Реферат: Электроугольные изделия и припои

Сибирский Государственный Университет

Телекоммуникаций и Информатики

Хабаровский филиал

Реферат

по химии

Тема:" Электроугольные изделия. Припои."

Выполнил ст . гр . ХС-81 Букреев И . А .

Проверил преподаватель: Филимонова И.П

Хабаровск 1999 г.

Электроугольные изделия

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 используют в микрофонах для создания сопротивле­ния, изменяющегося от звукового давления. 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.

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

Щетки 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 э.д.с., 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. Их выпускают различных размеров (прилегающая к коллектору контактная поверхность щетки — от 4 Х 4 до 35 Х 35 мм, высота щетки — от 12 до 70 мм). Имеется несколько марок щеток, отличающихся друг от друга составом и техно­логическим процессом изготовления.

Щётки общего назначения подразделяют на четыре группы:

1. Угольно-графитные марок Т2; УГ2.

2. Графитные - Г1, ГЗ, 40.

3. Электрографитированные - ЭГ2а, ЭГ4, ЭГ8, ЭГ-14, ЭГ-15, ЭГ-83; ЭГ5; ЭГ9.

4. Металлографитные - М1, МЗ, Мб, М20, МГ, МГО, МГ2, МГ4, МГС, МГСО, СМ, МГС5, МГ6.

Весьма большое значение имеет величина удельного переходного контактного сопротивления щетки, приходя­щаяся на единицу поверхности сопротивления щетки с коллектором, P = R S, ом см² .

На величину P_k оказывают влияние следующие факторы:

1. Материал коллектора или кольца.

2. Плотность тока в контактной поверхности.

3. Род тока и направление его при постоянном токе.

4. Температура контактной поверхности.

5. Давление на щетку.

6. Линейная скорость движения коллектора или кольца.

Щётки с содержанием порошкового металла обладают особенно малым электри­ческим сопротивлением и дают незначительное контактное падение напряжения (между щеткой и коллектором).

Величина удельного сопротивления щеток, ом мм² / м

Угольно-графитовые ……….21-54

Графитные .......……………..12-37

Электрографитированные …10-50

Металлографитные……...….0,20-9

Таким образом, наименьшим переходным контактным сопротивлением обладают медно - или бронзо-графитные щетки.

В зависимости от свойств щеток определяют и область их применения.

Щетки применяют на коллекторах электромашин по­стоянного и переменного тока, в тяговых электродвигателях с добавочными полюсами, в крановых двигателях, дви­гателях для подъемников, прокатных станов, компрессоров в шахтных и рудничных моторах, на одноякорных преобра­зователях, а также на многих других генераторах и дви­гателях постоянного и переменного тока асинхронных и синхронных.

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

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.

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.

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.

Угольные регулировочные резисторы. Переходное со­противление двух соприкасающихся угольных поверхно­стей в большой мере зависит от степени нажатия. В электро­технике это свойство используют для плавной и тонкой регулировки тока. 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.).

Зависимость сопротивления регулировочного угольного резистора от давления

Микрофонные порошки . Свойство угольного порошка изменять своё сопротивление в зависимости от давления (удельное сопротивление по­рошка зависит от крупности зерен, режима обжига по­рошка и плотности засыпки) обусловливается переходным сопротивлением зёрен порошка и используется в микрофонах, где под воздействием зву­ковых колебаний изменяется давление на порошок. Поро­шок в свою очередь изменяет свое сопротивление, что соз­дает колебания тока в электрической цепи. Микрофонный порошок изготовляют трех марок:

1) МБ - для телефонных систем с местными батареями;

2) ЦБ - для телефонных систем с центральными бата­реями;

3) Л - для ларингофонов.

Сырьем для порошков служит антрацит, который дро­бится на куски от 5 мм и мельче, просеивается через сито в 80 меш, обжигается в печах при температуре 900-1000°С (марка ЦБ) и при 1480°С (марка МБ) и затем еще раз про­сеивается через сито в 45 меш. Удельное сопротивление этих порошков 40-700 ом см.

