intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Giáo trình Vật liệu điện - Lưu Hồng Quân

Chia sẻ: Phạm Dung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:56

Thêm vào BST
Báo xấu
243
lượt xem 78
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Vật liệu điện giới thiệu các nội dung về: tổng quan về vật liệu điện, vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu từ, vật liệu bán dẫn. Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vật liệu điện - Lưu Hồng Quân

  1. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn BAØI 1 TOÅNG QUAN VEÀ VAÄT LIEÄU ÑIEÄN I. Moät soá khaùi nieäm vaø ñònh nghóa veà vaät lieäu kó thuaät ñieän 1. Nguyeân lieäu Nguyeân lieäu laø nhöõng saûn phaåm ñöôïc laáy töø noâng nghieäp hoaëc töø coâng nghieäp khai thaùc töø trong thieân nhieân maø chöa qua cheá bieán 2. Vaät lieäu Vaät lieäu laø nguyeân lieäu ñaõ qua cheá bieán nguyeân lieäu ñeå trôû thaønh vaät tö cho töøng ngaønh ñöôïc cheá bieán thaønh phaåm Ví duï: Loõi theùp maùy bieán aùp. Daây daãn ñieän. Gaïch ñaù… 3. Nhieân lieäu Nhieân lieäu laø vaät lieäu ñöôïc loïc töø nguyeân lieäu daàu moû. 4. Vaät lieäu kó thuaät ñieän Vaät lieäu kó thuaät ñieän hay coøn goïi ñôn giaûn laø vaät lieäu ñieän: ñöôïc duøng ñeå cheá taïo vaø söûa chöõa thieát bò ñieän töø nhöõng saûn phaåm ñaõ qua cheá bieán töø nguyeân lieäu. Ví duï: Laù theùp kó thuaät ñieän. Daây quaán ñoäng cô. Giaáy caùch ñieän… Trong ngaønh ñieän ngöôøi ta söû duïng nhieàu loaïi vaät lieäu ñieän nhö: vaät lieäu daãn ñieän, vaät lieäu baùn daãn, vaät lieäu caùch ñieän, vaät lieäu daãn töø… Moãi loaïi vaät lieäu coù tính chaát vaø ñaëc tính khaùc nhau cuõng nhö coù caùc yeáu toá aûnh höôûng khaùc nhau neân ñöôïc öùng duïng trong nhöõng tröôøng hôïp khaùc nhau trong ngaønh ñieän. II. Caáu taïo cuûa vaät lieäu Ñeå thaáy ñöôïc baûn chaát daãn ñieän vaø caùch ñieän cuûa vaät lieäu, chuùng ta caàn coù khaùi nieäm veà caáu taïo vaät lieäu cuõng nhö söï hình thaønh caùc phaàn töû mang ñieän trong vaät lieäu. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 1
  2. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn 1. Caáu taïo nguyeân töû Moïi vaät lieäu (vaät chaát) ñöôïc caáu taïo töø nguyeân töû vaø phaân töû. Nguyeân töû laø phaàn töû cô baûn cuûa vaät chaát. Theo moâ hình nguyeân töû cuûa Bor, nguyeân töû ñöôïc caáu taïo bôûi haït nhaân mang ñieän tích aâm chuyeån ñoäng xung quanh haït nhaân theo quyû ñaïo nhaát ñònh. Haït nhaân nguyeân töû ñöôïc taïo neân töø caùc haït proâton vaø nôtron: nôtron laø caùc haït khoâng mang ñieän tích, coøn proâton coù ñieän tích döông vôùi soá löôïng baèng Z.q. Z: soá löôïng ñieän töû cuûa nguyeân töû ñoàng thôøi cuõng laø soá thöù töï cuûa nguyeân toá nguyeân töû ñoù trong baûng tuaàn hoaøn cuûa Menñeâleâeùp. q: ñieän tích cuûa ñieän töû e (qe=1,601.10-19 culoâng) Proâton (p) coù khoái löôïng baèng 1,67.10-27kg Electron (e) coù khoái löôïng baèng 9,1.10-31kg ÔÛ traïng thaùi bình thöôøng nguyeân töû ñöôïc trung hoaø veà ñieän, töùc laø trong nguyeân töû coù toång caùc ñieän tích döông cuûa haït nhaân baèng toång caùc ñieän tích aâm cuûa caùc ñieän töû. Neáu vì moät lyù do naøo ñoù nguyeân töû maát ñi moät hay nhieàu ñieän töû thì seõ trôû thaønh ñieän tích döông, ta thöôøng goïi laø ioân döông. Ngöôïc laïi neáu nguyeân töû trung hoaø nhaän theâm ñieän töû thì trôû thaønh ioân aâm. Ta xeùt naêng löôïng cuûa ñieän tích cuûa nguyeân töû Hydroâ coù 1 proâton vaø 1 ñieän tích. Khi ñieän töû chuyeån ñoäng treân quyû ñaïo troøn baùn kính r xung quanh haït nhaân thì ñieän töû seõ chòu löïc huùt cuûa haït nhaân f1 vaø ñöôïc xaùc ñònh bôûi coâng thöùc sau: Löïc huùt f1 seõ taïo löïc ly taâm cuûa chuyeån ñoäng f2 m: khoái löôïng cuûa ñieän töû v: laø toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa ñieän töû Ta coù f1 = f2 Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 2
