Пластмассы (пластики) представляют собой органические ... полимеров, способные при нагреве размягчаться ... ТЕМА: ПОЛИМЕРЫ И ПЛАСТМАССЫ

ТЕМА: ПОЛИМЕРЫ И ПЛАСТМАССЫ
Лекция 21
Полимерные материалы
21.1. Пластмассы
Пластмассы (пластики) представляют собой органические материалы на основе
полимеров, способные при нагреве размягчаться и под давлением принимать
определенную устойчивую форму. Простые пластмассы состоят из одних химических
полимеров. Сложные пластмассы помимо полимеров включают добавки: наполнители,
пластификаторы, красители, отвердители, катализаторы и др.
Наполнители в пластмассы вводят в количестве 40—70% для повышения твердости,
прочности, жесткости, а также придания особых специфических свойств, например
фрикционных, антифрикционных и др. Наполнителями могут быть ткани, а также
порошкообразные, волокнистые вещества.
Пластификаторы (стеарин, олеиновая кислота) повышают эластичность,
пластичность и облегчают обработку пластмасс. Их содержание колеблется в пределах
10—20%.
Отвердители (амины) и катализаторы (перекисные соединения) в количестве
нескольких процентов вводят в пластмассы для отверждения, т. е. создания
межмолекулярных связей и встраивания молекул отвердителя в общую молекулярную
сетку.
Красители (минеральные пигменты, спиртовые растворы органических красок)
придают пластмассам определенную окраску и снижают их стоимость. Состав
компонентов, их сочетание и количественное соотношение позволяют изменять свойства
пластмасс в широких пределах.
Классификация пластмасс. Пластмассы классифицируют по следующим
признакам:
1. По виду наполнителя: с твердым наполнителем; с газообразным наполнителем,
Твердые наполнители в виде порошков, например, графит, древесная мука, кварц,
гипс и др., волокон, например очесов хлопка и льна, волокон из стекла и асбеста,
слоистые, например тканей хлопчатобумажной, стеклянной, асбестовой, бумаги.
2. По реакции связующего полимера к повторным нагревам. Термопластичные
пластмассы на основе термопластичного полимера размягчаются при нагреве и
затвердевают при последующем охлаждении. Термопласты отличаются низкой усадкой
1—3%, Для них характерны малая хрупкость, большая упругость и способность к
ориентации.
Термореактивные пластмассы на основе термореактивных полимеров (смол) после
тепловой обработки — отверждения — переходи в термостабильное состояние.
Термореактивные пластмассы отличаются хрупкостью, имеют большую усадку 10—15%
и содержат в своем составе наполнители.
3. По применению пластмассы можно подразделить на следующие группы:
конструкционные — для силовых деталей и конструкций, для несиловых деталей;
прокладочные,
уплотнительные;
фрикционные
и
антифрикционные;
электроизоляционные, радиопрозрачные, теплоизоляционные, стойкие к воздействию
огня, масел, кислот, облицовочно-декоративные.
Один и тот же пластик часто обладает свойствами, характерными, нескольких групп.
Например, текстолит может быть одновременно конструкционным, электроизоляционным
и прокладочным материалом.
1
Термопластичные пластмассы
Термопласты способны работать при температурах не выше 60—70°С поскольку
выше этих температур их физико-механические свойства резко снижаются. Некоторые
теплостойкие пластмассы способны работать при 150—200 °С, а термостойкие полимеры
с жесткими цепями устойчивы до 400—600 °С.
Предел прочности термопластов изменяется в пределах 10—100МПа, модуль
упругости — (1,8—3,5)-103 МПа. Длительное статическое нагружение термопластов
вызывает появление вынужденно-эластической деформации и снижает их прочность.
Наличие в структуре полимеров кристаллической составляющей , делает их более
прочными и жесткими.
Полиэтилен имеет структурную формулу
Н-Н
/ /
-С - С/ /
Н Н
Его получаю; полимеризацией бесцветного газа этилена при низком и высоком
давлении. Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) имеет высокую плотность и
кристалличность до 74—95%. ПЭВД отличается пониженной плотностью и содержит в
структуре до 55—65% кристаллической составляющей.
