ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

вы будете знать:

общие сведения;
группы электротехнических материалов.

так как число протонов, входящих в состав ядра атома, равно

числу электронов, вращающихся вокруг ядра и образующих «электронные оболочки» атома.
Электроны внешней валентной оболочки определяют электропроводность вещества.

В зависимости от характера действия электрического поля на материалы их можно разделить на:
▪ проводники;
▪ диэлектрики;
▪ полупроводники.

Свойства материалов и поведение их в электрическом поле определяются строением и расположением атомов в молекулах.

В состав атомов входят электрически заряженные частицы:
▪ положительные — протоны;
▪ отрицательные — электроны.

электронов образуют валентную или заполненную зону. В этой зоне электроны

находятся в устойчивом связанном состоянии.
Чтобы освободить какой-либо электрон этой зоны, необходимо затратить некоторую энергию. Следовательно, электроны, находящиеся в свободном состоянии, занимают более высокие энергетические уровни.
Зона более высоких энергетических уровней, расположенная выше валентной зоны и отделенная от нее запрещенной зоной, объединяет незаполненные, или свободные, энергетические уровни и называется зоной проводимости или зоной возбуждения.
Чтобы электрон перенести из валентной зоны в зону проводимости, необходимо ему сообщить извне энергию.

Ширина запретной зоны, которую должен преодолеть электрон, чтобы перейти из устойчивого состояния в свободное состояние (в зону проводимости), является одним из главных критериев разделения материалов на:
▪ проводники;
▪ полупроводники;
▪ диэлектрики.

своим особым свойствам по отношению к электрическому току и магнитному

полю.

Группы электротехнических материалов:
▪ проводниковые;
▪ полупроводниковые;
▪ диэлектрики;
▪  магнитные.

К проводниковым материалам в электротехнике относятся:
▪ металлы;
▪ их сплавы;
▪ контактные металлокерамические композиции;
▪ электротехнический уголь.
В качестве проводников электрического тока могут быть использованы твердые тела, жидкости, а при соответствующих условиях — газы.
Основной параметр для них — удельное электрическое сопротивление в функции температуры.

промежуточное значение между удельными проводимостями металлов и диэлектриков.
Полупроводники

одновременно являются плохими проводниками и плохими диэлектриками.
Граница между полупроводниками и диэлектриками условна, так как диэлектрики при высоких температурах могут вести себя как полупроводники, а чистые полупроводники при низких температурах ведут себя как диэлектрики.
В металлах концентрация электронов практически не зависит от температуры, а в полупроводниках носители заряда возникают лишь при повышении температуры или при поглощении энергии от другого источника.

Стеклоизоляторы

Диэлектриками или электроизоляционными материалами называются материалы, с помощью которых осуществляется изоляция элементов или частей электрооборудования, находящихся под разными электрическими потенциалами.
По сравнению с проводниковыми материалами диэлектрики обладают значительно большим электрическим сопротивлением.

Характерным свойством диэлектриков является возможность создания в них сильных электрических полей и накопления электрической энергии.
Это свойство диэлектриков используется в электрических конденсаторах и других устройствах.

поле, в которое их помещают, то есть обладают большой магнитной

проницаемостью.
Магнитные материалы используются:
▪ для изготовления магнитопроводов в электрических машинах и трансформаторах;
▪ для экранирования магнитного поля;
▪ в виде постоянных магнитов, создающих вокруг себя магнитное поле.
По сравнению с электромагнитами постоянного тока имеют ряд преимуществ:
▪ повышенная работоспособность;
▪ экономия материалов;
▪ экономия потребления энергии.

материалы высокой проводимости и с высоким сопротивлением;
виды проводниковых материалов и

область их применения.

Материалы с высоким сопротивлением

электроустановках применяют проводники из меди, алюминия, их сплавов и железа

(стали).
Медь—наиболее широко применяемый проводниковый материал.

  Достоинства:
высокая электропроводность;
стойкость к окислению;
высокая механическая прочность;
легко обрабатывается и паяется, поддается ковке и прокатке
без нагрева.
Недостатки:
▪ высокая стоимость;
▪ дефицитность.

Удельное электрическое сопротивление меди ρ=1,8·10−8 Ом·м.
Плотность меди при 20°С 8,95 г/см3.
Температура плавления 1083° С.
Для изготовления провода применяется проволока диаметром 2-3,5 мм временным сопротивлением на разрыв 390 мПа.
Для изготовления электрических проводников применяется электролитическая медь в слитках, содержащих 99,93% чистой меди.

