Orientación continua sobre materiales eléctricos. En esta parte, terminamos de desmontar los conductores: Carbono, Nicromos, aleaciones termoestables, soldaduras - estaño, conductores transparentes.
Bienvenido a Cat (TRAFFIC)
Quiero agradecer a todos por los útiles comentarios sobre las partes anteriores, mi lista de TODO está creciendo. Si la tendencia continúa, publicaré la versión final del manual en formato pdf, no en la parte 11 según lo planeado, sino por separado en la parte 12 junto con una lista de mejoras y mejoras. Deje sugerencias en los comentarios sobre qué lugares requieren una explicación más detallada.Esta parte está dedicada a los "conductores más o menos": materiales que conducen corriente, pero lo hacen muy mal, y lo soportan solo debido a algunas propiedades especiales del material que otros conductores no tienen.
Carbono
C es carbono. No exactamente metal, sino también un conductor. Grafito, polvo de carbón, no tan buenos conductores como los metales, pero muy barato, no sujeto a corrosión.
Ejemplos de aplicación
Componente de resistencias. En forma de películas, en forma de barras a granel en una funda dieléctrica.
Aditivo en polímeros para impartir conductividad eléctrica. Para protegerse contra la formación de electricidad estática, es suficiente introducir grafito finamente disperso en el polímero, y el plástico hecho de un dieléctrico se convierte en un conductor muy pobre, suficiente para que la carga estática se drene de él. Cuando se trabaja con productos hechos de dicho plástico, no se pegarán ni chispearán, lo cual es importante en caso de peligro de incendio o de trabajar con productos electrónicos.
Barniz conductivo basado en una suspensión de grafito.Sobre la base de polímeros llenos de grafito finamente disperso, se basan varios calentadores :
calentadores eléctricos de película de
calefacción por suelo radiante, cables calefactores para sistemas de suministro de agua, calentadores para ropa, etc. El alto coeficiente de expansión de los polímeros durante el calentamiento conduce a una retroalimentación negativa, lo que hace que dichos calentadores se autorregulen y, por lo tanto, sean seguros. Cuando una corriente pasa a través de dicho polímero, se calienta, se expande por el calentamiento, el contacto entre las partículas de carbono en la matriz del polímero empeora, esto aumenta la resistencia: el flujo de corriente disminuye y el calentamiento disminuye. Como resultado, se establece una cierta temperatura del polímero, que se mantiene de manera estable mediante este mecanismo de retroalimentación sin ningún dispositivo externo.
Calentador de la estufa de la impresora láser. La base es de porcelana, los conductores son de plata. El calentador es una composición de carbono recubierta para proteger con una capa de esmalte.Los fusibles reiniciables de polímero tienen un diseño similar. Si la corriente a través de dicho fusible excede la nominal, el polímero en la composición se expande por calentamiento, y una resistencia bruscamente incrementada interrumpe la corriente a través del fusible a un valor pequeño. Tales fusibles proporcionan protección lenta, pero no requieren reemplazar el fusible después de cada accidente.
Electrodo de soldadura de carbono : se utiliza para soldar, cuando el electrodo solo se requiere para mantener el arco sin derretirse. El carbón es mucho más barato que el tungsteno, pero menos duradero y se quema gradualmente en el aire.
Electrodos de una lámpara de arco utilizada para filmar. KSB Electrodes Brand - Film Coal Filming White-flame non-copper.Materiales de cobre-grafito. Obtenido sinterizando cobre y polvo de grafito en diferentes proporciones. Dependiendo de la composición, puede ser de negro carbón a rojo oscuro con un brillo de cobre. Se utiliza como material de contactos deslizantes: cepillos de electrodomésticos. Dichos cepillos proporcionan baja resistencia a la rotación: se deslizan bien sobre los contactos del colector. Además, su dureza es notablemente menor que la dureza del metal del colector, por lo que los cepillos baratos en lugar de un rotor costoso se desgastan y reemplazan durante la operación.
Cepillos gastados del motor de la lavadora. El mal contacto del cepillo con el colector es la causa del aumento de las chispas.Fuentes
Si de repente necesita un electrodo de carbono urgente, por ejemplo, para soldar un termopar, la forma más económica es quitar el electrodo central de la batería de sal (cuyo marcado comienza con R y no con LR, alcalino ("alcalino") no funcionará). La varilla de carbono de la batería contiene trazas de electrolito, por lo que antes de usarla, no será un problema enjuagarla y hervirla en agua para eliminar los residuos de electrolitos.
Nicromos
Para la fabricación de calentadores, se requieren resistencias de potencia, aleaciones con los siguientes requisitos:
- Resistencia relativamente alta: de lo contrario, el calentador tendrá que hacerse largo y delgado, lo que afectará negativamente la durabilidad.
