Описанные способы получения материалов относятся к порошковой металлургии

Решение.

Задание.

Определить материал и длину проволоки l необходимой для изготовления электронагревательного элемента, если

а) она имеет диаметр d=1 мм, мощность элемент P=500 Вт при напряжении U=220 В, рабочая температура 450 ⁰С;

б) она имеет диаметр d=1,5 мм, мощность элемент P=700 Вт при напряжении U=220 В, рабочая температура 1250 ⁰С.

Сопротивление проволоки

где ρ – удельное сопротивление материала, Ом∙м (таблица №2);

l – длина проволоки, м;

S – площадь поперечного сечения проволоки, м².

Мощность электронагревательного элемента (приёмника)

где U –напряжение, приложенное к элементу, В;

R– сопротивление проволоки, Ом.

Площадь поперечного сечения проволоки

где r– радиус проволоки, м.

По условию а) выбираем константан.

С увеличением длины проводника его сопротивление увеличивается.

По условию б) выбираем нихром.

МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Металлокерамические материалы – это материалы, получаемые прессованием из металлических порошков с последующим спеканием их при высоких температурах (1000-1400 ⁰С).

Основным сырьём являются порошки вольфрама, титана, кобальта, марганца, хрома, железа, меди, олова, алюминия и др. Иногда в исходную массу, состоящую из металлических порошков, вводят порошок неметалла, например, графит.

Получение металлокерамического материала.

Исходные материалы дробят и измельчают в шаровых мельницах до порошкообразного состояния. Измельчённый материал очищают от примесей и просеивают через сито. Взятые в определённом соотношении исходные порошкообразные материалы смешивают в специальных смесителях, получая прессовочный порошок.

Металлокерамические изделия.

Для получения монолитного изделия исходные порошкообразные массы состоят из двух или более порошков различных металлов, один из которых обладает более высокой температурой плавления. При высокотемпературной обработке более легкоплавкие порошки плавятся и заполняют поры между частицами тугоплавких металлов.

Для получения пористого изделия применяют твёрдофазное спекание (без образования жидкой фазы) частиц порошков металла, обладающих приблизительно одинаковой температурой плавления. Количество пор можно изменять в широких пределах: для изделий на большие токи 10-15%; для изделий на небольшие токи 2-5%, этого достигают повторным прессованием с последующей термообработкой – отжигом.

Производство изделий методами порошковой металлургии применяют:

- когда нельзя получить изделия из сплавов особо тугоплавких и особо чистых металлов;

- когда необходимо получить изделия из сплава металлов с неметаллами;

- позволяет получить изделия точно заданных размеров без последующей механической обработкой.

Свойства (по сравнению с металлическими изделиями):

- большая износостойкость (малое изнашивание от трения);

- высокая жаростойкость;

- стойкость к эрозии (разрушение поверхности под действием электрической дуги, искр, перенос металла с одной поверхности на другую, и нарушении при этом контактной поверхности).

Применение: разрывные контакты для различного вида коммутирующих устройств (допускают большие силы сжатия), щётки для электрических машин низкого напряжения, режущий и штамповочный инструмент и др.

ЭЛЕКТРОУГОЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Электроугольные материалы – это материалы, получаемые методами порошковой технологии из смеси углеродистых материалов: графита, сажи, каменноугольной смолы, антрацита.

В исходный состав некоторых электроугольных материалов вводят металлические порошки: меди, свинца, олова и др. Кроме того применяют связующие вещества: каменноугольные, бакелитовые, кремнийорганические и другие смолы.

Получение электроугольного материала.

Углеродистые материалы, за исключением графита и сажи, предварительно прокаливают при 1200-1300 ⁰С для удаления летучих веществ и уменьшения объёмной усадки получаемых электроуголных изделий. Затем материалы измельчают в дробилках до порошкообразного состояния.

Взятые в определённом соотношении исходные порошкообразные материалы (углеродистые и металлические) тщательно смешивают, вводят в них связующие вещества (смолы, пески), перемешивают и при температуре 110-230 ⁰С пропускают через специальные смесители. Полученную исходную электроугольную массу сушат, а затем размалывают и просеивают через сито, получая прессовочный порошок.