Шина медная электротехническая

быстро покрывается тонким слоем окиси темного цвета, но это окисление

не проникает вглубь металла и служит защитой от дальнейшей коррозии. Окисная плёнка меди токопроводна и не создаёт проблем в прохождении электрического тока.
Электропроводность меди зависит от количества и рода примесей и в меньшей степени от механической и термической обработки.

Для изготовления проводников применяется:
мягкая медь с удельным весом 8,9 г/см3;
полутвердая медь с удельным весом 8,95 г/см3;
твердая медь с удельным весом 8,96 г/см3.
Твёрдая медь используется для изготовления жёстких проводов и кабелей, шин, троллей.
Медь используется в качестве проводников тока в тех случаях, когда нельзя применить алюминий.
В качестве конструкционных материалов для изготовления деталей машин и электрических аппаратов применяют сплавы:
бронза — медь и олово,
латунь— медь и цинк.

токопроводящий материал. Значение алюминия в электротехнике растет, так как обеспечение

медью затрудняется из-за ее дефицитности.

Достоинства:
▪ невысокая стоимость (дешевле меди в 5 раз);
▪ лёгкость, при равной проводимости алюминиевый проводник будет в 2 раза легче медного;
▪ легко отливается и хорошо обрабатывается, при температуре 100 - 150°С ковок и пластичен, может быть прокатан в листы толщиной до 0,01 мм вплоть до алюминиевой фольги (6-7 мкм).
Недостатки:
▪ невысокая механическая прочность, тонкие проволоки
получить не удается;
▪ мягкость, провода в процессе эксплуатации вытягиваются;
▪ окисная плёнка алюминия не токопроводна.

При замене меди алюминием сечение проводника должно быть увеличено в отношении проводимостей, т. е. в 1,63 раза.
Для изготовление провода применяется проволока диаметром 1,7- 4,2 мм с временным сопротивлением на разрыв 150-160 мПа.
 

Удельное электрическое сопротивление алюминия ρ=2,65·10−8 Ом·м.
Плотность алюминия при температуре 20° - 2,7 г/см3.
Температура плавления 659,8° С.

пленкой окиси (Al2O3), которая препятствует дальнейшему окислению. Но эта пленка

мешает пайке, поэтому для соединения алюминиевых проводов их сваривают или паяют особыми припоями.
Электропроводность алюминия зависит от примесей и мало—от механической и тепловой обработок.
Чем чище состав алюминия, тем выше его электропроводность и лучше противодействие химическим воздействиям.
Обработка, прокатка и отжиг значительно влияют на механическую прочность алюминия.
При холодной обработке алюминия увеличивается его твердость, упругость и прочность на растяжение.

Алюминий выпускается двух видов:
▪ твёрдый не отожжённый (АТ), применяется при изготовлении жёстких и лёгких конструкций (диск в электрическом счётчике), твёрдых проводов, кабелей, шин;
▪ мягкий отожженный (АМ), хорошо сваривается аргонодуговой, контактной точечной и роликовой сваркой.
Для изготовления проводников применяют алюминий, с содержанием:
▪ чистого алюминия не менее 98%;
▪ кремния не более 0,3%;
▪ железа не более 0,2%.

основными легирующими элементами которого являются:
▪ медь— 4,5%;
▪ магний—1,6%;
▪ марганец—0,7%.
2. Силумин - легкий литейный

сплав с примесями:
▪ кремний—4,5-22%;
▪ магний—0,6%;
▪ марганец—0,5%;
▪ железо—до 1%.

Алюминиевые сплавы имеют высокую коррозионную стойкость в естественной атмосфере, морской воде, растворах многих солей и химикатов и в большинстве пищевых продуктов. Последнее свойство в сочетании с тем, что алюминий не разрушает витамины, позволяет широко использовать его в производстве посуды.
Конструкции из алюминиевых сплавов часто используют в морской воде.
Алюминий в большом объеме используется в строительстве в виде облицовочных панелей, дверей, оконных рам, электрических кабелей.
Также широко применяется в машиностроении, т.к. обладает хорошими физическими качествами.
Но наиболее полно находится применение всем важным характеристикам алюминия в авиации.

изолированных проводов СИП применяют алюминиевый деформируемый сплав марки АВЕ.

Провода из

сплава АВЕ имеют:
▪ временное сопротивление на разрыв 220 мПа, а после термообработки —290-300 мПа, что соответственно в 1,4 и 1,8 раза больше, чем у проводов из алюминия;
▪ удельное электрическое сопротивление на 8-10% выше, чем у алюминия.
Самонесущие изолированные провода (СИП) предназначены для применения в воздушных линиях электропередачи (ЛЭП) с подвеской на опорах или фасадах зданий и сооружений.

