Hallo Giktayms! Ich beschloss, meinen Leitfaden zu Materialien, die nicht nur in der Elektrotechnik, sondern auch allgemein im Ingenieurwesen verwendet werden, einschließlich hausgemachter Arbeiter, in Teilen zu veröffentlichen. Mit einer Beschreibung, Anwendungsbeispielen, Anmerkungen zur Arbeit. Das Handbuch ist so einfach wie möglich geschrieben und für alle klar, vom Studenten bis zum Senioren.

In diesem Teil beginnen wir, die Leiter zu zerlegen - Silber, Kupfer, Aluminium.



Willkommen bei Cat (TRAFFIC)

Eine Einführung, die normalerweise niemand liest

Als ich in verschiedenen Lehrbüchern über Materialwissenschaften, Schulungshandbüchern und wissenschaftlichen Büchern nach Antworten auf meine Fragen suchte, war ich entsetzt darüber, wie sehr der akademische Präsentationsstil eine Mauer zwischen denen errichtet, die lernen und wissen wollen. In Bezug auf den Wunsch der Autoren, scharfe Kanten zu umgehen, verwandeln dunkle Orte Lehrbücher in eine homogene, endlose Wüste der Langeweile und Verzweiflung. Darüber hinaus macht es die transzendentale Abstraktionsebene einem Neuling äußerst schwer, das erworbene Wissen in die Praxis umzusetzen. Also beschloss ich, meinen Führer mit Blackjack und verlorenen Mädchen zu machen.

Dieser Leitfaden ist lebendig, da Sie neue Materialien, Erläuterungen und Kommentare von Ihnen, liebe Leser, erhalten. Er wird ergänzt, geändert und verbessert. Immer die neueste Version des Handbuchs befindet sich abstrakt auf meiner Website . Ich unterstütze die Open Source- und Open Hardware-Bewegung mit beiden Händen. Ich denke, dass der Wissensaustausch kostenlos sein sollte und allen zugute kommt. Daher ist das Handbuch unter Creative Commons 3.0 BY-NC- lizenziert. SA, was bedeutet, dass Sie alles damit machen können: Hochladen, Verteilen, Ändern, wobei nur drei Einschränkungen beachtet werden:

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Die Vorteile dieses Handbuchs:

• Der gesamte Text wurde von mir geschrieben und durch die wunderbaren Menschen ergänzt, die im Abschnitt Danksagungen erwähnt werden. Ich habe keine Informationen aufgenommen, deren Zuverlässigkeit oder Relevanz ich bezweifeln würde. Daher ist der Anteil des Unsinns im Text im Durchschnitt geringer als in den Marketingtexten von Wiederverkäufern, aber höher als in einem guten sowjetischen Lehrbuch.
• Zumindest habe ich die meisten Materialien gefühlt, sie in meinen Entwürfen verwendet und sie nicht nur auf dem Bild gesehen.
• Das Handbuch ist vollständig (um ganz ehrlich zu sein - mit Ausnahme eines Bildes, das ich zeichnen musste, was ich konnte). Es wurde mit OpenSource-Produkten (Linux, GIMP, LibreOffice, Kontext) erstellt. Nur aus sportlichem Interesse.
• Einige Abschnitte enthalten den Punkt „Quellen“ - Tipps zum Auffinden von Materialien - wo Sie kaufen können und unter welchen Namen Sie suchen müssen. Natürlich kann alles bei Aliexpress und bei Ebay gekauft werden, daher ist diese Option nicht angegeben. Der Artikel kann nützlich sein, wenn das Material "hier und jetzt" benötigt wird.

Wenn Sie den Leitfaden hier veröffentlichen, hoffe ich wirklich auf eine Fülle konstruktiver Kritik und Ergänzungen von Ihnen, liebe Leser.


Lass uns gehen!