Электроугольные изделия.

Изделия или заготовки (блоки) получают прессованием в стальных пресс-формах под давлением 100-300 МПа при комнатной температуре или при 180-210 ⁰С, если применяется связующее вещество, размягчающееся или полимеризующееся при повышенных температурах.

Полученные изделия или их заготовки подвергают высокотемпературному обжигу при т 1200-1300 ⁰С. При обжиге происходит спекание исходных материалов и цементация их коксом, образующимся из связующих органических веществ.

Свойства: механическая прочность, способность к механической обработке, уменьшение удельного электрического сопротивления.

Электроугольные изделия содержащие сажу, кокс, и другие не графитовые компоненты, после обжига подвергают дополнительной термической обработке при 2400-2800 ⁰С – графитизацией. При этом не графитные компоненты превращаются в графит, а большинство примесей испаряются.

Свойства: более мягкие, меньший коэффициент трения, резко снижается удельное электрическое сопротивление, значительная пористость (30%).

При значительной пористости их пропитывают лаками или воскообразными веществами, а в некоторых случаях расплавленными металлами (олово, свинец и др.) при 80-200 ⁰С и выше.

Свойства: устраняется пористость, уменьшается гигроскопичнть, позволяет ввести смазочные вещества, а пропитка металлами резко увеличивает механическую прочность и повышает проводимость.

Применение: непроволочные резисторы, контакты электрических аппаратов большой мощности, контактные детали токосъёмных устройств (щётки для электрических машин, токосъёмники электротранспорта), электроосветительные угли.

Угольные заготовки проходят процесс обжига. Режим обжига определяет форму, в которой углерод будет находиться в изделии. При высоких температурах достигается искус­ственный перевод углерода в форму графита, вследствие чего такой процесс носит название графитирования.

КОНТАКТЫ И КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Электрический контакт – это поверхность соприкосновения токоведущих частей электротехнических устройств, а также конструктивные приспособления, обеспечивающие такой контакт.

Требования, предъявляемые к контактным материалам:

- низкое переходное электрическое сопротивление в месте соприкосновения контактных поверхностей;

- постоянное переходное сопротивление в процессе работы;

- стойкость и износу.

Износ (разрушение) контактов.

1. Механический износ получается вследствие ударов контактов друг о друга и истирающие нагрузки.

Для повышения износостойкости контакты выполняют из металлокерамических материалов.

2. Химический износ – коррозия, получается вследствие окисления материала при высоких температурах и взаимодействия с окружающей средой.

Для повышения стойкости к коррозии в контактном устройстве создаётся вакуум или среда инертного газа, например, вакуумные и элегазовые высоковольтные выключатели.

3. Электрический износ – эрозия, разрушение поверхности контактов под действием электрической дуги, искр, перенос металла с одногоконтакта на другой и нарушении при этом контактной поверхности.

Для повышения стойкости к эрозии подбирают сочетание материалов для контактов (алюминий с другими металлами образует гальванические пары).

Классификация электрических контактов.

1. Неподвижные. Обеспечивают постоянное электрическое соединение токоведущих частей.

1.1 Неразъёмные:сварные или паяные соединения.

Применение: сварные соединения для соединения проводов воздушных линий и жил кабелей; паяные соединения при монтаже многих видов электрорадиоэлементов в электрических аппаратах и приборах.

1.2 Разъёмные:зажимные (болтовые, винтовые) и штепсельные соединения.

Медь Cu, алюминий Al.

Применение: зажимные в аппаратуре токораспределения низкого и высокого напряжения (шины токораспределительных щитов, пультов управления и т. п.); штепсельные соединяют электрические цепи отдельных узлов в аппаратуре.

2. Разрывные. Обеспечивают периодическое замыкание и размыкание электрической цепи, в которую они включены.

Серебро Ag, медь Cu, алюминий Al, вольфрам W, металлокерамические материалов.

