Conseils continus sur les matériaux électriques. Dans cette partie, nous finissons de démonter les conducteurs: Carbone, Nichromes, alliages thermostables, soudures - étain, conducteurs transparents.
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Je tiens à remercier tout le monde pour les commentaires utiles sur les parties précédentes, ma liste de TODO s'allonge. Si la tendance se poursuit, je publierai la version finale du manuel au format pdf non pas dans la partie 11 comme prévu, mais séparément dans la partie 12 avec une liste d'améliorations et d'améliorations. Laissez des suggestions dans les commentaires sur les endroits qui nécessitent une explication plus détaillée.Cette partie est consacrée aux «conducteurs so-so» - des matériaux qui conduisent le courant, mais le font très moche, et ne le supportent qu'en raison de certaines propriétés spéciales du matériau que les autres conducteurs n'ont pas.
Carbone
C est du carbone. Pas exactement du métal, mais aussi un conducteur. Graphite, poussière de charbon - pas aussi bons conducteurs que les métaux, mais très bon marché, non soumis à la corrosion.
Exemples d'application
Composant de résistances. Sous forme de films, sous forme de barres en vrac dans une gaine diélectrique.
Additif dans les polymères pour conférer une conductivité électrique. Pour se protéger contre la formation d'électricité statique, il suffit d'introduire du graphite finement dispersé dans le polymère, et le plastique constitué d'un diélectrique devient un très mauvais conducteur, suffisant pour que la charge statique s'en écoule. Lorsque vous travaillez avec des produits en plastique, ils ne colleront pas et ne produiront pas d'étincelles, ce qui est important en cas de risque d'incendie ou de travail avec l'électronique.
Vernis conducteur à base d'une suspension de graphite.Sur la base de polymères remplis de graphite finement dispersé, divers radiateurs sont basés -
radiateurs électriques à film de
chauffage par le sol, câbles chauffants pour les systèmes d'alimentation en eau, radiateurs pour vêtements, etc. Le coefficient de dilatation élevé des polymères pendant le chauffage entraîne une rétroaction négative, ce qui rend ces réchauffeurs autorégulateurs et donc sûrs. Lorsqu'un courant traverse un tel polymère, il se réchauffe, se dilate sous l'effet de la chaleur, le contact entre les particules de carbone dans la matrice polymère s'aggrave, cela augmente la résistance - le flux de courant diminue et le chauffage diminue. En conséquence, une certaine température du polymère est établie, qui est maintenue de manière stable par ce mécanisme de rétroaction sans aucun dispositif externe.
Chauffage du poêle de l'imprimante laser. La base est en porcelaine, les conducteurs sont en argent. Le chauffage est une composition de carbone enduite pour protéger avec une couche de glaçure.Les fusibles réarmables en polymère sont de conception similaire. Si le courant traversant un tel fusible dépasse celui nominal, le polymère dans la composition se dilate du chauffage, et une résistance fortement augmentée interrompt le courant traversant le fusible à une petite valeur. Ces fusibles offrent une protection lente, mais ne nécessitent pas de remplacer le fusible après chaque accident.
Électrode de soudage au carbone - utilisée pour le soudage, lorsque l'électrode est uniquement requise pour maintenir l'arc sans fondre. Le charbon est beaucoup moins cher que le tungstène, mais moins durable et brûle progressivement dans l'air.
Électrodes d'une lampe à arc utilisées pour le tournage. Électrodes de marque KSB - Film de film de charbon à flamme blanche sans cuivre.Matériaux cuivre-graphite. Obtenu par frittage d'une poudre de cuivre et de graphite en différentes proportions. Selon la composition, il peut être du noir de charbon au rouge foncé avec un éclat cuivré. Il est utilisé comme matériau de contacts coulissants - brosses d'appareils électriques. Ces brosses offrent une faible résistance à la rotation - elles glissent bien sur les contacts du collecteur. De plus, leur dureté est sensiblement inférieure à la dureté du métal du collecteur, de sorte que les brosses bon marché plutôt qu'un rotor coûteux sont abrasées et remplacées pendant le fonctionnement.