  3. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Trong quaù trình chuyeån ñoäng ñieän töû coù moät ñoäng naêng: vaø moät theá naêng: Neân naêng löôïng cuûa ñieän töû seõ baèng: W= T + U Naêng löôïng toái thieåu cung caáp cho ñieän töû ñeå ñieän töû taùch ra khoûi nguyeân töû trôû thaønh ñieän töû töï do ngöôøi ta goïi laø naêng löôïng ioân hoaù (Wi). Khi bò ioân hoaù (bò maát ñieän töû), nguyeân töû trôû thaønh ioân döông. Quaù trình bieán nguyeân töû trung hoaø thaønh ioân döông vaø ñieän töû töï do goïi laø quaù trình ioân hoaù. Trong moät nguyeân töû, naêng löôïng ioân hoaù cuûa caùc lôùp ñieän töû khaùc nhau cuõng khaùc nhau, caùc ñieän töû hoaù trò ngoaøi cuøng coù möùc naêng löôïng ioân hoaù thaáp nhaát vì chuùng caùch xa haït nhaân. Khi ñieän töû nhaän ñöôïc naêng löôïng nhoû hôn naêng löôïng ioân hoaù chuùng seõ bò kích thích vaø coù theå di chuyeån töø möùc naêng löôïng naøy sang möùc naêng löôïng khaùc, song chuùng luoân coù xu theá trôû veà vò trí cuûa traïng thaùi ban ñaàu. Phaàn naêng löôïng cung caáp ñeå kích thích nguyeân töû seõ ñöôïc traû laïi döôùi daïng naêng löôïng quang naêng. Trong thöïc teá, naêng löôïng ioân hoaù vaø naêng löôïng kích thích nguyeân töû coù theå nhaän ñöôïc töø nhieàu nguoàn naêng löôïng khaùc nhau nhö nhieät naêng, quang naêng, ñieän naêng… 2. Caáu taïo phaân töû Phaân töû ñöôïc caáu taïo neân töø nhöõng nguyeân töû thoâng qua caùc lieân keát phaân töû. Trong vaät chaát toàn taïi boán loaïi lieân keát: Lieân keát ñoàng hoaù trò Lieân keát ñoàng hoaù trò laø lieân keát ñöôïc ñaëc tröng bôûi söï duøng chung nhöõng ñieän töû cuûa caùc nguyeân toá trong phaân töû. Khi ñoù maät ñoä ñaùm maây ñieän töû giöõa caùc haït nhaân trôû thaønh baõo hoaø, lieân keát phaân töû beàn vöõng. Ví duï: trong phaân töû clo (Cl2) goàm 2 nguyeân töû clo, moãi nguyeân töû coù 17 ñieän töû, trong ñoù 7 ñieän töû hoaù trò ôû lôùp ngoaøi cuøng. Hai nguyeân töû naøy lieân keát beàn vöõng vôùi nhau baèng caùch söû duïng chung 2 ñieän töû, lôùp voû ngoaøi cuøng cuûa moãi nguyeân töû ñöôïc boå sung theâm moät ñieän töû cuûa nguyeân töû kia. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 3
  4. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Ngoaøi ra cuõng tuøy thuoäc vaøo caáu truùc ñoái xöùng hay khoâng ñoái xöùng maø phaân töû lieân keát ñoàng hoaù trò coù theå trung tính hay cöïc tính (löôõng cöïc). Phaân töû coù troïng taâm cuûa caùc ñieän tích döông vaø aâm truøng nhau laø phaân töû trung tính. Phaân töû coù troïng taâm cuûa caùc ñieän tích döông vaø aâm khoâng truøng nhau (coù 1 khoaûng caùch) goïi laø phaân töû cöïc tính hay löôõng cöïc. Lieân keát ion Lieân keát ion ñöôïc xaùc laäp bôûi löïc huùt giöõa caùc ion döông vaø caùc ion aâm trong phaân töû. Lieân keát ion laø lieân keát khaù beàn vöõng . Do vaäy, vaät raén coù caáu taïo ion ñaëc tröng bôûi ñoä beàn cô hoïc vaø nhieät ñoä noùng chaûy cao. Ví duï nhö tinh theå ion laø caùc muoái halogen cuûa kim loaïi kieàm. Khaû naêng taïo neân moät chaát hoaëc moät hôïp chaát maïng khoâng gian naøo ñoù phuï thuoäc chuû yeáu vaøo kích thöôùc nguyeân töû vaø hình daùng lôùp ñieän töû hoaù trò ngoaøi cuøng. Lieân keát kim loaïi Daïng lieân keát naøy taïo neân caùc tinh theå vaät raén. Kim loaïi ñöôïc xem nhö laø moät heä thoáng caáu taïo töø caùc ioân döông naèm trong moâi tröôøng caùc ñieän töû töï do. Löïc huùt giöõa caùc ioân döông vaø caùc ñieän töû taïo neân tính nguyeân khoái kim loaïi. Chính vì vaäy lieân keát kim loaïi laø lieân keát beàn vöõng, kim loaïi coù ñoä beàn vöõng cô hoïc vaø nhieät ñoä noùng chaûy cao. Löïc huùt giöõa caùc ion döông vaø caùc ñieän töû ñaõ taïo neân tính nguyeân khoái cuûa kim loaïi. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 4