Конструкция СИП:
1. Фазная токопроводящая жила из алюминия, многопроволочная, уплотненная.

2. Нулевая несущая жила из алюминиевого сплава ABE или сталеалюминевая, многопроволочная, уплотненная.

3. Изоляция:
▪ светостабилизированный термопластичный полиэтилен (LDPE) для проводов СИП-1, СИП-1А, СИП-4;
▪ светостабилизированный сшитый полиэтилен (XLPE) для проводов СИП-2, СИП-2А, СИП-3, СИП-5.

250А
Наиболее сложные условия работы для

контактных материалов создают размыкаемые контакты, служащие для периодических размыканий и замыканий электрических цепей. При размыкании и замыкании разрывных контактов между ними происходит образование электрической дуги — искрение, которое увеличивает эрозию материала контактов и является источником радиопомех.

Основные виды нарушения в работе электрических контактов:
▪ Механический износ — выражается в истирании, смятии и растрескивании материала контактов. Смятие и растрескивание можно предотвратить, правильно выбирая материалы контактов, их размеры и силу контактного давления, истирание контактов неизбежно и несет определенную пользу, снимая с контактирующих поверхностей слой окисных пленок.
▪ Химический износ (коррозия) — выражается в образовании на поверхности контакта окисных пленок, которые обладают малой проводимостью.
▪ Электрический износ (эрозия) — это совокупность явлений плавления, испарения и переноса материала с контакта на контакт под действием повышенной температуры и электромагнитных полей.

Для слабонагруженных контактов применяются неокисляющиеся чистые металлы—платина, серебро, золото, а также тугоплавкие металлы — вольфрам и молибден.
Для средненагруженных контактов используются палладий, серебро, вольфрам, никель и их сплавы, а также электроосажденные металлы.
Для высоконагруженных контактов применяют вольфрам, никель, медь, их сплавы и металлокерамические композиции с серебром Ag — W, Ag — Mo, Ag — Ni.

МК-1-10 40А

КП-207У3 2500А

применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления

ниже, чем соединяемые металлы. Применяют сплавы на основе олова, свинца, кадмия, меди, никеля и другие.
Пайку осуществляют с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением.
Так как припой имеет температуру плавления значительно ниже, чем соединяемый металл (или металлы), то он плавится, в то время как основной металл остаётся твёрдым. При этом компоненты припоя диффундируют в основной металл, основной металл растворяется в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.

Припои принято делить на две группы:
▪ мягкие с температурой плавления до 300 °C, прочностью 16-100 Мпа;
▪ твёрдые с температурой плавления выше 300 °C, прочностью до 500 МПа.
Мягкими припоями являются оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 до 90 % , остальное свинец. Проводимость этих припоев составляет 9—15 % чистой меди.
Твёрдыми припоями являются медно-цинковые и серебряные с различными добавками.
При пайке меди, медных сплавов, серебра, чугуна, твердых сплавов применяются меднофосфористые припои из сплава меди, фосфора, олова.

свойства электроизоляционных материалов ;
виды электроизоляционных материалов.

мало свободных электронов, и которые имеют ничтожную электропроводность называются диэлектриками

или изоляторами.
Электроизоляционные материалы (диэлектрики) служат:
 для разделения токоведущих частей, имеющих разные потенциалы;
 для изоляции токоведущих частей электроустановок друг от друга, от корпуса и от земли;
 для увеличения ёмкости конденсаторов;
 теплопроводящей средой в электрических машинах, аппаратах.

Электроизоляционные материалы можно разделить:
1) по агрегатному состоянию при обычной температуре
▪ газообразные;
▪ жидкие;
▪ твердые.
2) по происхождению:
▪ органические;
▪ неорганические;
▪ естественные;
▪ искусственные.
3) по области применения:
▪ для напряжений до 1000 В и выше;
▪ для низкой и высокой частоты.

свободных подвижных зарядов, они почти не проводят электрический ток. Электропроводность—величина

обратная сопротивлению.
Удельное электрическое сопротивление зависит от концентрации в проводнике свободных электронов и от расстояния между ионами кристаллической решетки, иначе говоря, от материала проводника и меняется при отличии его температуры от 20 °C .
Диэлектрические материалы обладают очень большим электрическим сопротивлением, которое находится в пределах 106—1011 Ом*м.
Поляризация—под воздействием внешнего электрического поля связанные заряды диэлектрика смещаются в направлении действующих на них сил и тем больше, чем выше напряженность поля. В результате поляризации на поверхности диэлектрика образуются заряды разных знаков. В дипольных диэлектриках воздействие электрического поля вызывает соответствующую ориентацию дипольных молекул в направлении поля. При отсутствии поля диполи расположены беспорядочно вследствие теплового движения.
Диэлектрическая проницаемость— это проницаемость электрического поля внутрь диэлектрика.
Диэлектрические потери—это электрическая мощность, затрачиваемая на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле. Большие диэлектрические потери в электроизоляционном материале вызывают сильный нагрев и могут привести к его тепловому разрушению.

