Materijali za elektrotehničke proizvode

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU

Materijali za elektrotehničke proizvode

MATERIJALI ZA ELEKTROTEHNIČKE PROIZVODE

Aluminij i legure aluminijaŽeljezo i čelik kao vodičiVodiči i oblici vodičaSvjetlovodni kabeliVodljivi slojevi i premaziSpecijalni vodljivi materijali

Ak. god. 2014/2015 Zagreb, 24. 10. 2014.

Aluminij

Elementarna ćelija kristala aluminija je plošno centrirana kubična slagalina, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom.

Aluminij, Al, je metal srebreno-bijele boje. Spada u lake metale.

U zemljinoj kori ima ga oko 7,5 % u obliku ruda:

•boksita (oko 50 %),•alumita,•nefelina,•koalina,

te minerala feldspata, liskuna itd.

Za njegovu proizvodnju potrebna je električna energija. Za 1 kg čistog aluminija potrebno je oko 20 kWh električne energije. Struje u uređajima za elektrolizu dosežu i 150 kA.

Aluminij

Proces dobivanja aluminija dijeli se na dvije faze:

•dobivanje glinice (aluminijev oksid Al2O3)•elektroliza aluminija

Pretaljivanje u blokove za prešanje ili formate za valjanje.

Dobra svojstva aluminija kao vodljivog materijala su:

•visoka električna provodnost•visoka toplinska provodnost•mala specifična masa•dobra tehnološka i mehanička svojstva•dobra kemijska postojanost•otpornost na električni luk

Aluminij

Aluminij

Osnovna svojstva aluminija dana su u sljedećoj tablici.

Svojstva

specifična masa 2,7 kg/dm3

atomska težina 26,98

redni broj 13

električna provodnost 34,8 – 38 Sm/mm2

temperaturni koeficijent istezanja 2410-6/K

talište 657 0C

vrelište 2270 0C

toplinska vodljivost 209,3 W/Km

toplina taljenja 396 kWs/kg

temperaturni koeficijent otpora 4,210-3/ K

Usporedba Al – Cu:

Aluminij je 3,5 puta lakši od bakra. Vodljivost aluminija je 1,6 puta manja od vodljivosti bakra (aluminijski vod iste dužine i ukupnog otpora ima 1,6 puta veći presjek nego bakar).

Aluminij je znatno manje čvrstoće od bakra. Za razliku od bakra, električna provodnost aluminija manje ovisi o stupnju tvrdoće.

Iako je temperatura taljenja aluminija niža od temperature taljenja bakra, kod aluminija je potrebno više energije jer ima veću specifičnu toplinu i toplinu taljenja.

Linearni koeficijent istezanja je veći nego kod bakra.

Aluminij je približno dva puta jeftiniji od bakra.

Aluminij

Aluminij

Električna svojstva: Vodljivost aluminija najviše ovisi o njegovoj čistoći. U elektrotehnici je standardiziran aluminij čistoće 99,5 % dok je ostatak ispunjen primjesama.

Utjecaj primjesa je sljedeći:

•Ni, Si, Fe, Zn imaju mali utjecaj na električnu provodnost•Cu , Ag, Mg imaju srednji utjecaj na električnu provodnost•Ti, V, Mn, Cr imaju veliki utjecaj na električnu provodnost

Zbog jakog utjecaja Ti, V, Mn, Cr zahtijeva se da u E-Al tih elemenata ukupno ne bude više od 0,03 %.

Aluminij

8

Dozvoljeni sadržaj ostalih primjesa:

•Si 0,1 %•Cu 0,02 %•Cu+Zn 0,09 %

Najveća čistoća koja se postiže u praksi je 99,99 %. To je rafinal koji se koristi za obloge kondenzatora (također kao folija za omatanje prehrambenih artikala - Al je potpuno neotrovan).

Kemijska svojstva: Aluminij je otporan prema koroziji jer se prekriva tankom opnom oksida na početku oksidacije (Al2O3). Ovaj sloj predstavlja zaštitni sloj koji može stvarati poteškoće pri spajanju vodova. Otporan je na kiseline, ali ne i na morsku vodu. Spajanje aluminija i bakra nije dopušteno jer se u prisustvu vlage stvara galvanski članak, nastaje elektrokemijska korozija, pri kojoj aluminija kao anode nestaje.

Aluminij

Tehnološka i mehanička svojstva: Aluminij je mek i rastezljiv metal. Dobro se kuje i valja u hladnom stanju. Može se izvlačiti u vrlo tanke žice i limove male debljine – folije. Loša je rezljivost aluminja.

