Неметаллические проводниковые материалы

Федеральное агентство по образованию РФ

ГУО ВПО

“Марийский государственный университет”

Электроэнергетический факультет

“Кафедра электроснабжения и диагностики”

Реферат

На тему:

“Неметаллические проводниковые материалы”

Выполнил: Ржепкин А.Ю. Студент гр. ЭС-22

Проверил: зав. кафедрой электромеханики Попов И.И.

Йошкар-Ола

2008

Оглавление:

Введение…………………………………………………………….…………3

Неметаллические проводниковые материалы……………...……………...…...4

1.1 Общие сведения…………………….……………………...……………...4

1.2 Электрощётки……………………………….……….…….……..…..……4

1.3 Угольные электроды термического назначения…………….….….……5

1.4 Осветительные угли……………………………………………………….6

1.5 Угли для гальванических элементов……………………………………..6

1.6 Угольные аноды для ртутных выпрямителей……….….………………..6

1.7 Угольные регулировочные резисторы…….…………….…….…………7

1.8 Непроволочные резисторы…………………………..……………………7

1.9 Угольные контакты…………………………………..……………………7

1.10 Коллоидно-графитовые препараты…….…….………..…..……………7

1.11 Природный графит……………………………………….………………8

1.12 Сажи……………………………………….……….……….…………….8

1.13 Пиролитический углерод………….…….….……...……………………8

Литература……………………………………………………………………….10

Введение

Понятие неметаллические материалы включает большой ассортимент материалов таких, как пластические массы, композиционные материалы, резиновые материалы, клеи, лакокрасочные покрытия, древесина, а также силикатные стекла, керамика и др.

Неметаллические материалы являются не только заменителями металлов, но и применяются как самостоятельные, иногда даже незаменимые материалы. Отдельные материалы обладают высокой механической прочностью, легкостью, термической и химической стойкостью, высокими электроизоляционными характеристиками, оптической прозрачностью и т. п. Особо следует отметить технологичность неметаллических материалов.Основой неметаллических материалов являются полимеры, главным образом синтетические.

Применение неметаллических материалов обеспечивает значительную экономическую эффективность.

Неметаллические проводниковые материалы.

1.1 Общие сведения.

Из числа твердых неметаллических проводниковых материалов наибольшее значение имеют материалы на основе углерода (электро­технические угольные изделия, сокращенно электроугольные изделия).

К электроугольным изделиям, применяемым в электро­технике и технике, связи, относятся: электрические щётки для коллекторов электромашин, электроугли, применяемые в лампах и электропечах, электроды - в гальванических элементах, угольные мембраны, угольные порошки. Из угля делают высокоомные рези­сторы, разрядники для телефонных сетей; угольные изделия применяют в электро­вакуумной технике.

В качестве сырья для производства электроугольных изделий можно исполь­зовать сажу, графит или антрацит. Для получения стержневых электродов из­мельченная масса со связующим, в качестве которого используется каменноугольная смола, а иногда и жидкое стекло, продавливается сквозь мундштук. Изделия бо­лее сложной формы изготовляют в соответствующих пресс-формах. Угольные за­готовки проходят процесс обжига. Режим обжига определяет форму, в которой углерод будет находиться в изделии. При высоких температурах достигается искус­ственный перевод углерода в форму графита, вследствие чего такой процесс носит название графитирования.

Электротехнический уголь используют также и в виде порошка, например, при изготовлении микрофонов, а также щеток, широко применяемых в устройстве электрических машин.

1.2 Электрощётки.

Обжиг обычных щеток для электрических машин ведут при температуре около 800 °С; графи тированные щетки нагревают при обжиге до 2200 °С.

Щётки служат для образования скользящего контакта между неподвижной и вращающейся частями электрической машины, т. е. для подвода (или отвода) тока к коллектору или контактным кольцам и, кроме того, осуществляют коммутацию переменной ЭДС, индуктированной в об­мотке якоря. При работе на кольцах щетки осуществляют только подвод и отвод тока без коммутации.

