Слайд 1Дисциплина
Радиоматериалы и радиокомпоненты
Лекция 3.2. Проводниковые материалы.
Контактные явления
Доцент, к.т.н. Пономарёв Д.Б.
Омский государственный технический университет
каф. Электроника
Слайд 33.2.1. Контактная разность потенциалов
ТермоЭДС
Контактная разность потенциалов (WAnB)
Слайд 4Энергетическая диаграмма контакта двух металлов
ТермоЭДС
Слайд 5ТермоЭДС
Контактная разность потенциалов
определяется по формуле:
где UA и UB –
потенциалы
соприкасающихся металлов;
n0A и n0B – плотности электронов в А
и В, м-3;
К – постоянная Больцмана, К=1,38∙10-23 Вт/град;
q – заряд электрона, 1,6∙10-19 А∙с;
Т – абсолютная температура, К.
Слайд 6ТермоЭДС
Термо-ЭДС ε
определяется по формуле:
Tx
Tг
Слайд 9ТермоЭДС
Температурная зависимость ТЭДС стандартных термопар
1 - ХК,
2 - ХА,
3 - ПП-10,
4 - ПР-30/6.
Слайд 10ТермоЭДС
Зависимость термо-э. д. с. от разности температур горячего и холодного
спаев для термопар
1— хромель—копель;
2— железо—копель;
3— медь—копель;
4— железо— константан;
5— медь—константен;
6— хромель—алюмель;
7— платинородий— платина
Слайд 11измерение температуры холодного спая;
преобразование этой температуры в эквивалентное напряжение на
выводах холодного спая термопары, используя градуировочную таблицу термопары или линеаризующее
уравнение;
добавление этого напряжения к измеренному напряжению на выводах термопары;
преобразование полученного напряжения в температуру используя градуировочную таблицу термопары или линеаризующее уравнение.
ТермоЭДС
Слайд 12Компенсация температуры холодных концов термопар
ТермоЭДС
Слайд 15Контакты
При механическом соприкосновении двух твердых тел не происходит такое их
сближение, при котором они образуют единое целое для прохождения тока.
Омический
контакт ухудшают:
Шероховатости
Окислы
Загрязнения
3.2.2. Контактные явления
Слайд 16Контакты
Модель контактирования двух проводников
а < Аb
Слайд 17Контакты
ρ – удельное сопротивление контактного материала;
λt – его теплопроводность;
R –
сопротивление контакта;
I – протекающий ток через контакт.
Эффект стягивания
Слайд 18Контакты
R = Rc1 + Rc2 + Rf
где
Rc1, Rc2 –
сопротивления стягивания первого и второго контактов;
Rf – сопротивление пленки.
Сопротивление контакта
Слайд 20Контакты
Неподвижные
Разрывные
Скользящие
Виды контактов:
Слайд 21Контакты
Материалы, используемые в качестве контактных для сильноточной аппаратуры, слаботочной аппаратуры,
размыкаемых высоковольтной к низковольтной аппаратуры, скользящих:
серебро, медь, латуни, бронзы,
золото, вольфрам, графит, композиции: Cu-W, Cu-графит, Ag-W и др.
Слайд 22Основные физические параметры контактных материалов
Слайд 23Проводниковые материалы для токоведущих и упругих элементов контактных устройств
Латуни
- это сплавы системы Cu-Zn с содержанием 10...40% цинка. Цинк
кристаллизуется в гексагональную (ГПУ) решетку и характеризуется ограниченной растворимостью в меди. Практическое применение нашли сплавы Л85 и Л80, содержашие 15 и 20% Zn, соответственно. Удельное сопротивление латуней r=(0,05...0,06)×10-6 Ом×м, что в 3 раза превышает сопротивление чистой меди.
