Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Контрольная работа №2 Вариант №8

.docx
Скачиваний:
17
Добавлен:
01.07.2016
Размер:
246.94 Кб
Скачать

Контрольная работа №2 Вариант №8

ЗАДАНИЕ к разделу №2

Вопрос№8

Нарисуйте и заполните диаграмму II-го рода (типа). Укажите методы ее построения, укажите характерные точки и линии диаграммы. Опишите, в каких случаях в электротехнике используются материалы, кристаллизующиеся по диаграмме второго рода , и где применяются такие материалы. Приведите примеры материалов.

Ответ:

Диаграмма состояния 2-го(рода) на примере системы «медь – никель»

Линия aсb- ликвидус

Линия adb- солидус

Для определения фазового состояния сплава в интервале кристаллизации применяют правило отрезков. Например, при произвольно выбранной температуре t1 через точку, лежащую на ординате сплава, проводят горизонтальную линию - изотерму - до пересечения с ближайшими линиями диаграммы.

Точки пересечения укажут, какие фазы находятся в равновесии у данного сплава при t1 m  соответствует жидкому раствору, n – твердому раствору α. По проекциям точек пересечения на ось концентрации определяют химические составы равновесных фаз: в жидкой фазе содержится оm' % Ni (остальное – Сu); в α-фазе - оn' % Ni (остальное – Сu).

Количественное соотношение равновесных фаз определяют по отрезкам: количество жидкой фазы пропорционально кn, а α-фазы -mk . Линию mn называют конодой.

При охлаждении сплава из жидкого состояния ниже точки 1, лежащей на линии ликвидус, начинается кристаллизация. При переходе через точку 2 на линии солидус кристаллизация заканчивается. В процессе кристаллизации концентрация компонентов в жидком растворе изменяется согласно ликвидусу от точки 1 до точки 2', а в растворе α – согласно солидусу от точки 1' до точки 2.

После окончания кристаллизации структура сплава состоит из зерен твердого раствора α, имеющих одинаковый состав. Поскольку сплав был выбран произвольно, то рассуждения о формировании его структуры применимы к любому сплаву этой системы, кроме чистых Cu и Ni.

В электротехнике используются материалы, кристаллизующиеся по диаграмме второго рода как Полупроводники и Проводники. Применяются такие материалы в самом широком диапазоне от несущих конструкций до сложных электросхем.

Вопрос№28

Опишите свойства германия и основные кристаллофизические методы очистки полупроводников при k <1.

Ответ:

Германий — хрупкий, серебристо-белый полуметалл. Кристаллическая решётка устойчивая при нормальных условиях.

Температурой кипения 2850 °C, температура плавления 938,25 °C, плотность германия 5,33 г/см3.

Германий является одним из немногих аномальных веществ, которые увеличивают плотность при плавлении. Плотность твёрдого германия 5,327 г/см3 (25 °С), жидкого — 5,557 г/см3 (1000 °С)

Основным кристаллофизическим методом очистки полупроводников является метод зонной плавки - метод очистки твёрдых веществ, основанный на различной растворимости примесей в твердой и жидкой фазах. Метод отличается от направленной кристаллизации тем, что в каждый момент времени расплавленной является некоторая небольшая часть образца. Такая расплавленная зона передвигается по образцу, что приводит к перераспределению примесей. Если примесь лучше растворяется в жидкой фазе, то она постепенно накапливается в расплавленной зоне, двигаясь вместе с ней. В результате примесь скапливается в одной части исходного образца. По сравнению с направленной кристаллизацией этот метод обладает большей эффективностью

Метод направленной кристаллизации при отливке деталей из металлических сплавов заключается в зональном охлаждении и нагреве изделия с тем, чтобы кристаллизация (образование твердой структуры из жидкого расплава) шла требуемым образом. При этом образуются макрозерна, вытянутые вдоль вектора действия главных напряжений в отливке. Такая структура изделия позволяет уменьшить дефекты кристаллической структуры объекта и получить большую прочность и термостойкость.

