Materjaliõpetus (0)

Pooljuhid
Pooljuhtideks nimetatakse elektrimaterjalide klassikalise liigituse alusel materjale, millede elektriline eritakistus on dielektrikute ja juhtide vahepealne, olles vahemikus 10-6...108 Ωm. Pooljuhtmaterjalide eri-takistus sõltub eelkõige koostisest (väga olulised on lisandid), valmistamise tehnoloogiast ja välis­mõjudest (temperatuur, elektriväljatugevus, valgustatuse intensiivsusest jne.) Pooljuhid on kas keemilised elemendid või nende keemilised ühendid nagu germaanium , räni, seleen, telluur , arseen, fosfor , või ränikarbiid ning mitmesuguste metellide oksiidid (vaskoksiid, titaanoksiid jne.) ja sulfiidid (tsinksulfiid, hõbesulfiid, magneesiumsulfiid jt.)..
 
Germaanium (Ge) on välimuselt hõbehall, metalse läikega, raskesti mehaaniliselt töödeldav ja rabe , sulamistemperatuur 958,5 °C., suhteline dielektriline läbitavus ε = 16. Germaaniumist valmistatakse pooljuhtdioode ja transistore, mis võivad töötada temperatuuridel –60°C...+70 °C.
 
Räni (Si) hallikas, kõva, habras ja metalse läikega, sulamistemistemperatuur 1415 °C, suhteline dielektriline läbitavus ε = 12,5. . Rauasulamite koostises suurendab elektrotehnilise terase elektrilist eritakistust. Kasutatakse dioodide, transistoride, türistoride, pinge stabilisaatorite jne. valmistamisel.
 
Seleen (Se), hall kristalne aine sulamistemperatuuriga 221 °C. Kasutatakse peamiselt valgustundlike pooljuhtseadiste ( fotoelemendid , fototakistid jne.), varemalt ka alaldite valmistamisel.

Vask-, mangaan - ja koobaltoksiide ( Cu2O , CuO, Mn2O3, Co2O3) kasutatakse põhiliselt temperatuuritundlike takistite (termistoride) valmistamiseks. Tsinkoksiidist (ZnO) aga valmistatakse liigpingepiirikuid nii madal- kui ka kõrgepinge seadmetele.
 
Ränikarbiide (SiC) kasutatakse varistoride valmistamisel, varem ka ventiillahendite mittelineaarsete takistite valmistamisel ja ränikarbiidi baasil koostatud ainest siliitist valmistatakse kõrgetel temperatuuridel kuni 1500 oC töötavaid küttekehi.
 
Sulfiide (PbS, Bi2S3, CdS, ZnS) käsutatakse fototakistite, fotoelementide ja luminofooride valmistamisel.
Seleniide (PbSe, Bi2Se3, CdSe, HgSe) kasutatakse fototakistite, pooljuhttermoelementide ja laserite tootmisel.
ELEKTRIJUHID.
Elektrijuhtideks nimetatakse neid elektri-materjale, mille eritakistus on 0-8...10-5 Ωm.
Põhimõtteliselt võivad juhtideks olla tahked kehad, vedelikud (vesi, elektrolüüdid ) ja teatud olekus ka gaasid ( plasma ). Kuid harilikult käsu­tatakse elektrijuhtidena metalle ja sulameid .
Juhid liigitatakse tavaliselt kahte liiki: suure erijuhtivusega elektrijuhid ja suure eritakistusega elektrijuhid.
Esimest liiki juhte käsutatakse peamiselt õhu­liini juhtmete ja trafode ning elektrimasinate mähiste valmistamisel. Siia kuuluvad eelkõige vask ja alumiinium , erijuhtudel (kontaktide materjalina) ka hõbe , mis on parim elektrijuht.
Teist liiki juhte käsutatakse enamasti reostaa-tide, täppistakistite, elektriküttekehade, hõõglampide jne. valmistamisel. Tuntumad seda liiki materjalid on manganiin, konstantaan ja nikroom.
Põhilised elektrijuhte iseloomustavad suuru­sed on eritakistus ρ või selle pöördväärtus - erijuhti-vus γ, eritakistuse temperatuuritegur ε, kontakt-potentsiaalid ja elektromotoorsed jõud, soojusjuh- tivustegur, mehaaniline tugevus ja suhteline pikene­mine tõmbel. Kuna elektrijuhte käsutatakse ena­mikel juhtudel traadi kujul, siis käsutatakse eritakis­tuse ühikuks ka ühe meetri pikkuse ja ühe ruutmilli-meetrilise läbilõikega traadi takistust
1 Ωmm2/m = 1*10 -6 Ωm.
 
