Materijali za elektrotehničke proizvode

Transcript

1 FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA ELEKTROTEHNIČKI SUSTAVI I TEHNOLOGIJA Materijali za elektrotehničke proizvode Aluminij i legure aluminija Željezo i čelik kao vodiči Vodiči i oblici vodiča Svjetlovodni kabeli Vodljivi slojevi i premazi Specijalni vodljivi materijali ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVO I AUTOMATIZACIJU Ak. god. 2010/2011 Zagreb,

2 Aluminij Aluminij, Al, je metal srebreno bijele boje. Spada u lake metale. Kristalna struktura aluminija je plošno centrirana kubična slagalina, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom. U zemljinoj kori ima ga oko 7,5 % u vidu ruda: boksita (oko 50 %), nefelina, alumita, koalina, te minerala feldspata, liskuna itd.

3 Aluminij Za njegovu proizvodnju potrebna je električna struja. Za 1 kg čistog aluminija potrebno je oko 20 kwh električne energije. Struje u uređajima za elektrolizu dosežu i 150 ka.

4 Aluminij Proces dobivanja aluminija dijeli se na dvije faze: dobivanje glinice (aluminijev oksid Al 2 O 3 ) 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 kemijska postojanost dobra tehnološka i mehanička svojstva otpornost na električni luk

5 Aluminij Osnovna svojstva aluminija važna za elektrotehniku dana su u sljedećoj tablici. Svojstva specifična masa 2,7 kg/dm 3 atomska težina 26,98 redni broj 13 električna provodnost 34,8 38 Sm/mm 2 temperaturni koeficijent istezanja /K talište C vrelište C toplinska vodljivost 209,3 W/Km toplina taljenja 396 kws/kg temperaturni koeficijent otpora 4, / K

6 Aluminij Usporedba Al Cu: Specifična težina aluminija jako ovisi o temperaturi. 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. Za razliku od bakra, električna provodnost aluminija manje ovisi o stupnju tvrdoće. Aluminij je znatno manje čvrstoće od bakra. 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.

7 Aluminij Električna svojstva: Vodljivost aluminija najviše ovisi o njegovoj čistoći. U elektrotehnici je standardiziran aluminij čistoće 99,5 % dok su 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 %.

8 Aluminij Dopušten sadržaj ostalih primjesa: Si 0,1 % Fe 0,2 0,35 % 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 i omatanje prehrambenih artikala (Al je potpuno neotrovan). Kemijska svojstva: Aluminij je otporan prema koroziji jer se prekriva tankom opnom oksida na početku oksidacije (Al 2 O 3 ). 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 (Al Cu stezaljke). 8

9 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. 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 Al 2 O 3 ( C) koriste se posebni topitelji. Lemljivost je također slaba iz istog razloga. Prilikom lemljenja koristi se mehaničko uklanjanje oksida, ultrauzvučno uklanjanje, kemijsko uklanjanje. 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. Loša je i rezljivost aluminja.

10 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/mm 2 ) Tvrdoća po Brinellu (N/mm 2 ) Elek. provod. žica (Sm/mm 2 ) Elek. provod. profili (Sm/mm 2 ) rafinal R Al meki E Al F ,4 polutvrdi E Al F ,4 34,5 tvrdi E Al F ,1 34,5 ekstra tvrdi E Al F 17 preko 170 preko ,8 34,2

11 Aluminij Utjecaj temperature: Ovisnost: a) koeficijenta linearnog širenja s temperaturom, b) toplinskog kapaciteta s temperaturom i c) električne otpornosti s temperaturom.

12 Aluminij 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). 12

13 Aluminij 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; itd. Uže se plete izmjenično jedan sloj na jednu, a drugi na drugu stranu. Mehanička čvrstoća je određena čeličnom jezgrom. Električna vodljivost se računa na osnovu vodljivosti aluminija (34,8 Sm/mm2) bez vodljivosti čelika. Zbog magnetiziranja čelične jezgre, kod izmjenične struje, vodljivost se smanjuje. Nadzemni aluminijski vodovi 13

14 Aluminij 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. 14

15 Aluminij 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. 15

16 Slitine aluminija 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 dodatnih elemenata vrsti glavnih dodatnih 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)