Слайд 24Проводниковые материалы для токоведущих и упругих элементов контактных устройств
Бронзы
характеризуются более высокими упругими свойствами, чем латуни. К бронзам относятся
сплавы системы Cu-Sn (3... 6% Sn). Находят также применение алюминиевые бронзы Cu-Al (около 5% Al), а также кремнистые бронзы Cu-Si (1...3% Si). Для улучшения характеристик бронз в них, кроме перечисленных элементов, добавляют в небольшом количестве фосфор, цинк, никель, марганец, железо.
Слайд 25Проводниковые материалы для токоведущих и упругих элементов контактных устройств
Сплавы
бронзы в технической документации обозначаются буквами Бр с указанием дополнительных
легирующих элементов и их концентрации. При этом пользуются следующими условными обозначениями легирующих элементов: О-олово, А-алюминий, К-кремний, Ф-фосфор, Ц-цинк, Н-никель, Мц-марганец, Ж-железо, Б-бериллий, Т-титан.
Широкое практическое применение нашли бронзы марок БрОЦ4-3 (содержит 4% Sn и 3% Zn), БрА7 (7% Al), БрКМц3-1 (3% Si и 1% Mn), БрБ2 (2% Be) - бериллиевая бронза. После термообработки изделия из бронзы имеют в 1,25...1,5 раза более высокий модуль упругости, чем латуни. Однако удельное электрическое сопротивление лент, пружин, токоведущих деталей из бронзы выше, чем у латуни примерно в 2 раза и составляет (0,09...0,27)×10-6 Ом×м.
Слайд 26Материалы для изготовления слаботочных контактов
Серебро (Ag). Используется серебро марок
Ср999...999,9. Серебро является полублагородным металлом. Это мягкий материал белого цвета,
кристаллизующийся в ГЦК решетку. Температура плавления серебра равна 960,5 оС, удельное электросопротивление составляет 0,016×10-6 Ом×м, плотность 10,5×103 кг/м3.
Слайд 27Материалы для изготовления слаботочных контактов
Золото (Au) применяют для покрытий
при очень высоких требованиях к надежности электрического контакта. Используется золото
марок Зл999...999,9. Золото пластичный металл желтого цвета, кристаллизуется в ГЦК решетку. Температура плавления золота равна 1063 оС, удельное электросопротивление равно 0,022×10-6 Ом×м, плотность 19,3×103 кг/м3. Сплавы системы золото-серебро, например ЗлСр600-400 (60% Au, 40% Ag), а также сплавы системы золото-никель ЗлН95-5 (95% Au, 5% Ni).
Слайд 28Материалы для изготовления слаботочных контактов
Слайд 29Материалы для изготовления слаботочных контактов
Палладий (Pd) не относится к
благородным металлам, но обладает хорошими электрическими свойствами и в 4...5
раз дешевле, чем золото. В качестве контактного покрытия используется палладий марок Пд99,7...99,8. Медные контакты покрывают палладием – это препятствует окислению.
Платина (Pt). Платина - это пластичный металл белого цвета, кристаллизующийся в ГЦК решетку. Температура плавления платины составляет 1773 оС, удельное электросопротивление достигает 0,105×10-6 Ом×м, плотность равна 21,4×103 кг/м3. Практическое применение получили сплавы систем Pt-Ni, Pt-Ir и Pt-Rh. Никель, иридий и родий образуют с платиной твердые растворы.
Иридий (Ir) - редкий металл, кристаллизующийся в ГЦК решетку, имеет температуру плавления 2410 оС и удельное электросопротивление 0,054×10-6 Ом×м. Плотность иридия 22,4×103 кг/м3, а твердость почти в четыре раза выше, чем у платины. Добавка иридия в платину в количестве 10...25% позволяет получить сплавы марок ПлИ-10 (10% Ir) и ПлИ-25 (25% Ir).
Родий (Rh) применяется как самостоятельный контактный материал. По своим характеристикам он близок к иридию, но гальванические покрытия из родия обладают исключительной твердостью и износостойкостью. Их твердость в 10 раз выше, чем у серебра или золота.