 
JUHTMEMATERJALID
 
Juhtmematerjalide hulka kuuluvad eelkõige vask ja alumiinium, teatud erijuhtudel elektroonikas ka parim elektrijuht hõbe ja kuld . Suurema eritakistusega metallid leiavad kasutamist nagu. teras õhuliinijuhtmete ja kaablite mehaaniliseks tugevdamiseks, volfram - lampide hõõgniitideks kõrge sulamistemperatuuri tõttu jne. Põhilised andmed juhtmematerjalide kohta on toodud tabelis 5.
Tabel 5. Juhtmematerjalide põhiandmed.
 
Materjal
Eritakistus
Takistuse
Tihedus
Sulamistem-
 
temperatuuril
temper.tegur
peratuur °C
 
Ωmm2/m
temperatuuril
[kg/cm³]
 
 
 
+15 °C, K-l
 
 
1
2
3
4
5
Hõbe (Ag)
0,016
0,0040
10,5
961
Vask (Cu)
0,0172
0,0040
8,89
1083
Kuld (Au)
0,024
0,0038
19,3
1063
Alumiinium (Al)
0,028
0,0039
2,70
660
Berüllium (Be)
0,04
0, 0060
1,85
1284
Magneesium (Mg)
0,045
0,0042
1,74
651
Naatrium (Na)
0,046
0, 0050
0,97
97,8
Volfram (W)
0,055
0,0046
19,3
3380
 
 
0,0050
 
 
Molübdeen (Mo)
0,057
0,0046
10,2
2620
Tsink (Zn)
' 0,059
0,0041
7,14
419
Koobalt (Co)
0,064
0,0060
8,85
1500
Nikkel (Ni)
0,068
0,0067
8,96
1453
Kaadmium (Cd)
0,074
0,0042
8,65
321
Raud (Fe)
0,098
0,0060
7,87
1535
Plaatina (Pt)
0,105
0,0039
21,45
1770
Palladium (Pd)
0,110
0, 0036
12,02
1554
Tina (Sn)
0,12
0,0044
7,31
232
Plii Pb)
0,21
0,0037
11,4
327
Temperatuuritegur antakse käsiraamatutes tavaliselt keskkonna temperatuurile +15 või + 20 °C.
 
 
Vask(Cu)
Vask ja vasesulamid on roosakaspunane hästi töödeldav metall margitähisega Cu-ETP EN –eurostandardis, E-Cu Saksa DIN-is, M Vene GOST-is ja Suurbritannia BS-is 101,C102, mis määravad materjali keemilise koostise ja mehaanilised omadused. Lisaks standardites kasutatavad tunnusnumbrite süsteemid võimaldavad valida materjali tehnoloogilise töötluse (valatud, sepistatud, termiliselt töödeldud jne.) ja nomenklatuuri (leht , latt , varras, traat , toru jne.) alusel Vask on põhiline elektrotehnikas kasutatav juhtmematerjal väikese eritakistuse, elastsuse, küllaldase mehaanilise tugevuse, korrosioonikindluse, hea joodetavuse jms. tõttu.
Rahvusvaheline standard ISO annab juhtmevase erijuhtivuseks 58 MS/m (millele vastabki tabelis 5 antud eritakistuse väärtus 0,0172 //Q-m). Igasuguste sulamite, sageli ka teiste metallide (näit. alumiiniumi) ja nende sulamite erijuhtivused antakse %-des juhtmevase erijuhtivusest. Vase-varude piiratus (teda leidub maakoores vähem kui 0,01%) on sundinud otsima vähem defitsiitseid juhtmematerjale (milleks on eelkõige alumiinium). Vask on keemiliselt väheaktiivne, reageerib lämmastik - ja kontsentreeritud väävel - happega. Õhus kattub vase pind oksiidi õhukese kihiga , mis kaitseb edasise oksüdeerumise eest. Juhtmevask võib olla kahesuguse töötlusega. Külmtöötlusel saadakse nn. kõva vask, mille tõmbetugevus on kuni 360...390 N/mm2. Pisut suureneb ka eritakistus. Kõva vaske kasutatakse õhuliinijuhtmete, elektrimasinate kommutaatori lamellide jne. valmistamisel. Lõõmutamisel 400...650 °C juures saadakse pehme vask, mille tõmbetugevus on piirides 240...280 N/mm2. Pehmet vaske kasutatakse elektrimasinate, transformaatorite ja aparaatide mähiste, kaablisoonte jne. materjalina. (sele 3.5).
Valgevask  on vase ja tsingi sulam , kus tsingi sisaldus võib olla kuni 55%. EN1652 alusel margitähised CuZn5, ..10,..15,……CuZn40 Tsingilisandi suurendamine muudab valgevase kõvemaks ja värvilt heledamaks. Valgevask on oksüdeerumisele vastupidavam kui puhas vask. Kõva valgevase tõmbe­tugevus ulatub 880 MPa-ni, lõõmutatud valgevasel on see 320...350 MPa. Kuni 20% tsingilisandiga sulamit nimetatakse tombakuks. Alla 39% tsinki sisaldavat -valgevaske saab töödelda stantsimise, valtsimise jne. teel. Külmtöötlemisel valgevask kalestub, mille mõju kõrvaldamiseks tuleb teda lõõmutada temperatuuril 600...700 °C.
 