Brosses usées du moteur de la machine à laver. Un mauvais contact des brosses avec le collecteur est la cause de l'augmentation des étincelles.Les sources
Si vous avez soudainement besoin d'une électrode de carbone urgente, par exemple, pour souder un thermocouple, le moyen le plus abordable est de retirer l'électrode centrale de la batterie au sel (dont le marquage commence par R et non LR, alcaline ("alcaline") ne fonctionnera pas). La tige de carbone de la batterie contient des traces d'électrolyte, donc avant utilisation, il ne sera pas inutile de la rincer et de la faire bouillir dans de l'eau pour éliminer les résidus d'électrolyte.
Nichromes
Pour la fabrication d'appareils de chauffage, des résistances de puissance, des alliages avec les exigences suivantes sont nécessaires:
- Résistivité relativement élevée - sinon le réchauffeur devra être long et mince, ce qui affectera négativement la durabilité.
- Résistance à l'oxydation dans l'air. Si l'air pénètre dans l'ampoule, la spirale brûlera très rapidement. À des températures élevées, les taux de réactions chimiques augmentent et l'oxygène atmosphérique commence à oxyder même les métaux stables à température ambiante.
- Avoir des caractéristiques mécaniques acceptables. Une faible ductilité et une fragilité accrue nuiront à la fiabilité du produit.
Les radiateurs sont généralement constitués des alliages suivants:
Nichrome (55-78% nickel, 15-23% chrome) température de fonctionnement jusqu'à 1100 ° C bien que les nichromes soient toute une classe d'alliages avec une petite différence de composition.
Fechral , le nom dérive de la composition de FeCrAl (12-27% Cr, 3,5-5,5% Al, 1% Si, 0,7% Mn, le reste Fe) température de fonctionnement jusqu'à 1350 ° C (Parfois appelé cantal - kanthal, ce n'est pas une qualité d'alliage, mais une marque qui est devenue un nom familier, comme «thermos»).
L'ajout de chrome permet la formation d'un film protecteur à la surface de l'alliage, de sorte que les chauffages au nichrome peuvent fonctionner longtemps dans l'air avec une température de surface élevée.
Fechral devient cassant après chauffage. Après chauffage, le nichrome peut toujours être plié d'une manière ou d'une autre. Dans le même temps, le fechral est moins cher que le nichrome; dans le commerce de détail, il n'est pas si visible, mais perceptible en vrac.
Spirale Nichrome avec une mèche à l'intérieur - le vaporisateur d'une cigarette électronique. La mousse de polystyrène est coupée avec une chaîne en nichrome chauffée par le courant électrique. Ils font également des dissipateurs thermiques d'isolation en nichrome - de loin le moyen le plus fiable pour retirer l'isolation d'un fil et ne pas endommager un noyau conducteur.
Étonnamment, il est assez difficile d'acheter du nichrome sous forme de fil en petites quantités, les vendeurs locaux ne veulent même pas entendre parler de quantités inférieures à un kilogramme. Donc, si vous devez fabriquer un élément chauffant, il est plus facile de rembobiner le nichrome avec un radiateur soufflant défectueux.
Les extrémités des éléments chauffants sont généralement soudées aux conducteurs ou fixées mécaniquement - avec une vis ou un sertissage.
