Файл: Бабаянц, С. С. Микропроволочные элементы радиоустройств учебное пособие для подготовки рабочих на производстве.pdf

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕМЕНТОВ

3-1. Классификация и назначение электротехнических материалов

Все электротехнические материалы делятся на три группы по их главному свойству — электропроводности, т. е. по способ­ ности материалов проводить электрический ток.

Материалы, из которых изготавливают токоведущие части -эле­ ментов (обмотки, контакты, выводы обмоток), должны хорошо проводить электрический ток. Эту группу электротехнических мате­ риалов составляют проводниковые материалы, к которым относятся чистые металлы и сплавы металлов.

Величина проводимости у или величина электрического сопро­ тивления R металлов при изменении напряжения остается посто­ янной, что и является характерным свойством всех металлических проводников. Это свойство выражается линейной зависимостью

ление проводника, ом.

Вторую группу электротехнических материалов составляют

электроизоляционные материалы (диэлектрики). Они обладают большим электрическим сопротивлением, поэтому с помощью диэ­ лектриков изолируют токоведущие части элементов друг от друга.

В третью группу входят полупроводниковые материалы (полу­ проводники). Эта группа материалов по своей способности прово­ дить электрический ток занимает промежуточное значение между проводниками и диэлектриками.

Каждый из материалов — проводник, диэлектрик или полупро­ водник в той или иной степени проводит электрический ток, т. е. в нем наблюдается явление электропроводности, которое заключа­ ется в направленном движении электрически заряженных частиц: электронов и ионов. В диэлектриках протекают очень малые токи, если даже приложить к ним высокое напряжение (свыше 500 в). Электропроводность диэлектрика характеризуется объемной элек­

Поэтому в диэлектриках различают два вида удельных сопротивле­ ний — удельное объемное сопротивление pF и удельное поверх­ ностное р$. Удельное объемное сопротивление pv определяет спо­ собность диэлектрика пропускать электрический ток I v через его объем, а удельное поверхностное сопротивление ps определяет способность пропускать электрический ток /$ по поверхности

24

проводника (рис. 3-1). Удельное объемное сопротивление изме­ ряют в омосантиметрах (ом-см):

Здесь R v — объемное омическое сопротивление материала; R s — поверхностное омическое сопротивление материала; S — площадь прикладываемых к материалу элек­

нитных усилителях, индуктивностях и дросселях.

По применению в изделиях электротехнические материалы де­ лятся на основные и вспомогательные. Основные материалы входят в конструкцию изделия как его составная часть и записываются в спецификации чертежа. Вспомогательные материалы применяются для производства изделий, но не входят в его состав. Эго проти­ рочные, смазочные материалы, флюсы и пр.

Металлические проводниковые материалы делятся в свою очередь на мате­ риалы с высокой электропроводностью и высокоомные материалы. Материалы- с высокой электропроводностью используются для изготовления проводов как намоточных, так и монтажных, обмоток трансформаторов, индуктивностей и дрос;, селей. Материалы высокоомные применяются в резисторах (постоянных и перемен­ ных), в электронагревательных приборах, реостатах и образцовых сопротивле­ ниях.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные элект­ ролиты. Как правило, температура плавления металлов высока.

Механизм протекания тока по металлам и их сплавам в твердом и жидком, состояниях обусловлен движением свободных электронов. Поэтому их называют проводниками первого рода или проводниками с электронной проводимостью. Проводниками второго рода или электролитами являются растворы (в основном

25

•одные) кислот, щелочей и солей. Прохождение тока через такие проводники свя- '■ано с переносом вместе с электрическими зарядами частей молекул (ионов), в ре­ зультате чего на электродах выделяются продукты электролиза. Все газы и пары не являются проводниками. Однако при высокой напряженности газ может стать проводником. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов и поло­ жительных ионов в единице объема представляет собою особую проводящую среду, называемую плазмой.

Основным типом проводниковых материалов, применяемых для производства элементов, являются металлические проводники.

К проводниковым изделиям относятся провода, т. е. проволока, имеющая изоляцию. Намоточные и монтажные провода применяются для производства обмоток, их выводов и отводов. Эти провода состоят из проволоки — токопроводящей части и изоляции, изго­ товленной из диэлектрических материалов, которые наложены по­ верх токопроводящей части.

Электроизоляционные материалы делятся, так же как и про­ водники, на твердые, жидкие и газообразные. Кроме того, раз­ личают диэлектрики органические (пластмассы, пропиточные ма­ териалы, лаки, клеи, компаунды) и неорганические (слюда, элек­ тротехнические стекла, керамика). Диэлектрики, такие как лако­ ткан ь и лакошелк, применяются как прокладочный изоляционный материал. Пластмассовые и волокнистые материалы применяются для производства каркасов и гильз. Особый интерес представляют органические жидкие диэлектрики, которые применяются для защиты элементов от климатических воздействий.