Dirigenten

Das 20. Jahrhundert ist das Zeitalter der Kunststoffe. Vor dem Aufkommen einer breiten Palette synthetischer Polymermaterialien verwendete der Mensch Metalle und Materialien natürlichen Ursprungs im Bauwesen - Holz, Leder usw. Heute sind wir mit Kunststoffprodukten übersät, von Einweggeschirr bis zu schwer beladenen Teilen von Automotoren. Kunststoffe sind Metallen in vielerlei Hinsicht überlegen, aber sie werden sie niemals vollständig verdrängen, daher beginnt die Geschichte mit Metallen. Hunderte von Büchern sind Metallen gewidmet, die ihnen gewidmete Disziplin heißt "Metallwissenschaft".

Wir interessieren uns für Metalle in Bezug auf die elektronische Technologie. Als Leiter, als Teil elektronischer Geräte. Alle anderen Anwendungen - zum Beispiel Strukturmaterialien - wurden noch nicht in dieses Handbuch aufgenommen.

Die Haupteigenschaft von Metallen in der Elektroniktechnologie ist die Fähigkeit, elektrischen Strom gut zu leiten. Schauen wir uns die Tabelle des spezifischen Widerstands verschiedener Metalle an:

Metall	Spezifischer Widerstand Ohm * mm2 / m
Silber	0,015 ... 0,0162
Kupfer	0,01724 ... 0,018
Gold	0,023
Aluminium	0,0262 ... 0,0295
Iridium	0,0474
Wolfram	0,053 ... 0,055
Molybdän	0,054
Zink	0,059
Nickel	0,087
Eisen	0,098
Platin	0,107
Zinn	0,12
Blei	0,217 ... 0,227
Titan	0,5562 ... 0,7837
Wismut	1,2

Wir sehen die Führer unserer Liste: Ag, Cu, Au, Al.

Silber

Ag - Silber. Edelmetall. Silber ist das billigste Edelmetall, aber dennoch zu teuer, um daraus Drähte herzustellen. 5% bessere Leitfähigkeit im Vergleich zu Kupfer mit einem fast 100-fachen Preisunterschied.

Anwendungsbeispiele

In Form von Beschichtungen von Leitern in der Mikrowellentechnologie. Aufgrund des Hauteffekts fließt der Hochfrequenzstrom über die Oberfläche des Leiters und nicht in seiner Dicke. Daher führt eine dünne Beschichtung des Wellenleiters mit Silber zu einer größeren Erhöhung der Leitfähigkeit als die Silberbeschichtung des Leiters für Gleichstrom.

In Legierungen von Kontaktgruppen. Die Kontakte von Strom, Signalrelais, Leistungsschaltern und Schaltern bestehen meist aus einer silberhaltigen Legierung. Der Übergangswiderstand eines solchen Kontakts ist geringer als der von Kupfer, er ist weniger anfällig für Oxidation. Da es sich bei dem Kontakt normalerweise um eine Miniatur handelt, sind die Kosten für diese geringe Zugabe von Silber zu den Kosten des Produkts vernachlässigbar. Bei der Entsorgung einer großen Anzahl von Relais ist es aufgrund der Silberkosten ratsam, mit Seitenschneidern zu arbeiten, um die Kontakte für die anschließende Raffination zu einem Haufen zu trennen.


Leistungsrelaiskontakte bei 16 Ampere. Laut Herstellerdokumentation
Die Kontakte enthalten Silber und Cadmium.


Verschiedene Relais. Das obere Relais hat sogar ein versilbertes Gehäuse mit einer charakteristischen Patina. Der Gehalt an Edelmetallen in in der UdSSR hergestellten Produkten wurde in den Produktpässen angegeben.

Als Additiv in Loten. Hochwertige Lote (sowohl hart als auch weich) enthalten häufig Silber.

Leitfähige Beschichtungen auf Dielektrika. Um beispielsweise eine Kontaktfläche auf Keramik zu erhalten, wird eine Suspension von Silberpartikeln darauf aufgetragen, gefolgt von einem Backen in einem Ofen ("Brennverfahren").