17 Slitine aluminija Za gradnju slobodnih distribucijskih vodova s velikim rasponom koriste se legure aluminija koje u odnosu na čisti aluminij imaju povećanu mehaničku čvrstoću. 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). Vodljivost aldreya je oko 31 Sm/mm 2. Dobra mehanička svojstva ove legure postižu se posebnom termičkom obradom (prekidna čvrstoća 350 N/mm 2 i istezanje od 6,5 %) čime se približava vrijednostima za tvrdo vučeni bakar. Aldrey se upotrebljava i za izradu jako strujnih sabirnica. Za izradu kaveza rotora asinkronih motora i kućišta manjih izmjeničnih motora koristi se legura aluminija i silicija silumin(2 12,5 % Si). Za izradu složenih oblika koristi se tlačno lijevanje. Duraluminij primjena u strojarstvu (3,5 5 % Cu, 0,5 0,8 % Mg, 0,5 0,8 % Mn).

18 Željezo i čelik (kao vodiči) Električna svojstva: Željezo i čelik slabi su vodiči električne struje. Električna provodnost: čisto željezo 8 10 Sm/mm 2 čelik 8 9 Sm/mm 2 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 C 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.

19 Željezo i čelik (kao vodiči) 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 točkove, te kao jezgra alu če vodove gdje je osobito čvrst N/mm 2. Koriste se za sabirnice, vodove s kojima se manje snage prenose na manje udaljenosti, TT vodove, bimetalne vodiče. Niska cijena.

20 Vodiči Vodič u užem značenju je komponenta strujnog kruga koja povezuje sve ostale komponente u tom krugu s zadaćom da što bolje vodi struju. Ako ima i neku drugu funkciju ili ako se prilikom vođenja struje javljaju još neki specifični iskoristivi efekti onda se govori o vodičkoj ili poluvodičkoj komponenti u širem smislu (kontakti, otpornici, poluvodičke aktivne komponente...). U najužu grupu vodiča spadaju vodiči za namote električnih strojeva i transformatora, vodove, kabele i spojne vodove, te instalacijski vodiči. Vodiči se razlikuju po; obliku, presjeku, načinu izoliranja... Oblici vodiča su diktirani s; prikladnošću napajanja, tehnološkim svojstvima, specijalnim zahtjevima...

21 Proizvodni program tvrtke Elka 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

22 Kriteriji odabira materijala za vodiče 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 van električnog proizvoda) klimatski uvjeti dimanika rada (stalni ili povremeni rad) ekonomičnost 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) 22

23 Oblici vodiča Žice, profili, trake, folije: Sposobnost namatanja, različiti oblici, 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 mm 2, 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: namoti, zračni vodovi, kabeli, spojni vodovi, tiskane pločice, elektrode kondenzatora

24 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, za vodljive elemente, krute valovode. Šipke okrugle, presjeka > 100 mm 2, materijali Cu i legure Cu, Al i legure Al. Šipke pravokutne, presjeka > 100 mm 2, materijali Cu i legure Cu, Al i legure Al. Šipke višekutne, presjeka > 100 mm 2, materijali Cu i legure Cu, Al i legure Al.

25 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 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.

26 Oblici vodiča Obloženi vodiči (platirani) Materijali: kao osnova Cu, Al, Ag kao pokrovni Ag, Au, Sn, Cr, Ni Matrični vodiči (supravodiči) Materijali: kao osnova Cu kao vodljiva komponenta NbZr, NbTi, Nb 3 Sn 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.

27 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 je použeno 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.

28 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.

29 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.

30 Svjetlovodni kabeli 1. Nemetalni centralni rasteretni element 2. Petrolatna masa 3. Cjevčica Pa, PBT, Pa/PBT 4. Tiksotropična masa 5. Svjetlovodna vlakna 6. Unutrašnji plašt PE slijepljen s aluminijskom trakom(vlagonepropusna barijera) 7. Armatura od čeličnih pocinčanih žica 8. 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.

31 Vodljivi slojevi na nevodljivim podlogama U užu grupu vodiča, s proširenim mogućnostima, spadaju vodljivi slojevi i 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

32 Vodljivi slojevi na nevodljivim podlogama Debeli slojevi su debljine preko 5μm. 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)

33 Vodljivi slojevi na nevodljivim podlogama Tanki slojevi (filmovi) su debljine ispod 5μ. Nanose se: Kemijskim procesom 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.