противостоять действию электрического поля. Интенсивность (напряженность) поля возрастает с увеличением

напряжения, создающего это поле, и, когда напряженность поля достигает критической величины, диэлектрик теряет свои электроизоляционные свойства происходит так называемый пробой диэлектрика. При этом материал утрачивает электроизоляционные свойства, что может привести к возникновению короткого замыкания между токоведущими частями электроустановки.
Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением, а соответствующая ему напряженность поля — электрической прочностью диэлектрика.
Численное значение электрической прочности равно отношению величины пробивного напряжения к толщине диэлектрика в месте пробоя:
Eпр = Uпр / Н (кВ /мм), где
Uпр — пробивное напряжение, кВ;
Н — толщина изоляции в месте пробоя, мм.

Пробой диэлектрика

воздух, азот, водород и элегаз (гексофторид серы).
Воздушный выключатель
Воздух используется

в качестве естественной изоляции между токоведущими частями электрических машин и линий электропередач.
Недостатком воздуха является его окислительная способность из-за наличия кислорода и низкая электрическая прочность в неоднородных полях. Поэтому в герметизированных устройствах воздух используется редко.
Азот применяется в качестве изоляции в конденсаторах, высоковольтных кабелях и силовых трансформаторах.
 

сравнению с азотом и применяется в основном для охлаждения электрических

машин. Замена воздуха водородом приводит к значительному улучшению охлаждения, так как удельная теплопроводность водорода значительно выше, чем у воздуха. Кроме того, при применении водорода снижаются потери мощности на трение о газ и вентиляцию. Поэтому водородное охлаждение позволяет повысить как мощность, так и КПД электрической машины.
Элегаз (шестифтористая сера) получил наибольшее распространение в герметизированных установках. Элегаз не вступает в реакцию с алюминием и медью.
Он применяется в газонаполненных кабелях, делителях напряжения, конденсаторах, трансформаторах и высоковольтных выключателях.

Преимуществами кабеля, заполненного элегазом, является малая электрическая емкость, то есть пониженные потери, хорошее охлаждение, сравнительно простая конструкция. Такой кабель представляет собой стальную трубу, заполненную элегазом, в которой при помощи электроизоляционных распорок укреплена проводящая жила.
Заполнение элегазом трансформаторов делает их взрывобезопасными.
Элегаз используется в высоковольтных выключателях, — элегазовых выключателях — так как обладает высокими дугогасящими свойствами.
Основными достоинствами газообразных диэлектриков являются:
▪ способность восстанавливать электрическую прочность после пробоя;
▪ отсутствие старения.

электроизоляционных материалов, являются:
1. Нефтяные масла—трансформаторное, конденсаторное, кабельное.
2. Синтетические жидкие диэлектрики — полихлордифенил

(совол, совтол), кремнийорганические, фторорганические.
3. Растительные технические масла (касторовое, льняное, конопляное и тунговое) в электроизоляционной технике применяются ограниченно в некоторых типах бумажно-масляных герметизированных конденсаторов, когда требуются не особенно высокие электрические характеристики и негорючесть изоляционного масла.
Трансформаторное масло применяется в высоковольтных аппаратах: трансформаторах, масляных выключателях, высоковольтных водах. Вода, растворенная в масле, увеличивает электропроводность и электрические потери, но мало влияет на электрическую прочность. Вода, выделенная в виде мелкодисперсных капель, вызывает резкое увеличение неоднородности поля, что приводит к снижению пробивного напряжения.
Конденсаторное масло получают из трансформаторного путем его более глубокой очистки адсорбентами. Используют для пропитки бумажных конденсаторов, в особенности силовых.
Кабельное масло применяют для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей с рабочим напряжением до 35 кВ в свинцовой или алюминиевой оболочке, а также для заполнения металлических оболочек маслонаполненных кабелей на напряжение до 110 кВ и выше.
Недостатки нефтяных масел:
▪ пожаро - и взрывоопасность;
▪ невысокая стойкость к тепловому и электрическому старению;
▪ гигроскопичность.

