2.3. Materiały stykowe

Styk

– element przeznaczony do zamykania lub otwierania

elektrycznego

obwodu prądowego.

Od materiałów przeznaczonych do wyrobu

styków

wymaga się:

• dużej przewodności elektrycznej (γ) i cieplnej
(λ),

• odporności na erozję pod wpływem iskry i łuku
elektrycznego,

• odporności na wpływy chemiczne,

• wysokiej temperatury topnienia,

• małej skłonności do zgrzewania (przywierania)
styków,

• odporności na ścieranie.

Zestyk

jest to zespół konstrukcyjny współpracujących ze sobą co najmniej

dwóch styków.
Zestyki występują jako składowe części we wszelkiego rodzaju

łącznikach.

I

Energia
elektryczna

Odbiorniki
elektryczne

styki

2.3.1. Zestyki rozłączne

Rys. 2.20. Schemat zestyku
rozłącznego

Żaden z dostępnych materiałów

nie spełnia wszystkich

wymienionych wymagań. Dobór właściwego materiału stykowego musi
uwzględniać warunki pracy styków a więc:

• czynniki wynikające z konstrukcji łącznika (sposoby gaszenia
łuku, charakter
odskoków styków, prędkość zamykania i otwierania styków),

• warunki eksploatacyjne (charakter łączonych obwodów, częstość
łączeń, wymagana
trwałość oraz niezawodność
mechaniczna i łączeniowa)

• warunki klimatyczne oraz przewidywane warunki obsługi,
konserwacji i napraw.

Ponadto należy mieć na uwadze zjawiska, które powodują niewłaściwe
działanie styków
i przedwczesne ich zużycie. Do tych zjawisk należą:

• tworzenie się warstw (nalotów) powierzchniowych
(zwiększają rezystancję
przejścia zestyku),

• iskrzenie i łuk elektryczny (powodują podwyższenie
temperatury styków
prowadzące do łatwiejszego tworzenia się warstw tlenkowych),

• wędrówka metalu (szczególnie przy prądzie stałym, na anodzie
powstają
pagórki, na katodzie kratery),

• odkształcenia mechaniczne (są funkcją: siły, temperatury,
częstości łączeń).

Jako

materiały stykowe

stosuje się:

- metale i stopy metalowe (srebro, złoto, platyna, miedź, wolfram,
mosiądze, brązy, Cu-Ag, Pt-Ir)
- spieki (W-Ag, V-Cu).
O zakresach stosowania poszczególnych materiałów stykowych decyduje moc
przenoszona przez zestyk.

Metale i stopy metalowe

Srebro, dzięki swej dużej przewodności elektrycznej i cieplnej, jest jednym z
częściej używa-nych materiałów stykowych. Srebro czyste lub z niewielkimi
tylko ilościami domieszek jest sto-sowane jako uniwersalny materiał na styki
przy prądach powyżej 0,5 A. Przy prądach 10 - 100 A i pracy w powietrzu
srebro wykazuje dużą trwałość ze względu na swoją odporność na iskrzenie.
Duża plastyczność umożliwia wykonywanie pełnych styków o różnych
kształtach.
Srebro - właściwości chemiczne
Przy czystości 99,9 - 99,7% srebro nie ulega utlenianiu w czystym powietrzu
i w temperaturze otoczenia. Podczas wyładowań iskrowych powstają tlenki
AgO oraz azotyn AgNO na powierzch-ni styku. Wszystkie te związki ulegają
rozpadowi cieplnemu, poza tym są miękkie i są usuwane z powierzchni przy
uderzaniu lub tarciu styków podczas ich zamykania. Pewien stopień
utlenienia powierzchni jest korzystny, jeśli chodzi o uniknięcie przywierania i
zgrzewania. W obecności par siarki lub SO

2

, stanowiących zanieczyszczenia

atmosfery, srebro pokrywa się warstwą siarcz-ków. matowieje powierzchnia i
przy rzadkim działaniu styków zjawisko to może spowodować całkowite
przerwanie kontaktu.

