Fortsetzung der Anleitung zu elektrischen Materialien. In diesem Teil beenden wir die Demontage der Leiter: Kohlenstoff, Nichrom, thermostabile Legierungen, Lote - Zinn, transparente Leiter.
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Ich möchte mich bei allen für die hilfreichen Kommentare zu den vorherigen Teilen bedanken, meine Liste von TODO wächst. Wenn sich der Trend fortsetzt, werde ich die endgültige Version des Handbuchs im PDF-Format nicht wie geplant in Teil 11, sondern separat in Teil 12 zusammen mit einer Liste von Verbesserungen und Verbesserungen veröffentlichen. Hinterlassen Sie Vorschläge in den Kommentaren, an welchen Stellen eine ausführlichere Erläuterung erforderlich ist.Dieser Teil ist „so lala Leitern“ gewidmet - Materialien, die Strom leiten, aber sehr mies sind, und dies nur aufgrund einiger besonderer Eigenschaften des Materials ertragen, die andere Leiter nicht haben.
Kohlenstoff
C ist Kohlenstoff. Nicht gerade Metall, sondern auch Dirigent. Graphit, Kohlenstaub - nicht so gute Leiter wie Metalle, aber sehr billig, nicht korrosionsanfällig.
Anwendungsbeispiele
Bestandteil von Widerständen. In Form von Filmen, in Form von Bulk-Stäben in einer dielektrischen Hülle.
Additiv in Polymeren zur Verleihung elektrischer Leitfähigkeit. Zum Schutz vor der Bildung statischer Elektrizität reicht es aus, fein dispergierten Graphit in das Polymer einzuführen, und Kunststoff aus einem Dielektrikum wird zu einem sehr schlechten Leiter, der ausreicht, damit die statische Ladung aus ihm abfließen kann. Bei der Arbeit mit Produkten aus diesem Kunststoff haften und funken sie nicht, was bei Brandgefahr oder bei der Arbeit mit Elektronik wichtig ist.
Leitfähiger Lack auf Basis einer Graphitsuspension.Auf der Basis von mit fein dispergiertem Graphit gefüllten Polymeren basieren verschiedene Heizungen - elektrische
Folienheizungen für Fußbodenheizungen, Heizkabel für Wasserversorgungssysteme, Heizungen für Kleidung usw. Der hohe Ausdehnungskoeffizient von Polymeren während des Erhitzens führt zu einer negativen Rückkopplung, wodurch sich solche Heizungen selbst regulieren und daher sicher sind. Wenn ein Strom durch ein solches Polymer geleitet wird, erwärmt er sich, dehnt sich beim Erhitzen aus, der Kontakt zwischen den Kohlenstoffpartikeln in der Polymermatrix verschlechtert sich, dies erhöht den Widerstand - der Stromfluss nimmt ab und die Erwärmung nimmt ab. Infolgedessen wird eine bestimmte Polymertemperatur eingestellt, die durch diesen Rückkopplungsmechanismus ohne externe Vorrichtungen stabil gehalten wird.
Heizung vom Laserdruckerofen. Die Basis ist Porzellan, die Leiter sind Silber. Der Heizer ist eine Kohlenstoffzusammensetzung, die zum Schutz mit einer Glasurschicht beschichtet ist.Polymer-rücksetzbare Sicherungen sind ähnlich aufgebaut. Wenn der Strom durch eine solche Sicherung den Nennstrom überschreitet, dehnt sich das Polymer in der Zusammensetzung durch Erhitzen aus und ein stark erhöhter Widerstand unterbricht den Strom durch die Sicherung auf einen kleinen Wert. Solche Sicherungen bieten einen langsamen Schutz, müssen jedoch nicht nach jedem Unfall ausgetauscht werden.
Kohlenstoffschweißelektrode - wird zum Schweißen verwendet, wenn die Elektrode nur benötigt wird, um den Lichtbogen ohne Schmelzen aufrechtzuerhalten. Kohle ist viel billiger als Wolfram, aber weniger haltbar und brennt an der Luft allmählich aus.