  5. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Söï toàn taïi caùc ñieän töû töï do laøm cho kim loaïi coù tính aùnh kim vaø tính daãn ñieän, daãn nhieät cao. Tính deûo cuûa kim loaïi ñöôïc giaûi thích bôûi söï dòch chuyeån vaø tröôït treân nhau giöõa caùc lôùp ion, cho neân kim loaïi deã caùn, keùo thaønh lôùp moûng. Lieân keát Vandec - Vanx Lieân keát naøy laø daïng lieân keát yeáu, caáu truùc maïng tinh theå phaân töû khoâng vöõng chaéc. Do vaäy, nhöõng lieân keát Vandec–Vanx coù nhieät ñoä noùng chaûy vaø ñoä beàn cô thaáp nhö parafin. III. Phaân loaïi vaät lieäu ñieän 1. Phaân loaïi theo khaû naêng daãn ñieän Vaät lieäu caùch ñieän (ñieän moâi) Laø chaát coù vuøng caám lôùn ñeán möùc ôû ñieàu kieän bình thöôøng söï daãn ñieän baèng ñieän töû khoâng xaûy ra. Caùc ñieän töû hoaù trò tuy ñöôïc cung caáp theâm naêng löôïng cuûa chuyeån ñoäng nhieät vaãn khoâng theå di chuyeån tôùi vuøng töï do ñeå tham gia doøng ñieän daãn. Chieàu roäng cuûa vuøng caám ñieän moâi naèm trong khoaûng töø 1,5 ñeán vaøi ñieän töû voân (eV). Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 5
  6. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Vaät lieäu baùn daãn Laø chaát coù vuøng caám heïp hôn so vôùi ñieän moâi, vuøng naøy coù theå thay ñoåi nhôø taùc ñoäng beân ngoaøi. Chieàu roäng vuøng caám beù W= 0,2 – 1,5eV Do ñoù ôû nhieät ñoä bình thöôøng moät soá ñieän töû hoaù trò ôû trong vuøng ñaày ñöôïc tieáp söùc chuyeån ñoäng nhieät coù theå di chuyeån tôùi vuøng töï do ñeå tham gia doøng ñieän daãn Vaät lieäu daãn ñieän (vaät daãn) Laø chaát coù vuøng töï do naèm saùt vôùi vuøng ñaày thaäm chí coù theå naèm choàng leân vuøng ñaày ( W< 0,2eV). Vaät daãn ñieän coù soá löôïng ñieän töû töï do raát lôùn ôû nhieät ñoä bình thöôøng caùc ñieän töû hoaù trò trong vuøng ñaày coù theå chuyeån sang vuøng töï do raát deã daøng, döôùi taùc duïng cuûa löïc ñieän tröôøng caùc ñieän töû naøy tham gia vaøo doøng ñieän daãn. Chính vì vaäy vaät daãn coù tính daãn ñieän toát. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 6
  7. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn 2. Phaân loaïi theo töø tính Coù 3 loaïi nhö sau: Nghòch töø: laø nhöõng chaát coù ñoä töï thaåm μ 1 vaø phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä töø tröôøng beân ngoaøi. Loaïi naøy goàm coù: saét, niken, coban, vaø caùc hôïp kim cuûa chuùng, hôïp kim crom vaø mangan, pherit coù caùc thaønh phaàn khaùc nhau. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 7
  8. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn BAØI 2 VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN I. Khaùi nieäm chung Vaät lieäu daãn ñieän laø vaät chaát maø ôû traïng thaùi bình thöôøng noù coù theå chuyeån taûi ñieän naêng tôùi caùc thieát bò ñieän vaø khi ñaët noù trong töø tröôøng hoaëc kích thích bôûi naêng löôïng töø beân ngoaøi noù seõ taïo ra moät doøng ñieän. Vaät lieäu daãn ñieän coù theå laø nhöõng vaät raén, loûng vaø trong nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh coù theå laø chaát khí. Vaät lieäu daãn ñieän ôû theå raén laø caùc kim loaïi vaø caùc hôïp kim. Giaûi thích hieän töôïng daãn ñieän baèng thuyeát ñieän töû Theo thuyeát ñieän töû vaät theå caáu taïo bôûi caùc nguyeân töû trong nguyeân töû coù caùc haït nhaân ôû giöõa trong nhaân coù 2 haït: proton (+, p) vaø nôtron (0, n). Ngoaøi haït nhaân coù caùc ñieän töû töï do mang ñieän tích aâm electron (- , e). Soá löôïng nhieàu hay ít tuøy thuoäc vaøo nguyeân töû, electron luoân quay haït nhaân theo quyû ñaïo elíp. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 8