Alliages pour la fabrication de résistances thermostables
Tous les matériaux ont un coefficient de résistance TCS - température, une mesure de la variation de la résistance avec la température. Il peut être positif - comme avec les métaux, avec l'augmentation de la température, la résistance augmente, il peut être négatif, comme avec les semi-conducteurs, avec une température décroissante, la résistance diminue. Dans la fabrication d'instruments de mesure de précision, il est nécessaire d'avoir des résistances avec une dérive nominale minimale en fonction de la température. Pour ce faire, invente des alliages avec un TCS minimum:
Constantan (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Manganine (85% Cu, 11,5-13,5% Mn, 2,5-3,5% Ni)
Tableau montrant le coefficient de température (noté α) pour divers
métaux:
| Matière | Coefficient de température α |
|---|
| Silicium | -0,075 |
| Germanium | -0,048 |
| Manganine | 0,00002 |
| Constantan | 0,00005 |
| Nichrome | 0,0004 |
| Mercure | 0,0009 |
| Acier 0,5% C | 0,003 |
| Le zinc | 0,0037 |
| Titane | 0,0038 |
| Argent | 0,0038 |
| Cuivre | 0,00386 |
| Plomb | 0,0039 |
| Platine | 0,003927 |
| De l'or | 0,004 |
| Aluminium | 0,00429 |
| Étain | 0,0045 |
| Tungstène | 0,0045 |
| Nickel | 0,006 |
| Le fer | 0,00651 |
Pour simplifier, le coefficient α indique combien de fois la résistance du conducteur changera lorsque la température changera d'un degré Celsius.
Les soldats
Le brasage consiste à assembler deux pièces à l'aide de brasure, un matériau dont le point de fusion est inférieur à celui des pièces à assembler. Par exemple, la connexion de deux conducteurs en cuivre à l'aide d'étain. C'est l'utilisation de la soudure qui est la principale différence par rapport au soudage, lorsque les pièces sont reliées par une fusion d'eux-mêmes, par exemple, un crochet en acier est soudé à une porte en acier à l'aide d'une électrode de fusion en acier.
Les soudures sont souvent classées en deux groupes - réfractaires (point de fusion 400 ° C ou plus) et fusibles. Ou, parfois, dur et doux. Étant donné que les soudures molles sont généralement fusibles, les soudures dures sont souvent synonymes de réfractaires et les soudures molles sont fusibles.
Dans la technologie électronique, les soudures sont utilisées pour créer un contact électrique fiable. Les principaux soudeurs en technologie électronique sont mous, à base d'étain et d'alliages étain-plomb. Tous les autres soldats exotiques ne seront pas pris en compte.
Étain
Sn - Étain. La principale composante des soudures tendres. L'étain est un métal à bas point de fusion, ce qui lui permet d'être utilisé pour connecter des conducteurs. Dans sa forme pure n'est pas utilisé (voir faits). En raison du coût élevé de l'étain (ainsi que d'autres raisons, voir ci-dessous), il est dilué avec du plomb dans les soudures. La soudure à partir de 61% d'étain et 39% de plomb forme un
eutectique , avec un tel mélange, le POS-61 (soudure étain-plomb - 61% d'étain) soude les composants radio sur les cartes, les fils. Dans les nœuds moins critiques (châssis, dissipateurs thermiques, écrans, etc.), l'étain dans les soudures est dilué plus fortement, jusqu'à 30% d'étain, 70% de plomb.
Les appareils électroniques ont longtemps été soudés avec des soudures au plomb-étain. Ensuite, les écologistes se sont précipités et ont déclaré que le plomb était un métal lourd, toxique, et qu'il n'y aurait aucun problème si tous vos iPhones, ordinateurs et autres gadgets n'étaient pas dans une décharge, d'où le plomb pénètre dans l'environnement. Par conséquent, ils ont
proposé une série de soudures sans plomb, lorsque l'étain est dilué avec du bismuth, ou est utilisé sous sa forme pure, stabilisé par des additifs, par exemple, de l'argent. Mais ces soudures sont plus chères, de pires caractéristiques, plus réfractaires. Par conséquent, les soudures au plomb et à l'étain resteront longtemps dans les produits critiques pour les applications militaires, spatiales et médicales.
De plus, les soudures sans plomb ont tendance à former une "moustache". Les moustaches d'étain - de longs cristaux minces poussant hors de la soudure d'étain - sont la cause de pannes et de dysfonctionnements de l'équipement. Malheureusement, les additifs aux soudures ne permettent pas à 100% de stopper la croissance des "moustaches", par conséquent, les soudures au plomb et à l'étain, testées dans le temps, sont utilisées dans les systèmes critiques - applications spatiales, médicales, militaires et atomiques.