негорючесть. Однако в связи с их токсичностью применение этих диэлектриков

в настоящее время почти повсеместно запрещено.
Жидкие диэлектрики на основе кремнийорганических соединений (силиконовые полимерные масла) являются нетоксичными и экологически безопасными.
Температура вспышки паров этих жидкостей нормируется не ниже 300°С, температура застывания - ниже -60°С.
Полиорганосилоксановые жидкости используют в импульсных трансформаторах, специальных конденсаторах, блоках радио- и электронной аппаратуры и в некоторых других случаях.
Жидкие диэлектрики на основе фторорганических соединений отличаются негорючестью, высокой химической, окислительной и термической стабильностью, высокими электрофизическими и теплопередающими свойствами.
Применяются в качестве хладоагентов и получили название хладонов (раньше их называли фреонами).
Фторуглеводородные жидкости получили применение для заполнения небольших трансформаторов, блоков электронного оборудования и других электрических аппаратов в тех случаях, когда рабочие температуры велики для других видов жидких диэлектриков. Некоторые перфторированные жидкие диэлектрики могут использоваться для создания испарительного охлаждения в силовых трансформаторах.

натрия, калия. Из стекла изготавливают колбы для осветительных и электронных

ламп, изоляторы, патроны, предохранители.
Они обладают высокой электрической прочностью и теплостойкостью.
Стекло применяется для производства стекловолокна (ленты, ткани), стеклопряжи, стеклоткани, стеклобумаги.
Фарфор в его состав входят каолин, огнеупорная глина, кварц и полевой шпат. Его обжигают в специальных печах и покрывают глазурью для уменьшения гигроскопичности и увеличения механической прочности.
1. Высоковольтный фарфор:
▪ Высоковольтные изоляторы на напряжение 6 ÷ 1150 кВ;
▪ Линейные изоляторы для ЛЭП;
▪ Высокочастотная, высоковольтная керамика стеатитов.
2. Низковольтный фарфор
▪ Вводы, изоляторы на напряжение до 35кВ.
Основные достоинства стекла и фарфора — высокие электропрочность и теплостойкость.

листового наполнителя (бумага или ткань) и связующего вещества.
Гетинакс - материал,

изготавливаемый путём прессования бумаги, пропитанной бакелитом. Он хорошо поддаётся механической обработке, используется только в электроустановках до 1000 В.
 Недостатком гетинакса является его обугливание под действием электрической дуги.
 Текстолит - материал, изготавливаемый путём прессования нескольких слоёв ткани, пропитанной смолой. Обладает высокими электроизоляционными свойствами и механической прочностью. Он применяется в электроустановках напряжением до 1000 В.
Стеклотекстолиты на кремнийорганических и эпоксидных связующих из всех слоистых обладают наибольшей нагревостойкостью, лучшими электрическими и механическими характеристиками, повышенной влагостойкостью и стойкостью к грибковой плесени.
Из гетинакса и текстолита изготовляют щитки, каркасы катушек, шайбы, прокладки.

(электрокартон, фибра и летероид);
▪ древесина, применяются главным образом лиственные породы (бук,

граб);
▪ хлопчатобумажные и натуральные шелковые волокна, пряжа;
▪ ткани и ленты, бакелитовые трубки (чулки);
▪ искусственный шелк;
▪ синтетические волокна (капрон, нейлон);
▪ материалы из полистирола, полихлорвинила;
▪ полиамидные и триацетатные пленки.

в момент использования бывают жидкими, а затем отвердевают после охлаждения

или в результате происходящих в них химических процессов. Компаунды не имеют в своем составе растворителей и состоят из битумов, восков, смол, масел и канифоли.
Пропиточные компаунды служат для пропитки:
 обмоток электрических машин;
 бумажной изоляции силовых кабелей;
многослойных обмоток высоковольтных трансформаторов, работающих в интервале температур от -60 до +120°С.
Заливочные компаунды применяются:
для заливки соединительных, ответвительных и концевых муфт силовых кабелей;
для заполнения больших полостей в электрических машинах и аппаратах с целью получения влагонепроницаемого монолитного электроизоляционного покрытия.
Компаунды полимеризуются при комнатной температуре в твердый резиноподобный материал с высокими диэлектрическими свойствами, стойкий к воздействию вибрационных и ударных нагрузок, ультрафиолетовых лучей, кислорода воздуха, паров воды и большинства химических соединений.
Применение компаундов осуществляется путем полной или частичной заливки изделий или нанесением на поверхность, при этом толщина слоя компаунда не ограничена.
Материалы не выделяют вредных веществ в процессе полимеризации и при дальнейшей эксплуатации, не вызывают коррозии металлов и сплавов, обладают хорошей адгезией к металлу, стеклу и керамике. Обеспечивают эффективный отвод тепла и электрическую изоляцию за счет повышенных теплопроводящих и диэлектрических свойств керамических наполнителей, конформности к контактным поверхностям и выраженной термической релаксации.