Вопрос№48

Опишите термо- и реактопласты. В чем их различие по структуре и свойсвам, области применения в электротехнической промышленности.

Ответ:         Термопласты - пластмассы на основе линейных или разветвленных полимеров, сополимеров и их смесей, обратимо переходящих при нагревании в пластическое или вязкотекучее состояние в результате плавления кристаллической и(или) размягчения аморфной (стеклообразной) фаз.          Наиболее распространены термопласты на основе гибкоцепных (главным образом карбоцепных) полимеров, сополимеров и их смесей – полиолефинов (полиэтилена, полипропилена, поли-4-метил-1-пентена), поливинилхлорида, полистирола, полиметилметакрилата, поливинилацеталей, производимых в больших объемах и имеющих сравнительно низкую стоимость; они обладают низкими температурами плавления и размягчения, тепло- и термостойкостью. Особое место среди пластмасс на основе карбоцепных полимеров занимают фторопласты, для которых характерны высокие температуры плавления и уникальные химическую стойкость и термостойкость, антифрикционные свойства.          В меньших масштабах используют термопласты на основе гетероцепных полимеров, сополимеров и их смесей, например, гибкоцепных алифатических и жесткоцепных ароматических простых и сложных полиэфиров, полиамидов, полиацеталей, полиимидов и полиуретанов.          По фазовому состоянию не содержащие наполнителей (ненаполненные) термопласты могут быть одно- и двухфазными аморфными, аморфно-кристаллическими и жидкокристаллическими.          К однофазным аморфным термопластам относятся полистирол, полиметакрилаты, полифениленоксиды, которые эксплуатируются в стеклообразном состоянии и обладают высокой хрупкостью.          По свойствам им близки стеклообразные аморфно-кристаллические термопласты, имеющие низкую степень кристалличности (менее 25%), например, поливинилхлорид, поликарбонаты, полиэтилентерефталат, и двухфазные аморфные термопласты на основе смесей полимеров и привитых сополимеров, например, ударопрочный полистирол, АБС-пластики, состоящие из непрерывной стеклообразной и тонко диспергированной эластичной фаз. Деформационная теплостойкость таких термопластов определяет температура стеклования, лежащая в интервале 90-220 0C.          Кристаллические термопласты, имеющие высокую степень кристалличности (более 40-50%) и низкую температуру стеклования, например, полиолефины, фторопласты, полиформальдегид, алифатические полиамиды, обычно эксплуатируют при температурах выше температур стеклования, когда аморфные области находятся в эластичном состоянии. Их деформационная теплостойкость определяет температура плавления, лежащая в интервале 110-360 0C.          Термопласты на основе термотропных жидкокристаллических полимеров, например, некоторых ароматических сложных полиэфиров и их сополимеров, состоят из изотропной и анизотропной (чаще всего нематической) фаз. Анизотропная фаза характеризуется самопроизвольной ориентацией выпрямленных макромолекул или их участков и оказывает так называемый эффект самоармирования. Их теплостойкость определяет температура плавления жидкокристаллической фазы, лежащая в пределах 200-250 0C.          Производят термопласты в виде гранул или порошков. Для наполнения с целью снижения стоимости, повышения стабильности формы изделий и улучшения эксплуатационных свойств чаще всего используют коротковолокнистые наполнители органической или неорганической природы и минеральные порошки. Эти наполнители, а также модифицирующие добавки вводят чаще всего при переработке-гранулировании термопластов, реже на стадии синтеза полимера. При использовании непрерывных волокнистых наполнителей их пропитывают раствором или расплавом полимера. Применяют также методы пленочной, волоконной или порошковой технологии, в которых наполнитель сочетают с термопластом, находящимся в форме пленки, волокна или порошка соответственно; на стадии формования изделий из таких пластмасс термопласты расплавляются и наполнитель пропитывается ими.          