Elektroden einer Bogenlampe, die zum Filmen verwendet wird. KSB Electrodes Brand - Film Coal Filming Nichtkupfer mit weißer Flamme.Kupfer-Graphit-Materialien. Erhalten durch Sintern eines Pulvers aus Kupfer und Graphit in unterschiedlichen Anteilen. Je nach Zusammensetzung kann es von kohlschwarz bis dunkelrot mit Kupferglanz sein. Es wird als Material für Gleitkontakte verwendet - Bürsten von Elektrogeräten. Solche Bürsten bieten einen geringen Rotationswiderstand - sie gleiten gut über die Kollektorkontakte. Außerdem ist ihre Härte deutlich geringer als die Härte des Metalls des Kollektors, so dass während des Betriebs billige Bürsten anstelle eines teuren Rotors abgerieben und ausgetauscht werden.
Abgenutzte Bürsten vom Waschmaschinenmotor. Schlechter Bürstenkontakt mit dem Kollektor ist die Ursache für vermehrte Funkenbildung.Quellen
Wenn Sie zum Schweißen eines Thermoelements plötzlich eine dringende Kohlenstoffelektrode benötigen, ist es am günstigsten, die Zentralelektrode aus der Salzbatterie zu entfernen (deren Kennzeichnung mit R beginnt und nicht mit LR, alkalisch („alkalisch“) funktioniert nicht). Der Kohlenstoffstab aus der Batterie enthält Spuren von Elektrolyt. Daher ist es vor dem Gebrauch nicht verkehrt, ihn zu spülen und in Wasser zu kochen, um Elektrolytrückstände zu entfernen.
Nichromes
Für die Herstellung von Heizgeräten sind Leistungswiderstände, Legierungen mit folgenden Anforderungen erforderlich:
- Relativ hoher spezifischer Widerstand - andernfalls muss die Heizung lang und dünn gemacht werden, was sich negativ auf die Haltbarkeit auswirkt.
- Oxidationsbeständigkeit in Luft. Wenn Luft in die Glühbirne eindringt, brennt die Spirale sehr schnell. Bei hohen Temperaturen nehmen die Raten chemischer Reaktionen zu und Luftsauerstoff beginnt sogar Metalle zu oxidieren, die bei Raumtemperatur stabil sind.
- Akzeptable mechanische Eigenschaften haben. Eine geringe Duktilität und eine erhöhte Zerbrechlichkeit beeinträchtigen die Zuverlässigkeit des Produkts.
Heizungen bestehen normalerweise aus folgenden Legierungen:
Betriebstemperatur von
Nichrom (55-78% Nickel, 15-23% Chrom) bis 1100 ° C, obwohl Nichrome eine ganze Klasse von Legierungen mit einem geringen Unterschied in der Zusammensetzung sind.
Fechral , der Name leitet sich von der Zusammensetzung von FeCrAl (12-27% Cr, 3,5-5,5% Al, 1% Si, 0,7% Mn, der Rest Fe) Betriebstemperatur bis 1350 ° C ab (manchmal auch als Kantalkanthal bezeichnet, dies ist jedoch keine Legierungsqualität, aber eine Marke, die zu einem bekannten Namen geworden ist, wie z. B. „Thermoskanne“).
Durch die Zugabe von Chrom bildet sich auf der Oberfläche der Legierung ein Schutzfilm, so dass Nichromheizungen in Luft mit hoher Oberflächentemperatur lange arbeiten können.
Fechral wird nach dem Erhitzen spröde. Nach dem Erhitzen kann Nichrom noch irgendwie gebogen werden. Gleichzeitig ist Fechral billiger als Nichrom, im Einzelhandel ist es nicht so auffällig, aber in großen Mengen spürbar.
Nichromspirale mit einem Docht im Inneren - der Verdampfer einer elektronischen Zigarette. Styropor wird mit einer durch elektrischen Strom erhitzten Nichromschnur geschnitten. Sie machen auch Isolationskühlkörper aus Nichrom - bei weitem die zuverlässigste Methode, um die Isolierung von einem Draht zu entfernen und einen leitenden Kern nicht zu beschädigen.
Überraschenderweise ist es ziemlich schwierig, Nichrom in Form von Draht in kleinen Mengen zu kaufen. Lokale Verkäufer möchten nicht einmal von Mengen von weniger als einem Kilogramm hören. Wenn Sie also ein Heizelement herstellen müssen, ist es einfacher, Nichrom mit einem defekten Heizlüfter zurückzuspulen.
Die Enden der Heizelemente werden normalerweise an die Leiter geschweißt oder mechanisch festgeklemmt - mit einer Schraube oder einem Crimpen.