- Resistencia a la oxidación en el aire. Si entra aire en el bulbo, la espiral se quemará muy rápidamente. A altas temperaturas, las tasas de reacciones químicas aumentan y el oxígeno atmosférico comienza a oxidar incluso los metales que son estables a temperatura ambiente.
- Tener características mecánicas aceptables. La baja ductilidad y el aumento de la fragilidad afectarán negativamente la confiabilidad del producto.
Los calentadores generalmente están hechos de las siguientes aleaciones:
Temperatura de funcionamiento de
nicromo (55-78% de níquel, 15-23% de cromo) hasta 1100 ° C, aunque los nicromos son una clase completa de aleaciones con una pequeña diferencia en la composición.
Fechral , el nombre se deriva de la composición de FeCrAl (12-27% Cr, 3.5-5.5% Al, 1% Si, 0.7% Mn, el resto Fe) temperatura de funcionamiento de hasta 1350 ° C (a veces llamado cantal-kanthal, esto no es un grado de aleación, pero una marca comercial que se ha convertido en un nombre familiar, como "termo").
La adición de cromo proporciona la formación de una película protectora en la superficie de la aleación, de modo que los calentadores de nicromo pueden funcionar durante mucho tiempo en el aire con una temperatura superficial alta.
Fechral se vuelve quebradizo después del calentamiento. Después de calentar, el nicromo todavía puede doblarse de alguna manera. Al mismo tiempo, el fechral es más barato que el nicromo; en el comercio minorista, no es tan notable, pero se nota a granel.
Espiral de nicromo con una mecha en el interior: el vaporizador de un cigarrillo electrónico. La espuma de poliestireno se corta con una cuerda de nicromo calentada por corriente eléctrica. También fabrican disipadores de calor de aislamiento de nicromo, con mucho, la forma más confiable de eliminar el aislamiento de un cable y no dañar un núcleo conductor.
Sorprendentemente, es bastante difícil comprar nicrom en forma de alambre en pequeñas cantidades, los vendedores locales ni siquiera quieren saber sobre cantidades inferiores a un kilogramo. Entonces, si necesita hacer un elemento calefactor, es más fácil rebobinar el nicromo con cualquier calentador de ventilador defectuoso.
Los extremos de los elementos de calentamiento generalmente se sueldan a los conductores o se sujetan mecánicamente, con un tornillo o engarzado.
Aleaciones para la fabricación de resistencias termoestables.
Todos los materiales tienen un coeficiente de resistencia a la temperatura TCS, una medida de cuánta resistencia cambia con la temperatura. Puede ser positivo, como con los metales, al aumentar la temperatura la resistencia aumenta, puede ser negativo, como con los semiconductores, al aumentar la temperatura la resistencia disminuye. En la fabricación de instrumentos de medición de precisión, es necesario tener resistencias con una deriva nominal mínima, dependiendo de la temperatura. Para hacer esto, las aleaciones inventadas con un mínimo de TCS:
Constantan (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Manganina (85% Cu, 11.5-13.5% Mn, 2.5-3.5% Ni)
Tabla que muestra el coeficiente de temperatura (denotado como α) para varios
metales:
| Material | Coeficiente de temperatura α |
|---|
| Silicio | -0,075 |
| Germanio | -0,048 |
| Manganina | 0.00002 |
| Constantan | 0.00005 |
| Nicrom | 0,0004 |
| Mercurio | 0,0009 |
| Acero 0.5% C | 0.003 |
| Zinc | 0.0037 |
| Titanio | 0.0038 |
| Plata | 0.0038 |
| Cobre | 0,00386 |
| Plomo | 0.0039 |
| Platino | 0,003927 |
| Oro | 0.004 |
| Aluminio | 0.00429 |
| Estaño | 0.0045 |
| Tungsteno | 0.0045 |
| Níquel | 0.006 |
| Hierro | 0,00651 |
Para simplificar, el coeficiente α dice cuántas veces cambiará la resistencia del conductor cuando la temperatura cambie un grado Celsius.
Soldaduras
Soldar es el proceso de unir dos partes usando soldadura, un material con un punto de fusión más bajo que el de las partes que se unen. Por ejemplo, la conexión de dos conductores de cobre con estaño. El uso de soldadura es la principal diferencia de la soldadura, cuando las partes están conectadas por una fusión de sí mismas, por ejemplo, un gancho de acero se suelda a una puerta de acero utilizando un electrodo de soldadura de fusión de acero.
Las soldaduras a menudo se clasifican en dos grupos: refractarios (punto de fusión a 400 ° C o más) y fusibles. O, a veces, duro y blando. Teniendo en cuenta que las soldaduras blandas suelen ser fusibles, a menudo las soldaduras duras son sinónimo de refractario y las soldaduras blandas son fusibles.
