Контрольная работа: Электротехнические и конструкционные материалы

ВОПРОС №1. Общие сведения о строении вещества. Классическое строение, дефекты.

ОТВЕТ: Вещества в твердом состоянии имеют кристаллическое или аморфное строение. В идеально кристаллическом веществе атомы расположены по геометрически правильной схеме и на определенном расстоянии друг от друга. В аморфном веществе атомы расположены беспорядочно. Все металлы и их сплавы имеют кристаллическое строение. К аморфным веществам относятся: стекло, канифоль. Если металл застывает, можно наблюдать в микроскоп кристаллы, которые имеют геометрически правильные формы в виде кристаллических решеток. В твердом состоянии вещества имеют три основных вида кристаллических решеток:

1. Кубическая объемно-центрическая - имеет 9 атомов, представляет собой куб, в вершинах которого и в центре расположены атомы, повторением этой ячейки путем переноса образуется вся структура кристалла. Такую решетку имеют Ванадий, Вольфрам, Хром, Молибден, Железо.

2. Кубическая гранецентрическая решетка имеет 14 атомов. Такую решетку имеет: Алюминий, Медь, Свинец, Никель.

З. Гексагональная кристаллическая решетка имеет 17 атомов. Такая решетка у Цинка, Титана, Магния. Параметр решеток это сторона куба или шестигранника, у всех металлов находится в пределах от 0,2 до 0,4 нанометра - это 10-9 метра. В действительности кристаллы имеют дефекты, и их структура отличается от идеальных решеток. Дефекты делятся на точные, линейные и поверхностные. Каждый атом состоит из (+) заряженного ядра и нескольких слоев отрицательно заряженных оболочек электронов, которые движутся вокруг ядра. Электроны внешних оболочек называются валентными, они легко отщепляются и движутся между ядрами. В следствии наличия свободных электронов, атомы являются положительно заряженными ионами, следовательно в узлах решетки находятся положительно заряженные ионы, которые непрерывно колеблются относительно положительного равновесия. С повышением температуры амплитуда увеличивается, что вызывает расширение кристаллов, а при температуре плавления колебания усиливаются так что кристаллическая решетка разрушается. Точечные дефекты это пустые узлы или вакансии, количество их возрастает с повышением температуры. Линейные дефекты - это краевые дефекты представляющие собой как бы сдвиг части кристаллической решетки. Линейные дефекты бывают выраженными больше в одном направлении. Поверхностные дефекты вызваны различной ориентацией кристаллических решеток. В результате по границам зерен решетка одного переходит в решетку другого и нарушается симметрия атомов. Дефекты кристаллических решеток оказывают существенное влияние на механические, физические, химические и технические свойства металлов.

ВОПРОС №2. Материалы высокой проводимости. Алюминий, свойства, марки, применение. Характеристика свойств меди и алюминия

ОТВЕТ: Материалы высокой проводимости.

В качестве проводниковых материалов использует чистые металлы, а также сплавы металлов. Наибольшей проводимостью обладают чистые металлы, исключением является ртуть, у которою удельное сопротивление велико ρ=0,95ом*мм2/м при 20˚С. Чистые металлы составляют группу проводниковых материалов с малым удельным сопротивлением ρ=0,0150 ÷ 0,108 ом*мм2/м при 20ºС. Из этих металлов (медь, алюминий) изготовляют обмоточные, монтажные, установочные кабели и провода.

АЛЮМИНИЙ, СВОЙСТВА, МАРКИ, ПРИМЕНЕНИЕ. Алюминий относится к группе легких металлов. Плотность его равна 2,7г/см3. Доступность, большая проводимость, а также стойкость к атмосферной коррозии позволили широко применять алюминий в электротехнике. Недостатками алюминия являются невысокая механическая прочность при растяжении и повышенная мягкость даже у твердотянутого алюминия. Алюминий - металл серебристого цвета, или серебристо-белого. Температура плавления его 658-660º, а температурный коэффициент расширения равен 24*10-6/ºС. Алюминий быстро покрывается тонкой пленкой окисла, которая надежно защищает металл от проникновения кислорода, поэтому голые (неизолированные) провода алюминия могут длительно работать на открытом воздухе. Оксидная пленка на алюминиевых проводах обладает значительным электрическим сопротивлением, поэтому в местах соединения алюминиевых проводов могут образовываться большие переходные сопротивления. Зачистку мест соединения проводов обычно производят под слоем вазелина во избежание окисления алюминия на воздухе. При увлажнении мест соединения алюминиевых проводов, с другими проводами из других металлов (медных, железных) полученных механическим способом (болтовые соединения) могут образоваться гальванические пары с заметной электродвижущей силой. При этом алюминиевый провод будет разрушаться местными токами. Чтобы избежать образования гальванических паров во влажной атмосфере, места соединения о другими проводами из других металлов должны быть тщательно защищены от влаги лакированием и другими способами. Непосредственную коррозию алюминия вызывают оксиды азота (NO), хлор (CI), сернистый газ (SO2), соляная и серные кислоты и другие агенты. Надежные соединения проводов друг с другом, а также с проводами из других металлов осуществляется с помощью холодной или горячей сварки. Чем выше химическая чистота алюминия, тем он лучше сопротивляется коррозии. Поэтому наиболее чисть сорта алюминия с содержанием чистого металла 99,5% идут для изготовления электродов в электрических конденсаторах, для изготовления алюминиевой фольги и обмоточных проводов малых диаметров 0,05 -0,08 мм. Применяют проводниковый алюминий содержащий чистого металла не менее 99,7%. Для изготовления проволоки применяют алюминий с содержанием чистого металла не менее 99,5%. Алюминиевую проволоку изготовляют путем волочения и прокатки. Проволока из алюминия бывает трех видов марок: АМ (мягкая отожженная), АПТ (полутвердая) и АТ (твердая не отожженная). Проволоку выпускают диаметром от 0,08 до 10 мм.

ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ АЛЮМИНИЯ И МЕДИ

Плотность алюминия - 2,7г/см3, меди - 8,90г/см3.

Температура плавления алюминия – 658 - 660°С, меди - 1083°С.

Температурный коэффициент расширения:

Алюминия – 24*10-6/°С; меди – 17*10-61/ ºС.

Температурный коэффициент эл. сопротивления:

алюминия – a= +0,00423 1/°С, медь а= +0,00400 1/°С.

Предел прочности при растяжении:

АМ:Gв = 7,5 ÷ 8,0 кг/м2 АТ:Gв = 10 ÷ 18 кг/мм2

ММ:Gв = 2,0 ÷ 2,5 кг/мм2 МТ:Gв = 35 ÷ 40 кг/мм2

Относительное удлинение

АТ δn = 0,5 ÷ 2,5% ММ δn = 15 ÷ 40%

МТ δn = 0,5 ÷ 2,2% AМ δn = 10 ÷ 26%

Удельное сопротивление

АТ ρ = 0,0282 ÷ 0,0283 ом*мм2 /м

МТ ρ = 0,0177 ÷ 0,0180ом*мм2/м

AM ρ = 0,0279 ÷ 0,280 ом*мм2/м

ММ ρ = 0,01750 ÷ 0,01755 ом*мм2/м

ВОПРОС № 3. Полупроводниковые химические соединения. Карбид кремния, свойства, получение, применение.

ОТВЕТ: Полупроводники составляют обширную область материалов отличающихся друг от друга большим многообразием электрических и физических свойств, а также большим многообразием химического состава, что и определяет различные назначения при их техническом использовании. По химической природе полупроводники можно разделить на следующие четыре главные группы:

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--