En savoir plus sur la moustache.
Faits sur l'étain
- L'étain pur est sujet à la «peste de l'étain», lorsque à des températures inférieures à 13,2 ° C, l'étain change de réseau cristallin, passant d'un métal brillant à une poudre grise (comme lorsqu'il est chauffé, le diamant se transforme en graphite). Selon les contes, la peste d'étain est l'une des raisons de la défaite de l'armée napoléonienne dans les conditions des villes russes rudes (imaginez comment dans le froid vos boutons, cuillères, fourchettes, tasses se transforment en poudre grise). Et le fait que la peste de l'étain soit devenue l'une des raisons qui ont ruiné l' expédition des boîtes de conserve Scott, les réservoirs de carburant ont été soudés à l'étain et se sont tout simplement effondrés dans le froid. Un petit supplément de bismuth élimine pratiquement la peste d' étain.
- L'étain conduit un courant électrique 7 fois pire que le cuivre.
- L'étain est utilisé comme revêtement protecteur pour les boîtes de conserve en contact avec les aliments ne le rend pas dangereux. (mais comme l'étain se trouve à droite du fer dans la série de tension du métal, l'étamage ne protège pas le fer de la corrosion galvaniquement, comme le zinc, qui se trouve à gauche du fer dans la série de tension du métal. Comment fonctionne la protection galvanique ici ).
- Avant la large distribution de l'aluminium, le papier d'aluminium était fait d'étain, il était appelé "staniol" (du stannum - nom latin pour l'étain).
- N'essayez pas de réparer des bijoux avec des soudures en étain doux et en plomb-étain. La résistance du joint sera inacceptable, et la présence de soudure fusible sur la surface compliquera la soudure normale avec des soudures dures.
Soudures fusibles
À base d'alliages d'étain, des soudures fusibles ont été développées. Et même des soudures très fusibles qui fondent dans l'eau chaude. Une bonne
liste d' alliages est sur Wikipedia.
Bobines et joncs de soudures étain-plomb. Le fil de soudure contient un canal central avec un flux qui facilite le processus de soudure.Soudures de base pour équipement radio
- POS-61 - 61% d'étain, le reste est en plomb. Point de fusion (liquidus) 183 ° C Il existe de nombreuses compositions et propriétés similaires de soudures importées dans lesquelles les proportions des composants diffèrent de quelques pour cent, par exemple Sn60Pb40 ou Sn63Pb37.
- POS-40 - 40% d'étain. Le reste est en plomb. Point de fusion (liquidus) 238 ° C Moins durable, plus réfractaire, non eutectique (ne fond pas tout de suite, il y a une plage de température à laquelle la soudure ressemble plus à de la bouillie). Mais étant donné qu'il est presque deux fois moins cher (l'étain est cher), il est utilisé pour des connexions non responsables - soudure d'écrans, de pneus. Les soudures POS-33 (point de fusion 247), POS-25 (point de fusion 260), POS-15 (point de fusion 280) sont similaires.
- Des soudures sans plomb. Pour souder des conduites d'eau en cuivre avec un brûleur, la soudure douce avec 3% de cuivre (Sn97Cu3) est le plus souvent utilisée. Il ne contient pas de plomb, il convient donc à l'eau potable. Pour des raisons environnementales, l'électronique moderne dans les usines est principalement soudée avec des soudures sans plomb. Bon article .
