1. Контактные материалы.
2. Металлокерамика, свойства и область применения.
3. Электротехнический уголь и изделия из него.
4. Припои.
5. Флюсы.
1. Электрическим контактом называют поверхность соприкосновения токопроводящих частей электротехнических устройств, а так же конструктивные приспособления, обеспечивающие такой контакт. По принципу работы контакты делят на неподвижные, разрывные, скользящие.
К неподвижным контактам относят цельнометаллические (сварные или паянные), зажимные (болтовые, винтовые) соединения. Цельнометаллические соединения должны отличатся не только механической прочностью, но и обеспечивать стабильный электрический контакт с малым переходным сопротивлением.
Качество зажимного контакта определяется в основному контактным давлением и способностью материала к пластической деформации, поэтому контактные поверхности покрывают мягкими коррозийно-стойкими металлами (оловом, серебром, кадмием и др.)
Разрывные контакты обеспечивают периодическое замыкание и размыкания электрической цепи. Они должны:
- обладать низким значением удельного электрического сопротивления;
- обладать малым падением напряжения на контактах;
- обладать стойкостью против коррозии;
- не допускать (эрозии (обгорания) контактирующих поверхностей;
- не допускать приваривания контактных поверхностей друг к другу под действием электрической дуги при размыкании контактов;
- обеспечивать постоянство контактного электрического сопротивления;
- легко обрабатываться;
- обладать стойкостью к действию сжимающих и ударных нагрузок;
- иметь низкую стоимость.
В качестве контактных материалов для слаботочных разрывных контактов, кроме чистых тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена), применяются благородные металлы (платина, золото, серебро), а так же разные сплавы на их основе (золото-серебро, платина-рутений, платина-родий и т.д.), металлокерамические композиции (например, Аg-СdО).
Сильноточные разрывные контакты изготовляются из металлокерамических материалов, которые получают методом порошковой металлургии и включают композиции на основе меди и серебра: серебро-оксид кадмия, серебро-оксид меди, медь-графит, серебро-никель, серебро-графит. Используются так же и тройные композиции: серебро-никель-графит, серебро-вольфрам-никель, серебро-никель-графит, медь-вольфрам-никель. Медная и серебряная фазы в этих композициях обеспечивают высокую электро- и теплопроводность контакта, а включение тугоплавкой фазы придают контактам стойкость к механическому износу, электрической эрозии и свариваемости.
Для изготовления сильноточных контактов, работающих при повышенных напряжениях и контактных давлениях, способных пробить или разрушить механическим путем оксидную пленку на контактной поверхности, рекомендуется использовать твердую медь, что значительно удешевляет электротехническое устройство.
Скользящие контакты обеспечивают переход электрического тока от неподвижной части устройства к подвижной. При работе скользящих контактов их поверхности подвергаются механическому износу.
Материалы скользящих контактов должны дополнительно отличаться высокой стойкостью к истирающим нагрузкам, которые особенно велики при сухому трении, т.е. когда оба контакты изготовлены из одного материала, а так же при неудачном выборе пар. Наиболее высокими качествами обладают контактные пары, составленные из металлического и графитосодержащего материалов. Помимо низкого коэффициента трения, графит и материалы на его основе отличаются большим напряжением дугообразования, поэтому износ контактов от искрения незначителен. Кроме того, на поверхности графита не образуются оксидные пленки и контакт имеет линейную вольт-амперную характеристику.
Широкое применение для изготовления скользящих контактов нашли также проводниковые бронзы и латуни, отличающиеся высокой механической прочностью, стойкостью к истирающим нагрузкам, упругостью, антифрикционными свойствами и стойкостью к атмосферной коррозии.
2. Металлокерамика нашла достаточно широкое применение в электротехнике. Этот материал применяется для изготовления контактов круглой, прямоугольной и сложной формы методом порошковой металлургии. Композиции получают путем трехфазного спекания спрессованных из порошков заготовок или путем пропитки серебром или медью предварительно опрессованных пористых каркасов из вольфрама или вольфрамоникелевого сплава. Удельное электрическое сопротивление металлокерамических контактов должен быть не более 0,7 мкОм м при 20°С, отличаться высокой стабильностью во времени и малой зависимостью от условий эксплуатации.
Для получения материалов металлокерамическим способом применяют металлы, которые не создают твердых растворов. При выборе компонентов для металлокерамических контактов исходят из следующих основных условий: один из них должен иметь хорошую проводимость, второй должен быть механически крепким и более тугоплавким, чем первый, причем допустимая меньшая проводимость; оба компонента при возможной рабочей температуре контактов не должны сплавляться между собой
3. Электротехнический уголь принадлежит к твердым неметаллическим проводниковым материалом, сырьем для его производства могут служить сажа, графит, антрацит. Для получения монолитного изделия используют связующее вещество (каменноугольная смола или жидкое стекло) и обжиг при высоких температурах (800-3000°С). Форму угольным изделиям придают продавливанием через мунштук. Изделия более сложной формы изготовляют в соответствующих пресс-формах. Режим обжига определяет в основному форму, в которой углерод будет находиться в изделии. При высоких температурах 2000-3000°С происходит переход углерода в форму графита, поэтому такой процесс получил название графитирование. Обжиг обычных щеток ведут при температуре около 800 оС, графитированные щетки нагревают при обжиге до 2200 оС.