Tsingilisand üle 39% muudab valgevase sulamid , hapramaks ja nad on töödeldavad ainult kuumalt ehk valades. Peale tsingi võib valgevask sisaldada kuni mõne % ulatuses alumiiniumi, niklit , tina, mangaani , räni näiteks EN1652 alusel margitähis CuZn35Al15Fe2Mn2Pb (tsinki 35%, alumiiniumi 15%, rauda 2%, mangaani 2%, pliid ~1%, ülejäänud osa on vask). Alumiinium, tina, raud, nikkel ja räni suurendavad mehaanilist tugevust, mangaan kaarekindlust jne. Rauasisaldus üle 0,03% annab valgevasele magnetilised omadused. Valgevasest valmistak vardaid, latte, plekki , linti, vähekorrodeeruvaid polte, mutreid jne. 30% tsingisisaldusega valgevase erijuhtivus on -25% vase erijuhtivusest (st.takistus 4 korda suurem vase omast).
Pronksid  on mitmesuguste metallide sulamid vasega (välja arvatud tsink ja nikkel). Pronkse nimetatakse tähtsaima lisaelemendi (peale vase) järgi (tsinkpronksid, alumiiniumpronksid, pliipronksid, berülliumpronksid, mangaanpronksid jne.) näiteks. Töötlemisviisi järgi eristatakse valupronkse ja survega töödeldavaid pronkse. Mõned pronksi liigid on ka termiliselt töödeldavad (karastavad) Enamasti on kasutusel nn. tinapronksid, näiteks EN1982 alusel margitähisega CuSn5Pb20-C mis sisaldavad 2...20% pliid, väheses koguses ka tsinki, tina, fosforit jt. sulami omadusi parendavaid elemente. Kasutatakse peamiselt valamiseks (kuni 8% tinasisalduse korral ka survetöötlemiseks). Valmistatakse santehnilisi torustikuarmatuure, valatakse kujusid jne. Alumiiniumpronks (Al 4...10%) on heade mehaaniliste omadustega (tõmbetugevus kuni 900 MPa).
Mangaanpronks on kuumakindel ja tugev. Pliipronksist valmistatakse näiteks liuglaagreid. Berülliumpronksist (kõva, elastne,tõmberugevus kuni 1300 MPa) valmistatakse membraane ja vedrusid (näit. mõõte­riistadele). Kaadmiumpronks on hea elektrijuhtivusega (Cd 0,9%), tema juhtivus on 83... 90% vase juhtivusest s.o. 48... 52 (p = 0,21... 0,19 Ωmm2/m ). Temast valmistatakse trollijuhtmeid ja liugureid elektertranspordiks, aga ka telefoni, telegraafijuhtmeid ja antenni seadmeid
 