состоящие из ткани, пропитанной лаком или каким-либо электроизоляционным составом.
Пропиточный

лак или состав после отвердевания образует гибкую пленку, которая обеспечивает хорошие электроизоляционные свойства лакоткани.
Тканевая основа лакоткани— хлопчатобумажные, шелковые, капроновые и стеклянные (стеклоткани).
В качестве пропиточных составов для лакотканей применяют:
масляные, масляно - битумные, эскапоновые и кремнийорганические лаки;
кремнийорганические эмали;
растворы кремнийорганических каучуков.
Наибольшей растяжимостью и гибкостью обладают шелковые и капроновые лакоткани. Они могут работать при нагреве не выше 105° С.
По нагревостойкости все хлопчатобумажные лакоткани относятся к классу А.
Основными областями применения лакотканей являются:
электрические машины;
аппараты и приборы низкого напряжения.
Лакоткани используют в качестве:
гибкой витковой и пазовой изоляции;
различных электроизоляционных прокладок.

является натуральный или синтетический каучук.
Полиуретановые
Термопластичные
Силиконовые

применения;
виды полупроводниковых материалов.

проводимости промежуточными между проводниковыми и диэлектрическими материалами и отличительным свойством

которых является исключительно сильная зависимость удельной проводимости от концентрации и вида примесей или дефектов, а также от внешних энергетических воздействий – температуры, освещенности и т.п.

Диапазон удельного сопротивления полупроводника от 10-4 до 1010 Ом·см.
Электропроводность полупроводника при отсутствии в нем примесей называется его собственной электропроводимостью.
По химической природе современные полупроводниковые материалы можно  разделить на следующие четыре главные группы:
1. Кристаллические полупроводниковые материалы, построенные из атомов или молекул одного элемента (германий, кремний, селен, бор, карбид кремния и др).
2. Окисные кристаллические полупроводниковые материалы, т. е. материалы из окислов металлов: закись меди, окись цинка, окись кадмия, двуокись титана, окись никеля и др.
3. Соединения сурьмы с индием, галлием и алюминием.
4. Сульфиды, селениды и теллуриды — кристаллические полупроводниковые материалы на основе соединений серы, селена и теллура с одной стороны и меди, кадмия и свинца с другой.

но электронные компоненты на основе полупроводников применяются:
 в любой электронике на

станциях, подстанциях, диспетчерских пунктах управлениях, службах;
 в выпрямителях, усилителях, генераторах, преобразователях;
 в нелинейных ограничителях перенапряжения (ОПН) в линиях электропередачи (из полупроводников на основе карбида кремния).

малых количествах.
Основным источником получения германия является зола углей и отходы

металлургических заводов.
Германий обладает большой твердостью, но чрезвычайно хрупок и раскалывается на мелкие куски при ударах. Однако при помощи алмазной пилы или других устройств его можно распилить на тонкие пластинки.
Изготовляется легированный германий с электронной электропроводностью различных марок с удельным сопротивлением от 0,003 до 45 Ом·см и  германий легированный с дырочной электропроводностью с удельным сопротивлением от 0,4 Ом·см и выше.
Удельное же сопротивление чистого германия при комнатной температуре  ρ = 60 Ом·см.
Температура плавления германия 937,2° С.
Германий используется при изготовлении:
 диодов и триодов;
 мощных выпрямителей на большие токи;
 различных датчиков, применяемых для измерения напряженности магнитного поля;
термометров сопротивления для низких температур и др.

такую же кристаллическую (кубическую) структуру как и германий.
При полировании

приобретает металлический блеск стали. Хрупок.
Его температура плавления значительно выше, чем у германия: 1423° С.
Удельное сопротивление чистого кремния при комнатной температуре ρ = 3 х 105 Ом·см.
Выпускается полупроводниковый легированный кремний с электронной электропроводностью (различных марок) с удельным сопротивлением от 0,01 до 35 Ом·см и с дырочной электропроводностью тоже различных марок с удельным сопротивлением от 0,05 до 35 Ом·см.
В кремниевом выпрямителе достигаются более высокие обратные напряжения и рабочая температура (130 - 180°С), чем в германиевых выпрямителях (80°С).
 Кремний используются для изготовления:
▪ полупроводниковых приборов;
▪ точечных и плоскостных диодов и триодов;
▪ фотоэлементов  и др.