Srebro - właściwości mechaniczne

Mała twardość srebra (w stanie wyżarzonym ok. 40 HB) powoduje małą
odporność na ścieranie. Przez obróbkę plastyczną na zimno (walcowanie,
prasowanie, ciągnienie) można zwiększyć twardość do ok. 100 HB.
Utrzymanie tej twardości wymaga unikania wyższych temperatur (np. przy
lutowaniu), ponieważ srebro ulega rekrystalizacji w temp. 180...260 °C,
zależnie od stopnia zgniotu. Dobre wyniki daje powlekanie styków
srebrnych, a także innych metali, cienką. 25 pm, warstwą srebra
elektrolitycznego o dużej twardości. Twardość srebra można także zwiększyć
przez wprowadzenie domieszek pierwiastków: niklu, miedzi, kadmu,
magnezu.

Złoto jest najbardziej odporne na chemiczne oddziaływanie środowiska.
Czyste złoto cechuje bardzo duża plastyczność (twardość ok. 18HB). Można
ze złota wykonywać cienkie (0,1…l μm) warstwy powierzchniowe. Z małą
twardością wiąże się ograniczenie nacisków, jakie mogą prze-nosić styki o
powierzchniach złoconych. Brak warstewek izolacyjnych sprzyja łatwemu
przywie-raniu i zgrzewaniu pracujących powierzchni, w szczególności z
uwagi na niewysoką temperatu-rę topnienia (T - 1063 °C). W związku z tym
złoto stosuje się do uszlachetniania powierzchni kontaktowych rzadko
rozłączanych: nóżki lamp, wyprowadzenia elementów półprzewodniko-wych
itp.

Platyna i inne metale grupy platynowców są ze względu na wysokie
temperatury topnienia i od-porność chemiczną, dobrymi materiałami
stykowymi. Czysta platyna jest stosowana w postaci nitów pełnych lub
napawanych płytek w zestykach narażonych na działanie aktywnych
chemicz-nie atmosfer. Wysoka temperatura topienia platyny i jej stopów
powoduje odporność styków na zgrzewanie i erozję. Stopy platyny z irydem i
rutenem mają zwiększoną twardość i mogą być użyte tam, gdzie oprócz zalet
platyny jest potrzebna większa odporność na naciski powierzchnio-we i na
ścieranie.

Przy doborze materiału na styki należy wziąć pod uwagę również
koszty materiałowe. Pogląd na ten temat może dać porównanie cen.

Miedź / Molibden / Wolfram / Srebro / Złoto / Platyna / Osm /
0,07 : 0,8 : l : 2,5 : 100 : 300 : 420

Spieki

Materiały te wytwarza się bądź typową metodą metalurgii proszków, bądź
metodą nasycania gąbkowego szkieletu (porowatego) metalu
trudnotopliwego, np. wolframu, roztopioną miedzią lub srebrem (

W - Ag, W

- Cu

).

W materiałach stykowych (spiekach)

Ag - CdO, Ag - Ni

, większy stopień

rozdrobnienia proszków (średnica cząstek l...10 μm) przyczynił się do 3-
krotnej poprawy ich trwałości. Spieki znajdują zastosowanie głównie w
łącznikach w. n. (wyłączniki).

Rys. 2.21. Wytwarzanie materiału stykowego

włóknistego

Zwiększenie trwałości łączeniowej można uzyskać stosując

materiały

stykowe o strukturze włóknistej.

Opanowano technologię wytwarzania

materiałów włóknistych

Ag-Ni

o zawartości niklu w granicach 10...40%.

Materiałem wyjściowym są druty utworzone z cienkich (l...50 μm) włókien
niklowych w otulinie ze srebra. Pęki takich drutów w otoczce z taśmy
stalowej poddaje się kilka-krotnemu przeciąganiu przez ciągadła o
malejących średnicach.

Podczas procesu
przeciągania następuje
spojenie drutów na
zimno i tworzy się
monolitycz-ny pręt, z
którego po usunię-ciu
otoczki, np. przez
wytra-wienie - wytwarza
się nity lub nakładki
stykowe. W zależnoś-ci
od średnicy i rodzaju
uży-tych drutów pręt
może zawie-rać do
25000 włókien niklo-
wych w matrycy
srebrowej.

czyste srebro

(Ag)

spiek (Ag80 Ni20)

m. włóknisty (Ag83 Ni17)

Rys. 2.22. Zużycie styków jako funkcja liczności łączeń

Warunki badań: siła docisku styków około l N, prędkość zamykania zestyku -
0,1 m/s, prędkość otwierania - 0,2 m/s , łączono 10 A prądu przemiennego
w obwodzie rezystancyjnym przy na-pięciu 220 V.

