Elektrotechnische Materialien, Eigenschaften und Anwendungen

Die effektive und langlebige Arbeit von elektrischen Maschinen und Anlagen hängt direkt vom Isolationszustand ab, für deren Gerät elektrotechnische Materialien verwendet werden. Sie zeichnen sich durch eine Reihe von bestimmten Eigenschaften aus, wenn sie unter den Bedingungen eines elektromagnetischen Feldes stehen und in Geräten mit diesen Indikatoren installiert sind.

Die Klassifizierung von elektrischen Materialien kann in separate Gruppen von elektrisch isolierenden, Halbleiter-, Leiter- und magnetischen Materialien unterteilt werden, die durch die Hauptprodukte ergänzt werden: Kondensatoren, Drähte, Isolatoren und fertige Halbleiterelemente.

Die Materialien arbeiten in getrennten magnetischen oder elektrischen Feldern mit bestimmten Eigenschaften und sind gleichzeitig mehreren Strahlen ausgesetzt. Magnetische Materialien werden bedingt in Magneten und schwach magnetische Substanzen unterteilt. In der Elektrotechnik sind die am weitesten verbreiteten stark magnetischen Materialien.

Materialwissenschaft

Ein Material ist eine Substanz, die durch eine andere chemische Zusammensetzung, Eigenschaften und Struktur von Molekülen und Atomen gekennzeichnet ist. Die Substanz befindet sich in einem von vier Zuständen: gasförmig, fest, plasma oder flüssig. Elektrotechnische und strukturelle Materialien führen eine Vielzahl von Funktionen in der Installation durch.

Leitende Materialien übertragen Elektronenfluss, dielektrische Komponenten bieten Isolierung. Die Verwendung von resistiven Elementen verwandelt elektrische Energie in thermische, strukturelle Materialien behalten die Form des Produkts, zum Beispiel den Körper. Elektrotechnische und strukturelle Materialien führen zwangsläufig nicht eine, sondern mehrere Begleitfunktionen, zum Beispiel das Dielektrikum in der Arbeit einer Elektroinstallation unterliegt Lasten, die sie den Strukturmaterialien näher bringen.

Die elektrotechnische Materialwissenschaft ist eine Wissenschaft, die sich mit der Bestimmung von Eigenschaften beschäftigt und das Verhalten der Materie unter dem Einfluss von Elektrizität, Hitze, Frost, Magnetfeld usw. untersucht. Die Wissenschaft untersucht die spezifischen Eigenschaften, die für die Herstellung von elektrischen Maschinen, Geräten und Installationen erforderlich sind.

Dirigenten

Dazu gehören elektrotechnische Materialien, deren Hauptindikator die ausgeprägte Leitfähigkeit eines elektrischen Stroms ist. Denn die Masse der Materie ist ständig vorhandene Elektronen, die schwach an den Kern gebunden sind und freie Ladungsträger sind. Sie bewegen sich von der Umlaufbahn eines Moleküls zum anderen und schaffen einen Strom. Die Hauptleitermaterialien sind Kupfer und Aluminium.

Die Leiter umfassen Elemente, die einen spezifischen elektrischen Widerstand ρ <10 ^{-5 haben} , während ein ausgezeichneter Leiter ein Material mit einem Index von 10 ^-8 Ω * m ist. Alle Metalle führen einen guten Strom, von 105 Elementen des Tisches nur 25 sind keine Metalle, und aus dieser heterogenen Gruppe von 12 Materialien führen einen elektrischen Strom und gelten als Halbleiter.

Die Physik der elektrotechnischen Materialien erlaubt ihre Verwendung als Leiter im gasförmigen und flüssigen Zustand. Als flüssiges Metall mit normaler Temperatur wird nur Quecksilber verwendet, für das dies ein natürlicher Zustand ist. Die verbleibenden Metalle werden nur im vorgewärmten Zustand als Flüssigkeitsleiter verwendet. Leitungen dienen auch zur Durchführung von leitfähigen Flüssigkeiten, zB Elektrolyt. Wichtige Eigenschaften von Leitern, die sie durch den Grad der elektrischen Leitfähigkeit unterscheiden lassen, sind die Eigenschaften der Wärmeleitfähigkeit und die Fähigkeit zur thermischen Erzeugung.