Zavarljivost je slaba zbog prisustva oksida na površini aluminija. Koriste se plinski (zbog lake oksidacije mora se izvoditi u atmosferi plemenitih plinova), elektro i specijalni postupci zavarivanja. Za otapanje Al2O3 (2050 0C) koriste se posebni topitelji.

Lemljivost je također slaba iz istog razloga. Prilikom lemljenja potrebno je ukloniti oksid (mehanički, ultrauzvučno i kemijski). Za lemljenje koriste se lako topljivi lemovi na bazi Sn, Zn, Cd, te teško topljivi lemovi na bazi Al.

Lijepljenje umjetnim smolama je najbolji način spajanja.

Aluminij

Čvrstoća aluminija je mala i ovisi o čistoći aluminija. Što je veća čistoća, manja je čvrstoća. Prema čvrstoći klasificiran je u pet vrsta.

Naziv Oznaka Prekid.čvrstoća(N/mm2)

Tvrdoća po Brinellu(N/mm2)

Elek. provod.žica(Sm/mm2)

Elek. provod.profili(Sm/mm2)

rafinal R Al 35-45 - 38 38

meki E Al F 7 70-90 150 36 35,4

polutvrdi E Al F 9 90-130 280 35,4 34,5

tvrdi E Al F 13 130-170 350 35,1 34,5

ekstra tvrdi E Al F 17 preko 170 preko 350 34,8 34,2

Aluminij

Ovisnost o temperaturi: a) koeficijenta linearnog širenja, b) toplinskog kapaciteta i c) električne otpornosti.

Utjecaj temperature:

Aluminij

12

Poluproizvodi i proizvodi aluminija: Elektrotehnički poluproizvodi od aluminija su: žice, profili, cijevi, trake, limovi, folija. Ovi poluproizvodi se proizvode valjanjem ili prešanjem, odnosno izvlačenjem.

Primjena aluminija u elektrotehnici je velika. Aluminij zauzima više prostora od bakra za istu vrijednost vodljivosti stoga se ne koristi za namote električnih strojeva. Međutim, koristi se u primjenama gdje je kritična težina vodiča (npr. instalacije u zrakoplovima).

Kod nastajanja električnog luka kod kratkog ili zemnog spoja nastaje od aluminija nevodljivi materijal (glinica).

Aluminij zauzima prvo mjesto u primjeni za zračne vodove. U tu se svrhu koristi aluminijska užad od tvrdo vučene aluminijske žice (E-Al F17).

Aluminij

13

Zbog nedovoljne prekidne čvrstoće aluminija izrađuju se vodovi u obliku užadi od aluminijskih i pocinčanih čeličnih žica (tzv. alu-če vodiči). To su vodiči od kojih se uglavnom izgrađuju dalekovodi. Ako žice imaju jednak promjer, njihov je broj u užetu po slojevima; 1+6+12+18+24 itd. Uže se plete izmjenično - jedan sloj na jednu, a drugi na drugu stranu.

Nadzemni aluminijski vodovi

Mehanička čvrstoća je određena čeličnom jezgrom.

Električna vodljivost se računa na osnovu vodljivosti aluminija (do 38 Sm/mm2) bez vodljivosti čelika. Zbog magnetiziranja čelične jezgre, kod izmjenične struje, vodljivost se smanjuje.

Aluminij

14

U gradnji kabela upotrebljava se aluminij kao materijal za vodiče i za plašt (nul vodič). Pošto vodiči nisu izloženi mehaničkim naprezanjima koristi se bolje vodljiv, meki aluminij E-Al F7.

Za povećanu sigurnost od korozije kod podzemnih kabela oblaže se Al -plašt ispod armature specijalnim oblogama iz plastične mase.

Aluminij

15

U gradnji električnih strojeva aluminij se upotrebljava kao vodljivi i konstrukcijski materijal. Koristi se za izradu kaveza rotora asinkronih motora (ili ako je potreban veći otpor legura s 2-12,5 % silicija). Upotrebljava se za izradu kućišta manjih motora.

Aluminij se upotrebljava u mjernim instrumentima. Limovi, folije i žičane mreže od aluminja se koriste kao elektrostatski oklop za zaštitu od smetnji.

Aluminij se koristi za izradu statičkih i elektrolitskih kondenzatora. Zakretni kondenzatori s zračnim dielektrikom, trimeri, papirni kondenzatori i kondenzatori s dielektricima iz umjetnih folija imaju elektrode od aluminija u obliku ploča ili tankih folija. U nekim slučajevima se aluminij napari na dielektrik.