  9. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn ÔÛ traïng thaùi bình thöôøng trung hoaø veà ñieän thì p vaø e baèng nhau, khi bò kích thích bôûi naêng löôïng ngoaøi thì soá ñieän töû e moät phía rôøi boû nguyeân töû cuûa mình ñeán nhaäp vaøo nguyeân töû khaùc ôû phía khaùc. Nguyeân töû maát e thì coù tính döông lôùn hôn tính aâm neân trôû thaønh nguyeân töû tính ñieän döông vaø taïo ra mieàn döông. Coøn nguyeân töû ñöôïc e thì tính aâm lôùn hôn tính döông neân trôû thaønh mieàn aâm. Vaäy neáu vaät chaát ñaët döôùi söï taùc duïng cuûa moät naêng löôïng beân ngoaøi seõ taïo ra 2 mieàn ion aâm vaø döông, ñoù laø hieäu ñieän theá cuûa nguoàn ñieän. Neáu vaät chaát ñaët trong 1 ñieän tröôøng vaø ñöôïc noái baèng moät daây daãn thì caùc e seõ tôùi taáp ñaåy veà moät phía neân vaät daãn ñieän. Tuy nhieân coù moät soá vaät chaát ôû ñieàu kieän bình thöôøng coù raát ít ñieän töû e, hôn nöõa e thöôøng gaén boù chaët cheõ vaøo nhaèm raát khoù rôøi sang nguyeân töû khaùc, neân noù daãn ñieän coù ñieàu kieän. II. Phaân loaïi vaät lieäu daãn ñieän Loaïi 1: vaät lieäu daãn ñieän ôû theå raén, chuû yeáu laø caùc kim loaïi (Cu, Al, Zn…) vaø hôïp kim (hôïp kim ñoàng, hôïp kim nhoâm…) tröø thuyû ngaân ôû theå loûng. Loaïi 2: vaät lieäu daãn ñieän ôû theå loûng, chuû yeáu laø caùc chaát ñieän phaân, nhö caùc dung dòch xít, dung dòch kieàm, dung dòch muoái… Loaïi 3: vaät lieäu daãn ñieän ôû theå khí, töùc laø caùc khí ôû ñieän tröôøng lôùn taïo neân ion hoaù, nhö chaát khí trong boùng ñeøn ñieän huyønh quang, haøn ñieän… III. Caùc thoâng soá cuûa vaät daãn ñieän vaø caùc ñaëc ñieåm chung 1. Caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa vaät lieäu daãn ñieän Ñieän trôû suaát: laø ñieän trôû daây daãn coù chieàu daøi 1m (hay 1km…), tieát dieän 1mm2 ôû nhieät ñoä 200C. Thoâng thöôøng khi tính thoâng soá kyõ thuaät cuûa vaät lieäu ngöôøi ta thöôøng laáy nhieät ñoä chuaån ôû 200C vì ôû nhieät ñoä naøy vaät chaát ít bò bieán ñoåi nhaát. Ví duï: pAg = 0,016 Ωmm2/m =16Ωmm2/km pCu = 0,018 Ωmm2/m =18Ωmm2/km pAu = 0,022 Ωmm2/m =22Ωmm2/km pAl = 0,026 Ωmm2/m =26Ωmm2/km Töùc 1 m (hay 1 km), coù tieát dieän laø 1mm2 thì Al coù ñieän trôû laø 0,026Ω Ñieän daãn suaát: laø nghòch ñaûo cuûa ñieän trôû suaát noùi leân khaû naêng daãn ñieän cuûa moät ñôn vò daây daãn. Ñieän trôû cuûa daây daãn: thöôøng ñöôïc tính trong 2 tröôøng hôïp Tröôøng hôïp daây daãn chöa coù doøng ñieän ñi qua thì ñieän trôû naøy goïi laø ñieän trôû trong daây daãn vaø ñöôïc tính theo coâng thöùc nhö sau: Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 9
  10. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Ví duï: 1km daây ñoàng, tieát dieän 20mm2 coù ñieän trôû laø: R = 0,018.1000/20 = 18.1/20=0,9Ω Tröôøng hôïp khi daây daãn coù doøng ñieän chaïy qua, khi ñoù ta tính ñieän trôû baèng ñònh luaät ohm Ñieän daãn laø nghòch ñaûo cuûa ñieän trôû noùi leân khaû naêng daãn ñieän cuûa vaät lieäu, ñöôïc kí hieäu laø G hay Y 2. Ñaëc ñieåm chung ÔÛ nhieät ñoä 00K (hay -2730C) ñieän trôû cuûa kim loaïi giaûm ñoät ngoät theå hieän hieän töôïng sieâu daãn, noù coù ñieän trôû gaàn baèng khoâng. Ñieän trôû cuûa kim loaïi vaø hôïp kim taêng theo nhieät ñoä. Tuy nhieân coù 1 soá dung dòch ñieän phaân vaø caùc bon seõ giaûm theo nhieät ñoä. Khi nung noùng hoaëc noùng chaûy ñieän trôû cuûa kim loaïi taêng leân nhieàu, tuy nhieân moät soá kim loaïi coù ñieän trôû khoâng taêng nhö: gali, caùc bon, angtigon… Khi keo, neùn, taùc duïng cuûa aùnh saùng hay aûnh höôûng cuûa töø tröôøng… thì ñieän trôû suaát cuûa cuûa vaät lieäu daãn ñieän cuõng bò thay ñoåi. Khi tieáp xuùc hai kim loaïi khaùc nhau thì giöõa chuùng sinh ra moät hieäu ñieän theá, ñaây chính laø hieän töôïng aên moøn ñieän hoaù ôû ñieåm noái. Ngöôøi ta öùng duïng noù phaùt ra nguoàn ñieän khi nung noùng nôi tieáp giaùp, nhöng thöôøng trong moät maïch ñieän khoâng ñöôïc noái giöõa 2 kim loaïi khaùc nhau, hieän töôïng naøy goïi laø hieän töôïng ngaãu nhieät. IV. Moät soá tính chaát kim loai vaø hôïp kim Ñeå cheá taïo ra thieát bò ñieän ngöôøi ta thöôøng söû duïng caùc kim loaïi vaø hôïp kim. Coù theå chia kim loaïi vaø hôïp kim ra goàm hai loaïi: loaïi ñen (goàm caùc kim loaïi nhö gang, theùp, saét…) vaø loaïi maøu (goàm vaøng, baïc, ñoàng, nhoâm…). Nhöng trong thöïc teá hôïp kim cuûa kim loaïi vaãn ñöôïc söû duïng nhieàu hôn kim loaïi nguyeân chaát, bôûi vì: ÔÛ nhieät ñoä cao thì ñoä daãn ñieän, ñoä beàn vaø ñoä cöùng ñeàu giaûm. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 10