путем тепловой обработки смеси кварцевого песка с углем при высокой

температуре (2000°С).
  В зависимости от введенных легирующих примесей образуются два основных вида карбида кремния:
▪ зеленый карбид кремния обладает электропроводностью n-типа;
▪ черный — электропроводностью р-типа.
Карбид кремния используется для изготовления:
▪ полупроводниковых выпрямителей, работающих при больших рабочих температурах (до 500°С);
▪ нелинейных сопротивлений;
▪ вентильные разрядники для линий электропередачи — устройства, защищающие линию электропередачи от перенапряжений. В них диски нелинейного полупроводника (карбида кремния) пропускают ток на землю под действием волн перенапряжений, возникающих в линии. В результате этого восстанавливается нормальная работа линии. При рабочем напряжении линии сопротивления этих дисков возрастают и ток утечки с линии на землю прекращается.

вы будете знать:

понятие о диамагнетиках и ферромагнетиках;
магнитомягких материалах;
виды магнитотвердых материалов;
электроугольные

и вспомогательные электротехнические материалы и область их применения.

магнитном поле при непосредственном взаимодействии с этим полем.
Слабомагнитные

материалы — диамагнетики и парамагнетики.
Сильномагнитные материалы — ферромагнетики, которые могут быть магнитомягкими и магнитотвердыми.
Парамагнетики — это материалы, атомы (ионы) которых обладают результирующим магнитным моментом, не зависящим от внешнего магнитного поля, т.е. даже в отсутствие намагничивающего поля их магнитный момент отличен от нуля.
Внешне парамагнетики проявляют себя тем, что втягиваются в неоднородное магнитное поле.
Парамагнетики отличаются тем, что при помещении их в магнитное поле они усиливают его внутри себя вследствие совпадения направления их намагниченности с направлением внешнего поля.
К парамагнетикам относятся: кислород, оксид азота, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных  элементов, щелочные металлы, алюминий, платина.

обладают результирующим магнитным моментом, т.е. в отсутствие намагничивающего поля их

магнитный момент равен нулю.
Внешне диамагнетики проявляют себя тем, что выталкиваются из магнитного поля.
К ним относят цинк, медь, золото, ртуть и другие материалы.
Магнитное поле внутри диамагнетика ослабляется действующим внешним магнитным полем, вследствие того, что намагниченность диамагнетика направлена противоположно намагниченности  внешнего поля.
К диамагнетикам относятся водород, инертные газы, большинство органических соединений и некоторые металлы медь, золото, серебро , цинк, ртуть, а также галлий, сурьма, висмут.

магнитное поле может в сотни и тысячи раз превышать вызвавшее

его внешнее магнитное поле.
Любое ферромагнитное тело разбито на домены — малые области самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. В отсутствие внешнего магнитного поля, направления векторов намагниченности различных доменов не совпадают, и результирующая намагниченность всего тела может быть равна нулю.

Ферромагнетики — материалы, относительная магнитная проницаемость которых значительно больше единицы (μr >> 1) и зависит от напряженности  магнитного поля.
В качестве магнитных материалов в электротехнике применяют именно  ферромагнетики.
К числу ферромагнетиков относятся железо, никель, кобальт, гадолиний и многие их сплавы, а также некоторые сплавы и  соединения, содержащие алюминий, хром, марганец, медь, серебро, ферриты различного состава.

характеризуются:
▪ небольшими значениями остаточного магнетизма (малой коэрцитивной силы Нс < 800

А/м);
▪ высокой магнитной проницаемостью.
Они намагничиваются до насыщения в любых магнитных полях, обладают узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание.
К магнитомягким материалам относят:
1.  Технически чистое железо (электротехническая низкоуглеродистая сталь).
2. Электрические кремнистые стали.
3.  Железоникелевые и железокобальтовые сплавы.
4.  Магнитомягкие ферриты.
Магнитомягкие материалы используют для изготовления сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов и т.п.
Из магнитномягких материалов наиболее распространена электротехническая сталь, которая отличается от обычной высоким процентным содержанием кремния - до 5%, и пермаллой - сплав, содержащий до 80% никеля.
Для высокочастотных электроустановок применяют сердечники из феррита,  состоящего из измельченных, а затем сплавленных окислов железа и других  материалов: никеля, цинка и т. п.

применяются материалы:
▪ с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ);
▪ ферриты для устройств сверхвысокочастотного диапазона;
▪ 

магнитострикционные материалы.

Магнитотвердые материалы характеризуются:
большой коэрцитивной силой (Нс > 4кА/м);
высоким остаточным магнетизмом.
Они перемагничиваются в очень сильных магнитных полях и служат в основном для изготовления постоянных магнитов, использующихся в электродвигателях и других электротехнических  устройствах,  в которых требуется постоянное магнитное поле.
Лучшие магнитные свойства имеют сплавы железа с платиной, а также легированные стали с присадками никеля, вольфрама, хрома, алюминия и кобальта (сплавы магнико, сальников и др.)