В качестве газонаполненных термопластов наиболее распространены пенополистирол и пенополивинилхлорид, а также синтактические пластические массы (наполнитель - полые частицы).          Ненаполненные и дисперсно-наполненные термопласты формуют в изделия и полуфабрикаты (например, прутки, профили, листы) литьем под давлением и экструзией, реже прессованием или спеканием. Изделия из листовых заготовок термопластов, в том числе армированных непрерывными наполнителями, изготовляют штамповкой, вакуумным и пневмоформованием. Изделия и полуфабрикаты из термопластов можно подвергать механической обработке (например, вырубке, резке), сварке, склеиванию и вторичной переработке. Для регулирования структуры термопластов и остаточных напряжений в изделиях из них, используют дополнительную термообработку (отжиг или закалку). Для снижения ползучести (особенно при повышенных температурах) термопласты подвергают также химическому или радиационному сшиванию, приводящему к образованию пространственной сетки. Важный способ повышения деформационно-прочностных свойств термопластов, особенно листовых и пленочных, ориентационная вытяжка.          Реактопласты - пластмассы на основе жидких или твердых, способных при нагревании переходить в вязкотекучее состояние, реакционноспособных олигомеров (смол), превращающихся в процессе отверждения при повышенной температуре и (или) в присутствии отвердителей в густосетчатые стеклообразные полимеры, необратимо теряющие способность переходить в вязкотекучее состояние.          По типу реакционноспособных олигомеров реактопласты подразделяют на фенопласты (на основе фенолоформальдегидных смол), аминопласты (на основе мочевино- и меламиноформальдных смол), эпоксипласты (на основе эпоксидных смол), эфиропласты (на основе олигомеров акриловых), имидопласты (на основе олигоимидов или смесей имидообразующих мономеров) и др.          Молекулярная масса олигомеров, тип и количество реакционноспособных групп в них, а также природа и количество отвердителя определяют свойства реактопластов на стадиях их получения, переработки в изделия (например, условия, механизм и скорость отверждения, объемные усадки и выделение летучих веществ), а также эксплуатационные свойства изделий. Для регулирования технологических свойств реактопластов наиболее широко используют разбавители, загустители и смазки, а для модификации свойств в отвержденном состоянии - пластификаторы и эластифицирующие добавки (например, жидкие каучуки, простые олигоэфиры), которые вводят в олигомер.          Ненаполненные реактопласты сравнительно редко используют как самостоятельные материалы из-за высоких объемных усадок при отверждении смол и возникающих вследствие этого больших усадочных напряжений. Обычно смолы, содержащие модифицирующие добавки, служат связующими наполненных реактопластов.          Дисперсно-наполненные реактопласты получают в виде отверждающихся масс совмещением связующего с наполнителем в различных смесителях; такие реактопласты перерабатывают в изделия методами компрессионного или литьевого прессования и литья под давлением, реже заливкой в формы или трансфертам прессованием.          Армированные реактопласты получают в виде препрегов - предварительно пропитанных связующим непрерывных волокнистых наполнителей. Изделия из таких полуфабрикатов формуют методами намотки, выкладки и протяжки с последующим фиксированием их формы путем отверждения связующего. В других методах заготовки изделий формуют из "сухого" наполнителя, а затем, предварительно вакуумируя, пропитывают их связующим под давлением, после чего уплотняют и отверждают.          Из газонаполненных реактопластов наибольшее распространение получили пенофенопласты и пенополиуретаны.