Применение: контактные группы электромагнитных реле, различные коммутационные устройства.

3. Скользящие. Обеспечивают электрическую связь подвижных электрических соединений.

Сочетание контактов металлического (медь, алюминий, вольфрам) и графитсодержащего материала.

Применение: обмотка и ползунок реостата, коллекторные пластины и щётки электрических машин, контактный провод и токосъёмник электротранспорта.

ПРИПОИ И ФЛЮСЫ

Пайка – это процесс получения неразъёмных соединений в процессе создания межатомных связей припоя с поверхностями соединяемых материалов

Для пайки обычно применяют соединение в внахлест, увеличивая нахлёст можно повысить прочность паяного соединения. Процесс пайки сопровождается нагреванием, в результате которого припой плавиться, смачивает и растекается между соединяемыми поверхностями. На границе соприкосновения происходят сложные физико-химические процессы: адгезия (поверхностное сцепления), сплавление, диффузия.

Для смачивания паяемых поверхностей расплавленным припоем необходимо разрушение и удаления оксидных плёнок, имеющихся на поверхностях соединяемых металлов, что выполняется с помощью флюсов.

Припои – это металлы и сплавы, применяемые в качестве связующего вещества при пайке металлических частей, которые отличается по составу от паяемых металлов и обладает способностью смачивания паяемых металлов.

Требования, предъявляемые к припоям:

- высокая механическая прочность;

- высокая электропроводность;

- высокая коррозийная стойкость;

- хорошая текучесть (способность легко растекаться в расплавленном состоянии);

- малый интервал температур кристаллизации.

Низкотемпературные (мягкие), имеют температуру плавления ниже 400 ⁰С. Изготавливают на основе олова Sn, висмута Bi, кадмия Cd, свинца Pb, цинка Zn, индия In.

Высокотемпературные (твёрдые) – выше 400 ⁰С. Изготавливаются на основе меди Cu, серебра Ag, никеля Ni, кобальта Co, железа Fe, алюминия Al и др.

Флюсы – предназначены для очистки соединяемых поверхностей от оксидов и других загрязнений, предохранения от окисления в процессе пайки и улучшения растекания расплавленного припоя.

Требования, предъявляемые к флюсам:

- хорошо смачивать металлические поверхности;

- растворять и удалять оксиды и загрязнения с поверхности соединяемых деталей;

- защищать в процессе пайки поверхности и припой от окисления;

- снижать поверхностное натяжение расплавленного припоя, для улучшения смачивания;

- иметь рабочую температуру на 50-100⁰С ниже температуры плавления припоя;

- не изменять своего состава при температуре пайки;

- не вызывать коррозию;

- легко удаляться с поверхности после пайки.

Твердые порошкообразные вещества (бура Na₂B₄O₇, борная кислота H₃BO₃, канифоль (это смесь смоляных кислот и их изомеров) и др.)

Жидкие вещества (водный раствор хлористого цинка ZnCl₂, спиртовой раствор канифоли и др.)

Подбор припоев и флюсов.

Для осуществления пайки необходимо выполнять условие: температура плавления твёрдого флюса должна быть ниже температуры плавления припоя, она в свою очередь меньше температуры пайки (и не превышать температуры термического разложения флюса), которая должна быть меньше температуры плавления основного (паяемого) металла.

При пайке меди, латуни и бронз легкоплавкими припоями на свинцовой основе применяют флюсы, не вызывают коррозии паяных швов – канифоль и составы на её основе.

При пайке стали, меди и медных сплавов (латуни, бронзы и др.) тугоплавкими припоями чаще всего используют буру и её смеси с борной кислотой H₃BO₃ и другими солями.

При пайке алюминия применяют флюсы, способные растворить плотную плёнку его оксидов, хлористый литий LiCl, фтористый натрий NaF, хлористый цинк ZnCl₂, хлористый калий KCl.

МАРКИРОВКА ПРИПОЕВ

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Дата добавления: 2014-03-03; просмотров: 671; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!