и представляет собой сплавы железа и кремния (до 4,5%). Она применяется

в силовых трансформаторах всех типов, электрических  машинах, дросселях,  в различных электромагнитных реле, приборах. Обозначение марок электротехнической стали расшифровывается следующим образом: Э—электротехническая сталь. Первые цифры 1,2,3,4 - степень легирования кремния: 1— слаболегированная              0,8—1,8 % Si. 2— среднелегированная            1,8—2,8 % Si. 3— повышеннолегированная   2,8—3,8 % Si. 4— высоколегированная             3,8—4,8 % Si.

Вторые цифры от 1 до 8 указывают важнейшие магнитные свойства: 1 — нормальные удельные потери. 2— пониженные потери. 3— низкие потери , буква А — особонизкие. 4— гарантированные значения потерь при частоте 400 Гц. 5— гарантированные значения магнитной проницаемости. 6 — магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м (B0,4). 7 — магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м (B10) или 5 А/м (B5). 8 — коэрцитивная сила.

результате образования магнитной текстуры при ее холодной прокатке и последующем

отжиге в водороде.
Вдоль направления прокатки наблюдается более высокое значение магнитной проницаемости и меньше потери на гистерезис.

Текстурированные стали используются при изготовлении ленточных сердечников.
В этом случае магнитный поток полностью проходит вдоль направления легкого намагничивания.
Сталь выпускается в виде рулонов, листов и резанной ленты толщиной 0,05 - 1 мкм.
С уменьшением толщины уменьшаются потери на вихревые токи, однако возрастает коэрцитивная сила и увеличиваются потери на гистерезис.
Тонкий прокат применяется в полях повышенной частоты (до 1 кГц).

сорта) и с применением связующего (твердые сорта). Графитные щетки отличаются

мягкостью и при работе вызывают незначительный шум.
Угольно - графитные щетки производят из графита с добавлением других углеродистых материалов (кокс, сажа), с введением связующих веществ. Полученные после термической обработки щетки покрывают тонким слоем меди (в электролитической ванне). Угольно - графитные щетки обладают повышенной механической прочностью, твердостью и малым износом при работе.
Электрографитированные щетки изготовляют из графита и других углеродистых материалов (кокс, сажа), с введением связующих веществ. После первого обжига щетки подвергают графитизации, т. е. отжигу при температуре 2500-2800° С.
Электрографитированные щетки обладают повышенной механической прочностью, стойкостью к толчкообразному изменению нагрузки и применяются при больших окружных скоростях.
Металло-графитные щетки производят из смеси порошков графита и меди. В некоторые из них вводят порошки свинца, олова или серебра. Эти щетки отличаются малыми значениями удельного сопротивления, допускают большие плотности тока и имеют малые переходные падения напряжения.
 

К данного рода изделиям относятся щетки для электрических машин, электроды для дуговых печей, контактные детали и др. Электроугольные изделия изготовляют методом прессования из исходных порошкообразных масс с последующим обжигом.
Исходные порошкообразные массы составляют из смеси углеродистых материалов (графит, сажа, кокс, антрацит и пр.), связующих и пластифицирующих веществ (каменноугольные и синтетические смоли, пеки и пр.). В некоторых порошкообразных массах связующего нет.
Щетки для электрических машин бывают графитными, угольно - графитными, электрографитированными, металло - графитными.

от предельно допустимых рабочих температур и требуемой прочности паяного шва

применяются мягкие и твердые припои.

К мягким относятся припои с температурой плавления до 400 °С, а к твердым - свыше 500 °С. Припои с температурами выше температуры плавления чистого олова в интервале до 400 °С называются полутвердыми.
Мягкие и полутвердые припои имеют предел прочности при растяжении до 50-70 МПа и применяются для пайки токоведущих частей, не являющихся одновременно несущими конструкциями машин или аппаратов.
Пайка мягкими и полутвердыми припоями осуществляется паяльником или погружением деталей в расплавленный припой, соединяемые поверхности при этом предварительно облуживаются, как правило, припоем той же марки и покрываются обычно канифолью (флюсом).

Оловянно - свинцовые припои выпускаются в виде слитков, прутков, проволоки, ленты и трубок, заполненных канифолью.
Твердые припои имеют предел прочности до 500 МПа и применяются в качестве припоев первой категории прочности при пайке токоведущих частей, быстроходных, допускающих высокий нагрев электрических машин и деталей, воспринимающих основную механическую нагрузку.