Aluminij se još koristi za elektrode u integriranim krugovima.

Pod aluminijskim legurama podrazumijevaju se one u kojima prevladava aluminij ili one koje služe za spajanje aluminija. Mogu se podijeliti prema:

•načinu dobijanja•namjeni•broju glavnih dodanih elemenata•vrsti glavnih dodanih elemenata

Prema vrsti glavnih dodatnih elemenata postoje:

•legure s manganom (Al-Mn) (otporne na koroziju, loše čvrstoće)•legure s magnezijem (Al-Mg)•legure sa silicijem (Al-Si)•legure s manganom i silicijem (Al-Mn-Si)•legure s bakrom (Al-Cu) (dobra električna svojstva)•legure s bakrom i magnezijem (Al-Cu-Mg)•lagure s bakrom i silicijem (Al-Cu-Si)•legure s cinkom i magnezijem (Al-Zn-Mg)

Slitine aluminija

Najveću važnost ima aldrey sa sadržajem 0,3 – 0,5 % Mg, 0,4 – 0,7 % Si i 0,2 – 0,3 % Fe (oznaka E-AlMgSi). U odnosu na čisti aluminij ima povećanu mehaničku čvrstoću (prekidna čvrstoća 350 N/mm2 i istezanje od 6,5 %) čime se približava vrijednostima za tvrdo vučeni bakar.Dobra mehanička svojstva ove legure postižu se posebnom termičkom obradom. Koristi se za gradnju distribucijskih vodova s velikim rasponom i za izradu jakostrujnih sabirnica. Vodljivost aldreya je oko 31 Sm/mm2.

Silumin je legura sa silicijem (2-12,5 % Si) koja se koristi za izradu kaveza rotora asinkronih motora i kućišta manjih izmjeničnih motora. Za izradu složenih oblika koristi se tlačno lijevanje.

Duraluminij - (3,5-5 % Cu, 0,5-0,8 % Mg, 0,5-0,8 % Mn), primjena u strojarstvu.

Slitine aluminija

Željezo i čelik (kao vodiči)

Električna svojstva: Željezo i čelik slabi su vodiči električne struje. Električna provodnost:

•čisto željezo 8-10 Sm/mm2

•čelik 8-9 Sm/mm2

Vodljivost se smanjuje s povećanjem ugljika (česta nečistoća). Kod čelika ne smije ga biti više od 0,1-0,15 %. Temperaturni koeficijent električne otpornosti je 5710-4 K-1.

Kod izmjenične struje kroz željezo dolazi do pojave skin–efekta (željezo je i feromagnetski materijal). Povećanem frekvencije struja se potiskuje na površinu vodiča i raste otpornost.

Kemijska svojstva: Željezo i čelik su neotporni na koroziju, te je potrebna dodatna zaštita.


Tehnološka i mehanička svojstva: Prednost željeza i čelika je velika prekidna čvrstoća.

Primjena željeza i čelika kao vodljivih materijala: Kao vodljivi materijal čelik veće čvrstoće upotrebljava se za tračnice električnih lokomotiva i tramvaja i za njihove kotače, te kao jezgra alu-če vodove gdje je osobito čvrst 1200-1500 N/mm2. Koriste se za sabirnice, vodove s kojima se manje snage prenose na manje udaljenosti, TT vodove, bimetalne vodiče.

Niske su cijene.


Vodiči

Vodič u užem značenju je komponenta strujnog kruga koja povezuje sve ostale komponente u tom krugu s zadaćom da što bolje vodi struju (vodiči za namote električnih strojeva i transformatora, vodove, kabele, spojne vodove, te instalacijski vodiči). Ako ima i neku drugu funkciju ili ako se prilikom vođenja struje javljaju još neki specifični iskoristivi efekti onda se govori o vodičkoj komponenti u širem smislu (kontakti, otpornici, poluvodičke aktivne komponente, itd.).

Vodiči se razlikuju po; obliku, presjeku, načinu izoliranja, namjeni...