Щётки должны иметь малое сопротивление, малый износ и хорошо пришлифовываться к поверхности коллектора. Имеется несколько марок щеток, отличающихся друг от друга составом и техно­логическим процессом изготовления.

Щётки общего назначения подразделяют на четыре группы:

1. Угольно-графитные щётки (марок Т2, УГ2, Г20, Г21, Г22). Изготовляют из графита с добавлением кокса, сажи и связующих веществ и после термической обработки покрывают тон­ким слоем меди. Они рассчитаны на номинальную плотность тока от 10 до 22 А/см2, обладают повышенной механической прочностью, твердостью и большой износоустойчивостью.

2. Графитные щётки (марки ГЗ, 611М, 6110М). Делают из графита. Они рассчитаны на номинальную плотность тока 20 А/см2, при работе вызывают незначительный шум.

3. Электрографитированные (марки ЭГ2А, ЭГ2АФ, ЭГ-4, ЭГ-8, ЭГ-14, ЭГ-15, ЭГ-83 и др.). Изготавливают так же, как и угольно-графитные щетки, но после первой термической обработки подвергают графитизации, т. е. отжигу при температуре 2500—2800°С. Они рассчитаны на номинальную плотность тока 20 А/см2, обладают по­вышенной механической прочностью. Эти щетки, в отличие от угольных и угольно-графитных, применяют в электрических машинах, работающих при больших частотах вращения и толчкообразных изменениях нагрузки, например в тяговых электродвигателях.

4. Металлографитные (марки М 1, М З, М б, М 20, МГ, МГО, МГ2, МГ4, МГС, МГСО, СМ и др.). В электрических машинах низкого напряжения применяют металлографитные щетки.

1.3 Угольные электроды термического назначения.

Угольные электроды термического назначения служат:

1) в качестве нагревательных элементов электрических печей, где они выполняют роль резисторов;

2) в качестве проводника электроэнергии к нагрева­тельному элементу, состоящему из угольной крупки в печах сопротивлений.

Электроды применяют в производстве ферросплавов, электростали, карбида кальция, абразивных материалов для шлифования, электролизе алюминия, электросварке.

Угольные электроды, работа которых будет протекать при высоких температурах, обжигаются также при очень высокой температуре, вплоть до 3000 °С. Угольные электроды, как и другие угольные изделия, имеют отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления.

Удельное сопротивление, Ом мм²/м:

Электродов…………50/70

Угольных трубок…..50/80

Сварочных углей…..60/80

1.4 Осветительные угли.

Для освещения в качестве элект­родов вольтовой дуги употребляют специальные сорта углей. Различают угли для постоянного и переменного токов. Положительный электрод для постоянного тока обычно применяют с фитилем, диаметр его больше диаметра от­рицательного угля в 1,5-2 раза потому, что накаливается он сильнее. В случае одинаковых диаметров он сгорел бы скорее.

Осветительные угли подразделяются на: прожекторные, кинопроекционные, для постоянного тока, переменного тока, киносъемочные и различных марок. Угли изготов­ляются в виде стержней диаметром от 5 до 30 мм, длиной от 120 до 450 мм.

1.5 Угли для гальванических элементов.

Эти угли применяют в качестве положительного полюса гальванических эле­ментов в виде пластин в цилиндре различных размеров. Удельное электрическое сопротивление элементарных углей находится в пределах от 50 до 60ом мм²/м. Твердость по Шору не ниже 40.

1.6 Угольные аноды для ртутных выпрямителей.

Угольные аноды имеют форму стержней диаметром от 10 до 25 мм. Они ха­рактерны малой зольностью (до 0,1%). Для уменьшения зольности аноды подвергают электрографитации, т. е. второму обжигу в электрических печах сопротивлений при температуре 2200-2500° С.

1.7Угольные регулировочные резисторы.