  11. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Ñoä giaûn nôû nhieät ñoä cuûa lim loaïi lôùn neân khoâng theå duøng cho thieát bò coù nguyeân toá chính xaùc. Tính coâng ngheä keùm: khoù keùo, khoù gia coâng. Ví duï: trong thöïc teá ngöôøi ta duøng Fe keát hôïp vôùi C vaø moät soá nguyeân toá khaùc ñeå taïo thaønh gang (cöùng, chòu maøi moøn cao…) hay theùp (cöùng, chòu uoán neùn…). Moät soá tính chaát chung cuûa kim loaïi vaø hôïp kim 1. Tính chaát lí hoïc Daãn ñieän toát, theo thöù töï: baïc, ñoàng, vaøng, nhoâm… Daãn nhieät toát, theo thöù töï: baïc, ñoàng, vaøng, nhoâm… Giaûn nôû do nhieät toát: noùng nôû, laïnh co… Coù maøu saùng: vaøng (maøu vaøng), baïc (maøu baïc), nhoâm (maøu traéng), thieát (maøu traéng baïc)... Khoù bò aên moøn bôûi khoâng khí, nöôùc… ôû nhieät ñoä bình thöôøng. Coù ñoä saùng toát. Deã gia coâng. Coù tyû khoái vaø nhieät ñoä noùng chaûy cuõng nhö ñieän trôû suaát khaùc nhau cuûa moãi kim loaïi. Tính nhieãm töø toát: coù khaû naêng nhieãm töø khi ñaët vaøo trong töø tröôøng nhöng chæ coù Fe, hôïp kim cuûa Fe, coban vaø niken. 2. Tính chaát cô hoïc Deûo, deã daùt moûng, deã keùo sôïi, gia coâng deã daøng… 3. Tính coâng ngheä Deã caét, goït, ñuùc, reøn…nhieät luyeän ñeå taêng cöôøng tính chaát cuûa chuùng. 4. Tính chaát hoaù hoïc Taùc duïng vôùi oxy taïo thaønh oxít kim loaïi (taïo lôùp oxít ñeå baûo veä cho kim loaïi beân trong. Taùc duïng vôùi axít. Taùc duïng vôùi muoái. V. Moät soá kim loaïi vaø hôïp kim thoâng duïng 1. Ñoàng (Cu) Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 11
  12. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Ñoàng coù moät soá ñaëc ñieåm nhö sau: Ñieän trôû suaát nhoû: pCu = 0,018 Ωmm2/m =18Ωmm2/km (nhöng lôùn hôn baïc). Hoaù trò: 2 Khoái löôïng rieâng: 8,98 g/cm3 Nhieät ñoä noùng chaûy: 10840C Nhieät ñoä soâi: 25620C Nheï, deã daùt moûng, deã gia coâng, deã bieán daïng khi va chaïm. Haøn gaén deã daøng. Tieáp xuùc moâi tröôøng khí taïo neân lôùp oxit ñoàng boïc beân ngoaøi ñeå baûo veä. Tan trong dung dòch kieàm, bò ñieän hoaù trong khoâng khí aåm… ÖÙng duïng: Ñoàng tinh khieát: coù maøu ñoû nhaït, saùng daãn ñieän vaø nhieät toát, deã gia coâng keùo sôïi neân ñöôïc söû duïng laøm daây daãn ñieän. Ñoàng thanh: laø ñoàng tinh khieát keát hôïp vôùi 1 löôïng nhoû thieát, keõm, silic, phoátpho, beri, croâm, magieâ, cañmi… Ñoàng thanh coù ñieän trôû suaát lôùn hôn ñoàng tinh khieát choáng aên moøn toát, ñaøn hoài toát, chòu beàn nhieät, chòu beàn löïc… Neân chuû yeáu söû duïng laøm coå goùp ñieän, choåi than, loø xo daãn ñieän trong caùc cô caáu ño löôøng… Ñoàng thau: laø ñoàng tinh khieát keát hôïp vôùi 1 soá chaát nhö treân nhöng vôùi soá löôïng ít hôn (chuû yeáu laø keõm ít hôn). Ñoàng thau beàn, dai, cöùng… Neân thöôøng duøng laøm moät soá chi tieát daãn ñieän nhö: ñuoâi ñeøn, caàu chì, ñai oác, caùc thanh caùi daãn ñieän… Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 12
  13. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn 2. Nhoâm (Al) Sau ñoàng, nhoâm laø vaät lieäu quan troïng thöù hai ñöôïc söû duïng trong kyõ thuaät ñieän, nhoâm coù ñieän daãn suaát cao (sau ñoàng vaø baïc). Nhoâm coù moät soá ñaëc ñieåm nhö sau: Ñieän trôû suaát nhoû: pAl = 0,026 Ωmm2/m =26Ωmm2/km. Hoaù trò: 3 Khoái löôïng rieâng: 2,79 g/cm3 Nhieät ñoä noùng chaûy: 6600C Nhieät ñoä soâi: 25190C Maøu traéng. Nheï, deã daùt moûng, deã gia coâng, deã bieán daïng khi va chaïm. Tieáp xuùc moâi tröôøng khí taïo neân lôùp oxit ñoàng boïc beân ngoaøi ñeå baûo veä. Tan trong dung dòch kieàm (khoâng tan trong nöôùc), bò ñieän hoaù trong khoâng khí aåm coù khí caùcbonít, amoniac… ÖÙng duïng: Laøm daây daãn ñieän, ñeå taêng ñoä cöùng vaø chaéc ngöôøi ta duøng