•Energetski srednjenaponski kabeli za napone do 36 kV •Energetski i signalni kabeli do 1 kV •Telekomunikacijski kabeli •Telekomunikacijski xDSL kabeli •Svjetlovodni kabeli •Termoplastikom izolirani instalacijski kabeli •Vodovi i kabeli za željeznička i tračna vozila •Vodovi za zavarivanje •Gumom izolirani vodovi i kabeli •Brodski i offshore kabeli •Čelična užad •Nadzemni vodiči •Instrumentacijski kabeli •Rudarski kabeli

Proizvodni program tvrtke Elka.

http://www.elka.hr/index.php?option=com_katalog&task=katalog&id=2&Itemid=39











Kriteriji odabira materijala za vodiče

22

Primarna svojstvo materijala za izradu vodiča su:

• dobro vođenje struje• odolijevanje unutarnjim i vanjskim naprezanjima• dobra tehnološka svojstva (sposobnost oblikovanja, podatnost u

primjeni, dobro spajanje u električnom smislu)

Materijali za vodiče se biraju s obzirom na nekoliko kriterija. Najvažniji su:

• vrsta struje (istosmjerna, izmjenična niskih ili visokih frekvencija)• jakost struje• visina napona• mjesto ugradnje (unutar ili izvan električnog proizvoda)• klimatski uvjeti• dimanika rada (stalni ili povremeni rad)• ekonomičnost

Oblici vodiča

Različiti oblici , sposobnost namatanja, neograničena duljina.

Žice, promjera do 3 mm, materijali Cu i legure Cu; Al i legure Al; čelik i iznimno Ag.

Profili, površina presjeka do 100 mm2, materijali Cu i legure Cu;Al i legure Al.

Trake, plosnate, debljine 0,2 do 3 mm, materijali Cu, Al.

Folije, debljine 0,04 do 0,2 mm, materijali Cu, Al, Au, Ag, legure Cu. Izrađuju se valjanjem i izvlačenjem. Upotreba: tiskane pločice, elektrode kondenzatora, ...

Oblici vodiča

Šuplji vodiči za namote velikih snaga. Šupljine su pravokutnih ili zaobljenih rubova.Šupljine služe za dodatno hlađenje.Materijal obavezno Cu. Izrađuju se valjanjem i izvlačenjem.

Cijevi. Materijali Cu i legure Cu, Al i legure Al.Izrađuju se valjanjem i izvlačenjem.Upotreba za spojne vodove, krute valovode.

Šipke okrugle, presjeka 100 mm2, materijali Cu i legure Cu, Al i legure Al.

Šipke pravokutne, presjeka 100 mm2, materijali Cu i legure Cu, Al i legure Al.

Šipke višekutne, presjeka > 100 mm2, materijali Cu i legure Cu, Al i legure Al.

Oblici vodiča

Bimetalni (složeni) vodiči:

Općenito, ovi vodiči imaju čeličnu jezgru oko koje je čvrsta, kontinuirana bakrena prevlaka. Vodljivost im je oko 20 Sm/mm2.

Mogu se dobiti vrućim postupkom ili hladnim elektrolitskim putem. Pri vrućem postupku čelični se trupac stavlja u kalup u kojem se slobodni prostor ispuni rastaljenim bakrom. Nakon toga se blok prerađuje valjanjem i izvlačenjem. Između bakra i čelika je čvrsta veza ali nije jednolična bakrena prevlaka. Prekidna čvrstoća je od 550 – 700 N/mm2.

Hladni elektrolitski postupak se svodi na pobakrivanje čelika. Jednolična prevlaka ali veza između bakra i čelika nije dobra.

Bimetalni vodiči se primjenjuju za prijenos električne energije, sabirnice itd.

Oblici vodičaObloženi vodiči (platirani) Materijali: kao osnova Cu, Al,

kao pokrovni Ag, Au, Sn, Cr, NiMatrični vodiči (supravodiči)Materijali: kao osnova Cu

kao vodljiva komponenta NbZr, NbTi, Nb3Sn

Svrha:• povećanje električne vodljivosti (Cu oko Fe)• poboljšanje kontakta (pozlata)• poboljšanje kemijske otpornosti (pozlata, niklanje)• poboljšanje lemljivosti (Sn na Cu)• dekoracija

Upotreba: spojni vodovi, zračni vodovi, kruti valovodi, vodljivi elementi, supravodiči.

Oblici vodiča

Užad. Sve žice u užetu imaju isti nazivni promjer. Oko središnje žice, ovisno o presjeku užeta, nalaze se jedan ili više slojeva žice.

Uže s više od jednog sloja se upreda tako tako da susjedni slojevi imaju suprotan smjer použenja s tim da vanjski sloj ima desni smjer. Izrađuju se valjanjem i izvlačenjem, te nakon toga upredanjem.Upotreba za: spojne vodove, zračne vodove, kabele.

Svjetlovodni kabeli

To su posebni oblici složenih vodiča, gdje aktivnu funkciju vodiča preuzima staklo ili prozirna plastika, koje je po svojim svojstvima izolacijski materijal. Signal se prenosi kao svjetlost vođena totalnom refleksijom. Nosilac je visokofrekvencijski signal, frekvencije 1013 do 1015 Hz.

