Orientação contínua sobre materiais elétricos. Nesta parte, finalizamos a desmontagem dos condutores: carbono, nichromos, ligas termoestáveis, soldas - estanho, condutores transparentes.
Bem-vindo ao gato (TRÁFEGO)
Quero agradecer a todos pelos comentários úteis sobre as partes anteriores, minha lista de TODO está crescendo. Se a tendência continuar, publicarei a versão final do manual em formato pdf, não na parte 11, conforme planejado, mas separadamente na parte 12, juntamente com uma lista de melhorias. Deixe sugestões nos comentários em quais locais exigem uma explicação mais detalhada.Esta parte é dedicada a "condutores mais ou menos" - materiais que conduzem corrente, mas que são muito ruins, e suportam isso apenas por causa de algumas propriedades especiais do material que outros condutores não possuem.
Carbono
C é carbono. Não é exatamente metal, mas também um condutor. Grafite, pó de carvão - não tão bons condutores quanto metais, mas muito baratos, não sujeitos a corrosão.
Exemplos de aplicação
Componente de resistores. Na forma de filmes, na forma de barras a granel em uma bainha dielétrica.
Aditivo em polímeros para conferir condutividade elétrica. Para proteger contra a formação de eletricidade estática, basta introduzir grafite finamente dispersa no polímero, e o plástico feito de um dielétrico se torna um condutor muito ruim, suficiente para a carga estática ser drenada. Ao trabalhar com produtos fabricados com esse plástico, eles não grudam e brilham, o que é importante em caso de risco de incêndio ou trabalho com eletrônicos.
Verniz condutor à base de uma suspensão de grafite.Com base em polímeros cheios de grafite finamente dispersa, vários aquecedores são baseados -
aquecedores elétricos de filme
de piso radiante, cabos de aquecimento para sistemas de abastecimento de água, aquecedores de roupas, etc. O alto coeficiente de expansão dos polímeros durante o aquecimento leva a um feedback negativo, o que torna esses aquecedores auto-reguláveis e, portanto, seguros. Quando uma corrente é passada através desse polímero, ela se aquece, se expande do aquecimento, o contato entre as partículas de carbono na matriz polimérica piora, isso aumenta a resistência - o fluxo de corrente diminui e o aquecimento diminui. Como resultado, uma certa temperatura do polímero é estabelecida, a qual é mantida de forma estável por esse mecanismo de realimentação sem nenhum dispositivo externo.
Aquecedor do fogão da impressora a laser. A base é de porcelana, os condutores são de prata. Aquecedor é uma composição de carbono revestida para proteger com uma camada de esmalte.Os fusíveis rearmáveis de polímero são projetados de maneira semelhante. Se a corrente através de um fusível exceder a nominal, o polímero na composição se expande do aquecimento, e uma resistência acentuadamente aumentada interrompe a corrente através do fusível para um valor pequeno. Esses fusíveis fornecem proteção lenta, mas não exigem a substituição do fusível após cada acidente.
Eletrodo de solda de carbono - usado para soldagem, quando o eletrodo é necessário apenas para manter o arco sem derreter. O carvão é muito mais barato que o tungstênio, mas menos durável e queima gradualmente no ar.
Eletrodos de uma lâmpada de arco usada para filmar. Marca de Eletrodos KSB - Filmagem de Carvão com Chama Branca, não cobre.Materiais de cobre-grafite. Obtido por sinterização de um pó de cobre e grafite em diferentes proporções. Dependendo da composição, pode ser do carvão preto ao vermelho escuro com um brilho de cobre. É usado como material de contatos deslizantes - escovas de aparelhos elétricos. Essas escovas oferecem baixa resistência à rotação - elas deslizam bem sobre os contatos do coletor. Além disso, sua dureza é visivelmente mais baixa que a dureza do metal do coletor, de modo que escovas baratas, em vez de um rotor caro, são desgastadas e substituídas durante a operação.
Escovas gastas do motor da máquina de lavar. O mau contato da escova com o coletor é a causa do aumento de faíscas.Fontes
Se de repente você precisar de um eletrodo de carbono urgente, por exemplo, soldando um termopar, a maneira mais acessível é remover o eletrodo central da bateria de sal (cuja marcação começa com R e não com LR, alcalino ("alcalino") não funcionará). A haste de carbono da bateria contém vestígios de eletrólito; portanto, antes do uso, não será aconselhável enxaguar e ferver em água para remover resíduos de eletrólitos.
Nichromes
Para a fabricação de aquecedores, são necessárias resistências de potência, ligas com os seguintes requisitos:
- Resistividade relativamente alta - caso contrário, o aquecedor deverá ser longo e fino, o que afetará negativamente a durabilidade.
