Файл: Материаловедение. Кр. 1. Вариант 15.docx

Латуни - сплав меди с цинком, с содержанием в сплаве не менее 50% меди, с присадкой других металлов. Удельное сопротивление латуни 0,031 - 0,079 Ом мм²/м. Различают латунь - томпак с содержанием меди более 72% (обладает высокой пластичностью, антикоррозионным и антифрикционными свойствами) и специальные латуни с присадкой алюминия, олова, свинца или марганца.

Бронзы - сплав меди с оловом с присадкой различных металлов. В зависимости от содержания в сплаве главного компонента бронзы называют оловянистыми, алюминиевыми, кремниевыми, фосфористыми, кадмиевыми. Удельное сопротивление бронзы 0,021 - 0,052 Ом мм²/м.

Латуни и бронзы отличаются хорошими механическими и физико-химическими свойствами. Они легко обрабатываются литьем и давлением, устойчивы против атмосферной коррозии.

ЗАДАНИЕ 7. Описать следующие проводниковые изделия с указанием сортамента (3 - 4 марки), их характеристик и области применения, согласно варианту:

7.5. Жаростойкие провода и кабели с минеральной изоляцией.

Решение

Марки КМЖ, КМЖВ. ТУ 16505.87075.

Таблица 4 - Номенклатура жаростойких кабелей с минеральной изоляцией

Марка (код ОКП)	Кабель	ТУ
КМЖ (3568110200)	С медными жилами, с магнезиальной изоляцией, в медной оболочке	ТУ 16.505.870-75
КМЖВ (3568110100)	То же, в ПВХ шланге	То же
КНМСН (356822010б)	С никелевыми жилами, в стальной оболочке, нагревостойкий	ТУ 16.505.564-75
КНМСНХ (3568220300)	То же, с нихромовой жилой	То же

Таблица 5 - Сортамент жаростойких кабелей с минеральной изоляцией

Марка	Число жил	S, мм2, при рабочем напряжении, В
		до 1	115	500	750
КМЖ, КМЖВ	1	-	-	1,0; 1,5; 2,5; 4,0	6; 10; 16; 25; 50 70; 95; 120
	2	-	-	1,0; 1,5 и 2,5	1,5; 2,5; 4; 6,10 и 16
	3	-	-	1,0; 1,5 и 2,5	1,5; 2,5; 4; 6,0 и 16
	4	-	-	1,0; 1,5 и 2,5	1,5 и 2,5

---

1.Преимущественная область применения. Кабели предназначены для неподвижной прокладки при напряжении 500 и 750 В постоянного или переменного тока частоты до 400 Гц. Кабели предназначены для эксплуатации в следующих условиях: а) при температурах окружающей среды или вызванных нагревом под нагрузкой: КМЖ — от минус 50° С до плюс 250° С; КМЖВ — от минус 40° С до плюс 70° С; б) при относительной влажности до 98% при температуре 40° С.

2.Конструкция. Кабель состоит из однопроволочных токопроводящих жил из бескислородной меди, изолированных окисью магния и заключенных в медную оболочку из бескислородной меди. В кабелях КМЖВ поверх медной оболочки наложен шланг из ПВХпластиката.

3.Преимущества: — механическая прочность;

— высокая и низкая рабочая температура;

— пожаробезопасность;

— герметичность;

— высокая коррозионная стойкость.

Жаростойкие кабели в зависимости от назначения изготовляют с медными, из сплавов сопротивления или из термоэлектродных сплавов жилами, размещенными в медной, из нержавеющей стали или из жаростойких сплавов трубе, промежутки между которыми заполнены окисью магния. Сопротивление изоляции кабелей с минеральной (магнезиальной) изоляцией зависит от содержания в ней влаги. В нормальных условиях и при содержании влаги в изоляции не более 0,4 % сопротивление изоляции находится в пределах (900 - 4550)·106 Ом·км и зависит от числа и сечения жил кабеля. Сопротивление изоляции кабеля с магнезиальной изоляцией в среде с относительной влажностью (95±3) % при 20°С уменьшается и через 3-4 ч становится стабильным, равным  2·106 Ом·км. При относительной влажности (80±5) % при 20°С сопротивление изоляции, равное 2·106 Ом·км, устанавливается примерно через 24 ч.

В нормальном состоянии электрическая прочность изоляции кабеля с магнезиальной изоляцией составляет 6 МВ/м, а в изогнутом состоянии - 3 МВ/м. Импульсная прочность магнезиальной изоляции 6-12 МВ/м. Пробивное напряжение при повышении температуры до 250°С изменяется незначительно. Дальнейшее повышение температуры приводит к резкому снижению пробивного напряжения.