Угольные регулировочные резисторы составляют из угольных пластин или спиралей, сжимаемых изменяющимся давлением. Так, например, резисторы, состоящие из 25 угольных колец толщиной 0,5 мм при на­ружном диаметре колец 50 мм и внутреннем 43 мм, дают сопротивление в зависимости от давления (см. табл. №1).

Таблица №1.

Зависимость сопротивления регулировочного угольного резистора от давления

1.8 Непроволочные резисторы.

Отличаются от проволочных уменьшенными размерами и высоким верхним пределом номинального сопротивления, находят широкое применение в автоматике, измерительной и вычислительной технике и некоторых других областях электротехники. Они должны иметь малую зависимость сопротивления от напряжения и отличаться высокой стабильностью при воздействии температуры и влажности.

В качестве проводящих материалов непроволочных линейных резисторов могут быть использованы природный графит, сажа, пиролитический углерод, бороуглеродистые пленки, а также высокоомные сплавы металлов и другие материалы.

1.9 Угольные контакты.

Изготовляют из смеси: отходы и брак угольных щеток, графит, пеки сода двууглекислая. Уголь­ные контакты выпускают марок Т, Г-1 и серебряно-графи­товые.

Угольная крупка изготовляется трех марок, отлича­ющихся друг от друга размером зерен: марка УК-1 имеет размер зерна 0,5/1,5; УК-2 1,4/3,0; УК-3 2,9/6,0.

Применяют в электрических печах в качестве нагре­вательного элемента. Производят из брака малозольных углей, которые дробят и просеивают через сита.

1.10 Коллоидно-графитовые препараты.

Изготовляют из чи­стого графита термически обработанного, высокой степени размельчения. Эти препараты наряду с применением в ка­честве смазок часто используют для уменьшения контактного сопротивления, для создания полупроводящих по­верхностей. Примером этому может служить водная паста высокодисперсного графита (аквадаг), которая согласно ГОСТ 5613-50 выпускается че­тырех марок К-1, К-2, К-3, К-4. Содержание золы нормируется только для марок: К-1 – не более 5%, К-2 – не более 8%.

1.11 Природный графит.

Представляет собой одну из модификаций чистого углерода слоистой структуры с большой анизотропией как электри­ческих, так и механических свойств.

Рис. Структура графита.

Следует отметить, что чистый углерод в модификации алмаза представляет собой диэлектрик с весьма высоким удельным сопротивлением.

1.12 Сажи.

Представляют собой мелкодисперсный углерод. Лаки, в состав которых в качестве пигмента введена сажа, обладают малым удельным сопротивлением и мо­гут быть использованы для выравнивания электрического поля в электрических машинах высокого напряжения.

1.13 Пиролитический углерод.

Получают путем пиролиза (терми­ческого разложения без доступа кислорода) газообразных углеводородов (метан, бензин, гептан) в камере, где находятся керамические или стеклянные основания заготовок для резисторов.

Схема реакции пиролиза углеводородов общего состава С_mH_n:

С_mH_n-> тС + m/2 H₂.

Особенностью структуры пиролитического углерода является отсутствие стро­гой периодичности в расположении слоев (в отличие от графита) при сохранении их параллельности.

Бороуглеродистые пленки получаются пиролизом борорганических соединений, например В (С₄Н₉)₃ или В (С₃Н₇)₃. Эти пленки обладают малым температурным коэф­фициентом удельного сопротивления.

Литература

1. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. – Издание шестое, переработанное. Л., «Энергия», 1977. – 352 с. с ил.

2. Корицкий Ю.В., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Справочник по электротехническим материалам. – М. – Л., «Энергия», том I, 1974. – 583 с. с ил.

3. Березин В.Б., Прохоров Н.С., Рыков Г.А., Хайкин А.М. Электротехнические материалы. – Издание третье, дополненное, переработанное – М., Энергоатомиздат, 1983. – 504с.