Dielektrische Materialien

Im Gegensatz zu den Leitern enthält die Masse der Dielektrika eine kleine Anzahl von freien Elektronen mit langgestreckter Form. Die Haupteigenschaft eines Stoffes ist seine Fähigkeit, Polarität unter der Wirkung eines elektrischen Feldes zu erhalten. Dieses Phänomen erklärt sich aus der Tatsache, dass unter der Wirkung von Elektrizität die damit verbundenen Ladungen auf die handelnden Kräfte zugehen. Der Verschiebungsabstand ist um so höher, je höher die elektrische Feldstärke ist.

Die isolierenden elektrotechnischen Materialien sind näher am Ideal, je niedriger der spezifische Leitfähigkeitsindex und desto weniger ausgeprägt der Polarisationsgrad, der es ermöglicht, die Dispersion und Freisetzung von Wärmeenergie zu beurteilen. Die Leitfähigkeit eines Dielektrikums beruht auf der Wirkung einer kleinen Anzahl von freien Dipolen, die sich auf die Wirkung des Feldes verschieben. Nach der Polarisation bildet das Dielektrikum eine Substanz mit unterschiedlichen Polaritäten, dh zwei verschiedene Ladungszeichen bilden sich auf der Oberfläche.

Die Verwendung von Dielektrika ist in der Elektrotechnik am weitesten verbreitet, da die aktiven und passiven Eigenschaften des Elements verwendet werden.

Aktive Materialien mit überschaubaren Eigenschaften:

• Pyroelektrika;
• Elektroluminophore;
• Piezoelektrik;
• Ferroelektrika;
• Electrets;
• Materialien für Emitter im Laser.

Grundlegende elektrotechnische Materialien – Dielektrika mit passiven Eigenschaften, werden als Dämmstoffe und Kondensatoren der üblichen Art verwendet. Sie sind in der Lage, zwei Abschnitte der elektrischen Schaltung voneinander zu trennen und den Strom der elektrischen Ladungen zu verhindern. Mit ihrer Hilfe wird die Isolierung von lebenden Teilen durchgeführt, so dass elektrische Energie nicht in den Boden oder das Gehäuse entweicht.

Trennung von Dielektrika

Die organischen und anorganischen Materialien sind je nach chemischer Zusammensetzung die Dielektrika geteilt. Anorganische Dielektrika enthalten keinen Kohlenstoff, während organische Formen ein Grundelement von Kohlenstoff haben. Anorganische Stoffe wie Keramik, Glimmer haben einen hohen Heizgrad.

Elektrotechnische Werkstoffe nach der Herstellungsweise werden in natürliche und künstliche Dielektrika unterteilt. Eine breite Anwendung von synthetischen Materialien beruht darauf, dass die Herstellung Ihnen erlaubt, dem Material die gewünschten Eigenschaften zu verleihen.

Entsprechend der Struktur der Moleküle und des Molekülgitters werden dielektrika in polar und unpolar geteilt. Letztere werden auch neutral genannt. Der Unterschied liegt in der Tatsache, dass vor dem Einsetzen der Wirkung eines elektrischen Stroms oder Atoms die Atome und Moleküle eine elektrische Ladung haben oder nicht haben. Die neutrale Gruppe schließt Fluorkunststoff, Polyethylen, Glimmer, Quarz usw. ein. Polare Dielektrika bestehen aus Molekülen mit einer positiven oder negativen Ladung, beispielsweise Polyvinylchlorid, Bakelit.

Eigenschaften von Dielektrika

Der Zustand der Dielektrika ist in gasförmige, flüssige und feste unterteilt. Die häufigsten sind harte elektrotechnische Materialien. Ihre Eigenschaften und Anwendungen werden anhand von Indikatoren und Merkmalen bewertet:

• Volumenwiderstand;
• Dielektrische Dielektrizitätskonstante;
• Oberflächenwiderstand;
• Koeffizient der thermischen Permeabilität;
• Dielektrische Verluste, ausgedrückt durch die Tangente des Winkels;
• Stärke des Materials unter der Wirkung von Elektrizität.

Der volumenspezifische Widerstand hängt von der Fähigkeit des Materials ab, dem Strom eines konstanten Stroms zu widerstehen. Der Index, der Reziprok des Widerstands, heißt die volumenspezifische Leitfähigkeit.

Der Oberflächenwiderstand wird durch die Fähigkeit des Materials bestimmt, einem konstanten Strom zu widerstehen, der entlang seiner Oberfläche fließt. Die Oberflächenleitfähigkeit ist der Kehrwert des vorherigen Indikators.