Alumiinium (Al) on hall pehme metall. Tema eritakistus on umbes 1,64 korda vase eritakistusest suurem. Kuna alumiiniumi tihedus on aga vase tihedusest 3,3 korda väiksem, siis sama takistusega alumiiniumjuhe on vaskjuhtmest enam kui kaks korda kergem. Teiseks alumiiniumi eeliseks on tema küllaldased varud (maakoores umbes 8,8%). Alumiiniumi tootmine on aga üks energiamahukamaid tootmisharusid. Analoogiliselt vasega liigitatakse ka alumiiniumi kõvaks ja pehmeks alumiiniumiks. Külmtöötlemisel saadakse kõva, kuumtöötlemisel aga pehme alumiinium. Alumiiniumi üheks puuduseks vasega võrreldes on tema väiksem tõmbetugevus.
Kõval alumiiniumil on see kuni 180 N/mm2, pehmel 75...90 N/mm2. Õhuhapnikuga kokku puutudes oksüdeerub alumiinium intensiivselt, tekitades suure elektritakistusega oksiidi kihi, võib esineda ka galvaaniline korrosioon , seetõttu on alumiiniumjuhtmete ühendamisel teisest metallist juhtmetega vaja käsutada spetsiaalseid üleminekuklemme, keevisliidet või ühenduskohtade ülejootmist. Alumiiniumi jootmisel tuleb käsutada spetsiaalseid räbusteid või ultrahelitõlvikuid, mis lagundavad alumiiniumi pinnale tekkiva oksiidikihi . Alumiiniumi kasutatakse eelkõige juhtmete, mähiste ja kaablisoonte valmistamisel, (sele 3.4)
Alumiiniumisulamite koostamisel püütakse suurendada mehaanilist tugevust, säilitades hea elektrijuhtivuse ja väiksema tiheduse. Sulamites lisatakse alumiiniumile (kuni 20% ulatuses) - vaske, räni, magneesiumi, mangaani, tsinki ja niklit. Üks enamkasutatavamaid alumiiniumi sulameid on  duralumiinium . Karastamise ja sellele järgneva vanandamise tulemusena omandab duralumiinium tõmbetugevuse kuni 500 MPa. Puuduseks väike korrosioonikindlus , mida parandab mangaanilisand, puhta alumiiniumikihiga katmine või pinna oksüdeerimine. Kasutatakse konstruktsioonimaterjalina.
Aldrei  on väikese eritakistuse ja suhteliselt suure tõmbetugevusega (350 MPa) sulam keemilise koostisega magneesium-silitsiit (MgaSi)., mis saadakse alumiiniumi, magneesiumi, räni ja raua termilisel töötlemisel Puuduseks keerukas tootmistehnoloogia. Kasutatakse spetsiaalsete elektrijuhtmete tootmiseks.
Räni, magneesiumi, vaske ja tsinki sisaldavad ka asünkroonmootorite rootorite valamiseks kasutatavad sulamid.
Raud (Fe) elektritehniline raud ja raud- süsinik sulamid – terased leiavad oma suhteliselt suure eritakistuse ja (vahelduvvoolu korral) ka induktiivtakistuse tõttu juhtmematerjalina vähe kasutamist. Kuid oma suure tugevuse tõttu (terastel tõmbetugevus kuni 1500 N/mm2) rakendatakse terast tugevdusena alumiinium traadist kaablite südamikus, saades nõnda terasalumiiniumjuhtme. Elektriraudteel, metroos ja trammiliinidel on terasrööpad ühtlasi ka voolujuhid. Elektritehniline raud ja terased leiavad laialdase kasutuse magnetiliste materjalidena, ning legeeritud terased suure eritakistusega juhtmematerjalina. Rauda kasutatakse ka elektroodimaterjalina keemilistes vooluallikates (raudnikkelakud).
Hõbe (Ag) on valge läikiv metall väga hea peegeldumisvõime , elektri- ja soojusjuhtivusega. Puhtalt kasutatakse teda väiksemates kontaktides ning ta on mitmete metallkeraamiliste kontaktide põhiline koostisosa . Dielektriku pinnale kantuna võib hõbe olla kondensaatorite elektroodideks. Teda käsutatakse ka suure mahutavusega keemiliste vooluallikate, näit. hõbetsink-akumolaatorite elektroodidena.
Kuld on kollane metall, väga vastupidav korrosioonile, kasutatakse elektroonikas ja elektrotehnikas eriti vastutusrikaste kontaktide korrosioonikindlate katete, fotoelementide jne. valmistamiseks.
Plaatina (Pt) on hallikasvalge, keemiliselt vastupidav, hästi töödeldav metall. Kasutatakse elektroonikas. Elektrotehnikas valmistatakse plaatinast kõrgetemperatuurilisi (kuni 1500 °C) termopaare ja takistustermomeetreid. 
Suure eritakistusega juhtmematerjalid (takistussulamid)Ωmm2/m
Nende materjalide hulka kuuluvad juhtmematerjalid, milliste eritakistus ületab 0,3 Ωmm2/m ja leiavad käsutamist (eel-)takistite, reostaatide, küttekehade jne. valmis­tamisel. Enamkasutatavamad nendest on:
Manganiinid sisaldavad 84...86% vaske, 2...3% niklit, 12... 13% mangaani, tihedus 8,4 kg/dm3, eritakistus p = 0,42...0,47Ωmm2/m, sulamistemperatuur 960 °C. Iseloomustav on neile väike eritakistuse temperatuuritegur. Termo- elektromotoorjõud vasega paaris (0,9 ...1)//V/K. Elektriliste omaduste stabili­seerimiseks töödeldakse manganiini vaakumis + 400 °C juures ja hoitakse hiljem toatemperatuuril. Maksimaalne töötemperatuur (stabiliseeritud traadile) + 200 °C. Manganiini käsutatakse täppistakistite valmistamiseks.
 