Legierungen zur Herstellung von thermostabilen Widerständen
Alle Materialien haben einen TCS - Temperaturkoeffizienten des Widerstands, ein Maß dafür, wie stark sich der Widerstand mit der Temperatur ändert. Es kann positiv sein - wie bei Metallen, mit zunehmender Temperatur wächst der Widerstand, es kann negativ sein, wie bei Halbleitern, mit abnehmender Temperatur nimmt der Widerstand ab. Bei der Herstellung von Präzisionsmessgeräten sind Widerstände mit einer minimalen nominalen Drift in Abhängigkeit von der Temperatur erforderlich. Zu diesem Zweck wurden Legierungen mit einem Minimum an TCS erfunden:
Constantan (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Manganin (85% Cu, 11,5-13,5% Mn, 2,5-3,5% Ni)
Tabelle mit dem Temperaturkoeffizienten (bezeichnet als α) für verschiedene
Metalle:
| Material | Temperaturkoeffizient α |
|---|
| Silizium | -0,075 |
| Germanium | -0,048 |
| Manganin | 0,00002 |
| Constantan | 0,00005 |
| Nichrome | 0,0004 |
| Quecksilber | 0,0009 |
| Stahl 0,5% C. | 0,003 |
| Zink | 0,0037 |
| Titan | 0,0038 |
| Silber | 0,0038 |
| Kupfer | 0,00386 |
| Blei | 0,0039 |
| Platin | 0,003927 |
| Gold | 0,004 |
| Aluminium | 0,00429 |
| Zinn | 0,0045 |
| Wolfram | 0,0045 |
| Nickel | 0,006 |
| Eisen | 0,00651 |
Zur Vereinfachung gibt der Koeffizient α an, wie oft sich der Widerstand des Leiters ändert, wenn sich die Temperatur um ein Grad Celsius ändert.
Lote
Beim Löten werden zwei Teile mit Lötmittel verbunden, einem Material, dessen Schmelzpunkt unter dem der zu verbindenden Teile liegt. Zum Beispiel die Verbindung zweier Kupferleiter mit Zinn. Es ist die Verwendung von Lot, die den Hauptunterschied zum Schweißen darstellt, wenn die Teile durch eine Schmelze von selbst verbunden sind, beispielsweise wird ein Stahlhaken unter Verwendung einer Stahlschmelzschweißelektrode an eine Stahltür geschweißt.
Lote werden häufig in zwei Gruppen eingeteilt - feuerfest (Schmelzpunkt 400 ° C oder mehr) und schmelzbar. Oder manchmal hart und weich. Wenn man bedenkt, dass weiche Lote normalerweise schmelzbar sind, sind harte Lote oft gleichbedeutend mit feuerfestem Material und weiche Lote sind schmelzbar.
In der Elektronik werden Lote verwendet, um einen zuverlässigen elektrischen Kontakt herzustellen. Die Hauptlote in der Elektroniktechnologie sind weich und basieren auf Zinn und Zinn-Blei-Legierungen. Alle anderen exotischen Lote werden nicht berücksichtigt.
Zinn
Sn - Tin. Der Hauptbestandteil von Weichloten. Zinn ist ein relativ niedrigschmelzendes Metall, mit dem Leiter verbunden werden können. In seiner reinen Form wird nicht verwendet (siehe Fakten). Aufgrund der hohen Kosten für Zinn (und aus anderen Gründen, siehe unten) wird es in Loten mit Blei verdünnt. Lötmittel aus 61% Zinn und 39% Blei bildet ein
Eutektikum . Mit einer solchen Mischung löten POS-61 (Zinn-Blei-Lötmittel - 61% Zinn) die Funkkomponenten auf die Platinen, Drähte. In weniger kritischen Knoten (Gehäuse, Kühlkörper, Siebe usw.) wird Zinn in Loten stärker verdünnt, bis zu 30% Zinn, 70% Blei.
Elektronische Geräte sind seit langem mit Zinn-Blei-Loten verlötet. Dann kamen Umweltschützer angerannt und sagten, Blei sei Schwermetall, giftig, und es wäre kein Problem, wenn sich alle Ihre iPhones, Computer und anderen Geräte nicht auf einer Mülldeponie befänden, von wo aus Blei in die Umwelt gelangt. Daher entwickelten sie
eine Reihe bleifreier Lote, wenn Zinn mit Wismut verdünnt oder in seiner reinen Form verwendet wird, stabilisiert durch Additive, beispielsweise Silber. Diese Lote sind jedoch teurer, haben schlechtere Eigenschaften und sind feuerfester. Daher werden Zinn-Blei-Lote lange Zeit in kritischen Produkten für militärische, weltraumtechnische und medizinische Anwendungen verbleiben.