Полиэтилен способен длительное время работать при 60—100 °С. Морозостойкость
достигает -70 "С и ниже. Химически стоек и нерастворим в растворителях при 20 °С.
Полиэтилен применяют для изоляции защитных оболочек кабелей проводов, деталей
высокочастотных установок и для изготовления коррозионностойких деталей — труб,
прокладок, шлангов. Его выпускают в виде пленки, листов, труб, блоков.
Полиэтилен подвержен старению. Для защиты от старения в полиэтилен вводят сажу
2—3%, замедляющую процесс старения в 30 раз.
Полистирол. Это аморфный, твердый, жесткий, прозрачный полимер, имеющий
преимущественно линейное строение. Молекулярная масса полистирола в зависимости от
степени полимеризации может достигать 600 000. Наибольшее распространение имеют
полистролы с массой 200 000—300 000, применяемые для изготовления листов и деталей
методом литья под давлением.
Полистиролу присущи высокие диэлектрические свойства, удовлетворительная
механическая прочность, невысокая рабочая температура (до 100°С)
Он набухает в 65%-ной азотной, ледяной уксусной кислотах, бензине и керосине.
При температуре выше 200 °С разлагается, образуя стирол.
Полистирол применяют для производства слабонагруженных деталей и
высокочастотных изоляторов.
Недостатками свойств полистирола являются его хрупкость при пониженных
температурах, склонность к постепенному образованию поверхностных трещин.
Фторопласт-4 (политетрафторэтилен) имеет аморфно-кристаллическую структуру.
Скорость кристаллизации зависит от температуры в очень малой степени до 250 °С и не
влияет на его механические свойства. Температурный порог длительной эксплуатации
фторопласта-4 ограничивается 250°С. Он относительно мягок. Применяют для
изготовления труб, клапанов, насосов, шлангов, а также используют в качестве
низкочастотного диэлектрика.
Фторопласт-4 отличается чрезвычайно высокой стойкостью к действию агрессивных
сред: соляной, серной, плавиковой, азотной кислот, царской водки, пероксида водорода,
щелочей. Он разрушается под действием расплавов щелочных металлов, а также фтора и
2
фтористого хлора при повышенных температурах. Фторопласт-4 не горит и не
смачивается водой и многими жидкостями.
Политетрафторэтилен не охрупчивается до -269 °С. Он сохраняет гибкость при
температуре ниже -80°С. Фторопласт-4 имеет низкий коэффициент трения (0,04), не
зависящий от температуры плавления (327 °С) кристаллической составляющей.
Недостатками фторопласта-4 следует считать его токсичность вследствие выделения
фтора при высоких температурах, хладотекучесть и трудность переработки из-за
отсутствия пластичности.
Фторопласт-4 применяют для изготовления мембран, труб, вентилей, насосов,
уплотнительных прокладок, сильфонов, манжет, антифрикционных покрытии на
металлах, а также электрорадиотехнических деталей.
Полярные термопласты
Трифторхлорэтилен (фторопласт-3) полимер белого цвета. Фторопласт-3 с высокой
степенью кристалличности обнаруживает повышенную плотность, твердость и
механические свойства. Полимер с низкой степенью кристалличности более пластичен,
Фторопласт-3 имеет диапазон рабочих температур от -105 до 70 °С. Нагрев выше 300 °С
вызывает его деструкцию с образованием токсичного газообразного фтора.
Фторопласт-3 по химической стойкости несколько уступает фторопласту-4, но все
же его стойкость к действию органических растворителей, кислот, щелочей и других
агрессивных сред высокая. Полимер легко перерабатывается в изделия методами
прессования, литья под давлением и др,
Полиметилметакрилат (органическое стекло) — аморфный, бесцветный,
прозрачный термопласт. При нагреве до 80 °С начинает размягчаться, а при 105—150 °С
становится пластичным. Основным критерием, определяющим его пригодность, является
прочность. Повышение механических свойств органических стекол осуществляют путем
двухосного растяжения при нагреве до температуры, превышающей температуру
размягчения. Механические свойства органических стекол зависят от температуры .