En tecnología electrónica, las soldaduras se utilizan para crear un contacto eléctrico confiable. Las principales soldaduras en tecnología electrónica son blandas, a base de estaño y aleaciones de estaño y plomo. Todas las demás soldaduras exóticas no serán consideradas.
Estaño
Sn - Tin. El componente principal de las soldaduras blandas. El estaño es un metal de fusión relativamente baja, que le permite ser utilizado para conectar conductores. En su forma pura no se utiliza (ver hechos). Debido al alto costo del estaño (así como a otras razones, ver más abajo), se diluye con plomo en soldaduras. La soldadura de 61% de estaño y 39% de plomo forma un
eutéctico , con tal mezcla, POS-61 (soldadura de plomo y estaño - 61% de estaño) suelda los componentes de radio en los tableros, cables. En nodos menos críticos (chasis, disipadores de calor, pantallas, etc.), el estaño en soldaduras se diluye más fuertemente, hasta 30% de estaño, 70% de plomo.
Los dispositivos electrónicos han sido soldados durante mucho tiempo con soldaduras de plomo y estaño. Luego, los ambientalistas vinieron corriendo y dijeron que el plomo es metal pesado, tóxico, y que no habría ningún problema si todos sus iPhones, computadoras y otros dispositivos no estuvieran en un vertedero, desde donde el plomo entra al medio ambiente. Por lo tanto, se les
ocurrió una serie de soldaduras sin plomo, cuando el estaño se diluye con bismuto, o se usa en su forma pura, estabilizada por aditivos, por ejemplo, plata. Pero estas soldaduras son más caras, peores en características, más refractarias. Por lo tanto, las soldaduras de plomo y estaño permanecerán en productos críticos para aplicaciones militares, espaciales y médicas durante mucho tiempo.
Además, las soldaduras sin plomo tienden a formar un "bigote". Los bigotes de estaño (cristales largos y delgados que salen de la soldadura de estaño) son la causa de fallas y mal funcionamiento del equipo. Desafortunadamente, los aditivos para soldaduras no permiten que el 100% detenga el crecimiento de "bigotes", por lo tanto, las soldaduras de plomo y estaño, según lo probado por el tiempo, se usan en sistemas críticos: aplicaciones espaciales, medicinales, militares y atómicas.
Más sobre el bigote.
Hechos de estaño
- El estaño puro es propenso a la "plaga del estaño", cuando a temperaturas inferiores a 13,2 ° C el estaño cambia su red cristalina, pasando de un metal brillante a un polvo gris (como cuando se calienta, el diamante se convierte en grafito). Según los relatos, la plaga de estaño es una de las razones de la derrota del ejército napoleónico en las duras ciudades rusas (imagine cómo en el frío sus botones, cucharas, tenedores, tazas se convierten en polvo gris). Y el hecho de que la plaga del estaño se convirtió en una de las razones que arruinó la expedición de Scott: las latas, los tanques de combustible se soldaron con estaño y simplemente se desmoronaron en el frío. Un pequeño suplemento de bismuto prácticamente elimina la peste de estaño.
- El estaño conduce una corriente eléctrica 7 veces peor que el cobre.
- El estaño se usa como recubrimiento protector para las latas; la hojalata en contacto con los alimentos no lo hace peligroso. (pero como el estaño está a la derecha del hierro en la fila de tensión del metal, el estañado no protege el hierro de la corrosión galvánica, como el zinc, que está a la izquierda del hierro en la serie de tensión de metal. Aquí se puede encontrar cómo funciona la protección galvánica).
- Antes de la amplia distribución de aluminio, el papel de aluminio estaba hecho de estaño, se llamaba "estaniol" (de stannum - nombre latino para estaño).
- No intente reparar joyas con estaño suave y soldaduras de plomo y estaño. La resistencia de la unión será inaceptable, y la presencia de soldadura fusible en la superficie complicará la soldadura normal con soldaduras duras.
Soldaduras Fusibles
Basado en aleaciones de estaño, se han desarrollado soldaduras fusibles. E incluso soldaduras muy fusibles que se derriten en agua caliente. Una buena
lista de aleaciones está en Wikipedia.
Bobinas y varillas de soldaduras de estaño-plomo. El alambre de soldadura contiene un canal central con un flujo que facilita el proceso de soldadura.Soldaduras básicas para equipos de radio.
- POS-61 - 61% de estaño, el resto es plomo. Punto de fusión (liquidus) 183 ° C. Hay muchos similares en composición y propiedades de soldaduras importadas en las que las proporciones de los componentes difieren en un par por ciento, por ejemplo, Sn60Pb40 o Sn63Pb37.
- POS-40 - 40% estaño. El resto es plomo. Punto de fusión (liquidus) 238 ° C Menos duradero, más refractario, no eutéctico (no se funde de inmediato, hay un rango de temperatura en el que la soldadura se parece más a una papilla). Pero debido al hecho de que es casi dos veces más barato (el estaño es caro), se utiliza para conexiones no responsables: soldadura de pantallas, neumáticos. Las soldaduras POS-33 (punto de fusión 247), POS-25 (punto de fusión 260), POS-15 (punto de fusión 280) son similares.