Der Koeffizient der thermischen Permeabilität spiegelt den Grad der Änderung des spezifischen Widerstands nach Erhöhung der Temperatur der Substanz wider. Normalerweise nimmt der Widerstand, wenn die Temperatur ansteigt, den Widerstand ab, daher wird der Wert des Koeffizienten negativ.

Dielektrische Permeabilität bestimmt die Verwendung von elektrischen Materialien in Übereinstimmung mit der Fähigkeit des Materials, elektrische Kapazität zu erzeugen. Der Index der relativen Dielektrizitätskonstante eines Dielektrikums ist in dem Konzept der absoluten Permeabilität enthalten. Die Änderung der Isolationskapazität wird durch den vorherigen Parameter des thermischen Permeabilitätskoeffizienten angezeigt, der gleichzeitig eine Erhöhung oder Verringerung der Kapazität bei einer Änderung des Temperaturregimes zeigt.

Der Verlustfaktor des Dielektrikums reflektiert den Grad der Leistungsverluste der Schaltung relativ zu dem dielektrischen Material, das der Wirkung eines elektrischen Wechselstroms ausgesetzt ist.

Elektrotechnische Materialien zeichnen sich durch einen Index der elektrischen Festigkeit aus, der die Möglichkeit der Zerstörung eines Stoffes unter dem Einfluss von Stress bestimmt. Wenn es eine mechanische Festigkeit gibt, gibt es eine Reihe von Tests, um den Index der Druckfestigkeit, Spannung, Biegung, Torsion, Aufprall und Spaltung zu etablieren.

Physikalische und chemische Indizes der Dielektrika

In denlektrika ist eine gewisse Anzahl freigesetzter Säuren enthalten. Die Menge an ätzigem Kalium in Milligramm, die benötigt wird, um Verunreinigungen in 1 g Substanz loszuwerden, wird die Säurezahl genannt. Säuren zerstören organische Materialien, wirken sich negativ auf die Dämmeigenschaften aus.

Die Eigenschaft der elektrotechnischen Materialien wird mit einem Viskositäts- oder Reibungskoeffizienten ergänzt, der den Grad der Fluidität des Stoffes zeigt. Die Viskosität ist in bedingte und kinematische

Der Grad der Wasserabsorption wird in Abhängigkeit von der Masse des Wassers bestimmt, die durch das Element der Testgröße nach einem Tag in Wasser bei einer gegebenen Temperatur absorbiert wird. Diese Eigenschaft zeigt die Porosität des Materials an, eine Erhöhung des Index verschlechtert die Dämmeigenschaften.

Magnetische Werkstoffe

Die Indikatoren für die Bewertung der magnetischen Eigenschaften werden als magnetische Eigenschaften bezeichnet:

• Magnetische absolute Permeabilität;
• Magnetische relative Permeabilität;
• Thermischer Durchlässigkeitskoeffizient;
• Energie des maximalen Magnetfeldes

Magnetische Materialien werden in harte und weiche unterteilt. Weiche Elemente zeichnen sich durch geringe Verluste aus, wenn die Magnetisierung des Körpers hinter dem wirksamen Magnetfeld liegt. Sie sind für magnetische Wellen durchlässiger, haben eine kleine Koerzitivkraft und eine erhöhte Induktionssättigung. Sie werden in der Anordnung von Transformatoren, elektromagnetischen Maschinen und Mechanismen, magnetischen Bildschirmen und anderen Geräten verwendet, wo Magnetisierung mit kleinen Energielücken erforderlich ist. Dazu gehören reines Elektrolyt-Eisen, Eisen-Armco, Permalloy, elektrotechnischer Stahl in Blechen, Nickel-Eisen-Legierungen.

Feste Materialien zeichnen sich durch signifikante Verluste aus, wenn der Grad der Magnetisierung hinter dem äußeren Magnetfeld zurückbleibt. Nachdem man magnetische Impulse einmal erhalten hat, werden solche elektrotechnischen Materialien und Produkte magnetisiert, und für eine lange Zeit sparen sie die angesammelte Energie. Sie haben eine große Koerzitivkraft und eine große Kapazität der Restinduktion. Elemente mit solchen Eigenschaften werden für die Herstellung von stationären Magneten verwendet. Vertreter der Elemente sind Legierungen auf Eisenbasis, Aluminium, Nickel, Kobalt, Silizium-Komponenten.