        Основные преимущества реактопластов по сравнению с термопластами - более широкие возможности регулирования вязкости, смачивающей и пропитывающей способности связующего; недостатки обусловлены экзотермическими эффектами, объемными усадками и выделением летучих веществ при отверждении и связанными с этим дефектностью и нестабильностью формы изделий и их хрупкостью. Процессы формования изделий из реактопластов обычно более длительны и трудоемки, чем из термопластов. На предельных стадиях отверждения реактопласты не способны к повторному формованию и сварке. Соединение деталей из реактопластов производят склеиванием и мехеическими методами. При низких степенях отверждения реактопласты способны к так называемой химической сварке и при формовке одной детали к другой.

        Области применения          Пластмассы применяют во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства в качестве материалов конструкционного, защитного, электротехнического, декоративного, фрикционного и антифрикционного назначений.

Вопрос№68

Опишите прямой- и обратный пьезоэффект, дайте определение пьезоэлектрикам, приведите примеры, опишите их свойсва, особенности, составы, применение.

Ответ:

Прямой пьезоэлектрический эффект- возникновение электрической поляризации в веществе в отсутствие электрического поля при упругих деформациях.

Обратный пьезоэлектрический эффект- появление механических деформаций под действием электрического поля

Первое исследование пьезоэлектрического эффекта осуществлено П. Кюри (1880) на кристалле кварца. Пьезоэлектрический эффект обнаружен более чем у 1500 веществ- Пьезоэлектрических материалов.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, вещества с ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами. Пьезоэлектрическими материалами являются некоторые монокристаллы (кварц, дигидрофосфаты калия и аммония, сульфат лития), а также поликристаллические твердые растворы после поляризации в электрическом поле (пьезокерамика).

Пьезоэлектрический эффект наблюдается у всех сегнетоэлектриков и у многих пироэлектриков.

СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ , вещества, обладающие в определенном интервале температур самопроизвольной (в отсутствие электрического поля) электрической поляризацией, сильно зависящей от внешних условий. К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль, титанат бария (BaTiO3), дигидрофосфаты калия (KH2PO4) и аммония, ниобат лития (LiNbO3) и др. Известно несколько сотен сегнетоэлектриков, в т. ч. сегнетокерамика. Применяются главным образом как пьезоэлектрические преобразователи в детекторах электромагнитных излучений, а также в различных конденсаторах.

ПИРОЭЛЕКТРИКИ (от греч . pyr - огонь), кристаллические диэлектрики, на поверхности которых при изменении температуры появляются электрические заряды. Т.е ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСТВО -это возникновение электрических зарядов на поверхности пироэлектриков при их нагревании или охлаждении.

Пироэлектриками могут быть лишь нецентросимметричные кристаллы. Все пироэлектрики являются пьезоэлектриками (но не обратно), некоторые пироэлектрики обладают сегнетоэлектрическими свойствами. Типичный пироэлектрик - турмалин. ТУРМАЛИН , минерал подкласса кольцевых боросиликатов. Твердость 7,5; плотность 3,0-3,4 г/см3. Образует столбчатые кристаллы, радиально-лучистые агрегаты (т. н. турмалиновые солнца). Применяются также синтетические турмалины.

ПЬЕЗОМАГНЕТИЗМ, намагниченность (слабый ферромагнетизм) антиферромагнетиков; возникает под действием внешнего давления вследствие упругой деформации их кристаллической решетки. Обнаружен в CoF2, MnF2 и т.д.

Применение пьезоэлектриков: ПЬЕЗОКВАРЦ , минерал, прозрачные монокристаллы кварца, которые благодаря присущему им эффекту пьезоэлектричества могут быть использованы в радиотехнике. Применяются также синтетические пьезокварцы.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, преобразователи механических и акустических колебаний в электрические и обратно, основанные на пьезоэлектрическом эффекте. Используются в качестве мощных источников ультразвука, излучателей и приемников звука, микрофонов и гидрофонов, звуковых резонаторов, фильтров, датчиков механических напряжений. Применяются в акустоэлектронике и сейсмических исследованиях.

ПЬЕЗОМЕТР (от греч . piezo - давлю, сжимаю и ...метр), прибор для измерения сжимаемости газов, жидкостей и твердых тел. Пьезометрами называют также устройство для измерения линейной деформации твердых тел.