Стекла с ориентированными макромолекулами менее чувствительны к
концентраторам напряжений, более стойки против «серебрения». «Серебро» органических
стекол — результат появления на поверхности и внутри материала мелких трещин,
образующих полости с полным внутренним отражением. Дефект является результатом
действия внутренних напряжений, возникающих в связи с низкой теплопроводностью и
высоким температурным коэффициентом линейного расширения.
Проблема повышения ударной вязкости и термостойкости органических стекол
помимо их вытяжки в пластическом состоянии (ориентированные стекла) решается
применением многослойных стекол (триплексов), полученных склеиванием двух листов
из органического стекла с помощью бутварной опенки.
Органические стекла не подвержены действию разбавленных кислот, щелочей,
углеродных топлив и смазок, растворяются в органических кислотах (уксусной,
муравьиной), хлорированных углеводородах.
Органическое стекло выпускается промышленностью в виде листов толщиной 0,8—
24 мм. Его используют в автомобилестроении и других отраслях техники. Из оргстекла
изготавливают оптические линзы, детали светотехнических устройств.
Поливинилхлорид (ПВХ) — стоек во многих средах: воде, щелочах, разбавленных
кислотах, бензине. Размягчается при температуре, близкой к 70 °С. Поливинилхлорид
используют в виде винипласта и пластиката. Винипласт содержит стабилизаторы
(карбонаты металлов) и представляет собой непрозрачное твердое вещество. Хорошо
поддается механической обработке, легко сваривает различными клеями.
Материал применяют для облицовки : ванн и в качестве защитного покрытия
металлических емкостей. Склонен к хладотекучести, чувствителен к надрезам, отличается
хрупкостью при низких температурах и низкой теплостойкостью. Выпускается
3
промышленностью в виде лент, трубок. Его часто используют в качестве уплотнителя
воздушных гидравлических систем, изолятора проводов и защитных оболочек ей
аккумуляторных баков.
Термореактивные пластмассы
Пластмассы на основе этих смол отличаются повышенной прочностью, не склонны к
ползучести не способны работать при повышенных температурах. Смолы в пластмассах
являются связкой и обладать высокой клеящей способностью, теплостойкостью,
химической в агрессивных средах, электроизоляционными свойствами, доступной
технологией переработки, малой усадкой при затвердевании.
Эпоксидные смолы содержат в молекулах эпоксиднуго группу;
В чистом виде эпоксидныс смолы — вязкие жидкости, способные длительное время
сохранять свойства без изменений. Они растворяются во многих органических
растворителях (ацетон, толуол и др.) и нерастворимы в воде, бензине. В присутствии
отвердителей (амины, их производные, ангидриды карболовых кислот и др.) эпоксидные
смолы быстро затвердевают, приобретая сетчато-пространственное строение.
Отверждение смолы — полимерязационный процесс, без выделения воды или
низкомолекулярных веществ, и развивается равномерно в весьма толстом слое.
Тип отвердителя определяет условия процесса отверждения либо при комнатной
температуре, либо при нагреве до 80—150 °С. Отверждение может происходить без
внешнего давления, что выполнить технологически проще, а также при повышенном
давлении. Свойства отвержденной эпоксидной смолы зависят от выбранного отвердителя.
Получению монолитной массы затвердевшей эпоксидной смолы способствует
сравнительно малая, всего 0,5—2%, усадка. Обнаруживает высокую адгезию ко многим
материалам: стеклу, металлам, некоторым пластмассами др.
Пластмассы с порошковыми наполнителями
Пластмассы готовят на основе фенолформальдегидных и других смол. Другими
компонентами пластмасс являются пластификаторы, красители и наполнители —
древесная мука, молотый кварц, асбест, слюда, графит. Готовые изделия из пластмасс
получают методом прессования.
Пресс-порошки (композиции) характеризуются изотропностью, невысоким уровнем
механических свойств, низкой ударной вязкостью и удовлетворительными
электроизоляционными характеристиками.