Magnetodieelektrik

Es handelt sich um gemischte Materialien, die in dem magnetischen Pulver 75-80% enthalten, der Rest der Masse mit einem organischen Hochpolymer-Dielektrikum gefüllt ist. Die Ferrite und Magnetodielektrika haben höhere Werte des Volumenwiderstands, kleine Wirbelstromverluste, die es ermöglichen, sie in der Hochfrequenztechnik zu verwenden. Ferrite haben einen stabilen Index an verschiedenen Frequenzfeldern.

Einsatzbereich von Ferromagneten

Sie werden am effektivsten verwendet, um Kerne von Transformatorspulen zu erzeugen. Die Aufbringung des Materials erlaubt es, das Magnetfeld des Transformators viel zu erhöhen, ohne die Stromstärke zu verändern. Diese Einsätze aus Ferriten sparen Energieverbrauch während des Betriebs des Gerätes. Elektrotechnische Materialien und Ausrüstungen behalten nach dem Abschalten des äußeren magnetischen Effektes die magnetischen Indizes und behalten das Feld im benachbarten Raum bei.

Grundlegende Ströme passieren nicht nach dem Ausschalten des Magneten, so dass ein Standard-Permanentmagnet, die effektiv arbeitet in Kopfhörer, Telefone, Messgeräte, Kompasse, Ton-Recorder. Sehr beliebt im Einsatz sind Permanentmagnete, die keine Elektrizität leiten. Sie werden durch die Kombination von Eisenoxiden mit anderen verschiedenen Oxiden erhalten. Magnetisches Eisenerz bezieht sich auf Ferrite.

Halbleiterwerkstoffe

Dies sind die Elemente, die den Wert der Leitfähigkeit haben, die sich in der Lücke dieses Index für Leiter und Dielektrika befindet. Die Leitfähigkeit dieser Materialien hängt direkt von der Manifestation von Verunreinigungen in der Masse, von äußeren Wirkungsrichtungen und von internen Defekten ab.

Die Eigenschaft der elektrotechnischen Materialien einer Gruppe von Halbleitern spricht über die wesentliche Unterscheidung von Elementen voneinander auf einem Strukturgitter, Struktur, Eigenschaften. Abhängig von den angegebenen Parametern werden die Materialien in 4 Typen unterteilt:

1. Elemente mit Atomen einer Art: Silicium, Phosphor, Bor, Selen, Indium, Germanium, Gallium usw.
2. Materialien, die in der Zusammensetzung der metallischen Oxide – Kupfer, Cadmiumoxid, Zink usw.
3. Materialien, die in der Antimonidgruppe gruppiert sind.
4. Organische Materialien – Naphthalin, Anthracen, etc.

Je nach Kristallgitter werden Halbleiter in polykristalline Materialien und Einkristallelemente unterteilt. Die Eigenschaft der elektrotechnischen Materialien erlaubt es, in nichtmagnetische und schwach magnetische unterteilt zu werden. Unter den magnetischen Komponenten unterscheiden sich Halbleiter, Leiter und nichtleitende Elemente. Die klare Zuordnung ist schwer durchzuführen, da sich viele Materialien unter wechselnden Bedingungen anders verhalten. Beispielsweise kann der Betrieb bestimmter Halbleiter bei niedrigen Temperaturen mit der Wirkung von Isolatoren verglichen werden. Die gleichen Dielektrika wirken beim Erwärmen als Halbleiter.

Verbundwerkstoffe

Materialien, die nicht durch Funktion, sondern durch Komposition unterteilt werden, heißen Verbundwerkstoffe, das sind auch elektrotechnische Materialien. Ihre Eigenschaften und Anwendung sind auf eine Kombination von Materialien, die in der Herstellung verwendet werden. Ein Beispiel sind die Glasfaser-Komponenten, Glasfaser, Mischungen aus leitfähigen und hochschmelzenden Metallen. Die Verwendung von äquivalenten Mischungen ermöglicht es uns, die Festigkeiten des Materials zu identifizieren und auf den vorgesehenen Verwendungszweck anzuwenden. Manchmal führt die Kombination von Verbundbauteilen zur Schaffung eines absolut neuen Elements mit anderen Eigenschaften.