hôïp kim nhoâm, hay ngöôøi ta duøng daây nhoâm boïc theùp… Laøm caùc chi tieát maùy, khí cuï ñieän, thanh ngaén maïch (roâto loàng soùc), tuï ñieän, ñaàu moái noái (deã noái, toaû nhieät toát). Laøm hôïp kim ñuy–ra: nheï, cöùng… Moät soá cô caáu ño do nheï: maët thang ño cuûa caùc ñoàng hoà ño löôøng. So saùnh vôùi ñoàng: Nhöôïc ñieåm: Khoù haøn hôn. Cuøng moät ñoä daøi, cuøng moät tieát dieän thì ñieän trôû cuûa nhoâm gaáp 1,63 laàn so vôùi ñoàng. Khi nhoâm ñoàng tieáp xuùc nhau, neáu bò aåm seõ taïo thaønh pin cuïc boä coù trò soá suaát ñieän ñoäng khaù cao, doøng ñieän ñi töø daây nhoâm sang daây ñoàng phaù huyû moái tieáp xuùc raát nhanh. Öu ñieåm: Giaù thaønh thaáp. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 13
  14. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Troïng löôïng nheï neân thöôøng duøng ñeå cheá taïo daây daãn trong truyeàn taûi treân khoâng ñeå giaûm ñöôïc hieän töôïng phoùng vaàng quang vì coù ñöôøng kính daây lôùn (daây nhoâm boïc theùp). 3. Saét (Fe) Saét coù moät soá ñaëc ñieåm nhö sau: Ñieän trôû suaát: pFe = 0,13 Ωmm2/m =130Ωmm2/km. Hoaù trò: 2, 3 Khoái löôïng rieâng: 7,86 g/cm3 Naëngï, khoù daùt moûng, khoù gia coâng, khoù bieán daïng hôn so vôùi ñoàng vaø nhoâm. Tieáp xuùc moâi tröôøng khí taïo neân lôùp oxit saét boïc beân ngoaøi deã taïo thaønh gæ. Theùp (saét coâng nghieäp) laø kim loaïi reû tieàn vaø deã kieám, noù coù ñoä beà cô cao, do ñoù noù cuõng ñöôïc chuù yù laøm vaät daãn. Nhöng chuùng coù ñieän trôû suaát töông ñoái lôùn hôn raát nhieàu so vôùi ñoàng hoaëc nhoâm, coøn saét coù laãn taïp chaát thì ñieän trôû suaát lôùn hôn so vôùi saét tinh khieát. Doøng ñieän xoay chieàu trong theùp seõ gaây ra hieäu öùng beà maët ñaùng keå, vì vaäy ñieän trôû daây theùp ñoái vôùi doøng xoay chieàu cao hôn ñieän trôû cuûa noù ñoái vôùi doøng moät chieàu. Ngoaøi ra doøng ñieän xoay chieàu trong theùp coøn gaây ra toån thaát töø treå. ÖÙng duïng: Cheá taïo gang: laø hôïp kim cuûa saét (saét, caùc bon, si líc, man gan, phoát pho, löu huyønh…). Trong ñoù caùc bon töø 2 ñeán 6%. Gang coù ñoä cöùng cao, gioøn, naëng hôn saét… Thöôøng duøng ñeå choáng aên moøn, laøm voû, thaân ñoäng cô… Cheá taïo theùp: coù thaønh phaàn gioáng gang nhöng tyû leä caùc bon thaáp hôn. Theùp coù ñoä ñaøn hoài cao, beàn dai… Thöôøng duøng laøm loø xo, truïc maùy, coät ñieän, noài hôi, keát hôïp vôùi daây ñoàng hay daây nhoâm trong daãn ñieän (nhaèm taêng ñoä beàn cô) – hôïp kim. Cheá taïo hôïp kim theùp choáng gæ. Laøm theùp kyõ thuaät ñieä: laøm maïch töø trong maùy bieán aùp… Laøm thanh daãn: ñöôøng ray taøu ñieän, ñöôøng saét chaïy ñieän, taøu ñieän ngaàm… 4. Vonfram (W) Vonfram coù moät soá ñaëc ñieåm nhö sau: Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 14
  15. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Ñieän trôû suaát nhoû: pW = 0,053 Ωmm2/m =53Ωmm2/km. Hoaù trò: 2, 3, 4, 5, 6 Khoái löôïng rieâng: 4,5 g/cm3 Nhieät ñoä noùng chaûy: 34220C Nhieät ñoä soâi: 55550C Laø kim loaïi cöùng, raát naëng. Maøu xaùm. ÔÛ 7000C bò oxi hoaù taïo thaønh lôùp oxít traéng. ÖÙng duïng: duøng cheá taïo daây toùc boùng ñeøn, daây ñieän trôû, tieáp ñieåm vì: Chòu ñöôïc nhieät ñoä cao. OÅn ñònh luùc laøm vieäc. Ñoä maøi moøn cô nhoû do vaät lieäu coù ñoä cöùng cao. Coù khaû naêng choáng laïi taùc duïng cuûa hoà quang, khoâng laøm dính caùc tieáp ñieåm do khoù noùng chaûy. Ñoä aên moøn beà maët nhoû Coù moät soá nhöôïc ñieåm: ÔÛ ñieàu kieän khí quyeån taïo thaønh maøng oxít. Caàn coù aùp löïc tieáp xuùc lôùn ñeå coù ñieän trôû tieáp xuùc nhoû. 5. Vaøng (Au) Vaøng coù moät soá ñaëc ñieåm nhö sau: Ñieän trôû suaát nhoû: pAu = 0,022 Ωmm2/m =22Ωmm2/km Hoaù trò: 1 Khoái löôïng rieâng: 19,31 g/cm3 Nhieät ñoä noùng chaûy: 10640C Nhieät ñoä soâi: 28560C Laø kim loaïi coù ñoä deûo cao. Maøu vaøng saùng choùi. Khoâng bieán chaát khi tieáp xuùc vôùi khoâng khí. Deã gia coâng, deã daùt moûng. Ít maøi moøn. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 15
