Жоғары өткізгіштік материалдар

10-дәріс

Тақырыбы: Жоғары өткізгіштік материалдар

1) Мыс, оның негізгі қасиеттері және қолданылу саласы. Мыстық қорытпалар

2) Алюминий, оның қасиеттері және қолданылу саласы. Алюминий негізіндегі қорытпалар

1) Мыс, оның негізгі қасиеттері және қолданылу саласы. Мыстық қорытпалар

Электр өткізгіштері жоғары ең көп тараған материалдарға мыс пен алюминий жатады.

Мыс — өткізгіш зат ретінде кең қолданылуын қамтамасыз ететін мыстың артықшылықтары мыналар:

1) меншікті кедергісінің беріктігі;

2) жеткілікті жоғары механикалық беріктігінің;

3) тотығуға төзімділігі (тотығу жоғары температура кезінде ғана басталады);

4) өзгеруге икемділігі (мыс жұқа таспаға жайылады және өте жіңішке сымға тартылады);

5) салыстырмалы алғанда балқытылып біріктіріледі және дәнекерленеді.

Мыстың маркалары. Өткізгіш материалдар ретінде М1 және М2 мыс қолданылады. М1 маркалы мыста 99,9% Cu, ал 0,1% қоспалардың ішіндегі оттегі 0,08% — ден аспауы тиіс. Оттегі мыстың механикалық сипаттамалары жоғарылау болады ( қоспалардың мөлшері 0,05 %, ал оттегі 0,02 % — тен жоғары болмайды). Сұйықтай тарап жағу кезінде қатты мыс (МҚ) алынады, ал егер де мысты алдымен бірнеше жүз градусқа дейін қыздырып, содан кейін суытса, онда жұмсақ мыс (МЖ) шығады.

Үлгілік мыстың меншікті өткізгіштігі 58 мСм/м, яғни меншікті кедергісі ρ=0,017 мкОм∙м. Жұмсақ және қатты мыстың (олармен салыстыру үшін алюминий сымдардың) сипаты 10.1 – кестеде берілген.

10.1 Кесте — Мыс және алюминий сымдарының сипаттамалары

Параметр Мыс Алюминий

 МҚ МЖ АҚ АЖ

Созу кезіндегі беріктік шегі, σ_с МПа 360 — 390 260 – 290 160 — 170 80

Үзілу алдындағы салыстырмалы ұзару ∆l/l,% 0,5 – 2,5 18 — 35 1,5 – 2,0 10 – 18

Меншікті кедергісі ρ, мкОм·м 0,0179 — 0,0182 0,01754 0,0295 0,029

Қатты мысты жоғары механикалық беріктілік, қаттылық және үйкелістен мұжылуға төтеп беру қажет болған жағдайларда (түйіспелік сымдар, тарату құрылғыларының шиналары, электр машиналарының коллекторлық жалпақ тіліктері) қолданылады.

Жұмсақ мысты негізінде көлденең қимасы дөңгелек немесе төртбұрыш түрінде кабельдің тоқ өткізгіш талсымдары және орамалық сымдар ретінде қолданылады (мұнда мыстың иілгіштік және созымдылық қасиеттерінің маңызы зор).

Мыс салыстырмалы алғанда қымбат тұрады және тапшы материал болып табылады, сол себептен оны үнемді пайдалану қажет. Қазіргі уақытта оны өткізгіш зат ретінде басқа металдармен, әсіресе алюминиймен алмастырады.

2) Алюминий, оның қасиеттері және қолданылу саласы. Алюминий негізіндегі қорытпалар

Алюминий — электр техникасындағы маңызы бойынша екінші (мыстан кейін) өткізгіш зат ретінде қаралады. Бұл металдар тобына жатады, құйылған алюминийдің тығыздығы 2,6 ал тартып жайғанда – 2,7 Мг/м3, яғни ол салмағы бойынша мыстан 3,5 есе жеңіл.

Электроникада қоспалары 0.5% — аспайтын маркасы Al алюминий қолданылады. Одан да таза маркасы АВОО (қоспалары 0,03% — тен аспайды) алюминий фольгасын, оксидті конденсаторлардың электрондарын және тұрақтарын жасауға қолданады.