Марка порошка складывается из набора букв и набора цифр. Буква К слово
«композиция». Следующее за ней число — номер (марка) связующей смолы, а цифра
соответствует определенному наполнителю. Так цифра 1 обозначает, что наполнителем
является целлюлоза, 2 — древесная мука, слюдяная мука, 4—плавиковый шпат, 5 —
молотый кварц, б — асбест.
Марка К-236-21 означает, что пресс-порошок изготовлен на основе резольной смолы
№ 220 и наполнителей: древесной муки и целлюлозы. По назначению пресс-порошки
делят на три группы:
- для изготовления слабонагруженных деталей общего назначения;
- для изготовления деталей электротехнического назначения;
- для изготовления деталей, обладающих повышенной водо- и стойкостью: К-18-53,
К-18-42, К-214-42, повышенной ударной ФКП-1, ФКПМ-10, повышенной химической
стойкостью: К-17-36, К-1! К-17-81, грнбостойкостью К-18-36.
Детали первой группы работают в условиях небольших механических нагрузок,
действия тока высокого напряжения не более 10 кВ и температуры не выше 60 °С.
Детали второй выдерживают действие тока напряжением не более 20 кВ при
температуре не более 200 °С.
4
Пресс-порошки на основе кремнийоргенических смол находят применение в
высокочастотной и низкочастотной технике для изготовления дугостойких и
электроизоляционных деталей (каркасы катушек, переключателе, штепсельные разъемы),
деталей антенных устройств, работающих при 200—250 °С и кратковременно при 350—
400°С. Наполнителями в них являются асбест и стекло.
Детали из пресс-порошков получают пряным или литьевым прессованием при 150—
185 °С.
Наиболее распространенными и прочными являются пенополистирол (ПС) и
пенополивинилхлорид (ПХВ), способные работать при +60 °С. Фенолкаучуковые (ФК)
пенопласты имеют рабочую температуру 120—160 "С. Наличие в их составе
алюминиевой пудры (ФК-20-А-20) повышает рабочую температуру до 200—250 °С.
Пенопласт К-40 на кремнийорганической основе кратковременно выдерживает
температуру 300 °С. Пенопласты нашли широкое применение в качестве
теплоизоляционного материала в конструкциях холодильников, контейнеров,
рефрижераторов и др. Они часто используются для заполнения внутренних полостей
конструкций и тем самым повышают удельную прочность, жесткость и вибропрочность
силовых элементов.
21.2. Композиционные материалы.
Композиционные материалы – искусственно созданные материалы, которые состоят
из двух или более компонентов, различающихся по составу и разделенных выраженной
границей, и которые имеют новые свойства, запроектированные заранее.
Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется
матрицей.
Компонент прерывистый, разделенный в объеме композиционного материала,
называется арматурой.
Матрица придает требуемую форму изделию, влияет на создание свойств
композиционного материала, защищает арматуру от механических повреждений и других
воздействий среды.
В качестве матриц в композиционных материалах могут быть использованы металлы
и их сплавы, полимеры органические и неорганические, керамические, углеродные и
другие материалы. Свойства матрицы определяют технологические параметры процесса
получения композиции и ее эксплуатационные свойства: плотность, удельную прочность,
рабочую температуру, сопротивление усталостному разрушению и воздействию
агрессивных сред.
Армирующими наполнителями служат частицы тугоплавких оксидов, нитридов,
боридов, карбидов.
Промышленное применение нашли композиционные материалы на основе
алюминия, упрочненные частицами оксида алюминия (Al2O3). Их получают прессованием
алюминиевой пудры с последующим спеканием (САП). Преимущества САП проявляются
при температурах выше 300oС, когда алюминиевые сплавы разупрочняются.
Сплавы САП удовлетворительно деформируются, легко обрабатываются резанием,
свариваются аргонодуговой и контактной сваркой. Из САП выпускают полуфабрикаты в
виде листов, профилей, труб, фольги. Из них изготавливают лопатки компрессоров,
вентиляторов и турбин, поршневые штоки.
Материалы, армированные нитевидными монокристаллами, были созданы в начале
семидесятых годов для авиационных и космических конструкций.