  16. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn ÖÙng duïng Vaøng ñöôïc duøng laøm caùc tieáp ñieåm quan troïng. Laøm caùc tieáp ñieåm choáng aên moøn. Laøm ñieän cöïc cuûa teá baøo quang ñieän. Vaøng laø vaät lieäu quyù hieám vaø ñaéc tieàn neân trong kyõ thuaät ñieän duøng khi raát caàn thieát. 6. Baïc (Ag) Baïc coù moät soá ñaëc ñieåm nhö sau: Ñieän trôû suaát nhoû: pAu = 0,016 Ωmm2/m =16Ωmm2/km Hoaù trò:1 Khoái löôïng rieâng: 10,5 g/cm3 Nhieät ñoä noùng chaûy: 9610C Nhieät ñoä soâi: 21620C Maøu tro traéng vaø hôi xaùm. Khoâng bò oxi hoaù ôû ñieàu kieän bình thöôøng. Ít bò maøi moøn. Daãn ñieän vaø nhieät toát. Ñoä beàn hoaù hoïc thaáp hôn 1 soá kim loaïi khaùc. ÖÙng duïng Laøm tieáp ñieåm quan troïng caàn coù doøng ñieän nhoû. Laøm baûn cöïc trong tuï goám, tuï mica… 7. Keõm (Zn) Keõm coù moät soá ñaëc ñieåm nhö sau: Ñieän trôû suaát nhoû: pAu = 0,088 Ωmm2/m =88Ωmm2/km Hoaù trò: 2 Khoái löôïng rieâng: 7,14 g/cm3 Maøu tro xaùm hôi traéng. Taùc duïng vôùi khoâng khí taïo thaønh oxít keõm, töï baûo veä khoâng cho aên moøn beân trong. Deã gia coâng, deã daùt moûng. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 16
  17. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Khaû naêng daãn ñieän nhieät sau baïc, ñoàng vaøng, nhoâm. ÖÙng duïng Duøng lôùp maï baûo veä. Laøm ñieän cöïc cuûa teá baøo quang ñieän. Giaáy kim loaïi trong caùc tuï ñieän. Laøm caàu chì trong caùc maùy coâng nghieäp. Coù theå cheá taïo daây daãn thay daây ñoàng, nhoâm khi coù ñoàng nhoâm trong hôïp kim cuûa keõm. 8. Chì (Pb) Chì coù moät soá ñaëc ñieåm nhö sau: Ñieän trôû suaát nhoû: pAu = 0,205 Ωmm2/m =205Ωmm2/km Hoaù trò: 2, 4. Khoái löôïng rieâng: 11,34 g/cm3 Nhieät ñoä noùng chaûy: 3270C Nhieät ñoä soâi: 17490C Maøu tro xaùm, ngaõ xanh da trôøi. Meàm, deã uoán. Bay hôi ñoäc. Daãn ñieän toát. ÖÙng duïng Duøng laøm caàu chì baûo veä. Duøng laøm phieán chì trong aùc quy. Duøng baûo veä caùp ngaàm. Laøm khuoân ñuùc. Laøm maøn baûo veä. Ñeå haøn. Hieän nay ngöôøi ta thay theá voû chì cuûa caùc saûn phaåm caùp baèng chaát deûo polyvinilclorua. 9. Thieát (Sn) Thieát coù moät soá ñaëc ñieåm nhö sau: Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 17
  18. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Ñieän trôû suaát nhoû: pSn = 21,5.10-6 Ωmm2/m. Hoaù trò: 2, 4. Khoái löôïng rieâng: 7,28 g/cm3. Nhieät ñoä noùng chaûy: 2310C Nhieät ñoä soâi: 28020C Maøu traéng baïc. Deã daùt moûng, deã uoán neùn. Oxi hoaù chaäm, khoâng bò taùc duïng bôûi axít vaø kieàm. ÖÙng duïng: Duøng laøm lôùp baûo veä boïc kim loaïi (traùng thieát). Caàu chì thieát. Laøm ñoàng thanh. Laøm hôïp kim ñeå haøn. Duøng laøm baûn cöïc trong tuï ñieän. Giaáy chì choáng aåm… 10. Thuyû ngaân (Hg) Thuyû ngaân laø kim loaïi duy nhaát ôû traïng thaùi loûng ôû ñieàu kieän bình thöôøng, thuyû ngaân coù moät soá ñaëc ñieåm nhö sau: Ñieän trôû suaát nhoû: pHg = 0,952 Ωmm2/m. Khoái löôïng rieâng: 13,5 g/cm3. Nhieät ñoä noùng chaûy: -380C Nhieät ñoä soâi: 3560C. Daïng loûng. Maøu traéng. Khoâng taùc duïng vôùi khoâng khí ôû ñieàu kieän bình thöôøng. Hôi vaø hôïp chaát cuûa thuyû ngaân raát ñoäc. Thuyû ngaân hoaø tan ñöôïc trong nhieàu kim loaïi, nhöng khoâng hôïp kim ñöôïc vôùi saét. Hoaø tan ñöôïc trong axít HNO3, H2SO4 ÖÙng duïng Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 18