Svjetlovodni kabeli

Oko aktivne niti, koja je od prozirnog stakla, najčešće silicijsko staklo vrlo velike čistoće i precizne izrade, nalazi se plastični omotač za zaštitu od kemijskih i mehaničkih oštećenja, te za sprječavanje preslušavanja s ostalim valovodima.

U sredini je metalna ili nemetalna žica kao nosilac mehaničkih svojstava.

Primjena: telekomunikacije, televizija, računarstvo, industrijska automatizacija, zemaljske satelitske stanice, vojna primjena

Prednost: nema interferencije s drugim sustavima, visokofrekvencijski signali manji su gubici, moguć mali polumjer savijanja, podnosi visoke temperature, otporni na koroziju, mala težina.

Nedostaci: osjetljivost na ionizacijska zračenja, relativno visoka cijena izrade određena ekstremnom čistoćom materijala i točnošću izrade dimenzija, međusobno spajanje staklenih vodiča kao i spajanje vodiča s modulatorima.

Svjetlovodni kabeli

1. Nemetalni centralni rasteretni element2. Petrolatna masa3. Cjevčica Pa, PBT, Pa/PBT4. Tiksotropična masa5. Svjetlovodna vlakna6. Unutrašnji plašt PE slijepljen s aluminijskom

trakom(vlagonepropusna barijera)7. Armatura od čeličnih pocinčanih žica8. Vanjski plašt PE

Kabel je namijenjen za ugradnju u telekomunikacijske mreže pošta, željeznica, elektroprivreda i RTV.Kabel se polaže direktno u zemlju. Ima ugrađenu vodonepropusnu barijeru. Jezgra kabela punjena je petrolatom koji spriječava difundiranje vlage u jezgro kabela i uzdužno širenje vode.Broj svjetlovodnih vlakana je 4, 8, 12, 16, 18, 24, 36, 48.

Vodljivi slojevi i premazi na nevodljivim podlogama

U užu grupu vodiča, s proširenim mogućnostima, spadaju vodljivi slojevi i vodljivi premazi na nevodljivim podlogama.

Materijali za nevodljivu podlogu su: plastika, guma, staklo, poluvodič...

Služe kao spojni vodovi, ali se mogu upotrijebiti i kao drugi vodički elementi.

Vodljivi slojevi: U osnovi to je na nevodljivu podlogu nanesen metal, ali tako da ne bude obuhvaćena cijela površina nego samo određeni dio.

Prema debljini metalnog sloja postoje dvije grupe vodljivih slojeva:

• debeli slojevi• tanki slojevi

Vodljivi slojevi na nevodljivim podlogama

Debeli slojevi su debljine preko 5m. Nanose se:

•lijepljenjem metalne folije na izolacijsku podlogu pomoću ljepila (vrući postupak)•reljefnim uprešavanjem (hladni postupak)•sinteriranjem praha na podlogu•štrcanjem rastaljenog metala na podlogu (obično kroz masku)•elektrolitskim postupkom

Semi-elektrolitski: najprije se površina kemijski platira (neelektrolitski prevuče metalnim slojem male debljine), a zatim se dio površine prevlači elektrolitski do konačne debljine. Potpuno kemijski: željeni dio se neelektrolitski platira, a zatim uranja u otopinu

Metali: kao za prevlake na metale (Cu, Ni, Au, Ag, Sn, Sn/Pb, Sn/Ni, Rh)

Vodljivi slojevi na nevodljivim podlogama

Tanki slojevi (filmovi) su debljine ispod 5m. Nanose se:

• Kemijskim postupkom na vruću podlogu (kemijske reakcije metalne prašine na površinu vruće podloge)

•Tehnologijom naparavanja u vakuumu (metal se grije u vakuumu isparava i kondenzira se na hladnu podlogu. Ovisno o vrsti grijanja metala; otporno grijanje, isparavanje metalnog praha na grijanoj podlozi, elektronski mlaz.

•Prskanjem (ionizacija). Hladna tehnologija, svodi se na bombardiranje metala ionima. Ionizirani argon (plemeniti plin) bombardira VN katodu (metal) i izbija atome koji se talože na podlogu koja je na negativnom potencijalu.

Metali: Ag, Cu, Au, Al, Ta, Cr/Ni, Cr, Mo, Pt.

Vodljivi premazi na nevodljivim podlogama

Vodljivi premazi na nevodljivim podlogama (paste, kitovi, boje, tinte, lakovi).