Bestandteil von elektrisch leitenden Klebstoffen und Farben. Leitfähige Tinte oft
eine Suspension von Silberpartikeln enthalten. Während die Tinte trocknet, Lösungsmittel
verdunstet, Partikel in der Lösung rücken näher zusammen, haften zusammen und bilden leitfähig
Brücken, über die Strom fließen kann. Ein gutes Rezeptvideo zum Erstellen solcher
Tinte.

Nachteile

Trotz der Tatsache, dass Silber ein Edelmetall ist, oxidiert es in einem Medium, das enthält
Schwefel:
4Ag + 2H ₂ S + O ₂ → 2Ag ₂ S + 2H ₂ O.

Es bildet sich eine dunkle Beschichtung - "Patina". Gummi kann auch als Schwefelquelle dienen.
Dieser Draht in Gummiisolierung und versilberten Kontakten - eine schlechte Kombination.
Verdunkeltes Silber kann chemisch gereinigt werden. Im Gegensatz zu Schleifpasten (einschließlich Zahnpasta) ist dies die schonendste Reinigungsmethode, die keine Kratzer hinterlässt.

Kupfer

Cu ist Kupfer. Das Hauptmetall der Stromleiter. Motorwicklungen, isolierte Drähte, Reifen, flexible Leiter - meistens Kupfer. Kupfer ist nicht schwer an seiner charakteristischen rötlichen Farbe zu erkennen. Kupfer ist sehr korrosionsbeständig.

Anwendungsbeispiele

Drähte. Die Hauptverwendung von Kupfer in seiner reinen Form. Alle Additive verringern die elektrische Leitfähigkeit, so dass der Kern der Drähte normalerweise aus reinem Kupfer besteht.


Flexible Litzen in verschiedenen Größen.

Flexible Leiter. Wenn die Leiter für stationäre Geräte im Prinzip aus einem beliebigen Metall bestehen können, bestehen flexible Leiter fast immer nur aus Kupfer, Aluminium ist für diese Zwecke zu spröde. Sie enthalten viele dünne Kupferadern.

Kühlkörper. Kupfer leitet den Strom nicht nur 56% besser als Aluminium, sondern hat auch eine fast doppelt so gute Wärmeleitfähigkeit. Heatpipes, Heizkörper, Wärmeverteilungsplatten bestehen aus Kupfer. Da Kupfer teurer als Aluminium ist, werden Heizkörper häufig aus Verbundwerkstoff, dem Kern aus Kupfer und dem Rest aus billigerem Aluminium hergestellt.


CPU-Kühler. Der zentrale Stab besteht aus Kupfer, entzieht dem Prozessorkristall Wärme gut und ein Aluminiumkühler mit entwickeltem Rippen kühlt den Stab selbst bereits.

Bei der Herstellung von Folienplatinen. Leiterplatten bestehen in jedem elektronischen Gerät aus einer dielektrischen Platte, auf die Kupferfolie geklebt ist. Alle Verbindungen zwischen den Elementen der Leiterplatte bestehen aus Kupferfolienschienen.

Ultrahochvakuumtechnik. Von Metallen und Legierungen sind nur Edelstahl und Kupfer für Ultrahochvakuumkammern in Instrumenten wie Teilchenbeschleunigern oder Röntgenspektrometern geeignet. Alle anderen Metalle im Vakuum verdampfen leicht und beeinträchtigen das Vakuum.

Anoden von Röntgenröhren. Die Röntgenanalyse erfordert monochromatische Röntgenstrahlung. Seine Quelle ist häufig elektronenbestrahltes Kupfer (Spektrallinie Cu Kα), das auch Wärme perfekt abführt. Wenn andere Strahlung (Co oder Fe) benötigt wird, wird sie aus einem kleinen Stück des entsprechenden Metalls auf einem massiven Kupferkühlkörper gewonnen. Solche Anoden werden immer durch fließendes Wasser gekühlt.