- Resistência à oxidação no ar. Se entrar ar na lâmpada, a espiral queima muito rapidamente. Em altas temperaturas, as taxas de reações químicas aumentam e o oxigênio atmosférico começa a oxidar até metais que são estáveis à temperatura ambiente.
- Possuem características mecânicas aceitáveis. Baixa ductilidade e maior fragilidade afetarão adversamente a confiabilidade do produto.
Os aquecedores são geralmente feitos das seguintes ligas:
Temperatura de operação do níquel (55-78% de níquel, 15-23% de cromo) até 1100 ° C, embora os nichromos sejam uma classe inteira de ligas com uma pequena diferença na composição.
Fechral , o nome deriva da composição de FeCrAl (12-27% Cr, 3,5-5,5% Al, 1% Si, 0,7% Mn, o restante Fe) temperatura de operação de até 1350 ° C (às vezes chamado de cantal - kanthal, este não é um tipo de liga, mas uma marca comercial que se tornou um nome familiar, como "garrafa térmica").
A adição de cromo fornece a formação de uma película protetora na superfície da liga, para que os aquecedores de níquel-cromo possam trabalhar por um longo tempo no ar com uma temperatura de superfície alta.
Fechral se torna quebradiço após o aquecimento. Após o aquecimento, o nicrromo ainda pode ser dobrado de alguma forma. Ao mesmo tempo, o fechral é mais barato que o nicrômio; no varejo, não é tão perceptível, mas perceptível a granel.
Níquel em espiral com um pavio dentro - o vaporizador de um cigarro eletrônico. O isopor é cortado com uma corda de nicromo aquecida por corrente elétrica. Eles também produzem dissipadores de calor com isolamento de nicrromo - de longe a maneira mais confiável de remover o isolamento de um fio e não danificar um núcleo condutor.
Surpreendentemente, é bastante difícil comprar nicrômio na forma de arame em pequenas quantidades; os vendedores locais nem querem saber sobre quantidades inferiores a um quilograma. Portanto, se você precisar criar um elemento de aquecimento, é mais fácil rebobinar o nicromo com qualquer aquecedor de ventilador com defeito.
As extremidades dos elementos de aquecimento são geralmente soldadas aos condutores ou presas mecanicamente - com um parafuso ou crimpagem.
Ligas para fabricação de resistências termoestáveis
Todos os materiais têm um coeficiente de resistência TCS - temperatura, uma medida de quanta resistência muda com a temperatura. Pode ser positivo - como nos metais, com o aumento da temperatura, a resistência aumenta, pode ser negativo, como nos semicondutores, com a temperatura decrescente, a resistência diminui. Na fabricação de instrumentos de medição de precisão, é necessário ter resistências com um desvio nominal mínimo, dependendo da temperatura. Para fazer isso, ligas inventadas com um TCS mínimo:
Constantan (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Manganina (85% Cu, 11,5-13,5% Mn, 2,5-3,5% Ni)
Tabela mostrando o coeficiente de temperatura (indicado como α) para vários
metais:
| Material | Coeficiente de temperatura α |
|---|
| Silício | -0,075 |
| Germânio | -0,048 |
| Manganin | 0,00002 |
| Constantan | 0,00005 |
| Nichrome | 0,0004 |
| Mercúrio | 0,0009 |
| Aço 0,5% C | 0,003 |
| Zinco | 0,0037 |
| Titanium | 0,0038 |
| Prata | 0,0038 |
| Cobre | 0,00386 |
| Lead | 0,0039 |
| Platina | 0,003927 |
| Ouro | 0,004 |
| Alumínio | 0,00429 |
| Estanho | 0,0045 |
| Tungstênio | 0,0045 |
| Níquel | 0,006 |
| Ferro | 0,00651 |
Para simplificar, o coeficiente α diz quantas vezes a resistência do condutor muda quando a temperatura muda em um grau Celsius.
Soldas
Soldar é o processo de unir duas partes usando solda, um material com um ponto de fusão mais baixo que o das peças que estão sendo unidas. Por exemplo, a conexão de dois condutores de cobre usando estanho. É o uso da solda que é a principal diferença da soldagem, quando as peças são conectadas por um derretimento por si mesmas, por exemplo, um gancho de aço é soldado a uma porta de aço usando um eletrodo de solda por fusão de aço.
As soldas são frequentemente classificadas em dois grupos - refratárias (ponto de fusão de 400 ° C ou mais) e fusíveis. Ou, às vezes, duro e macio. Considerando que as soldas leves geralmente são fundidas, as soldas duras são sinônimos de refratárias e as soldas leves são fusíveis.
