ответы ЭТМ. Роль электротехнических материалов
 Скачать 1.55 Mb.
|
41. Медь. С 129Медь. В таблице Д. И. Менделеева медь (Cu) находится под № 29 в Iб группе. Распространенность меди в Земной коре порядка 0,01 %. Этот металл редко встречается в виде самородков, чаще в ви- де сульфидных соединений (соединения меди и серы). Физические свойства: температура плавления 1083 °С, плот- ность 8,95 г/см 3 . Медь — металл красноватого цвета, пластичный и легко поддающийся ковке. Электрические свойства меди — удельное электрическое сопро- тивление при 20 °С равно 1,7·10- 8 Ом·м. Технология производства меди содержит следующие стадии: Первая стадия — получение черновой меди путем окисления материалов, содержащих медь. Например, путем окисления минерала Cu2S («медный блеск»): Cu2S + O2 2Cu (черновая медь) + SO2↑. Вторая стадия — получение рафинированной меди (переплавка). Третья стадия — получение электролитической меди методом электролиза с растворимым анодом (электрорафинирование). Для получения высокой электропроводности и пластичности меди ее необходимо отжечь в среде водорода. После такого отжига медь охрупчивается («водородная болезнь меди»), что является следствием взаимодействия водорода с кислородом, содержащимся в меди. Поэтому отжиг надо производить в средах, не содержащих водород или углеводороды, лучше всего в инертной атмосфере. Из меди, отожженной в бескислородной среде, можно вытянуть провод диаметром несколько мкм. Электропроводность неотожженной меди меньше, чем отожженной.. Таким образом, к достоинствам меди относятся: высокая электропроводность и теплопроводность: 406 Вт/(м·К); 129 высокая стойкость к окислению (в 3 раза выше, чем у железа) и к воде; относительно высокая механическая прочность (σр МТ ≈ 500 МПа); технологичность (легко подается ковке и вытягиванию); легко поддается пайке обычными оловянно-свинцовыми при- поями. Недостатки меди: дефицитность: в Земной коре порядка 0,01 %, следовательно, высокая и постоянно растущая стоимость; медь взаимодействует с кремнием, поэтому ее следует ограни- ченно применять в интегральных схемах; медь реагирует с газообразной серой, имеющейся в атмосфере больших городов (следствие работы промышленности и автотранс- порта). Применение меди: для монтажных проводов; для радиочастотных, телевизионных и телефонных кабелей; для изготовления генераторов, излучающих СВЧ колебания (клистрон, магнетрон); для изготовления анодов в рентгеновских трубках Из-за низкого удельного сопротивления медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых и других кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках электроприводов и силовых трансформаторов. Для этих целей металл должен быть очень чистый: примеси резко снижают электрическую проводимость. Например, присутствие в меди 0,02 % алюминия снижает её электрическую проводимость почти на 10 % Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах В связи с высокой механической прочностью и пригодностью для механической обработки медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов 42. Высокотемпературная сверхпроводимость.Открытие в конце 1986 года нового класса высокотемпературных сверхпроводящих материалов радикально расширяет возможности практического использования сверхпроводимости для создания новой техники и окажет революционизирующее воздействие на эффективность отраслей народного хозяйства. Явление, заключающееся в полном исчезновении электрического сопротивления проводника при его охлаждении ниже критической температуры, было открыто в 1911 году, однако практическое использование этого явления началось в середине шестидесятых годов, после того как были разработаны сверхпроводящие материалы, пригодные для технических применений. В связи с тем, что критические температуры этих материалов не превышали 20°К, все созданные сверхпроводниковые устройства эксплуатировались при температурах жидкого гелия, т.е. при 4... 5°К. Несмотря на дефицитность этого хладоагента, высокие энергозатраты на его ожижение, сложность и высокую стоимость систем теплоизоляции по целому ряду направлений началось практическое использование сверхпроводимости. Наиболее крупномасштабными применениями сверхпроводников явились электромагниты ускорителей заряженных частиц, термоядерных установок, МГД-генераторов. Были созданы опытные образцы сверхпроводниковых электрогенераторов, линий электропередачи, накопителей энергии, магнитных сепараторов и др. С 1990-ых годов в различных странах началось массовое производство диагностических медицинских ЯМР-томографов со сверхпроводниковыми магнитами, потенциальный рынок которых оценивается в несколько млрд. долларов. Открытие высокотемпературных сверхпроводников, критическая температура которых с запасом превышает температуру кипения жидкого азота, принципиально меняет экономические показатели сверхпроводниковых устройств, поскольку стоимость хладоагента и затраты на поддержание необходимой температуры снижаются в 50 - 100 раз. Кроме того, открытие высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) сняло теоретический запрет на дальнейшее повышение критической температуры с 30°K - вплоть до комнатной. Так, со времени открытия этого явления критическая температура повышена с 30°K - 130°К. Научно-технические программы ведущих стран предусматривают широкий комплекс работ, включающих в себя фундаментальные и прикладные исследования, направленные на решение проблемы технической реализации Сверхпроводимость обнаружена более чем у 20 металлов и большого количества соединений и сплавов (Тк 23К), а также у керамик У сверхпроводимости три врага: высокие температуры, мощные магнитные поля и большие токи.Если их величины превысят предельные значения, называемые критическими, сверхпроводимость исчезает, сверхпроводник становится обычным проводником |