Мембраны для микрофонов производят из смеси: пекового кокса (75%) и каменноугольной смолы (25%). Камен­ноугольный пек предварительно размалывают в шаровой мельнице, просеивают через сито 100 меш, перетирают в течение 24 ч на бегунах, просушивают в сушильных бара­банах, просеивают через сито 50 меш. Затем смешивают со смолой, предварительно прогретой при t = 300/315°С. Смесь обрабатывают на вальцах, затем размалывают в ша­ровых мельницах, просеивают через сито 200 меш. Из по­лученного порошка на гидравлических прессах под дав­лением 3 Т/см ² прессуют мембраны в виде дисков и об­жигают при t = 1480° С.

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.

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 (ак-вадаг), которая согласно ГОСТ 5613-50 выпускается че­тырех марок К-1, К-2, К-3, К-4, содержание частиц гра­фита которых находится в пределах, %:

а) более 63 мкм - от 0,2 до 0,5;

в) менее 10 мкм - от 55 до 65.

Содержание золы нормируется только для марок:

К-1 - не более 5%, К-2 - не более 8%.

Природный графит представляет собой одну из модификаций чистого углерода слоистой структуры с большой анизотропией как электри­ческих, так и механических свойств. Следует отметить, что чистый углерод в модификации алмаза представляет собой диэлектрик с весьма высоким удельным сопротивлением.

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.

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_m H_n :

С_m H_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(С₄ Н₉ )₃ или В(С₃ Н₇ )₃ . Эти пленки обладают малым температурным коэф­фициентом удельного сопротивления.

Проводниковые материалы особо высокой нагревостойкости. В некоторых слу­чаях [нагревательные элементы высокотемпературных электрических печей, элек­троды магнитогидродинамических (МГД-) генераторов] требуются проводниковые материалы, которые могли бы достаточно надежно работать при температурах 1500 - 2000 К и даже выше. В МГД-генераторах условия работы проводниковых матери­алов еще усложняются из-за соприкосновения материала с плазмой и возможности электролиза при прохождении через материал постоянного тока.

Проблема получения проводниковых материалов, полностью удовлетворя­ющих всем этим требованиям, окончательно еще не решена; по-видимому, решение может быть найдено исключительно в применении специальных керамических мате­риалов. Среди высоконагревостойких проводящих материалов могут быть отмечены некоторые оксиды (прежде всего керамика диоксида циркония ZrO₂ , стабилизиро­ванная добавкой оксида иттрия Y₂ O₃ ), керамика диоксида церия СеО₂ , некоторые хро­миты. Некоторые свойства керамики ZrO₂ - Y₂ O₃ (после обжига, при пористости 25 % по объему): средняя плотность 2,9 Мг/м³ ,

Стабилизируя диоксид циркония ZrO₂ добавлением оксида иттрия Y₂ O₃ (или оксидов некоторых других металлов), можно избежать структурных превращений чистого ZrO₂ во время охлаждения после обжига, связанных с уменьшением объема и вызываемых этим повреждением обожженных изделий.

ПРИПОИ

Припои представляют собой специальные сплавы, применяемые при пайке. Пайка осуществляется или с целью создания механически прочного (иногда гер­метичного) шва, или с целью получения постоянного электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке места соединения и припой на­греваются. Так как припой имеет температуру плавления значительно меньшую, чем у соединяемых металлов, то он плавится, в то время как спаиваемые металлы остаются твердыми. На границе соприкосновения расплавленного припоя и твер­дого металла происходят сложные физико-химические процессы. Припой смачивает металл, растекается по нему и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом припой диффундирует в основной металл, основной металл растворяется в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.

Припои принято делить на две группы: мягкие и твердые . К мягким относятся припои с температурой плавления до 400°С, а к твердым - припои с температу­рой плавления свыше 500°С. Кроме температуры плавления, припои существенно различаются и по механическим свойствам. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении не выше 50 - 70 МПа, а твердые - до 500 МПа.