Магнитные материалы в свою очередь подразделяются на маг­ нитно-твердые, из которых изготавливают постоянные магниты, и магнитно-мягкие, предназначенные для работы на переменном токе. Большинство магнитных материалов являются проводниками (чи­ стое железо и сплавы на основе железа), но некоторые из них — ферриты, например, относятся к полупроводникам. По сравнению с металлическими магнитными материалами ферриты обладают большим электрическим сопротивлением. Это обеспечивает им ма­ лые потери на вихревые токи при работе в переменном магнитном моле.

Разработка новых электротехнических материалов, применяемых для произ­ водства элементов, тесно связана с прогрессом в радиоэлектронике. Так, создание нагревостойких кремнийоргаиических диэлектриков позволило повысить рабочие температуры трансформаторов и тем самым значительно увеличить мощность транс­ форматоров без изменения их габаритов и массы. Создание новых магнитных мате­ риалов — ферритов — позволило решить ряд важных проблем в области элект­ ронной техники (счетно-решающие устройства) и в технике высоких часто г.

3-2. Характеристика и свойства проводниковых материалов

В качестве проводниковых материалов используют чистые ме­ таллы, а также сплавы металлов. Проводниковые материалы харак­ теризуются электрическими, физическими и механическими свой­ ствами.

26

Электропроводность является основной электрической характе­ ристикой проводниковых материалов. Наибольшей проводимостью обладают чистые металлы, обладающие малым удельным электри­ ческим сопротивлением в пределах р — 0,0152 -н 0,108 ом-мм21м (при 20° С). Из этих материалов (медь, алюминий) изготавливают кабельные изделия — намоточные, монтажные провода и кабели. Главным проводниковым материалом является медь, которая по электропроводности у стоит на втором месте (после серебра). Так, у меди у = 57 м! (ом-мм)2, а у серебра у = 65,8 м/(ом-мм)2, т. е. серебро лучше проводит электрический ток.

Электропроводность связана с сопротивлением R и удельным электрическим сопротивлением . р следующими зависимостями:

где R — общее омическое сопротивление проводника длиною I, м\

S— поперечное сечение проводника, постоянное по всей его длине,

мм2.

Кроме материалов с малым удельным сопротивлением, для ре­ зисторов, нагревательных элементов и реостатов применяются материалы с большим удельным сопротивлением, в пределах р = 0,42 -т- 2,0 ом-мм2/м. Это в основном сплавы на основе меди и никеля, никеля и хрома и других металлов. Изготовлять эти эле­ менты из медной или алюминиевой проволоки, обладающей малым удельным сопротивлением, нерационально, так как получились бы очень громоздкие по своим размерам резисторы и реостаты. Чем меньше р, тем лучше проводниковый материал, так как он в боль­ шей мере способен проводить электрический ток. Так, у проводни'ковой меди р — 0,0175 -е 0,0182 ом-мм2/м\ у проводникового алюминия р — 0,0279 — 0,0283 ом-ммЭ/м.

На величину удельной электропроводности у и удельного электрического сопротивления р оказывают большое влияние примеси. Так, некоторые примеси (марганец Мп и алюминий А1) сильно снижают проводимость чистой меди, даже при малом их содержании (4—6%). Золото Аи и цинк Zn снижают проводимость меди в меньшей степени, чем марганец и алюминий.

ческой обработки (прокатки, волочения). С увеличением пласти­ ческой деформации металла его электропроводность падает. Накле­ панная медная проволока, например, имеет более высокое удельное электрическое сопротирление по сравнению с ненаклепанной. Устраняют этот дефект отжигом металла при определенной темпе­ ратуре. Электрическое сопротивление металла при этом восстанав­ ливается до прежней величины.

На величину электрического сопротивления металлического проводника оказывает влияние температура. С повышением темпе­ ратуры сопротивление проводника увеличивается, а с понижением

27

температуры — уменьшается. Сопротивление проводника R t при температуре t можно подсчитать по формуле:

Rt — Ro [ 1 -Ь а о — /о)],

а) пределом прочности при растяжении op — P/S, кгс/см2,

где Р — растягивающая нагрузка. В системе СИ 1 кгс/м2 = 9,8 н/м2; б) относительным удлинением

где 4 — первоначальная длина проволоки; /р — длина проволоки после растяжения под действием нагрузки Р.

По механическим свойствам применяемую проволоку делят на две группы: мягкую проволоку, к которой относится, главным образом, отожженная медная проволока, реже алюминиевая, и твердую проволоку — неотожженную из сплавов с высоким элек­ трическим сопротивлением, а также из меди и алюминия.

Наматывание мягких сортов проволоки, особенно малых сече­ ний, вызывает особые трудности из-за растяжения и обрыва про­ волоки. На рис. 3-2, а представлены диаграммы растяжения отож­

что растяжение мягкой проволоки характеризуется значительным удлинением за пределом пропорциональности (точка * на рис. 3-2, а).

рис. 3-2, б).

Физические свойства проводниковых материалов определяют их поведение в электрических, магнитных и тепловых полях. Напри­ мер, под действием электрического напряжения металлы, как известно, проводят электрический ток. В магнитном поле некото­

28