Армирование сопл ракет из порошков вольфрама и молибдена производят
кристаллами сапфира как в виде войлока, так и отдельных волокон, в результате этого
удалось удвоить прочность материала при температуре 1650oС. Армирование
5
пропиточного полимера стеклотекстолитов нитевидными волокнами увеличивает их
прочность. Армирование литого металла снижает его хрупкость в конструкциях.
Перспективно упрочнение стекла неориентированными нитевидными кристаллами.
Для армирования композиционных материалов применяют металлическую
проволоку из разных металлов: стали разного состава, вольфрама, ниобия, титана, магния
– в зависимости от условий работы. Стальная проволока перерабатывается в тканые сетки,
которые используются для получения композиционных материалов с ориентацией
арматуры в двух направлениях.
Для армирования легких металлов применяются волокна бора, карбида кремния.
Особенно ценными свойствами обладают углеродистые волокна, их применяют для
армирования металлических, керамических и полимерных композиционных материалов.
Полимерные композиционные материалы. Особенностью является то, что матрицу
образуют различные полимеры, служащие связующими для арматуры, которая может
быть в виде волокон, ткани, пленок, стеклотекстолита.
Формирование полимерных композиционных материалов осуществляется
прессованием, литьем под давлением, экструзией, напылением.
Широкое применение находят смешанные полимерные композиционные материалы,
куда входят металлические и полимерные составляющие, которые дополняют друг друга
по свойствам. Например, подшипники, работающие в условиях сухого трения,
изготовляют из комбинации фторопласта и бронзы, что обеспечивает самосмазываемость
и отсутствие ползучести.
Созданы материалы на основе полиэтилена, полистирола с наполнителями в виде
асбеста и других волокон, обладающие высокими прочностью и жесткостью.
21.3. Материалы порошковой металлургии
Порошковая металлургия – область техники, охватывающая процессы получения
порошков металлов и металлоподобных соединений и процессы изготовления изделий из
них без расплавления.
Характерной особенностью порошковой металлургии является применение
исходного материала в виде порошков, из которых прессованием формуются изделия
заданной формы и размеров. Полученные заготовки подвергаются спеканию при
температуре ниже температуры плавления основного компонента.
Пористые порошковые материалы
Отличительной особенностью является наличие равномерной объемной пористости,
которая позволяет получать требуемые эксплуатационные свойства.
Антифрикционные материалы (пористость 15…30 %), широко применяющиеся для
изготовления подшипников скольжения, представляют собой пористую основу,
пропитанную маслом. Масло поступает из пор на поверхность, и подшипник становится
самосмазывающимся, не требуется подводить смазку извне. Это существенно для чистых
производств (пищевая, фармацевтическая отрасли). Такие подшипники почти не
изнашивают поверхность вала, шум в 3…4 раза меньше, чем от шариковых подшипников.
Подшипники работают при скоростях трения до 6 м/с при нагрузках до 600 МПа.
При меньших нагрузках скорости скольжения могут достигать 20…30 м/с. Коэффициент
трения подшипников – 0,04…0,06.
Для изготовления используются бронзовые или железные порошки с добавлением
графита (1…3 %).
Разработаны подшипниковые спеченные материалы на основе тугоплавких
соединений (боридов, карбидов и др.), содержащие в качестве твердой смазки сульфиды,
6
селениды и гексагональный нитрид бора. Подшипники могут работать в условиях вакуума
и при температурах до 500oС.
Применяют металлопластмассовые антифрикционные материалы: спеченные
бронзографиты, титан, нержавеющие стали пропитывют фторопластом. Получаются
коррозионностойкие и износостойкие изделия. Срок службы металлопластмассовых
материалов вдвое больше, чем материалов других типов.
Фрикционные материалы (пористость 10…13 %) предназначены для работы в
муфтах сцепления и тормозах. Условия работы могут быть очень тяжелыми: трущиеся
поверхности мгновенно нагреваются до 1200oС, а материал в объеме – до 500…600oС.
Применяют спеченные многокомпонентные материалы, которые могут работать при
скоростях трения до 50 м/с на нагрузках 350…400 МПа. Коэффициент трения при работе
в масле – 0,08…0,15, при сухом трении – до 0,7.