Электротехнический уголь широко применяется для изготовления щеток электрических машин, электродов для прожекторов, дуговых электропечей и электролитических ванн, анодов гальванических элементов. Угольные порошки, изготовленные из антрацита, используются в микрофонах для создания сопротивления, значение которого изменяется в зависимости от приложенного к нему давления. Используется уголь и для изготовления непроволочных высокоомных резисторов, разных разрядников для телефонных сетей, электровакуумных приборов.
Композиции на основе сажи и графита используют для экранирования жил силовых кабелей, добавляются в состав резиновых смесей для повышения механических характеристик резин, а так же стойкости к свету и тепловому старению, некоторых агрессивных сред.
4. Припои для паяния, заполняющие зазор в расплавленном состоянии между заготовками, которые соединяются, должны отвечать следующим требованиям:
1) температура их плавления должна быть ниже температуры материалов, которые соединяются;
2) они должны хорошо смачивать материал, который паяется, и легко растекаться по его поверхности;
3) должны быть достаточно крепкими и герметичными;
4) коэффициенты термического расширения припоя и материала, который паяется, не должны резко отличаться;
5) иметь высокую электропроводность при паянии радиоэлектронных и токопроводящих изделий.
Классификация припоев и основные виды пайки были рассмотрены при изучении темы 2.4.2 “Пайка металлов”. Очень важно запомнить, что все припои по температуре плавления делятся на низкотемпературные (температура плавления ниже 500оС), или мягкие припои, и высокотемпературные (температура плавления выше 500оС), или твердые припои. Припои изготавливают в виде прутков, проволоки, полос, листов, спиралей, колец, дисков, зерен и т.п., которые укладываются в место соединения.
К низкотемпературным, или мягким припоям относят оловянно-свинцовые, на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова, свинца. Они имеют сравнительно невысокую температуру плавления и в ряде случаев не обеспечивают контакта необходимую прочность. Мягкие припои используют для пайки внутренних выводов корпусов микросхем, проволочных выводов электрических элементов, герметизации корпусов, мест монтажа и т.п
К высокотемпературным или твердым припоям относят медные, медно-марганцевые, медно-никелевые, из благородных металлов (серебра, золота, платины). Они отличаются тугоплавкостью и высокой механической прочностью, но технология паяния при этом значительно более сложная и процесс ведется в специальных электрических печах. Эти припои используют при паянии особенно ответственных изделий электронной техники.
Изделия на основе алюминия и его сплавы паяют с припоями на алюминиевой основе с кремнием, медью, оловом и другими металлами.
Магний и его сплавы паяют припоями на основе магния с добавками алюминия, меди, марганца и цинка.
Изделия из коррозийно-стойких сталей и жаропрочных сплавов, которые делают при высоких температурах (выше 500оС), паяют с припоями на основе железа, марганца, никеля, кобальта, титана, циркония, ниобия и палладия.
5. Наличие оксидных пленок, механических и органических загрязнений на поверхности соединяемых деталей мешают процессу паяния. Поэтому перед пайкой соединяемые поверхности тщательно очищают, а в процессе пайки защищают от окисления дополнительными средствами – флюсами.
Флюсы для пайки используют для очищения соединяемых поверхностей материалов, а также для снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания и смачивания жидкого припоя.
Флюсы являются вспомогательными материалами для получения качественной и надежной пайки. Они должны:
- хорошо смачивать поверхности металла и улучшать растекаемость соединяемых деталей;
- растворять и удалять оксиды и загрязнения с поверхности соединяемых деталей;
- защищать в процессе пайки поверхность металла и расплавленный припой от окисления, образуя жидкую или газообразную зону;
- снижать поверхностное натяжение расплавленного припоя для улучшения смачивания им основного металла;
- иметь рабочую температуру на 50-100 оС ниже температуры плавления припоя;
- не вызывать коррозию;
- не изменять своего состава при температуре пайки;
- легко удаляться с поверхности после пайки.
Флюс в расплавленном и газообразном состоянии должен оказывать содействие смачиванию поверхности основного металла расплавленным припоем. Флюсы могут быть твердыми, пастообразными, жидкими и газообразными.
Наиболее распространенными паяльными флюсами являются бура, борная кислота, хлористый цинк, фтористый калий и другие галоидные соли щелочных металлов
Домашнее задание
1 Проработать лекцию и заполнить рабочую тетрадь
2 Ответить на вопросы
1) Назовите особенности угольных изделий:
2) Приведите отличительные особенности электроугольных электродов.
3) Приведите примеры в электротехнических изделиях применения разных видов контактов. Из каких материалов их целесообразнее изготавливать?
Ответы прислать по адресу: https://vk.com/id280227342
3 Подготовиться к тестовому опросу по 4 разделу
4 Во вторник 31.03 жду работу команд по семинару «Проводниковые материалы»
5 Необходимо предоставить отчет по лаб работе № 2 (до 31.03)