется сажа, измельченные природный графит и антрацит с каменноугольной смолой в качестве связующего. Заготовки щеток подвергаются обжигу. Обычные щетки обжигают при температуре 800 ¼С, графитированные – при 2200 ¼С. Режим обжига определяет структурную форму графита в изделии. При этом достигается перевод углерода, находящегося в саже и антраците, в форму графита, вследствие чего такой процесс обжига и называется графитированием. Щетки этой группы наиболее распространены.

Щетки второй группы содержат также металлы (медь, бронзу, серебро).

8.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучить и законспектировать основные теоретические положения методического указания.

2.Используя справочную литературу, разобрать по одной марке материала из каждой группы в следующей последовательности:

на примере заданных марок определить группу материала по назначению, расшифровать марку;

определить химический состав;

дать характеристику свойств;

указать метод получения, термической обработки;

указать область применения;

занести данные в таблицу (прил. 1).

3.Выполнить индивидуальное задание по варианту в прил. 2.

4.Ответить на контрольные вопросы

9.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Приведите общую классификацию проводниковых материалов.

2.Дайте определение материалов высокой проводимости. Назовите их основные показатели.

3.Охарактеризуйте технически чистую медь как материал высокой проводимости (назовите метод получения, маркировку, типовые режимы термообработки, основные свойства, область применения).

27

4.Охарактеризуйте бронзы и латуни как материалы высокой проводимости (назовите метод получения, типовые режимы термообработки, основные свойства, область применения). Каковы преимущества и недостатки медных сплавов как материалов высокой проводимости по сравнению с технически чистой медью?

5.Сравните технически чистые металлы – алюминий и медь – как проводниковые материалы. Назовите преимущества и недостатки каждого.

6.Охарактеризуйте технически чистый алюминий как материал высокой проводимости (назовите метод получения, маркировку, типовые режимы термообработки, основные свойства, область применения).

7.Какие алюминиевые сплавы применяются в качестве материалов высокой проводимости? Охарактеризуйте их свойства, назовите типовые режимы термообработки и область применения.

8.В каких случаях производят замену медных и алюминиевых проводов на стальные? Какие стали используют в качестве проводниковых материалов?

9.Дайте характеристику биметаллических проводов.

10.Охарактеризуйте мягкие припои (назовите группы, на которые они делятся, маркировку, основные свойства и область применения).

11.Охарактеризуйте твердые припои (назовите группы, на которые они делятся, маркировку, основные свойства и область применения).

12.Дайте общую характеристику резистивных материалов.

13.Какие сплавы применяют для резисторов общего назначения?

14.Охарактеризуйте материалы для электронагревателей.

15.Какие требования предъявляются к контактным материалам?

16.Какие материалы применяют для изготовления разрывных, скользящих и неподвижных контактов?

17.Дайте общую характеристику материалов, применяемых для изготовления электрических щеток.

28

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Конструкционные материалы: справочник / под ред. Б. Н. Арзамасова. – М. : Машиностроение, 1990. – 688 с.

2.Арзамасов, Б. И. Материаловедение / Б. И. Арзамасов,

В.И. Макарова. – М. : Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002. – 646 с.

3.Лахтин, Ю. М. Материаловедение / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. – М. : Машиностроение, 1990. – 528 с.

4.Готман, П. Е. Электротехнические материалы: справочник / П. Е. Готман, В. Б. Березин, А. М. Хайкин. – М. : Энергия, 1969. – 544 с.

5.Корицкий, Ю. В. Электротехнические материалы: учеб. для техникумов / Ю. В. Корицкий. – М. : Энергия, 1976. – 320 с.

6.Богородский, Н. П. Электротехнические материалы: учеб. для вузов / Н. П. Богородский, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев. – Л. : Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1985. – 304 с.

7.Электротехнические материалы: справочник / В. Б. Березин [и др.]. – М. : Энергоатомиздат, 1983. – 504 с.

8.Алиев, И. И. Электротехнический справочник / И. И. Алиев. – М. : ИП РадиоСофт, 2000. – 384 с.

9.Металлы и сплавы: справочник / под ред. Ю. П. Солнцева. – СПб. : АНО НПО šПрофессионалŸ, АНО НПО šМир и СемьяŸ, 2003. – 1066 с.

10.Колесов, С. Н. Материаловедение и ТКМ: учеб. для электро-

техн. и электромехан. специальностей вузов / С. Н. Колесов,

И.С. Колесов. – М. : Высш. шк., 2004. – 519 с.

11.Драчев, В. В. Классификация и маркировка сплавов цветных металлов / В. В. Драчев; КузГТУ. – Кемерово, 2004.

12.Семнец, Г. Л. Микроструктура, свойства и маркировка углеродистых сталей / Г. Л. Семенец; КузГТУ. – Кемерово, 2004.

29

Приложение 1

Оформление отчета

Приложение 2