Interessante Fakten über Kupfer

• Kupfer ist ein ziemlich teures Metall, daher versuchen skrupellose Hersteller, daran zu sparen. Unterschätzen Sie den Querschnitt der Drähte (wenn 0,75 mm2 geschrieben sind, aber tatsächlich 0,11 mm2). Aluminium ist in den Wicklungen „kupferartig“ lackiert, äußerlich sieht die Wicklung wie Kupfer aus, aber wenn die Isolierung abgekratzt wird, stellt sich heraus, dass sie aus Aluminium besteht. Sowohl chinesische als auch inländische Hersteller sündigen dies. Ein Kabel mit einem Querschnitt von 2,5 mm2 kann sich durchaus als Querschnitt von 2,3 mm2 herausstellen, sodass der Sicherheits- und Eingangskontrollspielraum nicht überflüssig wird. Natürlich ist die Kontaktzuverlässigkeit in den elektrischen Armaturen eines Kerns mit einem Querschnitt von 2,3 mm2, der für einen Kern von 2,5 mm2 ausgelegt ist, gering.
• Kupfer färbt die Flamme grün. Diese Eigenschaft wurde verwendet, um Kupfer im Erz nachzuweisen, wenn keine chemische Analyse verfügbar war. Eine grüne Spur in der Flamme ist ein Indikator für das Vorhandensein von Kupfer. (aber nicht immer können Borionen der Flamme eine grüne Farbe verleihen)
  
  
• Kupfer ist ein weiches Metall, aber wenn Sie Kupfer mindestens 10% Zinn hinzufügen, erhalten Sie eine harte, elastische Legierung - Bronze. Es war die Meisterschaft, Bronze zu erhalten, die als Name für die historische Ära diente - die Bronzezeit. Durch die Zugabe von Beryllium zu Kupfer erhält man Berylliumbronze - eine haltbare elastische Legierung, aus der Federkontakte hergestellt werden.
• Kupfer ist eines der wenigen weichen Metalle mit einem hohen Schmelzpunkt. Daher werden Dichtungen aus Kupfer hergestellt, beispielsweise für die Hochtemperatur- oder Vakuumtechnologie. Zum Beispiel die Dichtung des Kurbelgehäusestopfens eines Automotors.
• Während der mechanischen Bearbeitung (z. B. Ziehen) wird Kupfer verdichtet und wird steif. Um die ursprüngliche Weichheit und Duktilität wiederherzustellen, wird das Kupfer in einer Schutzatmosphäre "getempert", auf 500-700ºC erhitzt und einige Zeit gehalten. Daher sind einige Kupferprodukte hart und andere weich, wie z. B. Kupferrohre.
• Kupfer gibt keine Funken. Verwenden Sie zum Arbeiten an explosionsgefährdeten Orten wie einer Gasleitung ein eigensicheres Werkzeug, ein mit einer Kupferschicht beschichtetes Stahlwerkzeug oder ein Werkzeug aus Kupferlegierungen - Bronze. Wenn ein solches Werkzeug versehentlich auf eine Stahloberfläche trifft, entstehen keine gefährlichen Funken.
• Da der Temperaturkoeffizient des Widerstands für reines Kupfer bekannt ist, bestehen Widerstandsthermometer aus Kupfer (TCM-Typ - Kupferwiderstandsthermometer, es gibt auch ein TSP - Platin-Widerstandsthermometer). Ein Widerstandsthermometer ist ein fein gefertigter Widerstand, der aus Kupferdraht gewickelt ist. Durch Messung seines Widerstands ist es möglich, seine Temperatur anhand der Tabelle oder der Formel ziemlich genau zu bestimmen.