Konstantaanid sisaldavad 58...60% vaske, 32...40% niklit, l...2% mangaani, mõned margid ka vähesel määral koobaltit. Nende tihedus on 8,9 kg/dm3, sulamis­temperatuur 1260 °C, eritakistus 0,45 ...0,50Ωmm2/m, takistuse temperatuuritegur (0,2...6)-10"5 l/K. Termoelektromotoorjõud paaris vasega 41 ...43 //V/K. Käsutatakse reostaatide, küttekehade (kuni 500 °C) ja termopaaride valmistamiseks.
 
Uushõbe  (alpaka) sisaldab tsinki 18 ...22%, niklit ja koobaltit 13,5 ...16,5%, rauda ...0,3%, räni ...0,15%, süsinikku ...0,03%, ülejäänu on vask. Uushõbeda eritakistus p= 0,3 ...0,32 Ωmm2/m. Takistuse temperatuuritegur a = 0,00036 l/K, valmistatakse reostaate töötemperatuurile ...250 °C, kontaktandureid, lauanõusid jne.
 
Nikroomid (kroomniklid) on sulamid, mis sisaldavad niklit 55 ...80%, kroomi 15 ...23%, mangaani -1%, vähesel määral titaani, alumiiniumi, vaske ülejäänu on raud,
tihedus -8,3 kg/dm3, eritakistus p = 1,04...1,17 Ωmm2/m, takistuse temperatuuritegur (9... 12) • 10'5 l/K. Lubatud töötemperatuur + 950... + 1200 °C.
 
Kromaalid (kroomalumiiniumid) on takistussulamid, mis sisaldavad kroomi 12...30%, alumiiniumi 4...6%, koobaltit 1...2%, mõnedel markidel alla 1% niklit ja mangaani, ülejäänu on raud. Nende eritakistus on piirides 1,2 ...1,5 Ωmm2/m, tihedus 6,9...7,5 kg/dm3. Maksimaalne töötemperatuur 900... 1300 °C. Suurema raua­sisaldusega selletüübilisi sulameid nimetatakse ka fekraalideks (ferrum, kroom , alumiinium). Võrreldes nikroomidega on kromaalid halvemini töödeldavad ning neist ei saa valmistada peenikesi traate . Käsutatakse kõrgtemperatuuriliste tööstusahjudes, majapidamisriistades jne.
Takistusmaterjalid räni alusel sisaldavad räni 30...50%, kroomi 30...50%, üle­jäänu on nikkel või raud. Eritakistus kõigub sõltuvalt koostisest suurtes piirides 2...50 Ωmm2/m.
 
 
 
 
Kontaktinaterjalid
Siin käsitletakse elektriahelaid operatiivselt ühendavate ja lahutavate (kommu-teerivate) ja liugkontaktide materjale. Kontaktid on lülitusaparaatide kõige vastutus­rikkamad sõlmed, mistõttu neile esitatakse ka mitmeid erinõudeid, millest olulisemad on hea elektrijühtivus, küllaldane kõvadus , vastupidavus elektrisädemele ja -kaarele ning korrosioonile.Hea korrosioonikindlusega on väärismetallid - kuld, hõbe, plaatina, kuid nad on kallid ja pehmed , mistõttu puhtalt käsutatakse neid ainult erijuhtudel. Rohkem on levinud väärismetallide, eelkõige hõbeda sulamid.
Hõbe on normaaltingimustes parim elektrijuht ja üks odavamaid väärismetalle. Ta on pehme, kuid külmtöötlemine muudab teda mõnevõrra kõvemaks. Kuna hõbe on tundlik väävli suhtes, ei ole teda soovitav käsutada keskkonnas, kus leidub väävliühendeid (ka väävliga vulkaniseeritud kummi lähedal), eriti niiskuse juuresolekul. Puhast hõbedat käsutatakse väiksemate voolude lülitamiseks, eriti nõrkvoolu- ja kõrgsagedusseadmeis. Laialdaselt käsutatakse kontaktimaterjalina hõbeda sulameid vasega, kaadmiumiga, pallaadiumiga, tsingiga, volframiga, nikliga jne., aga ka kulla ja plaatinaga. Lisandid reeglina suurendavad hõbedaga võrreldes materjali kõvadust ja kulumiskindlust, kuid suurendavad suuremal või vähemal määral ka eritakistust. Suuremate voolude lülitamiseks käsutatakse hõbedat ka pulbermetallurgia meetoditega valmistatud (metallokeraamiliste) kontaktide põhikomponendina. Peale hõbeda on nende koosseisus veel näiteks kaadmiumoksiid, nikkel, molübdeen, volframkarbiid jne.
Kuld ja plaatina on kallid ja suhteliselt pehmed väärismetallid, milliseid puhtal kujul kontaktidena käsutatakse harva. Kõne alla tuleb nende käsutamine korrosiooni-vastase kaitsekihina ning sulamitena hõbeda, nikli , pallaadiumi, vase, osmiumi jt. metal­lidega.
 