Тип припоя выбирают, сообразуясь с родом спаиваемых металлов или сплавов, требуемой механической прочностью, коррозионной стойкостью, стоимостью и - при пайке токоведущих частей - с удельной электрической проводимостью припоя.

Мягкими припоями в основном являются припои оловянно-свинцовые (марка ПОС) с содержанием олова от 18 % (ПОС-18) до 90 % (ПОС-90). Удельная про­водимость этих припоев составляет 9 - 13% удельной проводимости стандартной меди, а температурный коэффициент линейного расширения a_l - (26 - 27) 10⁶ К^-1 .

Существуют также мягкие припои с добавками алюминия, серебра. Еще более легкоплавки припои, в состав которых входят висмут и кадмий. Они применяются там, где требуется пониженная температура пайки; механическая прочность их очень незначительна. Висмутовые припои обладают большой хрупкостью.

Наиболее распространенные твердые припои - медно-цинковые (ПМЦ) и се­ребряные (ПСр).

Не относящиеся к собственно припоям особые виды металлических материалов применяются в электровакуумной технике для вводов, вплавляемых в стекло и работающих при сравнительно низких температурах, так что использование здесь особо тугоплавких, но дорогих металлов (вольфрам, молибден, платина) не требуется. Для этих материалов особую важность имеет температурный коэффициент линей­ного расширения a_l , который для получения вакуум-плотного ввода должен согласо­вываться с a_l , стекла. Отметим ковар (марка 29НК), применяемый для впая в твер­дые стекла; это сплав примерного состава: Ni 29%, Со 18 %, Fе остальное; его P равно 0,49 мкОм м, a_l составляет (4-5) 10^-6 К^-1 .

Платинит представляет собой биметаллическую проволоку с сердечником из никелевой стали марки Н42 (с содержанием Ni 42 - 44% по массе) и наружным слоем из меди марки МО. Содержание меди в платините - от 25 до 30% общей массы проволоки. Название «платинит» объясняется тем, что a_l платинитов ой проволоки близок к a_l платины.

Припои применяют в следующих случаях :

Мягкие припои

ПОС-61 - для лужения и пайки тонких проводов и спиральных пружин в измерительных приборах, монтажных соединений обмоточных проводов (0,05-0,08 мм), конденсаторов, герметичных швов стеклянных проходных изоляров, печатных схем и при производстве полупроводниковых приборов, т. е. там, где недопустим перегрев;

ПОС-40 - для пайки токопроводящих деталей, проводов, наконечников, для соединения проводов с лепестками, при производстве полупроводниковых приборов;

ПОСК-50-18 - для пайки деталей, чувствительных к перегреву, металлизированной керамики, для пайки конденсаторов, для герметизации, для лужения пассивной части интегральных схем с покрытием медью, серебром;

ПОССу-40-2 (широкого назначения) - для пайки наружных деталей и сборочных единиц электровакуумных приборов;

ПОКЦ - для пайки алюминия и его сплавов;

Сплав Вуда - для особо низкой температуры пайки;

ПОСМ-0,5 - для лужения пассивной части микросхем с тонкими медными покрытиями (0,5-0,6 мкм);

ПСр-ЗИн - для пайки золота и серебра, а также металлизированных материалов при производстве микросхем.

Твердые npunou

ПМЦ-36, ПМЦ-54 - для пайки меди, медных сплавов;

ПСр-15, ПСр-45 - для пайки наружных деталей и сборочных единиц электровакуумных приборов из меди, медных сплавов и стали;

ПМТ-45 - для пайки титана и его сплавов.

Вспомогательные материалы для получения надёжной пайки называют флюсами . Они должны:

1) растворять и удалять окислы и загрязнения с поверхности спаиваемых металлов;

2) защищать в процессе пайки поверхность металла, а также расплавленный припой от окисления;

3) уменьшать поверхностное натяжение расплавленного припоя;

4) улучшать растекаемость припоя и смачиваем ость им соединяемых поверхностей.