Из фрикционных материалов изготавливают тормозные накладки и диски. Так как
прочность этих материалов мала, то их прикрепляют к стальной основе в процессе
изготовления (припекают к основе) или после (приклепывают, приклеивают и т.д.).
Фильтры (пористость 25…50 %) из спеченных металлических порошков по своим
эксплуатационным характеристикам превосходят другие фильтрующие материалы,
особенно когда требуется тонкая фильтрация.
Они могут работать при температурах от –273oС до 900oС, быть
коррозионностойкими и жаропрочными (можно очищать горячие газы). Спекание
позволяет получать фильтрующие материалы с относительно прямыми тонкими порами
одинакового размера.
Изготавливают фильтры из порошков коррозионностойких материалов: бронзы,
нержавеющих сталей, никеля, серебра, латуни и др. Для удовлетворения запросов
металлургической промышленности разработаны материалы на основе никелевых
сплавов, титана, вольфрама, молибдена и тугоплавких соединений. Такие фильтры
работают тысячи часов и поддаются регенерации в процессе работы. Их можно продуть,
протравить, прожечь.
Фильтрующие материалы выпускают в виде чашечек, цилиндров, втулок, дисков,
плит. Размеры колеблются от дисков диаметром 1,5 мм до плит размерами 450 х 1000 мм.
Наиболее эффективно применение фильтров из нескольких слоев с различной
пористостью и диаметром пор.
21.4. Прочие пористые изделия.
“Потеющие сплавы“ – материалы, через стенки которых к рабочей наружной
поверхности детали поступает жидкость или газ. Благодаря испарению жидкости
температура поверхности понижается (лопатки газовых турбин).
Сплавы выпускаются на основе порошка нихроми с порами диаметром до 10…12
мкм при пористости 30 %. Сплавы этого типа используются и для решения обратной
задачи: крылья самолетов покрывают пористым медно-никелевым слоем и подают через
него на поверхность антифриз, препятствующий обледенению.
Пеноматериалы – материалы с очень высокой пористьстью, 95…98 %. Например,
плотность вольфрама 19,3 г/см3, а пеновольфрама – всего 3 г/см3. Такие материалы
используют в качестве легких заполнителей и теплоизоляции в авиационной технике.
Конструкционные порошковые материалы
Спеченные стали. Типовыми порошковыми деталями являются кулачки, корпуса
подшипников, ролики, звездочки распределительных валов, детали пишущих и
вычислительных машин и другие. В основном это слабонагруженные детали, их
изготавливают из порошка железа и графита. Средненагруженные детали изготавливают
7
или двукратным прессованием – спеканием, или пропиткой спеченной детали медью или
латунью. Детали сложной конфигурации (например, две шестерни на трубчатой оси)
получают из отдельных заготовок, которые насаживают одну на другую с натягом и
производят спекание. Для изготовления этой группы деталей используют смеси железо –
медь – графит, железо – чугун, железо – графит – легирующие элементы.
Особое место занимают шестерни и поршневые кольца. Шестерни в зависимости от
условий работы изготавливают из железо – графита или из железо – графита с медью или
легирующими элементами. Снижение стоимости шестерни при переходе с нарезки зубьев
на спекание порошка составляет 30…80 %. Пропитка маслом позволяет обеспечить
самосмазываемость шестерни, уменьшить износ и снизить шум при работе.
Спеченные поршневые кольца изготавливают из смеси железного порошка с
графитом, медью и сульфидом цинка (твердая смазка). Для повышения износостойкости
делают двухслойные кольца: во внешний слой вводят хром и увеличивают содержание
графита. Применение таких колец увеличивает пробег автомобильного двигателя,
уменьшаеттего износ и сокращает расход масла.
Высоколегированные порошковые стали, содержащие 20 % хрома и 15 % никеля,
используют для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах.
Спеченные цветные металлы.
Спеченный титан и его сплавы используют в виде полуфабрикатов (лист, трубы,
пруток). Титановый каркас пропитывают магнием. Такие материалы хорошо
обрабатываются давлением.
Широко используются материалы на основе меди, например, изготавливают бронзо –
графитные шестерни. Свойства спеченных латуней выше, чем литых, из-за большей
однородности химического состава и отсутствия посторонних включений.