Volfram on kõva, kõrge sulamistemperatuuri ja suure kaarekindlusega, olles see­juures ka küllalt hea elektri- ja soojusjuht. Ta vajab suhteliselt suurt kontakti- survet .Ammoniaagi, fenoolide jms. aurud eriti niiskes keskkonnas põhjustavad volframi korrosiooni, mis halvendab kontakti omadusi. Volfram leiab käsutamist liikurmasinate süütesüsteemides katkestite kontaktidena, impulsskontaktidena, kaarekustutus-kontaktidena jne. Ka käsutatakse volframit kontaktimaterjalina mitmesuguste sulamite (hõbedaga, vasega) ning pulbermetallurgiameetodil toodetud kontaktide koosseisus.
 
Pallaadium sarnaneb omadustelt mõneti plaatinaga ja nimetatakse seetõttu ka plaatinametalliks, kuid on viimasega võrreldes väiksema korrosioonikindluse ja mada­lama sulamistemperatuuriga aga ka odavam. Erinevalt hõbedast ei mõju talle väävel. Puhtalt käsutatakse põhiliselt väiksemate voolude korral. Kuulub ka koos hõbedaga, vasega jne.kontaktisulamite koosseisu.
 
Vask leidis varem kontaktimaterjalina küllaltki laialdast käsutamist, kuid kalduvus oksüdeeruda ja sulfatiseeruda (väävliga kokkupuutes) vähendab tunduvalt tema kasutatavust. Tuleb kõne alla küllaldese surve ja õlis paiknevate kontaktide puhul. Käsutatakse kontaktisulamites hõbedaga, pallaadiumiga jne.
 
Liugkontaktid moodustavad kommuteerivate kontaktide eriliigi. Nende mater­jalid peavad olema väikese hõõrdeteguriga ja kulumiskindlad. Kõige otstarbekamaks paariks on osutunud metall-grafiit (süsi). Taoline kontakt esineb näiteks elektrimasinate kontaktrõngaste ja kommutaatorite ning harjade vahel. Kaadmiumpronks on hea elektrijuhtivusega (Cd 0,9%), tema juhtivus on 83... 90% vase juhtivusest s.o. 48... 52 MS/m (p = 0,21... 0,19 Ωmm2/m ). Temast valmistatakse näiteks trollijuhtmeid elektertranspordiks,
Enamuses kirjandusallikates eristatakse nelja liiki harju: 1) süsi-grafiitharjad (CK), 2) grafiitharjad (G), 3) elektrografiitharjad (E), milliseid valmistatakse süsiharjadest nende grafiteerimisel kõrgel (-3000 °C) temperatuuril, 4) metall-grafiitharjad (M), kus grafiidile on lisatud juhtivuse parendamiseks metallipulbrit (vask, pronks, hõbe).
 
Termopaaride materjalid
Termopaarid on nn. Seebecki nähtustel põhinevad temperatuuriandurid. Nimetatud nähtus seisneb elektromotoorjõu tekkimises erisugusest metallist või pooljuhist koosnevas vooluringis kui ühenduskohtade temperatuur on erinev. Enamlevinud termopaaride materjalideks on konstantaan, vask, kromeel, alumeel, plaatina, plaatinroodium, kopeel.
Vaske, plaatinat ja konstantaani on vaadeldud eespool juhtmematerjale ja takistussulameid käsitlevas osas.
Plaatinroodiumi kombinatsioone on käsutusel mitmeid. Enamlevinud on plaatina ja roodiumi sulam, kus roodiumi on 10%.
Kromeel sisaldab kroomi 9...10%, koobaltit 0,6... 1,2%, ülejäänu on põhiliselt nikkel. Vähesel määral võib olla ka veel rauda, räni, mangaani, vaske, süsinikku.
Alumeel sisaldab alumiiniumi 1,2...2,4%, räni 0,85... 1,5%, mangaani 1,8... 2,7%, koobaltit 0,6... 1,2%, ülejäänu on nikkel.
Kopeel sisaldab niklit + koobaltit 42,5... 44%, mangaani 0,1... 1%, ülejäänu on vask. Tabelis 7 on antud põhiandmed mõnede enamkasutatavate termopaaride kohta.
 
 
 
 
Tabel 7. Enamkasutatavad termopaarid.
 
Nimetus
Termoelektomotoorj õud mõõtepiirkonnas //V/K
Kasutuspiirkond °C
Vask (+) - konstantaan (-) Kromeel (+) - kopeel (-)
Kromeel (+) - alumeel (-)
Plaatinroodium (+) - plaatina (-)
Raud (+) - konstantaan (-)
35 ...52 -~69
36...41
6,5 ..10,5
45…55
45 ...55
-100.. .+300 ...+800 ...+800
-50.. .+ 1400 -200. ..+400
 
 
Kirjanduses on toodud täpsemad termoelektromotoorjõud mõnedele termopaaridele sõltuvalt temperatuuri nivoost.
 