Магнезиальная изоляция имеет tg δ=0,001÷0,004 при 250 и 0,08 при 800°С. При увлажнении изоляции до 1,5-2,0 % значение tg δ равно 0,04. При плотности магнезиальной изоляции, равной 1900-2000 кг/м³, ε = 3,8÷4,5. При повышении температуры до 250°С и частоты до 400 МГц значение ε возрастает незначительно, при влажности 1,5-2,0 % - до 5,2.

---

При помещении открытого конца кабеля с магнезиальной изоляцией в воду влага в течение 6 мес. проникает не более чем на 200 мм. За 30 ч пребывания его в атмосфере с относительной влажностью (95±3) % при 20°С влага проникает на глубину 40-60 мм. Подогрев концов кабеля обеспечивает испарение всей поглощенной влаги.

ЗАДАНИЕ 8. Ответьте на вопрос по полупроводниковым материалам, согласно варианту:

8.1. Общая характеристика полупроводниковых материалов. Разновидности полупроводников и их основные свойства.

Решение

Многие окружающие нас вещества являются полупроводниками. Целая группа элементов представлена в периодической таблице элементов Д. И. Менделеева, обладающих полупроводниковыми свойствами. К ним относятся теллур, селен, германий, кремний, и др. Различные минералы тоже являются полупроводниками, а также сульфиды, теллуриды и оксиды многих металлов.

В полупроводниках электрический ток (как и в металлах – проводниках), обусловлен упорядоченным движением в них электронов проводимости (часто их называют свободными электронами). Тем не менее, если в металлах постоянно присутствуют электроны проводимости и концентрация их велика, то в миллионы раз меньше таких электронов в химически чистых полупроводниках, а при температуре равной нулю они просто-напросто отсутствуют. Например, четыре валентных электрона германия находится в атоме на внешней оболочке, а 28 остальных электронов размещаются на внутренних оболочках атома и крепко удерживаются его ядром.

Значительно перекрываются электронные оболочки соседних атомов в кристалле германия, поэтому атомы довольно часто обмениваются валентными электронами, оставаясь при этом электрически нейтральными, так как друг с другом связаны ковалентной связью. От этого в кристалле химически чистого германия при пониженной температуре нет электронов проводимости.

Однако могут легко разрываться у полупроводников ковалентные связи, если придать валентным электронам энергию извне, например, если полупроводник нагреть. Тогда даже при низкой температуре образуются электроны проводимости в полупроводниках. Такими электронами становятся валентные, при нагревании разорвавшие связи со своими атомами. В кристаллической решетке полупроводника могут свободно перемещаться такие электроны. Теперь если приложить электрическое напряжение к полупроводнику, то в нем установится электрический ток.

---

Собственной электронной проводимостью или п-проводимостью принято называть проводимость химически чистых полупроводников, обусловленных упорядоченным движением в них электронов проводимости. В кристаллической решетке полупроводника, ставший электроном проводимости, валентный электрон, освободил свое место в атоме. Таким образом, теперь данный атом располагает избыточным положительным зарядом. Дыркой принято называть освободившееся в атоме место. Электрон соседнего атома может занять дырку, в то же время создавая новую. Её, в свою очередь, занимает электрон другого атома. Собственно, процесс выхода из атомов валентных электронов сопровождается процессами образования дырок в атомах и замещения валентными электронами их соседних атомов.

Валентные электроны, заполняющие дырки, под действием электрического поля, приложенного к полупроводнику, движутся упорядоченней, т.е. создают электрический ток. В таком случае можно сказать о том, что дырки как будто служат носителями заряда; они движутся сравнительно электронов в противоположном направлении. Собственной дырочной проводимостью или р-проводимостью принято называть проводимость химически чистого полупроводника, обусловленную направленным замещением дырок электронами проводимости.

Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».

Проводимость связана с подвижностью частиц следующим соотношением:

где  — удельное сопротивление,  — подвижность электронов,  — подвижность дырок,  — их концентрация, q — элементарный электрический заряд (1,602·10⁻¹⁹ Кл).

Для собственного полупроводника концентрации носителей совпадают и формула принимает вид:

---

Примесная проводимость

Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.

По виду проводимости

Электронные полупроводники (n-типа)

Рисунок 2 - Полупроводник n-типа

Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например, мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.

Проводимость N-полупроводников приблизительно равна:

Дырочные полупроводники (р-типа)

Рисунок 3 - Полупроводник p-типа

Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.

---