Filmmaterialien

Ein großer Einsatzbereich in der Elektrotechnik wurde von Filmen und Bändern wie Elektrotechnikmaterialien gewonnen. Ihre Eigenschaften unterscheiden sich von anderen Dielektrika durch ihre Flexibilität, ausreichende mechanische Festigkeit und hervorragende Isolationseigenschaften. Die Dicke der Produkte variiert je nach Material:

• Die Folien sind 6-255 μm dick, die Bänder werden 0,2-3,1 mm hergestellt;
• Polystyrolprodukte in Form von Bändern und Folien erzeugen eine Dicke von 20-110 μm;
• Polyethylenbänder machen eine Dicke von 35-200 Mikron, eine Breite von 250 bis 1500 mm;
• Fluoroplastische Folien bestehen aus einer Dicke von 5 bis 40 μm, die Breite beträgt 10-210 mm.

Die Klassifizierung von elektrotechnischen Materialien aus dem Film ermöglicht es, zwei Typen zu unterscheiden: orientierte und ungerichtete Filme. Das erste Material wird am häufigsten verwendet.

Lacke und Emaille für elektrische Isolierung

Lösungen von Substanzen während der Verfestigung Films sind moderne elektrische Geräte bilden. Zu dieser Gruppe gehören Asphalte, trocknende Öle, Harze, Celluloseestern oder Verbindungen und Kombinationen dieser Komponenten. Umwandlung einer viskosen Komponente in Isolator erfolgt nach dem Verdunsten des Lösungsmittelmasse aufgebracht und einen dichten Film bildet. Durch die Art und Weise, den Film des Aufbringens in Klebstoff-, Beschichtungs- und Imprägnierungs unterteilt.

Imprägnierens für elektrische Wicklungen verwendet, um Lacke, die Wärmeleitfähigkeit und die Beständigkeit gegen Feuchtigkeit zu erhöhen. Beschichtungslack Ober eine Schutzschicht gegen Feuchtigkeit, Kälte, Öl, Oberflächenwickelt, Kunststoffisolierung erstellen. Klebstoffkomponenten der Lage sind, Leim Glimmerplatte mit anderen Materialien.

Verbindungen, für die elektrische Isolation

Diese Materialien haben eine flüssige Lösung zum Zeitpunkt der Verwendung vorgelegt, gefolgt von Härten und Aushärten. Substanzen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zusammensetzung keine Lösungsmittel enthält. Die Verbindungen gehören auch zur Gruppe „elektrisches Betriebsmittel“. Formulare sind ihre Gießen und Imprägnieren. Die erste Art ist zum Füllen von Hohlräumen in Kabelkupplungen verwendet, und die zweite Gruppe wird für die Imprägnierung der Motorwicklungen verwendet wird.

Verbindungen erzeugen einen thermoplastischen, erweichen sie nach dem Anstieg der Temperatur, und duroplastische, standhaft die Form der Erstarrung zu bewahren.

Imprägniertes faserigen Isoliermaterialien

Für die Herstellung solcher Materialien organische Fasern und von Menschen verursachten Komponenten. Natürliche pflanzliche Fasern aus Seide, Leinen, Holz remaking in den Materialien organischen Ursprungs (Faser, Stoff, Pappe). Luftfeuchtigkeit solcher Isolatoren liegt im Bereich von 6-10%.

Organische Materialien aus synthetischem (Nylon) enthalten Feuchtigkeit nur 3 bis 5%, wie die Sättigung von Feuchtigkeit und anorganischen Fasern (Glasfaser). Anorganische Materialien werden durch die Unfähigkeit gekennzeichnet mit erheblicher Erwärmung zu feuern. Wenn die Materialien Lacke oder Lacke tränken, die Entflammbarkeit erhöht. Lieferung von elektrischen Materialien werden bei der Herstellung von elektrischen Maschinen und Geräten hergestellt.

Leteroid

Eine dünne Faser wird in Blech und gerollt zu einer Rolle für den Transport hergestellt. Es wird verwendet als ein Material für die Herstellung der Isolationsdichtungen, förmigen Dielektrika Unterlegscheiben. Papier , imprägniert mit Asbest und asbestPlatte aus Chrysotil Asbest, es zu Fasern zu splitten. Asbest hat Widerstand gegen alkalische Bedingungen, aber bricht in einer Säure nach unten.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung von modernen Materialien für die Isolierung von elektrischen Geräten Lebensdauer deutlich erhöht. Bei Anlagen, Gebäude verwenden Materialien mit ausgewählten Eigenschaften, die für die Herstellung neuer funktioneller Ausrüstung mit verbesserter Leistung ermöglichen.