Tabel 8. Terrnoelektromotoorjõud sõltuvalt temperatuurist (mV)
 
 
Temperatuur °C
Termo]
Daarid
Plaatina-plaatinroodium
Vask-konstantaan
Kromeel-alumeel
Raud-konstantaan
-100
- 3,378
- 3,553
- 4,632
0
0,000
0,000
0,000
0,000
+ 100
0,645
4,277
4,095
5,268
+ 200
1,440
9,286
9,137
10,777
+ 300
2,323
14,860
12,207
16,325
+ 400
3,260
20,869
16,395
21,846
+ 500
4,234
20,640
+ 600
5,237
24,902
+ 700
6,274
29,128
+ 1000
9,585
41,269
+ 1300
13,155
+ 1600
16,771
Selgub , et reeglina temperatuuri tõustes terrnoelektromotoorjõud l kraadi kohta suureneb.
 
Joodised ja räbustid
Joodised on metallid või sulamid detailide ühendamiseks jootmise teel. Joodiste sulamistemperatuur on reeglina madalam ühendatavate materjalide (metallide) sulamis­temperatuurist. Kuumutamisel joodetavad metallid osaliselt lahustuvad joodistes, mistõttu tekib küllalt tugev ja väikese elektritakistusega ühendus. Enamuses allikates eristatakse kahte liiki joodiseid: pehmed ehk kergsulavad, mille sulamistemperatuur on alla 400 °C ja kõvad ehk rasksulavjoodised sulamistemperatuuriga üle 500 °C.
Käesolevas konspektis on vaadeldud eraldi veel madalatemperatuurilisi joodiseid, mille sulamistemperatuur on alla 100 °C. Neid käsutatakse kohtades, kus kõrge temperatuur võib kahjustadaskeemi elemente, samuti pooride ja äärsuste täit­miseks kohtades, kus temperatuur on piiratud aga ka samuti galvanoplastilisteks vormideks jne.
Tabel 9. Madalatemperatuurilised Joodised.
 
Jrk. nr.
Nimetus,
koostis %
Sulamistemperatuur, °C
1.
Woodi sulam Vismut Plii Kaadmium Tina
50
25 12,5
12,5
60,5
2.
Vismut Plii Tina Kaadmium
50 26,3
13,7 10
70
3.
Vismut Plii Kaadmium
50 42,6 7,4
82
4.
Rose sulam Vismut Plii Tina
50
25 25
93,75
5.
Newtoni sulam Vismut Plii Tina
50
31,25 18,25
95
 
 
Sulamite valmistamiseks tuleb komponendid sulatada tiiglis ja hoolikalt segada. Komponentide sisaldust kombineerides on võimalik saada nn. vahepealseid sulamis­temperatuure.
Joodiste ja jootekoha kuumutamine toimub madalatemperatuuriliste ja pehme-joodiste korral enamasti tõlvikutega, suuremate pehmejoodistega joodetavate detailide korral käsutatakse ka jootelambi või gaasipõletiga. Kõvajoodiste korral käsutatakse kas jootelampi, gaasipõletit või elektrikaart.
Tabel 10. Kergsulavad (pehmed) joodised.
 
Jrk. nr.
Koostis %
Sulamis­temperatuur °C
Kasutusala
1.
Tina 65 Plii 35
185
Vase, selle sulamite, tsingitud raua, raua jootmiseks
2.
Tina 50 Plii 50
212
ii
3.
Tina 90 Plii 10
220
te
4.
Tina 40 Plii 60
232
5.
Tina 30 Plii 70
255
(t
6.
Tina 40. ..55 Kaadmium 20 Tsink 25 Alumiinium , ... 15
200. ..250
Alumiiniumi ja selle sulamite jootmiseks
Tabel 11. Rasksulavad (kõvad) joodised.
 