Tab. 2.3. Własności i zastosowanie stopów i spieków stykowych

Skład

Temperat.

topliwości

t

t

Rezystywność



Twardość

HB

Materiał styku

% masy

°C

10

–3

mm

2

/m kG/mm

2

Zastosowanie

Srebro +
miedź

Ag 97-72

Cu 3-28

340  700

18  21

40  140

Do najwyższych prądów i o dużym obciążeniu

mechanicznym

Srebro +

kadm

Ag 85

Cd 15

880  900

48

40  78

Styki prądu stałego odporne na zespawanie

Srebro +

nikiel

Ag 95

Ni 5

930

19

50  90

Styki różnego rodzaju silnie obciążone mecha-

nicznie i cieplnie

Stopy

Miedź +

beryl

Be 1-3

Co do 2,5

Cu reszta

870  1000

35  100

100  400 Duże styki odlewane, szczotki, zbieracze prądu

Srebro +

nikiel

Ag 60-90

Ni 40-10

960

28  20

43  130

Aparatura n. n. styczniki, regulatory temperatu-

ry, odłączniki

Wolfram +

srebro

W 90-70

Ag 10-30

960

50  40

105  230

Styki opalne dla łączników w. n. i n. n., regulato-

ry temperatury

Wolfram +

miedź

W 70-80

Cu 30-20

1080

40  50

190  220

Styki opalne dla łączników w. n. i n. n., elektro-

dy spawarek punktowych

Srebro +

tlenek

kadmu

Ag 68

CdO 32

960

24

do 70

Styczniki dla najwyższych obciążeń, przekaźniki

z dużymi obciążeniami

Spieki

Srebro +

grafit

Ag 98

C 2

960

25

do 45

Styki o dużej odporności na zespawanie nawet

przy zwarciach

Sprężyste elementy stykowe

We współczesnych urządzeniach elektrycznych spotyka się układy
zestykowe w których sprężystość samej części przewodzącej wytwarza i
utrzymuje

docisk styków.

.

Można tu wymienić styki sprężyste przekaźników, gniazd i wtyków, szczęki
bezpieczników miniaturowych, styki sprężyste w oprawkach lamp, itp.

Zestyk

utworzony za pomocą elementów sprężystych powinien

charakteryzować się niezmien-nym w czasie i niewrażliwym na
temperaturę pracy dociskiem. Ponadto materiał ten powinien posiadać:
dobrą konduktywność, brak skłonności do tworzenia warstw tlenkowych,
odporność na długotrwałe przemienne naprężenia występujące podczas
cykli łączeniowych.
Na sprężyste elementy stykowe stosuje się następujące materiały: mosiądz
M 63, brąz berylo-wy, brąz cynowy, stop S 23. Większość tych materiałów
uzyskuje wymagane włas-ności sprężyste po obróbce plastycznej na zimno
o stopniu zgniotu 40 - 60% oraz odpuszczaniu w temperaturze do ok. 400
°C.

Stop S 23 - to mosiądz aluminiowo-kobaltowy (3,4% aluminium, 0,4%
kobaltu), ma bardzo dobre własności sprężyste i może stanowić zamiennik
znacznie droższych brązów - berylowego i cynowego. Służy do wyrobu
sprężyn stykowych w łącznikach instalacyjnych, gniazdach wtykowych,
przekaźnikach itp.

Najliczniejsza grupa asortymentowa produkowana przez przemysł
elektrotechniczny:

przekaźniki elektromechaniczne, styczniki tzw. obwodów głównych i
pomocniczych, wyłącz-niki różnicowo-prądowe, wyłączniki nadprądowe,
rozłączniki izolacyjne, łączniki krzywkowe, wyłączniki oświetlenia,
przełączniki świateł samochodowych.