- Soldaduras sin plomo. Para soldar tuberías de agua de cobre con un quemador, la soldadura suave con 3% de cobre (Sn97Cu3) se usa con mayor frecuencia. No contiene plomo, por lo tanto, es adecuado para el agua potable. Por razones medioambientales, la electrónica moderna en las fábricas se suelda principalmente con soldaduras sin plomo. Buen articulo
La lista es de soldaduras completamente fusibles:
- Aleación de rosa: 25% Sn, 25% Pb, 50% Bi. Punto de fusión +94 ° C.
- Aleación de madera: 12.5% Sn, 25% Pb, 50% Bi, 12.5% Cd Punto de fusión +68.5 ° C.
Los aficionados los utilizan para estañar las placas de circuito impreso, ya que se funden en agua caliente, y es posible cubrir rápidamente la lámina de cobre de la placa de circuito impreso con una espátula de goma debajo de una capa de agua hirviendo. En tecnología, se usan para soldar piezas que no pueden soportar el calentamiento a la temperatura normal de las soldaduras, o en casos en los que, por alguna razón, se necesita un metal de muy baja fusión (por ejemplo, para un sensor de temperatura).
Si suelda los contactos de resorte con soldadura fusible, obtiene un fusible térmico simple y confiable, cuando se excede la temperatura, la soldadura se derrite y los contactos rompen el circuito. Es cierto, el fusible resultará desechable. En muchos televisores soviéticos, la unidad de exploración horizontal tenía protección contra un resorte espiral de acero ordinario soldado a soldadura fusible. Cuando se sobrecalienta, incluso desde una gran corriente a través de un resorte, se suelda y se arranca. Los fusibles de este tipo son muy buenos como protección contra incendios.
Otros conductores
Aleaciones de termopar
Para la fabricación de termopares, se utilizan aleaciones resistentes a altas temperaturas, pero que al mismo tiempo poseen un alto termoEMF. Se puede encontrar más información sobre
termopares en la literatura relevante.
Aleaciones:
- Cromo (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)
- Platino (100% Pt)
- Rodio platino (10-30% Rh)
- Cobre (100% Cu)
- Constantan (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Al conectar dos conductores de dos metales diferentes, se obtienen termopares, por ejemplo, un termopar tipo K (TXA - Termopar Chromel-Alumel). Los pares más comunes son cromel-alumel, cromel-copel, cobre-constantan (para bajas temperaturas), platino-platino-rodio (para mediciones precisas y para altas temperaturas).
India Estaño Óxido
Oxide India: el estaño (óxido de estaño indio o ITO para abreviar) es un semiconductor, pero tiene una baja resistencia, y lo más importante, la película de óxido de estaño indio es transparente.
Esta propiedad se utiliza en la fabricación de pantallas LCD, la red de electrodos en la superficie del vidrio se deposita precisamente del óxido de indio y estaño. Los paneles táctiles resistivos también tienen un revestimiento conductor transparente.
La película ITO apenas es visible en el reflejo, por lo que al menos de alguna manera se notó, tuve que desmontar la pantalla LCD:
Vidrio del indicador LCD de un reloj electrónico. El indicador estaba conectado al circuito electrónico a través de una goma conductora, un peine de contactos es visible en la parte inferior del vidrio.
La película conductora no es visible a la luz.
Sorprendentemente, la resistencia de la película es bastante baja.Sobre esto hemos terminado los conductores. En la siguiente parte, comenzamos una revisión de dieléctricos.
Enlaces a partes del manual:
1 : Conductores: plata, cobre, aluminio.
2 : Conductores: hierro, oro, níquel, tungsteno, mercurio.
3 : Conductores: carbono, nicromos, aleaciones termoestables, soldaduras, conductores transparentes.
4 : dieléctricos inorgánicos: porcelana, vidrio, mica, cerámica, amianto, gas y agua.
5 : Dieléctricos semisintéticos orgánicos: papel, lejía, parafina, aceite y madera.
6 : dieléctricos sintéticos basados en resinas de fenol-formaldehído: carbolita (baquelita), getinax, textolita.
7 : Dieléctricos: fibra de vidrio (FR-4), tela barnizada, caucho y caucho duro.
8 : Plásticos: polietileno, polipropileno y poliestireno.
9 : Plásticos: politetrafluoroetileno, cloruro de polivinilo, tereftalato de polietileno y siliconas.
10 : Plásticos: poliamidas, poliimidas, metacrilato de polimetilo y policarbonato. Historia del uso de plásticos.
11 : Cintas y tubos de aislamiento.
12 : final