Jrk. nr.
Koostis
Sulamis­temperatuur °C
Kasutusala
1.
Vask 36. ..54 Tsink 46... 64
825 ...860
Vase, selle sulamite ja terase jootmiseks
2.
Vask 26. ..40 Hõbe 25 ...70 Tsink 4. ..35
720. ..860
Vase, selle sulamite, hõbeda, plaatina, volframi ja terase jootmiseks
3.
Fosfor 9 Vask 91
780
Vase, selle sulamite ja hõbeda jootmiseks. Jootekoht on hab­ras, kuid pole vaja räbustit.
4.
Germaanium 8,7±0,4 Nikkel0,5±0,5 Boor 0,2±0,1 Vask (ülejäänu)
950 ...1005
Elektrotehnilise terase, roos­tevaba terase ja nikli joot­miseks
 
 
Räbustid on abimaterjalid jootekohtade kvaliteedi ja töökindluse tagamiseks. Räbustid väldivad jootekoha oksüdeerumist ja kõrvaldavad oksüdikihi joodetava metalli
 
pinnalt. Tavatingimustes on enamkasutatavateks räbustiteks kampol , okaspuuvaigust saadav -80% ulatuses QgHigCOOH-st koosnev kollane kuni tumepruun rabe, klaasjas aine (käsutatakse vase ja selle sulamite jootmiseks), ja kloortsink (ZnCl), mida saadakse soolhappes tsinki lahustades (põhiliselt raua jootmiseks). Tabelis 12 on toodud mõned käsutatavad räbustid.
Tabel 12. Räbustid.
 
 
 
Jrk. nr.
Koostis %
Kasutusala
1.
Kampol
Vase, valgevase, nikli ja tsingi, hõbeda, kaadmiumi ja viimaste sulamitega käetud metallide jootmiseks ja tinutamiseks
2.
Kampol Etüülpiiritus
10. ..40 90. ..60
3.
Polüestervaik Etüülatsetaat
20. ..30 80. ..70
4.
Kampol Soolhapu dietüülamiin Trietanoolamiin Etüülpiiritus (ülejäänu)
20. ..25 3.. .5 1...5
Süsinikterase, vase ja selle sulamite, nikli ja selle sulamite jootmiseks ja tinuta­miseks
5.
Kampol Kloortsink Etüülpiiritus
24 4 72
Mustade, värviliste ja väärismetallide jootmiseks
6.
Kampol Kloortsink Tehniline vaseliin Etüülpiiritus (ülejäänu)
16
4 20
Mustade ja värviliste metallide joot­miseks
7.
Kloorkaalium Kloornaatrium Kloorliitium Kloortsink Kloormagneesium Fluornaatrium Vesi
40 12 15 12 6 7 5
Alumiiniumi ja selle sulamite jootmiseks
8.
Booraks
100
Roostevaba terase ja kuumakindlate sulamite jootmiseks kõrgetemperatuu-riliste (850 ... 1100 °C) joodistega
Mõned räbustid tekitavad jootekoha korrosiooni, mistõttu nende jäägid tuleb maha pesta. Sageli kaetakse jootekoht korrosiooni vältimiseks veel laki või värviga.
Üli - ja krüojuhid
On teada, et materjali elektrijuhtivus temperatuuri langedes tõuseb. Eri materjalidel ilmneb juhtivuse järsk tõus mingil kindlal temperatuuril (Hg -4,2° K). Sama nähtus ilmneb märksa "kõrgemal" temperatuuril: nioobiumi-alumiiniumi-germaaniumi sulamil 20° K jt. Kui valmistada sellisest nn kõrgtemperatuurilisest materjalist mähis, ja jahutada see vajaliku temperatuurini, on võimalik saada väga tugevaid voolusid ja magnetvälju, mida muudel meetoditel oleks võimatu tekitada. Ülijuhid jagunevad 3 rühma:
     I liigi üldjuhtidel kaob ülijuhtivus väga väikese magnetvälja toimel;
    II liigi ülijuhtidel kaob ülijuhtivus mingil teatud magnetvälja tugevuse piirkonnas, mis on
kõrgem kui I liigi pooljuhtidel;
    III liigi ülijuhte (nn. nioobisulamid), mille magnetväli ülijuhtivusele toimet ei avalda, (nn.
nioobisulamid) käsutatakse ülijuhtivate solenoidide valmistamisel. Nende abil saadakse
magnetvälja tugevused kuni 50 T (tesla).
Ülijuhte käsutades on võimalik teha transformaatoreid, millel ei olegi terassüdamikku. Niisugustel trafodel pole ka jahutusprobleemi, soojuskaod on peaaegu võrdsed 0-ga. Omaette rühma moodustavad krüojuhid ehk hüperjuhid, millel madalal temperatuuril juhtivus järsult suureneb, kuid ei suurene ülijuhtivus. Selline nähtus tekib küllalt kõrgel temperatuuril
(20° K - 77° K), mis on saavutatav kas vedelat vesinikku, neooni või lämmastikku käsutades. Seletub aga sellega, et madalal temperatuuril vaibub materjali kristallvõre võnkumine ning seega ka elektronide hajumine suunatud liikumisel. See nähtus on omane vaid puhastele metallidele. Cu 99,99%, Al 99,99%, Be 99,95% krüojuhid võimaldavad saada mähises väga suuri voolutihedusi ja seetõttu vähendada ka transformaatorite gabariite.