Na tecnologia eletrônica, as soldas são usadas para criar um contato elétrico confiável. As principais soldas em tecnologia eletrônica são leves, baseadas em estanho e ligas de estanho-chumbo. Todas as outras soldas exóticas não serão consideradas.
Estanho
Sn - Estanho. O principal componente das soldas macias. O estanho é um metal de fusão relativamente baixa, que permite ser usado para conectar condutores. Na sua forma pura não é usado (ver fatos). Devido ao alto custo do estanho (além de outras razões, veja abaixo), ele é diluído com chumbo nas soldas. A solda a partir de 61% de estanho e 39% de chumbo forma uma
eutética , com essa mistura, o POS-61 (solda de chumbo-estanho - 61% de estanho) solda os componentes de rádio nas placas, nos fios. Em nós menos críticos (chassi, dissipadores de calor, telas, etc.), o estanho nas soldas é diluído mais fortemente, até 30% de estanho, 70% de chumbo.
Há muito que os dispositivos eletrônicos são soldados com soldas de chumbo-estanho. Então os ambientalistas vieram correndo e disseram que o chumbo é heavy metal, tóxico, e não haveria problema se todos os seus iPhones, computadores e outros aparelhos não estivessem em um aterro sanitário, de onde o chumbo entra no ambiente. Portanto, eles
criaram uma série de soldas sem chumbo, quando o estanho é diluído com bismuto ou usado em sua forma pura, estabilizada por aditivos, como prata. Mas essas soldas são mais caras, com características piores, mais refratárias. Portanto, as soldas de estanho-chumbo permanecerão em produtos críticos para aplicações militares, espaciais e médicas por um longo tempo.
Além disso, as soldas sem chumbo tendem a formar um "bigode". Bigodes de estanho - longos cristais finos que crescem da solda de estanho - são a causa de falhas e mau funcionamento do equipamento. Infelizmente, os aditivos para soldas não permitem que 100% parem o crescimento de "bigodes"; portanto, as soldas de chumbo-estanho, como testadas pelo tempo, são usadas em sistemas críticos - aplicações espaciais, medicamentosas, militares, atômicas.
Mais sobre o bigode.
Fatos da lata
- O estanho puro é propenso à “praga do estanho”, quando em temperaturas abaixo de 13,2 ° C o estanho muda sua estrutura cristalina, passando de um metal brilhante para um pó cinza (como quando aquecido, o diamante se transforma em grafite). Segundo as histórias, a praga do estanho é uma das razões da derrota do exército napoleônico nas duras cidades russas (imagine como no frio seus botões, colheres, garfos e canecas se transformam em pó cinza). E o fato de a praga do estanho ter se tornado uma das razões que arruinaram a expedição das latas Scott -, os tanques de combustível foram soldados com estanho e simplesmente se desfez no frio. Um pequeno suplemento de bismuto praticamente elimina a praga de estanho.
- O estanho conduz uma corrente elétrica 7 vezes pior que o cobre.
- A lata é usada como revestimento protetor para latas - a folha de flandres em contato com os alimentos não a torna perigosa. (mas como o estanho está à direita do ferro na linha de tensão do metal, o estanho não protege o ferro da corrosão galvanicamente, como o zinco, que fica à esquerda do ferro na série de tensão do metal. Como funciona a proteção galvânica aqui ).
- Antes da ampla distribuição do alumínio, a folha era feita de estanho, era chamada de "staniol" (estanato - nome latino para estanho).
- Não tente consertar jóias com solda de estanho e chumbo. A força da junta será inaceitável e a presença de solda fusível na superfície complicará a soldagem normal com soldas duras.
Soldas fusíveis
Com base em ligas de estanho, soldas fusíveis foram desenvolvidas. E até soldas muito fusíveis que derretem na água quente. Uma boa
lista de ligas está na Wikipedia.
Bobinas e hastes de solda de estanho-chumbo. O fio de solda contém um canal central com um fluxo que facilita o processo de solda.Soldas básicas para equipamentos de rádio
- POS-61 - 61% de estanho, o restante é chumbo. Ponto de fusão (líquido) 183 ° C. Existem muitas características similares na composição e nas propriedades das soldas importadas nas quais as proporções dos componentes diferem em alguns por cento, por exemplo, Sn60Pb40 ou Sn63Pb37.
- POS-40 - 40% de estanho. O resto é chumbo. Ponto de fusão (líquido) 238 ° C Menos durável, mais refratário, não eutético (não derrete imediatamente, há uma faixa de temperatura na qual a solda se parece mais com mingau). Porém, devido ao fato de ser quase duas vezes mais barato (o estanho é caro), é usado para conexões não responsáveis - soldagem de telas, pneus. As soldas POS-33 (ponto de fusão 247), POS-25 (ponto de fusão 260), POS-15 (ponto de fusão 280) são semelhantes.