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКАЯ СКВАЖИНА , буровая скважина, предназначенная для постоянного наблюдения в какой-либо части нефтяной залежи, водоносного горизонта за изменением пластового давления.

ЗАДАЧА №8 к разделу №2

Вопрос№1

Среди предложенных марок материалов: Cu; Х23Ю5; МНМц40-1,5; Fe;

Х20Н80; Al выберите проводниковые материалы высокой электропроводности.

Ответ:

удельное сопротивление ρ выражается формулой:

ρ = Ом · мм2/м.

Медь(Cu) 0,0175 Ом∙мм2 /м.

фехраль (Х23Ю5) 1,39 Ом∙мм2 /м.

Константан (МНМц40-1,5) 0,49 Ом∙мм2 /м.

Железо(Fe) 0,1 Ом∙мм2 /м

Нихрома (Х20Н80) 1,05—1,4 Ом·мм²/м

Алюминий(Al) 0,028 Ом∙мм2 /м.

Следовательно этой таблицы проводниковые материалы высокой электропроводности являются следующие материалы : Медь(Cu), Алюминий(Al), Железо(Fe)

Вопрос№2

Кратко укажите, в чем разница между реакциями полимеризации, деполимеризации и поликонденсации.

Ответ:

Эти процессы схожи тем, что в его начале в реакцию вступает исходный мономер. А дальше при полимеризации в реакционной системе на всех стадиях текущего процесса присутствуют увеличивающиеся активные цепи, исходный мономер и закончившие рост макромолекулы. А в процессе поликонденсации мономер, как правило, исчерпывается на начальных стадиях происходящей реакции, и в дальнейшем в системе остаются лишь полимеры (олигомеры), взаимодействующие один с другим.

Для полимеризации и поликонденсации одинаково важна реакционная способность нужных мономеров и, конечно, их строение. В ходе полимеризации реакции, возникающие между увеличивающимися молекулами, как правило заканчиваются обрывом цепей.

А при поликонденсации реакции, протекающие между увеличивающимися молекулами, – это основные реакции роста полимерных цепей. Длинные цепи формируются за счет взаимодействия олигомеров. Полимеризация протекает по трем стадиям: инициированию, росту цепи и обрыву цепи. При этом центрами роста полимерной цепи являются катионы, свободные радикалы или анионы. Функциональность (количество реакционных центров в молекуле) влияет на образование трехмерных, разветвленных или линейных макромолекул.

Деполимеризации процесс превращения полимера в мономер или смесь мономеров. Все полимеры подвержены деполимеризации при высоких температурах

Вопрос№3

Укажите, какой элемент, из какой группы периодической системы элементов необходимо ввести в галлий, чтобы получить полупроводник на основе химического соединения.

Ответ:

Мышьяк  (лат. Arsenicum; обозначается символом As) — химический элемент15-й группы, четвёртого периода периодической системы; имеет атомный номер 33. Простое вещество представляет собой хрупкий полуметалл стального цвета с зеленоватым оттенком.

Вопрос№4

Среди предложенных марок материалов: 10825; 1411; ЕХ3; 12Х17; У10; ЕХ5К5 выберите магнитомягкие материалы, укажите, в каких устройствах они могут использоваться.

Ответ:

Сталь марки 1411 широко применяются для изготовления магнитопроводов дросселей и трансформаторов, работающих в диапазонах звуковых частот.

ЕХ3 применяют для изготовления постоянных магнитов в электро- и радиоаппаратуре (в магнето, различных измерительных приборах, реле, устройствах магнитной памяти, ЗУ)

ЕХ5К5 Стали, содержащие Cr, W, Co, хорошо прокаливаются. Магнитные свойства хромистых и углеродистых сталей почти индетичны. У вольфрамовых и кобальтовых сталей большая стабильность и значительно лучшие показатели магнитных свойств.

зонной плавки зонной плавки

13