La liste est des soudures entièrement fusibles:
- Alliage de rose: 25% Sn, 25% Pb, 50% Bi. Point de fusion +94 ° C
- Alliage de bois: 12,5% Sn, 25% Pb, 50% Bi, 12,5% Cd Point de fusion +68,5 ° C
Ils sont utilisés pour l'étamage des cartes de circuits imprimés par des amateurs, car ils fondent dans l'eau chaude, et il est possible de couvrir rapidement la feuille de cuivre de la carte de circuits imprimés avec une spatule en caoutchouc sous une couche d'eau bouillante. En technologie, ils sont utilisés pour souder des pièces qui ne peuvent pas résister à la chaleur des températures normales des soudures, ou dans les cas où, pour une raison quelconque, un métal à très bas point de fusion est nécessaire (par exemple, pour un capteur de température).
Si vous soudez les contacts à ressort avec de la soudure fusible, vous obtenez un fusible thermique simple et fiable, lorsque la température est dépassée, la soudure fond et les contacts rompent le circuit. Certes, le fusible sera jetable. Dans de nombreux téléviseurs soviétiques, l'unité de balayage horizontal était protégée contre un ressort spiral en acier ordinaire soudé à une soudure fusible. Lors d'une surchauffe, y compris à partir d'un courant important à travers un ressort, il a été soudé et arraché. Les fusibles de ce type sont très bons pour la protection contre les incendies.
Autres conducteurs
Alliages pour thermocouples
Pour la fabrication de thermocouples, on utilise des alliages résistants aux températures élevées, mais en même temps dotés d'un thermoEMF élevé. Vous trouverez plus d'informations sur les
thermocouples dans la littérature correspondante.
Alliages:
- 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)
- Platine (100% Pt)
- Platine de rhodium (10-30% Rh)
- Cuivre (100% Cu)
- Constantan (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
En connectant deux conducteurs de deux métaux différents, on obtient des thermocouples, par exemple un thermocouple de type K (TXA - Chromel-Alumel Thermocouple). Les paires les plus courantes sont chromel-alumel, chromel-copel, cuivre-constantan (pour les basses températures), platine-platine-rhodium (pour des mesures précises et pour les températures élevées).
Inde Tin Oxide
Oxide Inde - L'étain (oxyde d'étain indium ou ITO pour faire court) est un semi-conducteur, mais a une faible résistance, et surtout, le film d'oxyde d'étain indium est transparent.
Cette propriété est utilisée dans la fabrication d'écrans LCD, la grille d'électrodes sur la surface du verre est déposée précisément à partir d'oxyde d'indium et d'étain. Les panneaux tactiles résistifs ont également un revêtement conducteur transparent.
Le film ITO est à peine visible dans la réflexion, de sorte qu'au moins d'une manière ou d'une autre il était perceptible, j'ai dû démonter l'écran LCD:
Verre de l'indicateur LCD d'une horloge électronique. L'indicateur était relié au circuit électronique par une gomme conductrice, un peigne de contacts est visible dans la partie inférieure du verre.
Le film conducteur n'est pas visible à la lumière
Étonnamment, la résistance du film est assez faible.Sur ce, nous avons terminé les conducteurs. Dans la partie suivante, nous commençons un examen des diélectriques.
Liens vers des parties du manuel:
1 : Conducteurs: argent, cuivre, aluminium.
2 : Conducteurs: fer, or, nickel, tungstène, mercure.
3 : Conducteurs: carbone, nichromes, alliages thermostables, soudures, conducteurs transparents.
4 : Diélectriques inorganiques: porcelaine, verre, mica, céramique, amiante, gaz et eau.
5 : Diélectriques semi-synthétiques organiques: papier, lessive, paraffine, huile et bois.
6 : Diélectriques synthétiques à base de résines phénol-formaldéhyde: carbolite (bakélite), getinax, textolite.
7 : Diélectriques: fibre de verre (FR-4), tissu verni, caoutchouc et caoutchouc dur.
8 : Plastiques: polyéthylène, polypropylène et polystyrène.
9 : Plastiques: polytétrafluoroéthylène, polychlorure de vinyle, polyéthylène téréphtalate et silicones.
10 : Plastiques: polyamides, polyimides, polyméthacrylate de méthyle et polycarbonate. Histoire de l'utilisation des plastiques.
11 : Rubans et tubes isolants.
12 : Finale