To su smjese metala i nekog nemetalnog materijala, koje se nanose na nevodljivu podlogu. Po sastavu se dijele u dvije grupe:

• Smolni premazi

Metalni prah (punilo) + tekuća umjetna masa + (otapalo); nanošenje, a zatim pečenje (100 - 200 0C).

Metali: Ag, Cu, Au, Pt, Paladij, Rutenij.

Umjetne mase: Uglavnom epoksidne smole u obliku paste, boje, tinte, lakova, kitova

Vodljivi premazi na nevodljivim podlogama

• Keramički premazi (paste)

Metalni prah + stakleni ili keramički prah s dodatkom umjetne mase i eventualno otapala. Nanošenje, sušenje, paljenje (300 - 1000 0C). Ostaje metal u staklenoj masi, a smola koja je služila kao tehnološka komponenta izgori.

Metali: Ag, Cu, Au, Pt, Paladij, Rutenij

Umjetne mase: najčešće epoksidne smole u obliku paste

Nanošenje ovisi o vrsti umjetne mase i gustoće smjese: ličenje (premazivanje), štrcanje, uranjanje, sitotisak

Vodljivi premazi na nevodljivim podlogamaUpotreba:

•elektrostatska zaštita (tinjanje visokonaponski vodljivi i

poluvodljivi lakovi)•spajanje, popravci vodljivih površina•priključak izvoda•vodljivo lijepljenje•elektrode•kontaktna površina•površine za elektrolitsko platiranje•razne vodljive i otporne petlje•uzemljene površine•lemne površine

Specijalni vodljivi materijali

Platina, Pt, je plemeniti metal, sjajne srebreno-bijele boje. Kristalna struktura je plošno centrirana kubična rešetka, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom.

U prirodi se pojavljuje obično kao pratitelj bakarnih i nikalnih ruda, ili u aluvijalnim ležištima. Četvrtina svih platinskih metala otpada na platinu.

Električna svojstva: Ima veliku električnu i toplinsku provodnost.

Zlatotopka ili carska voda je smjesa koncentrirane dušične (HNO3) i kloridne (HCl) kiseline u omjeru 1:3. Zbog vrlo jakog oksidirajućeg djelovanja koristi se za otapanje metala (osim srebra s kojim tvori netopljivi klorid). Naziv potječe od uporabe za otapanje plemenitih metala kao što su zlato i platina.


Tehnološka i mehanička svojstva platine su dobra.

Platinski metali (rutenij, rodij, paladij, osmij, iridij) su u prirodi redovito uz platinu i imaju slična fizikalna i kemijska svojstva. Koriste se kao katalizatori, površinska zaštita drugih metala i koriste se za izradu slitina.

Primjena: Upotrebljava se za izradu aparatura otpornih na koroziju i električnih kontakata. Katalizatori su veliko i interesantno područje primjene platine. Skoro četvrtina proizvodnje platine se troši na katalizatore.

Najznačajnija primjena platine kao katalizatora je u automobilskim katalitičkim pretvornicima, koji omogućavaju potpuno sagorijevanje malih koncentrcija nesagorenih ugljikovodika iz ispušnih plinova u ugljikov dioksid i vodenu paru.

Kemijska svojstva: Otporna je na kiseline i lužine, otopine soli, organske tvari i sumpor, ne oksidira. Otporna je na sve kiseline osim zlatotopke. Platina se na zraku, nezaštićena, može zagrijavati na bilo koju temperaturu a da ne oksidira.


Srebro, Ag, je plemeniti metal, sjajne bijele boje. Kristalna struktura je plošno centrirana kubična rešetka, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom.

U prirodi se javlja u elementarnom stanju, ali i u spojevima. Najvažnija ruda srebra je argentit (Ag2S). Ima ga i u rudama olova, cinka i bakra. Iz ruda se dobiva tzv. cijanidnim postupkom (elektrolizom se odvaja od bakra).

Električna svojstva: Ima najveću električnu i toplinsku provodnost. Ovisnost električne otpornosti o temperaturi i primjesama prikazana je na slikama.

Kemijska svojstva: Srebro na zraku ne oksidira. Otporno je na djelovanje kiselina na sobnoj temperaturi. Osjetljivo je na sumporne spojeve i prekriva se tankim slojem srebrosulfida (Ag2S).


Tehnološka i mehanička svojstva: Čisto srebro je dosta meko. Za povećanje čvrstoće dodaje mu se bakar. Može se izvlačiti u veoma tanke žice i folije. Dobro se zavaruje (plinskim plamenom, elektrootpornim zavarivanjem) i lemi (mehaničkim lemilom). Kao lem se koristi srebrni lem s malo Zn i Cd.