Спеченные алюминиевые сплавы используют для изготовления поршней тяжело
нагруженных двигателей внутреннего сгорания и других изделий, длительное время
работающих при повышенных температурах, благодаря их повышенной жаропрочности и
коррозионной стойкости.
Керамикометаллические материалы (керметы) содержат более 50 % керамической
фазы. В качестве керамической фазы используют тугоплавкие бориды, карбиды, оксиды и
нитриды, в качестве металлической фазы – кобальт, никель, тугоплавкие металлы, стали.
Керметы отличаются высокими жаростойкостью, износостойкостью, твердостью,
прочностью. Они используются для изготовления деталей конструкций, работающих в
агрессивных средах при высоких температурах (например, лопаток турбин, чехлов
термопар). Частным случаем керметов являются твердые сплавы.
Электротехнические порошковые материалы
Электроконтактные порошковые материалы делятся на материалы для разрывных
контактов и материалы для скользящих контактов.
Материалы разрывных контактов должны быть тепло- и электропроводными,
эрозионностойкими при воздействии электрической дуги, не свариваться в процессе
работы. Контактное сопротивление должно быть возможно меньшим, а критические сила
тока и напряжение при образовании дуги – возможно большими. Чистых металлов,
удовлетворяющих всем этим требованиям, нет. Изготавливают контактные материалы
прессованием с последующим спеканием или пропиткой пористого тугоплавкого каркаса
более легкоплавким металлом (например, вольфрам пропитывают медью или серебром).
Тяжелонагруженные разрывные контакты для высоковольтных аппаратов делают из
смесей вольфрам – серебро – никель или железо – медь. В низковольтной и слаботочной
8
аппаратуре широко используют материалы на основе серебра с никелем, оксидом кадмия
и другими добавками, а также медно – графитовые материалы.
Скользящие контакты широко используют в приборах, коллекторных электрических
машинах и электрическом транспорте (токосъемники). Представляют собой пары трения,
должны обладать высокими антифрикционными свойствами, причем контакт должен быть
мягче, чем контртело и не изнашивать его, так как заменить скользящий контакт проще,
чем коллектор или привод. Для обеспечения антифрикционности, в состав смесей для
скользящих контактов вводят твердые смазки – графит, дисульфид молибдена,
гексагональный нитрид бора. Большинство контактов электрических машин
изготавливают из меди с графитом. Для коллекторных пластин пантографов используют
бронзографитовые контакты. Контакты приборов изготавливают из серебра с графитом,
серебра с палладием, никелем, дисульфидом молибдена, вольфрама с палладием.
Магнитные порошковые материалы.
Различают магнитомягкие и магнитотвердые материалы.
Магнитомягкие – это материалы с большой магнитной проницаемостью и малой
коэрцитивной силой, быстро намагничиваются и быстро теряют магнитные свойства при
снятии магнитного поля. Основной магнитомягкий материал – чистое железо и его сплавы
с никелем и кобальтом. Для повышения электросопротивления легируют кремнием,
алюминием. Для улучшения прессуемости сплавов вводят до 1 % пластмассы, которая
полностью испаряется при спекании. Пористость материалов должна быть минимальной.
Отдельно выделяется группа магнитодиэлектриков – это частицы магнитомягкого
материала, разделенные тонким слоем диэлектрика – жидкого стекла или синтетической
смолы. Таким материалам присущи высокое электросопротивление и минимальные
потери на вихревые токи и на перемагничивание. Изготавливаются в результате
смешивания, прессования и спекания, особенностью является то, что при нагреве частицы
магнитного материала остаются изолированными и не меняют формы. За основу
используют чистое железо, альсиферы.
Магнитотвердые материалы (постоянные магниты) – материалы с малой магнитной
проницаемостью и большой коэрцитивной силой.
Магниты массой до 100 г изготавливают из порошковых смесей такого же состава,
как литые магниты: железо – алюминий – никель (альни), железо – алюминий – никель –
кобальт (альнико). После спекания этих сплавов обязательна термическая обработка с
наложением магнитного поля.
9