34 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 ( C). Metali: Ag, Cu, C (grafit nije metal), Au, Pt, Paladij, Rutenij. Umjetne mase: Uglavnom epoksidne smole u obliku: paste, boje, tinte, lakova, kitova

35 Vodljivi premazi na nevodljivim podlogama Keramički premazi (paste) Metalni prah + stakleni ili keramički prah s dodatkom umjetne mase i eventualno otapala. Nanošenje, sušenje, paljenje ( C). Ostaje metal u staklenoj masi, a smola koja je služila kao tehnološka komponenta izgori. Metali: Ag, Cu, C (grafit nije metal), 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

36 Vodljivi premazi na nevodljivim podlogama Upotreba: 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

37 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. 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. Pri povišenoj temperaturi reagira s talinama alkalija.

38 Specijalni vodljivi materijali Tehnološka i tehnička 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.

39 Specijalni vodljivi materijali 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 (Ag 2 S). 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 (Ag 2 S).

40 Specijalni vodljivi materijali 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, lemljenje, metalizacije izolacijskih materijala za izradu obloga kondenzatora. Koristi se za slitine s dobrim električkim i magnetskim osobinama.

41 Specijalni vodljivi materijali 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 klorovodične i azotne kiseline u omjeru 3:1.

42 Specijalni vodljivi materijali 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.

43 Specijalni vodljivi materijali Kositar, Sn, je metal, sjajne srebreno bijele boje. Kositar ima tri kristalne modifikacije. Na slici je prostorno centrirana tetragonska kristalna slagalina. Kositar ima α Sn dijamantsku kristalnu strukturu, β Sn tetragonsku kristalnu rešetku i γ Sn rombičnu kristalnu rešetku. Pri prijelazu iz β u α 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 (SnO 2 ) i stanin (Cu 2 FeSnS 4 ). Zbog niskog tališta (231 0 C) izdvaja se u tekućem stanju od primjesa. Pročišćavanje kositra obavlja se elektrolizom.

44 Specijalni vodljivi materijali Električna svojstva: α Sn je poluvodljivi materijal, dok su β Sn i γ 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 klorovodičnoj 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 spajanje. 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.

45 Specijalni vodljivi materijali Nikal, Ni, je metal, srebrenobijele 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 širenja i 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 azotnu kiselinu.

46 Specijalni vodljivi materijali 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.

47 Specijalni vodljivi materijali Volfram ili tungsten, W, je metal sive boje. Kristalna struktura je prostorno centrirana kubična rešetka, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom. 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. Električna svojstva: Ovisnost električne otpornosti i koeficijenta toplinske provodnosti o temperaturi prikazane su na slici.

48 Specijalni vodljivi materijali Kemijska svojstva: Volfram je na zraku postojan. Oksidira pri zagrijavanju. Rastvara se samo u smjesi azotne 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 ( C). Lemljenje volframa nije jednostavno. Lemi se Au, Cu, Cu Ni lemovima. Prije lemljenja najvažnije je čišćenje volframa u otopini azotne i klorovodične 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.

49 Specijalni vodljivi materijali 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 (PbCO 3 ). Električna svojstva: Olovo je metal s visokom elektičnom otpornošću. Zavisnot električne otpornosti o temperaturi prikazana je na slici.

50 Specijalni vodljivi materijali Kemijska svojstva: Olovo ima veliku antikorozivnu sposobnost. Otporno je na djelovanje vode, sumporne i klorovodične kiseline, a rastvara se u azotnoj 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 povećavaju pri dodavanju malih količina antimona, željeza, kadmija, bakra, kositra i drugih metala. Olovo i njegovi spojevi su otrovni. 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.

51 Specijalni vodljivi materijali Živa, Hg, je jedini metal u tekućem stanju pri sobnoj temperaturi. Kristalna struktura je romboedarska, gdje svakom čvoru odgovara po jedan atom. 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. Električna otpornost žive je 0,958 μωm (20 0 C), a temperaturni koeficijent otpornosti 0,009 K 1. Koeficijent toplinske provodnosti je 7,9 Wm 1 K 1. Živa je supravodljivi materijal.

52 Specijalni vodljivi materijali Kemijska svojstva: Živa je postojana na zraku. U razblaženim kiselinama se ne rastvara. Rastvara se u koncentriranoj azotnoj ili sumpornoj kiselini. Živa je otrovna. 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 koristi u živinim lampama, za releje itd.