Aluminium

Al - Aluminium. "Winged Metal" ist nach Silber, Gold und Kupfer das viertleitendste.
Obwohl Aluminium Strom fast eineinhalb Mal schlechter leitet als Kupfer, ist es 3,4-mal und dreimal leichter
mal billiger. Und wenn wir die Leitfähigkeit berechnen, dann ergibt sich der äquivalente Kupferleiter aus
Aluminium wird 6,5 mal billiger sein! Aluminium würde Kupfer überall wie einen Leiter verdrängen, wenn
wäre nicht ein paar seiner bösen Eigenschaften, aber mehr dazu in Mängeln.

Reines Aluminium wird wie reines Eisen in der Technologie praktisch nicht verwendet (Ausnahmen)
- Drähte und Folie). Jedes „Aluminium“ -Element besteht aus einer Art Aluminiumlegierung. Legierungen können Silizium, Magnesium, Kupfer, Zink und andere Metalle enthalten. Ihre Eigenschaften unterscheiden sich sehr, und dies muss bei der Verarbeitung berücksichtigt werden. Im Folgenden sind einige der am häufigsten verwendeten Aluminiumqualitäten aufgeführt:

• 1199. Reines 99,99% Aluminium. Es kommt fast ausschließlich in Form von Folie vor.
• 1050 und 1060. Netto 99,5% bzw. 99,6%. Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit wird es manchmal als Material für Heizkörper verwendet. Weich, leicht zu biegen. Drähte, Lebensmittelfolie, Geschirr.
• 6061 und 6082. Legierungen: 6061 - Si 0,6%, Mg 1,0%, Cu 0,28%, 6082 - Si, Mg, Mn. Die erste ist in den USA häufiger, die zweite in Europa. Leicht zu mahlen, zu mahlen. Das beste Material für hausgemachte Produkte. Langlebig. Leicht zu schweißen, durch Hartlöten gelötet. Leicht zu eloxieren. Er biegt sich schlecht. Nicht zum Gießen geeignet.
• 6060. Zusammensetzung: Mg, Si. Es ist weicher als 6061 und 6082, während es beim Schneiden leicht „Plastilin“ ist, für das die Wender es nicht mögen. Es ist weit verbreitet und billig, es hat keine weiteren besonderen Vorteile. Ein billiges Aluminiumlegierungsprofil hat gute Chancen, eines zu sein.
• 5083. Legierung mit Magnesium (> 4% Mg). Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, beständig gegen Meerwasser. Eine der besten Optionen für Teile, die im Regen arbeiten. Es kann auch in einem Baustofflager zusammen mit anderen ähnlichen Marken gefunden werden.
• 44400 wird er auch Silumin genannt. Legierung mit einem hohen Anteil an Silizium (Si> 8%). Gießerei. Niedriger Schmelzpunkt beim Löten, die Gefahr des Schmelzens des Teils selbst. Zerbrechlich, bricht beim Biegen. Beim Bruch sind charakteristische Kristalle sichtbar.
• 7075. 2,1-2,9% Mg, 5,1-6,1% Zn, 1,2-1,6% Cu. Eine sehr eigenartige Legierung, auch in unterschiedlicher Farbe (der Oxidfilm ist leicht golden). Überraschend hart für Aluminium, vergleichbar in der Härte mit Weichstahl. Schlecht eloxiert. Überhaupt nicht löten. Es schweißt überhaupt nicht. Biegt oder schmiedet überhaupt nicht. Nicht zum Gießen geeignet. Es ist perfekt verarbeitet und perfekt poliert. Gut für kritische Gegenstände. Wird für Schrauben in Fahrrädern und Waffen verwendet (das Material vieler Teile des M16-Gewehrs).

Die relativ niedrige Schmelztemperatur (660 ° C für reine, weniger als 600 ° C für Gusslegierungen) von Aluminium ermöglicht es, Teile unter Bedingungen in Sandformen zu gießen
Garage / Werkstatt. Viele Aluminiummarken sind jedoch nicht zum Gießen geeignet.