  19. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Duøng laøm nhieät keá. Duøng laøm ñeøn thuyû ngaân cao aùp, thaáp aùp. Duøng laøm trong y hoïc, phaùt tia cöïc tím. Duøng trong ñeøn maùy phoâ-toâ-coùp-pi. Duøng laøm caùc ñieän cöïc trong chaát loûng. 11. Niken (Ni) Niken laø kim loaïi aùnh baïc traéng coù khoái löôïng rieâng nhö ñoàng, ñöôïc söû duïng nhieàu trong kyõ thuaät ñieän chaân khoâng vì noù deã ñieàu cheá tinh khieát (99,99% Ni), hoaëc ñöa vaøo caùc hôïp kim ñaëc bieät vôùi caùc thaønh phaàn phuï silic, mangan… Niken khoâng nhöõng ñöôïc duøng trong kyõ thuaät ñieän chaân khoâng, maø coøn ñöôïc duøng laøm moät thaønh phaàn trong haøng loaït caùc hôïp kim daãn ñieän vaø daãn töø, cuõng nhö caùc lôùp boïc baûo veä vaø trang trí caùc saûn phaåm baèng saét. Ñoâi khi niken coøn duøng ñeå saûn xuaát caùc chi tieát söôûi noùng. 12. Baïch kim (Platin) Baïch kim laø kim loaïi khoâng keát hôïp vôùi oxi vaø raát beàn vöõng vôùi thuoác thöû hoaù hoïc. Baïch kim raát deã gia coâng cô khí, keùo thaønh sôïi maûnh vaø taám moûng. Baïch kim duøng ñeå saûn xuaát caëp nhieät ôû nhieät ñoä laøm vieäc ñeán 16000C (trong caëp coù hôïp kim platinoroñi). Baïch kim coù sôïi ñaëc bieät maûnh, ñöôøng kính 0,001 mm, duøng ñeå treo heä thoáng ñoäng trong caùc ñoàng hoà ñieän vaø caùc duïng cuï ño coù ñoä nhaïy cao. Baïch kim coù ñoä cöùng thaáp, neân baïch kim tinh khieát ít khi duøng laøm tieáp ñieåm, nhöng hôïp kim cuûa noù thì duøng laøm tieáp ñieåm. Phoå bieán nhaát laø platin – inñi, noù khoâng bò oâxi hoaù, coù ñoä cöùng cao, ít bò aên moøn cô hoïc, cho pheùp ñoùng caét vôùi taàn soá lôùn. Nhöng nhöôïc ñieåm cuûa noù laø ñaéc tieàn, neân chæ söû duïng trong tröôøng hôïp quan troïng. 13. Moâlípñen Moâlípñen laø kim loaïi, nhìn beà ngoaøi cuõng gaàn gioáng nhö voânfram, nhöng ñöôïc duøng trong chaân khoâng ôû nhieät ñoä thaáp hôn voânfram. Caùc chi tieát nung baèng moâlípñen phaûi laøm vieäc trong chaân khoâng hay trong moâi tröôøng khöû. Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 19
  20. Giaùo trình Vaät lieäu ñieän http://www.ebook.edu.vn Ñeå phaân bieät vôùi voânfram thì döïa vaøo khoái löôïng rieâng: moâlípñen coù khoái löôïng rieâng nhoû hôn voânfram, ngoaøi ra cuõng coù theå ñoát thöû daây caàn thöû trong ngoïn löûa ñeøn coàn neáu coù khoùi traéng boác leân thì ñoù laø moâlípñen. 14. Cañmi Cañmi laø kim loaïi maøu traéng baïc, noù coù trong quaëng keõm vaø ñöôïc ñieàu cheá nhö moät saûn phaåm phuï keõm, sau ñoù ñöôïc tinh cheá baèng ñieän phaân. Cañmi ñöôïc duøng trong kyõ thuaät ñieän chaân khoâng ñeå saûn xuaát teá baøo quang ñieän. Noù coù thaønh phaàn cuûa nhieàu loaïi thuoác haøn, ñoàng thanh duøng trong saûn xuaát pin vaø duøng trong laøm chaäm loø phaûn öùng haït nhaân. VI. Thuoác haøn vaø chaát laøm chaûy 1. Chaát haøn Chaát haøn laø hôïp kim ñaëc bieät duøng khi haøn. Haøn nhaèm muïc ñích taïo choã noái coù ñoä beàn cô hay ñeå coù ñoä kín, hoaëc ñeå coù tieáp xuùc ñieän vôùi ñieän trôû nhoû. Chaát haøn chia thaønh hai nhoùm chính: meàm vaø cöùng. Chaát haøn meàm coù nhieät ñoä noùng chaûy ñeán 4000C, coøn chaát haøn cöùng coù nhieät ñoä noùng chaûy treân 5000C. Chaát haøn meàm laø hôïp kim chì – thieát coù töø 18% ñeán 90% thieác, ñieän daãn suaát caùc chaát haøn coù trò soá töø 9 ñeán 13% ñieän daãn suaát cuûa ñoàng tinh khieát. Chaát haøn meàm coù chaát phuï laø nhoâm, baïc. Ñeå chaát haøn deã noùng chaûy hôn trong thaønh phaàn coù theâm bismut vaø cañmi, duøng ñeå haøn ôû nhieät ñoä thaáp nhöng coù ñoä beàn cô yeáu. Chaát haøn cöùng phoå bieán nhaát laø ñoàng – keõm vaø baïc. 2. Chaát laøm chaûy Chaát laøm chaûy laø vaät lieäu phuï ñeå moái haøn ñöôïc ñaûm baûo, chuùng phaûi: Hoaø tan, khöû oxít vaø chaát baån ôû beà maët kim loaïi ñöôïc haøn. Baûo veä beà maët kim loaïi trong quaù trình haøn, cuõng nhö chaát haøn noùng chaûy khoûi bò oxi hoaù. Giaûm löïc caêng maët ngoaøi chaát haøn noùng chaûy. a. Chaát giuùp chaûy hoaït tính hay chaát giuùp chaûy axít Thaønh phaàn chính laø chaát coù hoaït tính, ñoù laø axit clohyñrit, caùc hôïp chaát florua vaø clorua cuûa caùc kim loaïi… Caùc chaát chaûy naøy laøm tan maïnh lôùp maøng oxít treân beà maët kim loaïi, vì vaäy ñaûm baûo dính toát, do ñoù moái haøn coù Bieân soaïn:LƯU HỒNG QUÂN Trang 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2418 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2