Алюминий өте белсене тотығады, сол себептен оның сыртқы электрлік кедергісі өте жоғары оксидті жұқа қабықпен қапталады. Бұл жұқа қабық алюминий сымды ары қарай тотығудан қорғайды, бірақ бұл жағдайда әдеттегі әдістер арқылы алюминий балқытып біріктіруге болмайды, яғни арнайы әдістерді (мысалы ультрадыбыспен біріктіру) қолдану керек.

Кейде, кабельдердің қорғаныстық қабықтары ретінде қорғаныстың орнына қоспалар мөлшері 0,01% — дан аспайтын өте аз альминийді қолданады.

Темір (болат) — механикалық беріктігі жоғары және арзан металл болғандықтан, темірді өткізгіш материал ретінде қолдануға болады, бірақ, темірдің әсіресе болаттың (көміртегінің қоспасы бар темір) электрлік кедергісі мыс пен алюминийге қарағанда жоғары болады (0,1 мк Омм шамасында).

Өткізгіш зат ретінде әдетте көміртегі қосындысы 0,1 – 0,15% мөлшерінде жұмсақ болатта қолданылады; оның созу кезіндегі беріктік шегі σ_с=700-750 МПа үзілу аралығындағы салыстырмалы ұзаруы ∆l/l=5-8, меншікті кедергісі ρ=0,117-0,13 мкОм∙м. Мұндай болатты шамалы қуатты жеткізуін беру үшін әуе желілерінің сымдарының материалы ретінде пайдаланылады. Осы жағдайда болатты пайдалану жеткілікті дәрежеде тиімді болады, өйткені ток күші аз болған кезде сымның қимасы электрлік кедергімен емес, механикалық беріктігімен анықталады.

Өткізгіш зат ретінде болат қималары, трамвай, метро рельстері ретінде қолданылады. Әуелік электр жеткізу жүйелерінің болат – алюминий сымдарының өткізгіштері ретінде сипаттамалары σ_с=1200-1500 МПа және ∆l/l=4-5 % аса берік болат сымы қолданылады. Кәдімгі болаттың тотығуға төзімділігі шамалы: әдеттегі температура кезінде; әсіресе ылғалдылық болу жағдайында оны тез тот басады; температура жоғарыласа, тотығу жылдамдығы өседі. Сол себептен болат сымдардың бетін тотығуға төзімділігі жоғары материалдармен қаптау қажет, әдетте ол үшін мырыш қолданылады.

Әртүрлі қорытпалар. Алюминийлік қорытпалар жоғары механикалық беріктікпен сипатталады. Мұндай қорытпаға құрамында 0,3-0,5 Mg, 0,4-0,7 Si және 0,2-0,3 Fe (қалағны Al) бар альдрей деп аталатын қорытпа жатады. Альдрейдің механикалық қасиеттері жоғары болып келеді. Сым түріндегі альдрейдің тығыздығы 2,7 мг/м^3, σ_с=350 МПа, ρ=0,0317 мкОм∙м. Сонымен, альдрей альюминийдің жеңілдігін сақтап және меншікті өткізгіштігі бойынша оған жақын бола отырып, механикалық беріктігі бойынша қатты түрінде созылып дайындалатын мысқа жақындайды.

Темір негізіндегі қорытпалар. Мұндай қорытпаларды көбінесе электрмен қыздыру элементтерін жасау үшін қолданылады. Қызуға жоғары төзімділікті арттыру үшін қорытпа құрамына тотығу дәрежесі жоғары металдарды (никель, хром және алюминий) қосады, олар ауада қызған кезде оксидті тұтас жұқа қабат түзеді. Қорытпа Fe– Ni – Cr түрде болса, оны нихром деп атайды; Fe– Ni – Al түрінде болса, фехраль деп атайды. Нихромның механикалық пааметрлері: σ_с=650-700 МПа, ∆l/l=25-35 %. Нихромды жіңішке сымға немесе таспаға жеңіл созуға болады, олардың жұмыс температурасы жоғары болады, бірақ құрамына қымбат және тапшы никель кіреді.

Фехраль нихромға қарағанда едәуір арзан, өйткені хром және альминий никельге қарағанда арзан және тапшы емес. Бірақ фехраль осал және қаттылау, сондықтан одан жасалған сымдардың және таспалардың көлденең қималары үлкен болады. Қолданылатын саласы – жоғары қуатты электр қыздыру құрылғылары мен өнеркәсіптік электр пештерінің қыздыру элементтері.

 

 

 

 

 

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *