Палладий (Pd) и его сплавы

Палладий по внешнему виду напоминает платину, но легче ее и имеет меньшую температуру плавления. В чистом виде мягок, пластичен, легко поддается обработке.

Таблица 14

Физические свойства платины

По многим свойствам палладий очень близок к платине, но дешевле ее в 4 раза.

Применяется как покрытие в скользящих контактах с небольшим контактным усилием.

Палладиево-вольфрамовый сплав (20 % вольфрама) применяется в малогабаритных резисторах переменного сопротивления как резистивный материал с большим ресурсом работы и низким уровнем контактных шумов.

Порошки серебряно-палладиевых сплавов и чистого палладия используются в качестве проводящего компонента паст, применяющихся для создания толстопленочных резисторов гибридных интегральных микросхемах.

Золото

Золото – блестящий металл желтого цвета обладающий высокой пластичностью. В электронике часто применяют как коррозионно-устойчивый контактный материал. Существенным преимуществом золота является его устойчивость к образованию сернистых и окисных пленок при контакте с атмосферой как при нормальной так и при повышенных температурах. Золотом покрывают контактные площадки и выводы микросхем. Так как золото имеет плохую адгезию с большинством диэлектриков, поэтому обычно золотую пленку наносят на подложку из хрома.

Таблица 15

Свойства золота

Серебро

Серебро белый, блестящий металл, стойкий к окислению при нормальной температуре. Серебро среди всех металлов обладает наименьшим удельным сопротивлением.

Таблица 16

Свойства серебра

Широкое применение серебро получило при изготовлении контактов различных мощностей. Действительно, обладая низким удельным сопротивлением и высокой теплопроводностью, а также достаточной коррозионной стойкостью серебро обеспечивает низкий нагрев контактов и быстрый отвод тепла от контактных точек. Серебро применяют также для нанесения контактов непосредственно на диэлектрик при производстве слюдяных и керамических конденсаторов. В связи с высокой электропроводностью серебра его применяют для серебрения волноводов, проводов высокочастотных катушек.

К недостаткам серебра стоит отнести склонность к диффузии его атомов внутрь диэлектрика в условии повышенной влажности, а также склонность к образованию темных пленок Ag₂S вследствие реакции с сероводородом. Поэтому применение серебра вблизи серосодержащих материалов (резина, эбонит и др.) не рекомендуется. Серебро хорошо паяется обычными припоями. Широкое применение серебра ограничивается в основном малым его содержанием в природе, и, как следствие, высокой ценой.

10. Классификация веществ по магнитным свойствам

1. Классификация веществ по магнитным свойствам.

Диамагнетики — вещества, в которых в "чистом" виде проявляется диамагнитный эффект, являющийся результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи. Происходит небольшое изменение угловой скорости орбитального вращения электронов при внесении атома в магнитное поле. Магнитный момент, возникающий при этом эффекте, направлен навстречу внешнему полю.

k_m = -(10^-6 – 10^-7), μ <1

k_m – слабо изменяется от температуры (т.к. диамагнетизм обусловлен внутриатомными процессами, на которые тепловое движение частиц не оказывает влияния). Диамагнетизм присущ всем веществам, однако в большинстве случаев он маскируется другими типами магнитного состояния.

Примеры диамагнетиков: все вещества с ковалентной химической связью, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла, полупроводниковые соединения А₃В₅, А₂В₆, кремний, германий, бор и другие. Ряд металлов: медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и другие, водород, азот, вода и другие.

Парамагнетики – вещества, которые намагничиваются в направлении вектора магнитной индукции внешнего магнитного поля.

k_m = (10^-6 – 10^-3), μ >1

k_m – в большинстве случаев сильно зависит от температуры(т.к. тепловая энергия препятствует противодействует созданию магнитной упорядоченности).

При отсутствии внешнего магнитного поля атомы в парамагнетиках обладают магнитным моментом, но из-за теплового движения магнитные моменты распределены хаотично и намагниченность вещества J = 0.

Примеры парамагнетиков: щелочные и щелочно-земельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля, редкоземельных металлов, кислород, окись азота. Al, Na, Mg, Ta, W, CaO, CoO и другие.

Ферромагнетики — магнитные моменты атомов расположены не беспорядочно, а в результате обменного взаимодействия ориентированы параллельно друг другу с образованием магнитных доменов.

k_m до 10⁶, μ» 1.

k_m сильно зависят от Н внешнего магнитного поля и температуры. Ферромагнетики легко намагничиваются уже в слабых магнитных полях.

Примеры ферромагнетиков: железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, некоторые сплавы марганца, серебра, алюминия и др. При низких температурах некоторые редкоземельные элементы — гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий. Сплавы RCo₅, где R редкоземельный элемент (Sm, Ce или Pr)

Антиферромагнетики — это материалы, атомы (ионы) которых обладают магнитным моментом, обусловленным некомпенсированными спиновыми магнитными моментами электронов. Но у антиферромагнетиков магнитные моменты атомов под действием обменного взаимодействия приобретают не параллельную ориентацию, как у ферромагнетиков, а антипараллельную, и полностью компенсируют друг другапоэтомуантиферромагнетики не обладают магнитным моментом.

k_m = (10^-6 – 10^-3), μ >1

Температура Нееля Т_н, при (и выше) этой Т антиферромагнитный порядок разрушается и материал переходит в парамагнитное состояние.

Примеры антиферромагнетиков: хром, марганец, цезий, неодим, самарий и другие. Химические соединения на основе металлов переходной группы типа окислов, галогенидов, сульфидов, карбонатов и др. MnSe, FeCl₂, FeF₂, CuCl₂, MnO, FeO, NiO.

Ферримагнетики имеют доменную структуру, состоящую из двух или более подрешеток, связанных антиферромагнитно(антипараллельно). Подрешетки образованы атомами (ионами) различных химических элементов или неодинаковым их количеством в связи с чем они имеют различные по величине магнитные моменты, направленные антипараллельно и отличная от нуля разность магнитных моментов подрешеток приводит к спонтанному намагничиванию кристалла, поэтому ферримагнетики можно рассматривать как некомпенсированные антиферромагнетики.

k_m до 10⁶, μ» 1.

При Т ≥ Т_н материал переходит парамагнитное состояние.

К ферримагнетикам относятся некоторые упорядоченные металлические и различные оксидные соединения, наибольший интерес среди которых представляют ферриты MnO*Fe₂O₃, BaO*6Fe₂O₃, (NiO*ZnO)Fe₂O₃, Li₂O*Fe₂O₃ и другие.

Ферро- и ферримагнетики относятся к сильномагнитным материалам, остальные группы к слабомагнитным веществам.

На рисунке 8.1 показаны направления магнитных моментов атомов в отсутствие внешнего магнитного поля при 0°К в веществах разной магнитной природы

Рис. 8.1. Ориентация магнитных моментов в веществах разной магнитной природы

Аморфные магнитные материалы. Магнитный порядок наблюдается и в некоторых химических соединениях в аморфном состоянии, в которых имеет место обменное взаимодействие (обмен энергией) между ближайшими соседними атомами. Металлические магнитомягкиеаморфные сплавы состоят из одного или нескольких переходных металлов (Fe, Co, Ni), сплавленных со стеклообразователем — бором, углеродом, кремнием или фосфором.

Спиновые магнитные стекла. Это сильномагнитные вещества с ферромагнитным порядком, если магнитные свойства в них возникают в результате косвенных обменных взаимодействий через электроны проводимости и с антиферромагнитным порядком, если возбуждение происходит через промежуточные немагнитные атомы. Такими структурами могут быть также проводящие сплавы с малым содержанием переходных элементов.

11. Изделия из металлических проводников

Изделия из металлических проводников. Намоточные, монтажные и силовые провода и кабели.

Провод электрический – это неизолированный или изолированный проводник электрического тока, состоящий из одного (одножильный провод) или нескольких (многожильный провод) проволок (чаще всего медных, алюминиевых или, значительно реже, стальных). Провода используют при сооружении линий электропередач (ЛЭП), изготовлении обмоток электрических машин, монтаже радиоаппаратуры, в устройствах связи и т.д.

Кабелем называют устройство, предназначенное для канализации электрической энергии и состоящее из одного или нескольких изолированных друг от друга проводников, заключенных в герметическую защитную оболочку из резины, пластмассы, алюминия или свинца. Кабель, имеющий поверх защитной оболочки покрытие (броню) из стальных лент, плоской или круглой проволоки (для защиты от механических повреждений), называется бронированным. Если защитные или броневые оболочки кабеля не пропитаны джутовой пропитанной пряжей, то такой кабель называют голым.

- защищенные и не защищенные.

Провода, имеющие поверх изоляции внешнюю защитную оболочку в ви­де х/б или металлической оплетки называются защищенными. Для прокладки воздушных линий применяют:

- алюминиевые;

- сталеалюминевые;

- стальные не изолированные провода.

Токоведущая часть провода - жила, может быть одно или многопрово­лочной.

Жилы проводов имеют стандартное сечение в мм:

0,5; 0,75; 1; 1,0; 1,5; 2,5; 4,6; 10; 16; 25; 35; 70;

95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 325; 800.

Разновидность провода -- шнур. Это провод с особо гибкими изолиро­ванными медными жилами. Сечением на более 1,5 мм² каждая. Их используют для присоединения к сети напряжением до 220 В бытовых электроприборов и изделий (чайники, утюги, телевизоры и т.д.).

Обмоточные провода - предназначены для изготовления обмоток электрических машин, аппаратов и различных приборов. По материалам, применяемым для изготовления токопроводящих жил, они делятся на: медные, алюминиевые и из сплавов сопротивления.

По видам изоляцию обмоточных проводов можно классифицировать следующим образом: эмалевая, волокнистая, эмалево – волокнистая, бумажная, пластмассовая, плёночная, стекловолокнистая, стеклоэмалевая, сплошная стеклянная.

Достоинства обмоточных проводов с эмалевой изоляцией:

1. Обладают малыми толщинами изоляции.

2. Хорошими физико-механическими и электроизоляционными характеристиками.

3. Нагревостойкостью

Провода с волокнистой изоляцией на основе хлопчатобумажной пряжи, натурального шёлка, а также синтетических волокон изготовляются, как правило, методом двухслойной обмотки токопроводящих жил.

Для волокнистой изоляции, которая имеет ТИ-105, характерны большая толщина изоляции и гигроскопичность, невысокая электрическая прочность, что ограничивает их использование без дополнительных покрытий, которыми, как правило, являются эмаль - лаки на масляной поливинилаусталевой, полиэфирной и других основах.

Обмоточные провода с волокнистой и эмалево-волокнистой изоляций используются, как правило, для намотки электрических машин, аппаратов и приборов в тех случаях, когда при изготовлении обмоток провод испытывает повышенные механические нагрузки и нет жестких ограничений по толщине изоляции.

Обмоточные провода с бумажной изоляцией относятся к ТИ-105 и выпускаются главным образом для изготовления обмоток масляных трансформаторов.

Обмоточные провода с пластмассовой изоляцией относятся к ТИ-105 и применяются в основном для изготовления обмоток наружных электродвигателей, которые работают в среде перекачиваемой жидкости при повышенных температурах и давлениях.

Обмоточные провода с пленочной изоляцией так же очень широко применяются для наружных проводов с пленочной изоляцией применяется для обмоток высоковольтных электрических машин. К их числу относятся прямоугольный провод марки ППЛБО, изоляция которого состоит из 3 слоев лавсановой пленки и одного слоя хлопчатобумажной пряжи.

Обмоточные провода со стекловолокнистой изоляцией получили очень широкое распространение ввиду высокой надежности, повышенной нагревостойкости, стойкости к токовым перегрузкам. Они применяются в основном для обмоток электродвигателей для кранов: морских судов и сухих трансформаторов. Выпускаются они с медными и алюминиевыми жилами как круглого, так и прямоугольного сечения.

Стеклоэмалевая изоляция обмоточных проводов в своей основе содержит систему SiO -PbO-B O , что позволяет данными проводами длительно работать при высоких температурах.

Для длительной эксплуатации при 400 С выпускаются обмоточные провода со стеклоэмалевой изоляцией марки ПЭЖБ. Для работы (500 С) выпускают провод с жилой из биметаллической проволоки серебро-никель, марка ПЭЖБ-700.

Обмоточные провода со сплошной стеклянной изоляцией получаются методом вытягивания тонкой металлической нити из разогретого токами высокой частоты прутка металла, находящегося в стеклянной трубке, и относится к классу микропроводов.

Установочные провода и шнуры применяются для неподвижных прокладок в силовых и осветительных установках. Они служат для распределения электрической энергии, а также для присоединения к сети электродвигателей, светильников и других потребителей тока. Токопроводящие жилы установочных проводов изготавливают из медной или алюминиевой проволоки. Жилы изолируют электроизоляционной резиной, полиэтиленом или полихлорвиниловым пластиком. Поверх изоляции накладывают защитный покров в виде оплетки из хлопчатобумажной или шелковой пряжи. У некоторых проводов защитный покров пропитывают противогнилостным составом. В отдельных конструкциях проводов наружную оплетку изготавливают из стальных оцинкованных проволок для защиты от легких механических воздействий.

Установочные провода предназначены для распределения электрической энергии в силовых и осветительных установках при неподвижной прокладке на открытом воздухе и внутри помещений, а также для электродвигателей и подключения промышленных и лабораторных переносных приборов и аппаратуры. Широкое применение проводов с полихлорвиниловой изоляцией обеспечила: высокая водостойкость, малостойкость и негорючесть полихлорвинила.

Монтажные провода применяются в основном короткими отрезками для неподвижной прокладки при внутри- и межблочных и соединениях приборов, аппаратов и других электрических и радиотехнических устройств. Для лучшего распознавания монтажных проводов их внешние изоляционные оболочки обычно окрашивают в различные цвета.

Монтажные провода общего применения выпускаются обычно с медными лужеными жилами с волокнистой, пластмассовой и комбинированной изоляцией в капроновой оболочке или без неё и предназначены для работы при переменном напряжении до 1000В в диапазоне температур от -50 до +70 С.

Нагревостойкие монтажные провода изготавливаются с применениями изоляции из сшитого полиэтилена, кремнийорганической резины, фторопластов, а также комбинаций стекловолокна с фторопластовой плёнкой, что позволяет их использовать в интервале температур от -60 до +250 С. Высоковольтные монтажные провода (ПВМП-2) с полиэтиленовой изоляцией используются при напряжениях 2;2,5 и 4 кВ при температурах от -60 до +85 С.

Наибольшей гибкостью обладают многопроволочные провода, жила которых состоит из большого числа тонких проволок. Монтажные провода выпускают с луженными медными жилами. Это облегчает подпайку проводов к различным частям электрических аппаратов и устройств.

Силовые кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии при напряжении промышленной частоты и постоянном напряжении и являются наиболее ответственными изделиями кабельной отрасли.

Основную классификацию силовых кабелей составляет значение номинального напряжения, при котором кабель может работать длительное время.

Силовые кабели предназначены для передачи по ним на расстояние электроэнергии, используемой для питания электрических установок. Они имеют одну или несколько изолированных жил, заключенных в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься соответствующий защитный покров и в необходимых случаях броня.

Силовые кабели состоят из следующих основных элементов: токопроводящих жил, изоляции, оболочек и защитных покровов. Помимо основных элементов в конструкцию силовых кабелей могут входить экраны, нулевые жилы, жилы защитного заземления и заполнители. (Рис. 1)

\

Рис. 1 - Сечения силовых кабелей.

а) - двужильные силовые кабели с круглыми и сегментными жилами;

б) - трехжильные силовые кабели с поясной изоляцией и с отдельными оболочками;

в) - четырехжильные силовые кабели с нулевой жилой секторной, круглой и треугольной формы
1 - токопроводящая жила

2 - нулевая жила

3 - изоляция жилы

4 - экран на токопроводящей жиле

5 - поясная изоляция

6 - заполнитель

7 - экран на изоляции жилы

8 - оболочка

9 - бронепокров

10 - наружный защитный покров.
Основу классификации силовых кабелей составляет значение номинального напряжения, при котором кабель может работать длительное время. В соответствии с данной классификацией группу кабелей низкого напряжения составляют кабели, предназначенные для работы в электрических сетях с изолированной и заземленной нейтралью переменного напряжения 1, 3, 6, 10, 20 и 35 кВ, частотой 50 Гц, а также в сетях постоянного напряжения (одно- и двухжильные кабели).

Силовые кабели низкого напряжения выпускаются с бумажной пропитанной, резиновой и пластмассовой изоляцией в одно– двух–, трех– и четырехжильном исполнении. Одно– и трехжильные кабели предназначены для работы в сетях с напряжением 1–35 кВ, а двух– и четырехжильные – с напряжением до 1 кВ. Четвертая жила в кабеле является заземляющей или зануляющей, и поэтому ее сечение, как правило, меньше сечения основных жил. Жилы кабелей низкого напряжения изготовляются из меди и алюминия однопроволочные либо многопроволочные уплотненного типа.

Применение скрученных из отдельных проволок жил силовых кабелей позволяет сохранить их гибкость при больших сечениях.

Система маркировки силовых кабелей отличается достаточной простотой и однозначностью. Согласно этой системе, медные токопроводящие жилы в маркировке кабелей не обозначаются специальной буквой. Наличие алюминиевой жилы обозначается буквой А, которая ставится в начале марки кабеля. Следующая за ней буква указывает на материал изоляции кабеля: П – полиэтилен, В – поливинилхлоридный пластикат, Р – резина, Пс – самозатухающий полиэтилен, Пв – вулканизированный полиэтилен.

Бумажная пропитанная изоляция не имеет буквенного обозначения. Третья буква марки кабеля обозначает тип защитной оболочки: А– алюминиевая, С – свинцовая, П – полиэтиленовая, В– поливинилхлоридная, Р – резиновая, НР – оболочка из резины, не поддерживающей горения. Последние буквы обозначают тип защитного покрытия: Б – броня из двух стальных оцинкованных лет с антикоррозионным защитным покровом, Бн – то же, но не с горючим защитным покровом, Г – отсутствие защитных покровов поверх брони или оболочки, К – броня из круглых стальных оцинкованных проволок с защитным покровом, П – броня из плоских стальных оцинкованных проволок с защитным покровом, Бб – броня из профилированной стальной ленты, Шв (Шп ) – защитный покров из выпрессованного шланга из поливинилхлоридного пластиката (полиэтилена).

Силовые кабели с поясной изоляцией выпускаются трехжильного типа с секторными жилами из меди или алюминия в диапазоне сечений 6–240 мм². В качестве изоляции в них используется кабельная бумага.

На напряжения 20 и 35 кВ изготовляются кабели либо в одножильном исполнении в свинцовой и алюминиевой оболочке с сечением жил 120–300 мм², либо в трехжильном исполнении, при котором кабель скручивается из трех круглых изолированных бумажной пропитанной изоляцией жил, каждая из которых имеет свинцовую оболочку.