Darüber hinaus neigen bleifreie Lote dazu, einen "Schnurrbart" zu bilden. Zinnwhisker - lange dünne Kristalle, die aus Zinnlot herauswachsen - sind die Ursache für Geräteausfälle und Fehlfunktionen. Leider können Additive zu Loten das Wachstum von "Whiskern" nicht zu 100% stoppen. Daher werden bewährte Zinn-Blei-Lote in kritischen Systemen eingesetzt - in Weltraum-, Medizin-, Militär- und Atomanwendungen.
Mehr zum Schnurrbart.
Zinn Fakten
- Reines Zinn ist anfällig für die „Zinnpest“, wenn Zinn bei Temperaturen unter 13,2 ° C sein Kristallgitter ändert und sich von einem glänzenden Metall in ein graues Pulver verwandelt (wie beim Erhitzen verwandelt sich Diamant in Graphit). Den Erzählungen zufolge ist die Zinnpest einer der Gründe für die Niederlage der napoleonischen Armee unter den Bedingungen rauer russischer Städte (stellen Sie sich vor, wie sich in der Kälte Ihre Knöpfe, Löffel, Gabeln und Becher in graues Pulver verwandeln). Und die Tatsache, dass die Zinnpest zu einem der Gründe wurde, die die Expedition von Scott-Zinn-Dosen ruinierten, Kraftstofftanks wurden mit Zinn verlötet und fielen einfach in der Kälte auseinander. Ein kleines Wismutpräparat beseitigt praktisch die Zinnpest.
- Zinn leitet einen siebenmal schlechteren elektrischen Strom als Kupfer.
- Zinn wird als Schutzbeschichtung für Dosen verwendet - Weißblech in Kontakt mit Lebensmitteln macht es nicht gefährlich. (Da sich Zinn in der Metallspannungsreihe rechts von Eisen befindet, schützt das Verzinnen das Eisen nicht galvanisch vor Korrosion, wie Zink, das sich in der Metallspannungsreihe links von Eisen befindet. Wie der galvanische Schutz funktioniert, erfahren Sie hier ).
- Vor der weiten Verbreitung von Aluminium wurde Folie aus Zinn hergestellt, sie wurde "Staniol" genannt (von Stannum - lateinischer Name für Zinn).
- Versuchen Sie nicht, Schmuck mit weichem Zinn und Bleilot zu reparieren. Die Festigkeit der Verbindung ist nicht akzeptabel, und das Vorhandensein von schmelzbarem Lot auf der Oberfläche erschwert das normale Löten mit harten Loten.
Schmelzlote
Basierend auf Zinnlegierungen wurden schmelzbare Lote entwickelt. Und sogar sehr schmelzbare Lote, die in heißem Wasser schmelzen. Eine gute
Liste von Legierungen finden Sie auf Wikipedia.
Spulen und Stäbe aus Zinn-Blei-Loten. Der Lötdraht enthält einen zentralen Kanal mit einem Flussmittel, das den Lötprozess erleichtert.Grundlote für Funkgeräte
- POS-61 - 61% Zinn, der Rest ist Blei. Schmelzpunkt (Liquidus) 183 ° C. Es gibt viele ähnliche Zusammensetzungen und Eigenschaften von importierten Loten, bei denen sich die Anteile der Komponenten um einige Prozent unterscheiden, beispielsweise Sn60Pb40 oder Sn63Pb37.
- POS-40 - 40% Zinn. Der Rest ist Blei. Schmelzpunkt (Liquidus) 238 ° C Weniger haltbar, feuerfester, nicht eutektisch (es schmilzt nicht sofort, es gibt einen Temperaturbereich, in dem das Lot eher wie Brei aussieht). Aufgrund der Tatsache, dass es fast doppelt so billig ist (Zinn ist teuer), wird es für nicht verantwortungsvolle Verbindungen verwendet - Löten von Sieben, Reifen. Die Lote POS-33 (Schmelzpunkt 247), POS-25 (Schmelzpunkt 260), POS-15 (Schmelzpunkt 280) sind ähnlich.