Anwendungsbeispiele

Drähte. Aluminium ist billig, daher sind dicke Stromkabel, SIP und Stromleitungen vorteilhaft aus Aluminium herzustellen. In alten Häusern besteht die Wohnungsverkabelung aus Aluminiumdraht (seit 2001 verbietet PUE die Verwendung von Aluminiumdraht in Wohnungen, nur Kupfer, siehe PUE 7 Ausgabe von Abschnitt 7.1.34). Auch Aluminium wird in kritischen Anwendungen nicht als Leiter verwendet.


Links ist ein alter Aluminiumdraht. Rechts sind Aluminiumkabel verschiedener Abschnitte,
geeignet zum Verlegen im Boden. Insbesondere wurde ein ganzes Stockwerk des Gebäudes an das Stromkabel rechts angeschlossen. Das Kabel hat zusätzlich zum äußeren Gummimantel ein gepanzertes Stahlband, um die darunter liegende Isolierung vor Beschädigungen zu schützen, beispielsweise mit einer Schaufel während des Aushubs.

Kühlkörper. Nicht nur Heimbatterien bestehen aus Aluminium, sondern auch Heizkörper
Mikrochips, Prozessoren aus Aluminium.


Verschiedene Aluminiumheizkörper.

Fälle von Geräten. Das Festplattengehäuse Ihres Computers besteht aus einer Aluminiumlegierung. Eine kleine Zugabe von Silizium verbessert die Festigkeitseigenschaften von Aluminium, die Siluminiumlegierung ist bei Festplatten, Haushaltsgeräten, Getrieben usw. der Fall.

Eloxiertes Aluminium (Aluminium, bei dem ein Oxidfilm elektrochemisch ist
dicker und stärker auf der Oberfläche gemacht) ist gut bemalt und einfach wunderschön. Oxid
Der Film (Al ₂ O ₃ - Rubine und Saphir-Edelsteine ​​bestehen aus derselben Substanz) ist ziemlich hart und verschleißfest, aber leider ist das darunter liegende Aluminium weich und bricht unter starkem Einfluss wie Eis auf Wasser.

Bildschirme. Die elektromagnetische Abschirmung besteht häufig aus Aluminiumfolie oder dünnem Aluminiumblech. Sie können ein einfaches Experiment durchführen, ein Mobiltelefon
In Folie eingewickelt verliert das Netzwerk - es wird abgeschirmt.

Reflektierende Beschichtung der Spiegel. 89% ( , ) ( 98%, - ). , .


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Nachteile

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Quellen

In großen Baugeschäften (OBI, Leroy Merlin, Castorama) gibt es normalerweise ein Aluminiumprofil in verschiedenen Größen und Formen. Eine gute Quelle kann gestempeltes Aluminiumkochgeschirr sein - es ist sehr billig und es gibt verschiedene Formen. Aber achten Sie auf Marken. Wenn Sie 6061 und insbesondere 7075 benötigen, müssen Sie es von einem auf Metalle spezialisierten Unternehmen kaufen.

Links zu Teilen des Handbuchs:

1 : Leiter: Silber, Kupfer, Aluminium.
2 : Leiter: Eisen, Gold, Nickel, Wolfram, Quecksilber.
3 : Leiter: Kohlenstoff, Nichrome, thermostabile Legierungen, Lote, transparente Leiter.
4 : Anorganische Dielektrika: Porzellan, Glas, Glimmer, Keramik, Asbest, Gas und Wasser.
5 : Organische halbsynthetische Dielektrika: Papier, Lauge, Paraffin, Öl und Holz.
6 : Synthetische Dielektrika auf Basis von Phenol-Formaldehyd-Harzen: Carbolit (Bakelit), Getinax, Textolit.
7 : Dielektrika: Glasfaser (FR-4), lackierter Stoff, Gummi und Hartgummi.
8 : Kunststoffe: Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol.
9 : Kunststoffe: Polytetrafluorethylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat und Silikone.
10 : Kunststoffe: Polyamide, Polyimide, Polymethylmethacrylat und Polycarbonat. Geschichte der Verwendung von Kunststoffen.
11 : Isolierbänder und Schläuche.
12 : Finale