Primjena: Koristi se za fotokatode, srebro-cink akumulatore, električne kontakte, legure za lemljenje, metalizacije izolacijskih materijala za izradu obloga kondenzatora.


Zlato, Au, je plemeniti metal, sjajne žute boje. Kristalna struktura je plošno centrirana kubična rešetka, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom.

U prirodi se javlja u elementarnom stanju u obliku zrnaca ili listića u kvarcnom pijesku ili stijenama. Ima ga i u sulfidnim rudama bakra, olova i željeza.

Električna svojstva: Ima veliku električnu i toplinsku provodnost.

Kemijska svojstva: Otporno je na koroziju i pri zagrijavanju. Otporno je na djelovanje kiselina, osim smjesa dušične i kloridne kiseline u omjeru 1:3.


Tehnološka i mehanička svojstva: Zlato je vrlo mek metal. Lako se kuje i izvlači u listove (0,001 mm). Dobro se lemi. Lemi se plinski, elektrootpornim ili indukcijskim načinom. Upotrebljavaju se CuP lemovi, te Au, Sn, Cu i Ag lemovi i klorid zlata.

Primjena: Koristi se za električne kontakte, provodne dijelove, zaštitne prevlake, elektrode fotootpornika, za spajanje komponenata integriranih krugova itd.


Kositar, Sn, je metal, sjajne srebreno-bijele boje. Kositar ima tri kristalne modifikacije. Na slici je prostorno centrirana tetragonska kristalna slagalina.

Kositar ima -Sn dijamantsku kristalnu strukturu, -Sn tetragonsku kristalnu rešetku i -Sn rombičnu kristalnu rešetku. Pri prijelazu iz u strukturu povećava mu se obujam (oko 25,6 %) i pretvara u prah.

U prirodi se rijetko javlja u čistom stanju. Obično je u rudama kasiterit (SnO2) i stanin (Cu2FeSnS4). Zbog niskog tališta (231 0C) izdvaja se u tekućem stanju od primjesa. Pročišćavanje kositra obavlja se elektrolizom.


Električna svojstva: -Sn je poluvodljivi materijal, dok su -Sn i -Sn metali.

Kemijska svojstva: Kositar je otporan prema zraku i vodi. Također je postojan i na vlažnom zraku i koristi se za prekrivanje slabo postojanih metala. Rastvara se u kloridnoj kiselini i alkalnim hidroksidima.

Tehnološka i mehanička svojstva: Kositar je veoma mek i vrlo duktilan materijal. Može se kovati i valjati u tanke listiće debljine oko 2,5 um (staniol) i izvlačiti u vrlo tanke žice.

Primjena: Kositar ulazi u sastav bronci i legura za lemljenje. Tanke folije (6-8 um) koriste se za izradu nekih tipova kondenzatora. Kositar-olovne folije (20-40 um) koriste se za obloge višeslojnih kondenzatora. Koristi se i za izradu niti rastalnih osigurača.


Različite vrste kondenzatora: višeslojni keramički, disk-keramički, višeslojni folijski, cjevasti keramički, polistirolski (aksijalni i radijalni), elektrolitski.


Nikal, Ni, je metal, srebreno-bijele boje. Kristalna struktura je plošno centrirana kubična rešetka, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom.

Nikal se u prirodi javlja u elementarnom stanju i sastavni je dio preko 100 minerala. Dobija se metalurškim putem, a pročišćava elektrolizom.

Električna svojstva: U usporedbi s bakrom ili aluminijem nikal ima malu električnu provodnost. Ovisnosti električne otpornosti i temperaturnog koeficijenta električne otpornosti, kao i ovisnosti koeficijenta linearnog širenjai koeficijenta toplinske provodnosti o temperaturi prikazane su na slikama.

Kemijska svojstva: Nikal je veoma otporan na koroziju. U blagim kiselinama nikal se rastvara. Otporan je na koncentriranu dušičnu kiselinu.


Tehnološka i mehanička svojstva: Nikal je relativno tvrd metal. Mehanička svojstva ovise o termičkoj obradi. U hladnom stanju lako se mehanički obrađuje. Od nikla se mogu izraditi složeni oblici, različitih dimenzija, sposobni da podnesu i velika naprezanja.

Primjena: U elektrotehnici se koristi nikal što veće čistoće 99,5 %. Koristi se kao komponenta u velikom broju magnetskih i vodljivih legura. Također se koristi za elektrolitičko presvlačenje predmeta od željeza i mesinga. Primjena je i u izradi otpornih grijača.