- Bleifreie Lote. Zum Löten von Kupferwasserrohren mit einem Brenner wird am häufigsten Weichlot mit 3% Kupfer (Sn97Cu3) verwendet. Es enthält kein Blei und ist daher für Trinkwasser geeignet. Aus Umweltgründen wird moderne Elektronik in Fabriken hauptsächlich mit bleifreien Loten verlötet. Guter Artikel .
Die Liste ist vollständig schmelzbare Lote:
- Rosenlegierung: 25% Sn, 25% Pb, 50% Bi. Schmelzpunkt +94 ° C.
- Holzlegierung: 12,5% Sn, 25% Pb, 50% Bi, 12,5% Cd Schmelzpunkt +68,5 ° C.
Sie werden von Amateuren zum Verzinnen von Leiterplatten verwendet, da sie in heißem Wasser schmelzen, und es ist möglich, die Kupferfolie der Leiterplatte schnell mit einem Gummispatel unter einer Schicht aus kochendem Wasser abzudecken. In der Technologie werden sie zum Löten von Teilen verwendet, die einer Erwärmung auf normale Temperaturen von Loten nicht standhalten können, oder in Fällen, in denen aus irgendeinem Grund ein sehr niedrigschmelzendes Metall benötigt wird (z. B. für einen Temperatursensor).
Wenn Sie die federbelasteten Kontakte mit schmelzbarem Lot löten, erhalten Sie eine einfache und zuverlässige Thermosicherung. Wenn die Temperatur überschritten wird, schmilzt das Lot und die Kontakte unterbrechen den Stromkreis. Es stimmt, die Sicherung wird sich als Einweg herausstellen. In vielen sowjetischen Fernsehgeräten war die horizontale Abtasteinheit vor einer gewöhnlichen Stahlspiralfeder geschützt, die mit schmelzbarem Lot verlötet war. Bei Überhitzung, auch von einem großen Strom durch eine Feder, wurde es abgelötet und abgerissen. Sicherungen dieser Art eignen sich sehr gut als Brandschutz.
Andere Leiter
Thermoelementlegierungen
Für die Herstellung von Thermoelementen werden Legierungen verwendet, die gegen hohe Temperaturen beständig sind, aber gleichzeitig einen hohen thermoEMF besitzen. Weitere Informationen zu
Thermoelementen finden Sie in der einschlägigen Literatur.
Legierungen:
- Chromel (90% Ni, 10% Cr)
- Copel (43% Ni, 2-3% Fe, 53% Cu)
- Alumel (93-96% Ni, 1,8-2,5% Al, 1,8-2,2% Mn, 0,8-1,2% Si)
- Platin (100% Pt)
- Rhodiumplatin (10-30% Rh)
- Kupfer (100% Cu)
- Constantan (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Durch Verbinden von zwei Leitern aus zwei verschiedenen Metallen werden Thermoelemente erhalten, beispielsweise ein K-Thermoelement (TXA - Chromel-Alumel-Thermoelement). Die häufigsten Paare sind Chromel-Alumel, Chromel-Copel, Kupfer-Konstantan (für niedrige Temperaturen), Platin-Platin-Rhodium (für genaue Messungen und für hohe Temperaturen).
Indien Zinnoxid
Oxid Indien - Zinn (kurz Indiumzinnoxid oder ITO) ist ein Halbleiter, hat jedoch einen geringen Widerstand, und vor allem ist der Film aus Indiumzinnoxid transparent.
Diese Eigenschaft wird bei der Herstellung von LCD-Displays genutzt, das Elektrodengitter auf der Glasoberfläche wird genau aus Indiumzinnoxid abgeschieden. Resistive Touch Panels haben auch eine transparente leitfähige Beschichtung.
Der ITO-Film ist in der Reflexion kaum sichtbar, so dass ich zumindest irgendwie auffiel, dass ich das LCD-Display zerlegen musste:
Glas von der LCD-Anzeige einer elektronischen Uhr. Der Indikator wurde über einen leitfähigen Gummi mit der elektronischen Schaltung verbunden, im unteren Teil des Glases ist ein Kontaktkamm sichtbar.
Der leitende Film ist im Licht nicht sichtbar
Überraschenderweise ist der Filmwiderstand recht gering.Damit haben wir die Dirigenten fertiggestellt. Im nächsten Teil beginnen wir mit einer Überprüfung der Dielektrika.
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