Для передачи электроэнергии переменным током при напряжениях выше 35 до 500 кВ и выше применяют маслонаполненные и газонапол­ненные кабели. В маслонаполненных кабелях, пропитанных жидким минеральным маслом, предусмотрены каналы для выхода масла при нагревании в специально закрытые резервуары, при остывании масло из этих резервуаров вновь поступает в кабель. Газонаполненные ка­бели имеют изоляцию из бумаги и заполнены нейтральным газом (азотом и др.) под давлением 0,1—0,3 МПа и более, не оказывающим вредного действия на изоляцию. Свинцовая оболочка кабеля укреп­лена снаружи стальными или латунными лентами.

Рис.2. Маслонаполненный кабель высокого давления в стальном трубопроводе.

1-одножильный кабель

2-масло

3-стальной трубопровод

4-антикоррозионный покров
В маслонаполненных кабелях отечественного производства масло, пропитывающее изоляцию жил кабеля, находится под избыточным давлением (0,3—1,6МПа). Применение кабелей высокого давления наиболее целесообразно при напряжении 220—500 кВ на прямых трассах.

Силовые кабели:

1.Низкого напряжения: 2. Высокого напряжения:

а) с бумажной пропитанной изоляцией 1) с пластмассовой изоляцией

-двужильный 2) с бумажной пропитанной

-одножильный изоляцией

б) с пластмассовой изоляцией 3) маслонаполненные и

-двужильный газонаполненные

-трехжильный - низкого давления

в) с резиновой изоляцией - высокого давления

-трехжильный

-четырехжильный

Силовой электрический кабель общего применения с пропитанной бумажной изоляцией состоит из токоведущих жил (из меди или алюминия) круглой или сеглянтной формы жильной изоляции из бумаги. Бумажная изоляция пропитана маслоканифольным составом заполнителей из жгутов сульфатной бумаги, которая проложена между жилами; поясной изоляцией из бумаги герметизирующей оболочки из свинца или алюминия; двухслойного битумного состава, между слоями кабельной пряжи, пропитанной противогнилостным составом. Кабели покрыты бронею из стальных лент, у некоторых марок кабелей из плоских или круглых стальных оцинкованных проволок, покрытых битумным составом; кабельного покрова из пропитанного джута (пряжи), покрытый сверху слоем мела.

Бумажная пропитанная изоляция имеет большую гигроскопичность, значит, при её использовании необходимо применять металлические оболочки (свинцовые или алюминиевые), которые защищают от механических повреждений и коррозии специальными покрытиями. Недостатком силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией является ограничение при прокладке на местности с большим перепадом высот, так как в этом случае пропиточный состав постепенно стекает в нижнюю часть трассы, что приводит к повышению давления в кабеле и может вызвать повреждение оболочки. Одновременно верхний участок кабеля лишается значительной части пропиточного состава, что приводит к образованию пустот и, следовательно, к уменьшению электрической прочности кабеля. В местностях с большим перепадом высот применяется кабель марки ЦСБ, бумажная изоляция которого пропитывается нестекающими пропиточными составами на основе синтетического церезина, обладающими большой вязкостью при рабочей температуре кабеля, хорошей адгезией к жиле и достаточно высокими электроизоляционными свойствами, что позволяет использовать их в сетях с напряжением до 10 кВ.

Силовые кабели с пластмассовой изоляцией предназначены для неподвижной прокладки и могут эксплуатироваться в электрических сетях переменного напряжения 1-35 кВ. Это наиболее перспективный тип кабелей, поскольку они достаточно просты в изготовлении, удобны при монтаже и эксплуатации. Они изготовляются в одно- и многожильном исполнении с медными и алюминиевыми токоведущими жилами круглой или секторной формы в диапазоне сечений 1,5-240мм (таблица 6). Для кабеля на напряжение 1-10 кВ может использоваться как поливинилхлоридная, так и полиэтиленовая изоляция. Кабели на напряжение 35 кВ имеют только полиэтиленовую изоляцию, которая обеспечивает более высокие электроизоляционные характеристики.