- Soldas sem chumbo. Para soldar tubos de água de cobre com queimador, a solda macia com 3% de cobre (Sn97Cu3) é mais frequentemente usada. Não contém chumbo, por isso é adequado para beber água. Por razões ambientais, a eletrônica moderna nas fábricas é soldada principalmente com soldas sem chumbo. Bom artigo
A lista é completamente soldável fusível:
- Liga de Rosa: 25% Sn, 25% Pb, 50% Bi. Ponto de fusão +94 ° C.
- Liga de madeira: 12,5% Sn, 25% Pb, 50% Bi, 12,5% Cd Ponto de fusão +68,5 ° C.
Eles são usados para estanhar placas de circuito impresso por amadores, à medida que derretem em água quente, e é possível cobrir rapidamente a folha de cobre da placa de circuito impresso com uma espátula de borracha sob uma camada de água fervente. Na tecnologia, eles são usados para soldar peças que não suportam o aquecimento a temperaturas normais de solda ou nos casos em que, por algum motivo, é necessário um metal de fusão muito baixa (por exemplo, para um sensor de temperatura).
Se você soldar os contatos com mola com solda fusível, obterá um fusível térmico simples e confiável, quando a temperatura for excedida, a solda derrete e os contatos interrompem o circuito. É verdade que o fusível ficará descartável. Em muitas televisões soviéticas, a unidade de varredura horizontal tinha proteção contra uma mola espiral de aço comum soldada a solda fusível. Ao superaquecer, inclusive de uma grande corrente através de uma mola, ela era soldada e arrancada. Fusíveis deste tipo são muito bons como proteção contra incêndio.
Outros condutores
Ligas termopares
Para a fabricação de termopares, são utilizadas ligas que são resistentes a altas temperaturas, mas ao mesmo tempo possuem alto EMEM térmico. Mais informações sobre
termopares podem ser encontradas na literatura relevante.
Ligas:
- 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)
- Platina (100% pt)
- Platina de ródio (10-30% de Rh)
- Cobre (100% Cu)
- Constantan (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Ao conectar dois condutores de dois metais diferentes, os termopares são obtidos, por exemplo, um termopar tipo K (TXA - Termopar Chromel-Alumel). Os pares mais comuns são cromel-alumel, cromel-copel, cobre-constantan (para baixas temperaturas), platina-platina-ródio (para medições precisas e para altas temperaturas).
Óxido de estanho da Índia
Óxido na Índia - O estanho (óxido de índio-estanho ou ITO) é um semicondutor, mas possui baixa resistência e, o mais importante, o filme de óxido de índio-estanho é transparente.
Esta propriedade é usada na fabricação de displays LCD, a grade de eletrodos na superfície do vidro é depositada precisamente a partir de óxido de índio e estanho. Os painéis de toque resistivos também têm um revestimento condutor transparente.
O filme ITO é quase invisível no reflexo, de modo que pelo menos de alguma forma era perceptível, tive que desmontar a tela LCD:
Vidro do indicador LCD de um relógio eletrônico. O indicador foi conectado ao circuito eletrônico através de uma goma condutora, um pente de contatos é visível na parte inferior do vidro.
O filme condutor não é visível à luz
Surpreendentemente, a resistência do filme é bastante baixa.Sobre isso, terminamos os condutores. Na próxima parte, iniciaremos uma revisão dos dielétricos.
Links para partes do manual:
1 : Condutores: Prata, Cobre, Alumínio.
2 : Condutores: Ferro, Ouro, Níquel, Tungstênio, Mercúrio.
3 : Condutores: carbono, nichromes, ligas termoestáveis, soldas, condutores transparentes.
4 : Dielétricos inorgânicos: porcelana, vidro, mica, cerâmica, amianto, gás e água.
5 : Dielétricos semi-sintéticos orgânicos: papel, soda cáustica, parafina, óleo e madeira.
6 : Dielétricos sintéticos à base de resinas fenol-formaldeído: carbolita (baquelita), getinax, textolita.
7 : Dielétrico: fibra de vidro (FR-4), tecido envernizado, borracha e borracha dura.
8 : Plásticos: polietileno, polipropileno e poliestireno.
9 : Plásticos: politetrafluoretileno, cloreto de polivinil, tereftalato de polietileno e silicones.
10 : Plásticos: poliamidas, poliimidas, polimetilmetacrilato e policarbonato. História do uso de plásticos.
11 : Fitas e tubos de isolamento.
12 : Final