37. Асбест и асбестовые материалы.

Асбест - название группы минералов, обладающих волокнистым строением. Наиболее распространенный тип асбеста - хризотиловый - представляет собой волокнистую разновидность минерала хризотила 3MgO-2Si0₂-2H₂0. Асбест залегает в каменной породе в виде жил, состоящих из параллельных друг другу волокон. Длина волокна, равная толщине жил, колеблется от десятых долей миллиметра до нескольких сантиметров; чем длиннее волокно, тем выше сорт.

Преимуществом асбеста перед волокнистыми органическими материалами является высокая нагревостойкость: прочность асбеста практически еще сохраняется при температурах, при которых обычные органические волокна уже полностью разрушаются. Лишь при температуре 400-500 ⁰С из асбеста уда­ляется входящая в его состав вода, он изменяет свою кристаллическую структуру и теряет механическую прочность. Плавится асбест при температуре выше 1150°С. Предел прочности при растяжении асбестового волокна 30-40 МПа; однако изгиб и всякого рода механическая обработка (распушка, прядение) волокон сильно сни­жают прочность асбеста. Асбест обладает заметной гигроскопичностью, которая уменьшается при пропитке смолами, битумами и т. п. Хризотиловый асбест рас­творяется в кислотах, даже слабых; но некоторые, сравнительно редкие виды асбестов обладают повышенной кислотостойкостью. Диэлектрические свойства асбеста невысоки, поэтому он не применяется в изоляции для высоких напряжений и высоких частот. В асбесте часто встречаются примеси, в частности соединения железа.

Асбест широко применяется в различных областях электротехники. Из асбеста изготовляют пряжу, ленты, ткани, бумаги, картоны и другие изделия. Они сравни­тельно грубые, жесткие и толстые по сравнению с аналогичными материалами из органических волокон. Ленты из асбеста с высоким содержанием магнетита (железистые асбестовые ленты) наряду с полупроводящими лаками используются в электрических машинах высокого напряжения для улуч­шения картины электрического поля в местах выхода секций обмотки из пазов. Асбест в качестве волокнистого наполнителя входит в состав пластических масс с органическими связующими, которые обычно имеют более высокие нагревостойкость и механическую прочность по сравнению с массами на том же связующем, но с органическим наполнителем. Асбестовая бумага и ткань образуют основу слоистых пластиков - асбогетинакса и асботекстолита.

Асбоцемент - твердый материал холодной прессовки чисто неорганического состава, в котором наполнителем является асбест, а связующим - цемент. При изготовлении асбоцемента распушенное асбестовое волокно смешивают с цементом и водой и прессуют, причем цемент твердеет под действием воды и прочно соеди­няет волокна асбеста. Он имеет неплохие механические свойства я высокую нагревостойкость, искростоек и дугостоек, поэтому его применяют для изготовления распределительных досок и щитов, стенок искрогасительных камер и пере­городок.

38. Проводниковые материалы.

Проводник - вещество, проводящее электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, углерод (в виде угля и графита). Пример проводящих жидкостей при нормальных условиях — ртуть, электролиты, при высоких температурах — расплавы металлов. Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма). Проводники бывают первого и второго рода. К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов). К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты).

Из проводниковых материалов - твердых тел, жидкостей и газов в электротехнике наиболее часто применяют металлы и сплавы. Наличие свободных делокализованных электронов обуславливает высокую пластичность, характерный блеск металлов, высокую электро- и теплопроводность. Если к проводнику приложить внешнее напряжение, то свободные электроны, совершающие тепловые колебания с средней скоростью порядка 10⁵м/с, приобретают некоторую добавочную скорость направленного движения (несколько мм в секунду), что вызывает протекание электрического тока. Между двумя различными металлическими проводниками в месте их соединения возникает контактная разность потенциалов, обусловленная различием работы выхода электронов из разных металлов, неодинаковой концентрацией электронов и давлением электронного газа. Разность потенциалов U, появляющаяся на концах разомкнутой электрической цепи, состоящей из двух различных проводников, контакты которых находятся при различных температурах (Т₁ и Т₂) называется термоэлектродвижущей силой (эффект Зеебека) U = λ_Т (Т₂ - Т₁), где λ_Т - относительная дифференциальная (удельная) термо - э.д.с. Причины термо - э.д.с.: температурная зависимость контактной разности потенциалов; диффузия носителей заряда от горячих спаев к холодным; увлечение электронов фононами (квантами тепловой энергии). Характерными температурами являются: Т_пл - температура плавления; Q_Д- температура Дебая; Т_кр - температура перехода в сверхпроводящее состояние. При переходе в жидкое состояние у большинства металлов удельное сопротивление увеличивается в 1.5 - 2 раза ( у висмута и галлия уменьшается ). Общепринятая классификация проводниковых материалов отсутствует. Будем рассматривать следующие группы проводниковых материалов: материалы высокой проводимости; материалы с высоким удельным сопротивлением для резисторов и точных приборов; жаростойкие материалы; контактные материалы; сверхпроводники и криопроводники.

Некоторые вещества при нормальных условиях являющиеся изоляторами при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п. Полупроводниковые материалы подразделяются на химические элементы и химические соединения. В Периодической системе имеется 12 элементов, обладающих полупроводниковыми свойствами: B, C, Ge, Sn (серое), P, As, Sb, S, Se, Te, I. Техническое значение имеют Si и Ge. К элементарным полупроводникам относятся: Кремний по распространённости в земной коре (27%) занимает второе место после кислорода. Кремний – основной материал современного полупроводникового приборостроения. Он применяется для изготовления диодов, триодов, транзисторов, интегральных схем, управляемых вентилей для регулировки токов и наряжений на выходе мощных выпрямителей, туннельных диодов и фотодиодов, фототранзисторов, варикондов (управляемых конденсаторов) и пр. Германий в противоположность кремнию является редким и рассеянным элементом. В настоящее время германий широко используется в новых приборах – в приборах с гетеропереходами, в транзисторах с оптической связью, в лавинопролётных приборах и т.д., а также в фотодиодах, фототранзисторах, датчиках Холла. Сплавы кремния с германием при всех соотношениях имеют структуру твёрдых растворов замещения, т.е. их атомы статистически распределены в узлах кристаллической решётки. Эти сплавы проявляют полупроводниковые свойства, причём ширина запрещённой зоны изменяется в зависимости от состава не линейно; подвижность электронов уменьшается при переходе от Ge к Si. Полупроводниковые соединения: Карбид кремния SiC – высокая термическая устойчивость и стойкость к радиации. Антимонид индия InSb – узкозонный полупроводник, акцепторной примесью является Zn, донорными - S, Se, Te. Арсенид галлия GaAs –широко применяется для изготовления светодиодов, тунельных диодов, диодов Ганна, полевых транзисторов, солнечных батарей, мощных выпрямителей. Фосфид галлия GaP - применим для изготовления полупроводниковых приборов, работающих при высоких температурах. Халькогенидные полупроводники. К этой группе полупроводников относятся соединения типа А^ΙΙВ^V1 и А^1VB^V1 , где А^ΙΙ – Zn, Cd, Hg, A^1V – Pb⁺², B^V1 – S, Se, Te. И другие виды соединений.