Общие сведения о материалах

кафедры АТПП
Прахова Марина Юрьевна

чисто природные → облагороженные → комбинации природных → синтетические;
для каждой

Материал - это объект, обладающий определенным составом, структурой и свойствами, предназначенный для выполнения определенных функций.
Материаловедение - наука, занимающаяся изучением состава, структуры, свойств материалов, поведением материалов при различных воздействиях: тепловых, электрических, магнитных и т.д., а также при сочетании этих воздействий.
Электротехническое материаловедение - это раздел материаловедения, который занимается материалами для электротехники и энергетики, т.е. материалами, обладающими специфическими свойствами, необходимыми для конструирования, производства и эксплуатации электротехнического оборудования.

Значение материаловедения

состав, структура

во всем объеме и состоящие из периодически повторяющихся одинаковых кристаллических

Мелкие сросшиеся друг с другом кристаллические зерна (кристаллиты), ориентированные хаотично; свойства изотропны

Упорядоченность отсутствует; затвердевшие жидкости, у которых при понижении температуры вязкость растет очень быстро и кристаллы не успевают образовываться. Характерная особенность – отсутствие определенной температуры плавления, есть некоторый интервал размягчения

Аморфно-кристаллические: в аморфной структуре есть частичная кристаллизация

и электронной конфигурации их внешних оболочек
Геометрически возможны всего 14

Простейшие кристаллические решетки

1 – простая кубическая решетка; 2 – гранецентрированная кубическая решетка; 3 – объемноцентрированная кубическая решетка; 4 – гексагональная решетка.

в плотности расположения частиц в кристаллической решетке по разным направлениям.

ПОЛИМОРФИЗМ (аллотропия) – способность образовывать 2 и больше кристаллических решеток, существующих при различных давлении и температуре и имеющих различные свойства.

Железо: ОЦК (ферромагнетик) и ГЦК (диамагнетик)

Объемно-центрированный куб

Гране-центрированный куб

Обозначение модификаций: при минимальной температуре – α, затем β, γ и т.д.

отсутствует

узлами решетки
отсутствие атома в одном из узлов кристаллической решетки

– удельная электропроводность [См/м]
В общем случае ρ = [0; ∞]

различие: для проводников проводящее состояние является основным, а для полупроводников

Удельное сопротивление ρ зависит от:
структуры;
модификации;
внешних условий;
агрегатного состояния

может быть полярной и неполярной
Материалы твердые, но хрупкие, с высокой

КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ

притяжения между зарядами противоположных знаков, которые имеются в молекулах с

движущихся в периодическом потенциальном поле кристаллической решетки. Она справедлива для

определяется природой атомов, образующих материал, и симметрией кристаллической решетки
Расщеплению

Свойства энергетических зон

NaCl ΔW ≈

и расстояниями между его атомами и не являются особенностью данного

Z – это логарифмическая производная этого параметра по температуре:

Z > 0, TKZ > 0

[1/град] → К-1 или (0С)-1

ρост – остаточное удельное сопротивление
Тс – температура перехода в сверхпроводящее состояние
Тпл – температура плавления
ТД – температура Дебая

Ветви 5, 6 – для всех металлов, кроме Vi, Ga

ρ незначительно возрастает из-за искажений КР
УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СПЛАВОВ
Твердый раствор
Сопротивление

Раздельная кристаллизация (механическая смесь)

μ↓ ↔ N↑

– работа по преодолению потенциального барьера на границе металл –

φ = φвн – φпов – разность потенциалов двойного электрического слоя

Авых = eφ

nA > nB

1% Ag, Cd уменьшает ρ ≈ на 10%; 1%

Сплавы на основе меди

Cu + Zn → латунь (большое значение Δl/l при большом значении σр дает преимущества при производстве деталей штамповкой)
Cu + Sn, Si, P, Be, Cr, Mg, Cd → бронза (увеличивается механическая прочность до σр = 800 – 1350 МПа и упругость; токоподводящие пружины, контактные провода, коллекторные пластины)
Маркировка: БрО10 – 10% олова; БрА7 – 6 – 8% алюминия
Проводимость сплавов – 10 – 30% от значения для чистой меди

160 МПа
Тплав = 660 0С
Преимущества:
Коррозионная стойкость
Малый удельный вес

Марки алюминия
А1 ≤ 0,5% электротехнические цели
АВ00 ≤ 0,03% фольга, обкладки конденсаторов, электроды
АВ0000 ≤ 0,004% специальное назначение

Сплавы алюминия (увеличение механической прочности)
Альдрей (Mg 0,3-0,5%; Si 0,4-0,7%; Fe 0,2-0,3%)
ρ = 0,0317 мкОм*м σр = 80 – 160 МПа

Сталеалюминиевый провод

сталь)
Δl/l = 5 – 8%

Cr, V, Ti)
Вольфрам
ρ = 0,055 мкОм*м
Δl/l = 4%
σр = 550

Руды:
Вольфрамит (FeWO4, MnWO4)
Шеелит СаWO4

Особенность: чем тоньше, тем крепче
Стержни d = 5 мм σр = 500 – 600 МПа
Проволока d = 0,05 мм σр = 3000 – 4000 МПа
(зернистое строение → волокнистое строение)

газа);
вакуумплотные термосогласованные вводы в тугоплавкое стекло;
контакты на большие

Молибден

ρ = 0,057 мкОм*м
Δl/l = 2 – 55 %
σр = 350 – 2500 МПа
Тплав = 2620 0С

Особенности:
Механическая прочность очень сильно зависит от механической обработки, вида изделия, диаметра стержней и проволоки, термообработки
Очень чувствителен к примесям даже порядка 10-3 – 10-4 %

= 450 – 600 МПа
ТКρ = (6 – 50)*10-6 1/0С
КЕCu

Состав: Cu ≈ 85%; Mn ≈ 12%; Ni ≈ 3%

Продукция: тонкая проволока (d ≥ 0,02 мм) в эмалевой изоляции
Технология производства:

Длительная выдержка (до 1 года)
при комнатной температуре

Результат – стабильное ρ и низкий ТКρ

Использование:
образцовые резисторы с допустимой температурой нагрева ≤ 200 0С;
датчики высокого гидростатического давления

= 400 – 500 МПа
ТКρ = (5 – 25)*10-6 1/0С
КЕCu

Состав: Cu ≈ 60%; Ni ≈ 40%

Допустимая температура нагрева 450 0С
Использование: реостаты, ТЭНы, термопары на низкие температуры (в паре с медью и железом)

от первого названного материала ко второму, а в горячем -

электрической цепи, обеспечивающее прохождение между ними электрического тока; приспособление, обеспечивающее

металлов
Защита поверхности металла и расплавленного припоя от окисления в