U prirodi se volfram ne javlja u elementarnom stanju već smo u spojevima, među kojima je najpoznatiji šelit (CaWO4) i volframita. Pod pritiscima, složenom termičkom obradom u zaštitnoj atmosferi vodika (da ne bi došlo do oksidacije), dobiva se metalni volfram.

Volfram ili tungsten, W, je metal sive boje. Kristalna struktura je prostorno centrirana kubična rešetka, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom.

Električna svojstva: Ovisnost električne otpornosti i koeficijenta toplinske provodnosti o temperaturi prikazane su na slici.


Kemijska svojstva: Volfram je na zraku postojan. Oksidira pri zagrijavanju. Rastvara se samo u smjesi dušične i fluorovodične kiseline.

Tehnološka i mehanička svojstva: Volfram je vrlo tvrd metal. Zbog zrnate strukture je krt, te se lako lomi. Mehaničkom i termičkom obradom dobije se vlaknasta struktura i postaje elastičan. Volfram je metal s najvišim talištem (3380 0C).

Lemljenje volframa nije jednostavno. Lemi se Au, Cu, Cu-Ni lemovima. Prije lemljenja najvažnije je čišćenje volframa u otopini dušične i kloridne kiseline (1:1), a potom pranje u vodi i alkoholu.

Primjena: Osnovna primjena je za žarne niti u sijalicama, za izradu električnih kontakata, termoparova, elektrode za argonsko zavarivanje, antikatode rentgenskih cijevi, kao spojni materijal u integriranim krugovima, za izradu metalnih filmova itd.


Olovo, Pb, je metal, sjajne plavičaste boje. Kristalna struktura je plošno centrirana kubična rešetka, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom.

U prirodi se olovo rijetko javlja u elementarnom stanju. Najviše ga ima u rudama galenitu (PbS) i cerusitu (PbCO3).

Električna svojstva: Olovo je metal s visokom elektičnom otpornošću. Zavisnot električne otpornosti o temperaturi prikazana je na slici.


Kemijska svojstva: Olovo ima veliku antikorozivnu sposobnost. Otporno je na djelovanje vode, sumporne i kloridne kiseline, a rastvara se u dušičnoj i octenoj kiselini.

Tehnološka i mehanička svojstva: Olovo je veoma mek metal. Lako se tanji u listove i izvlači u žicu. Mehaničke osobine olova znatno se poboljšavaju pri dodavanju malih količina antimona, željeza, kadmija, bakra, kositra i drugih metala.

Primjena: Olovo i njegove legure primjenjuju se plaštove električnih kabela, za zaštitu od radioaktivnog zračenja, za olovne akumulatore, niti rastalnih osigurača, u legurama za lemljenje itd.

Olovo i njegovi spojevi su otrovni.


Živa se nalazi u prirodi u elementarnom stanju, u obliku sitnih kapi u stijenama. Ima je i u sastavu preko 30 minerala. Najvažnija ruda je cinabarit (HgS). Iz ove rude dobiva se pečenjem na zraku i kondenziranjem živinih para u hladnim cijevima.

Električna svojstva: Živa vodi elektricitet i toplinu.

Živa, Hg, je jedini metal u tekućem stanju pri sobnoj temperaturi. Kristalna struktura je romboedarska, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom.


Kemijska svojstva: Živa je postojana na zraku. U razblaženim kiselinama se ne rastvara. Rastvara se u koncentriranoj dušičnoj i sumpornoj kiselini. Alkalni, zemnoalkalni metali, mangan, aluminij, cink, kositar, olovo, kadmij, platina, zlato i srebro rastvaraju se u živi i formiraju živine legure – malgame. U živi se slabo rastvaraju bakar i nikal.

Primjena: Živa se koristila u živinim lampama, za releje itd.

Živa je otrovna.

Kamerlingh-Onnes 1911. godine je mjerio otpor žive, čiju je temperaturu pomoću tekućeg helija, održavao na nekoliko stupnjeva iznad apsolutne nule: Zapazio je da se smanjenjem temperature otpor smanjio, te da blizu 4,2 K njezin otpor naglo pada na nulu (" Živa je prešla u novo stanje, koje se zbog svojih iznimnih električnih svojstava može nazvati supravodljivo stanje “). To otkriće je manifestacija prvog, bitnog, svojstva supravodiča: hlađenjem ispod neke određene (kritične) temperature Tc, njihov električni otpor je nula; struja kroz supravodljivu petlju teće bez vanjske razlike potencijala i bez gubitaka, praktički beskonačno dugo.

Documents

Materijali za elektrotehničke proizvode