2.3.2. Zestyki ślizgowe

Istnieją liczne urządzenia elektryczne , w których obwód prądowy

zamyka się, bądź to po-przez materiał tworzący styk z ruchomymi
elementami (komutatory lub pierścienie prądnic i silników), bądź też
poprzez styk, który jest ruchomy (autotransformatory). Od materiałów
używanych na taki zestyk wymaga się, aby nie powodowały zużycia
komutatorów i pierścieni oraz aby rezystancja przejścia była mała.
Podstawowym materiałem stosowanym na styki zes-tyków ślizgowych (tzw.
szczotek) jest grafit.

„Szczotki" wykonywane są z:

— metalografitu (proszki grafitu spiekane w temperaturze poniżej 1000°C
z proszkami metali,
zwykle miedzi lub srebra),

— węglografitu (proszki grafitu, sadzy, koksów z lepiszczami, prasowane i
wypalane w tempe-
raturze powyżej 1000°C),

— grafitu (proszki grafitu prasowane i wypalane w temperaturach od
200°C do powyżej
1000°C),

— elektrografitu (skład jak węglografitu poddawany procesowi
grafityzacji przy bardzo wyso-
kiej temperaturze, np. 3000°C).
Materiały szczotkowe charakteryzowane są następującymi własnościami:
masą właściwą, rezystancją, twardością, wytrzymałością mechaniczną,
ścieralnością, dopuszczalną gęstością prądu, spadkiem napięcia na
rezystancji przejścia, współczynnikiem tarcia.

2.4. Termobimetale

Termobimetalem nazywa się zwalcowany na gorąco wyrób, złożony z
dwóch blach stopo-wych, o różnej rozszerzalności cieplnej, złączonych
trwale na całej powierzchni styku. Przy podgrzaniu takiego elementu, na
skutek różnicy współczynników rozszerzalności, powstają naprężenia
wewnętrzne, powodujące wygięcie paska w stronę metalu o mniejszej
rozszerzal-ności.
Wygięcie paska termobimetalowego pod wpływem podwyższonej
temperatury może być wykorzystane do samoczynnego przerwania
obwodu. Po obniżeniu się temperatury, odkształ-cenie termobimetalu
ustępuje, obwód ponownie zostaje załączony. Zasada ta wykorzystywana
jest powszechnie w samoczynnych regulatorach temperatury (w
suszarkach, żelazkach, czajnikach i grzejnikach elektrycznych,
wyzwalaczach termicznych itp.).

Rys. 2.23. Termoregulator
bimetaliczny:
l - taśma bimetaliczna,

2 - zestyki,
3 - śruba regulacyjna;
A - materiał o małym
współcz.
rozszerzalności
cieplnej
B - materiał o dużym
współcz.
rozszerzalności
cieplnej

Materiały o niższym współczynniku rozszerzalności liniowej:

• stop o nazwie inwar (64% Fe, 36% Ni),  = 1,5·10

-6

K

-1

(0...100°C).

• stop o nazwie ferronikiel (58% Fe, 42% Ni)
Materiały o wyższym współczynniku rozszerzalności liniowej:

• stopy: Fe69Ni25Mn6, mosiądz, konstantan,

• metale: miedź ( = 16,5·10

-6

K

-1

), nikiel, żelazo.

2.5. Połączenia

2.5.1. Połączenia rozłączne

W torach prądowych układów elektrycznych występują liczne punkty
połączeń. Są to np. łączniki, puszki, gniazda, wtyczki, a także szyny
zbiorcze w rozdzielnicach, obwody stero-wnicze, listwy zaciskowe w
celkach itp.). Źle wykonane połączenie w obwodzie prądowym powoduje
miejscowy wzrost temperatury, który może spowodować stopienie izolacji
elek-trycznej, jak również stopienie przewodów w miejscu ich styku i w
konsekwencji może dopro-wadzić do zwarcia lub przerwania obwody
prądowego. Źle wykonane połączenie to także znaczące straty energii.
Rozróżniamy dwa rodzaje połączeń w obwodzie prądowym:

a) połączenia rozłączne,
b) połączenia nierozłączne.

Połączenia rozłączne w instalacjach elektrycznych występują w postaci
zacisków śrubowych. Najpowszechniej stosowane, głównie w instalacjach
domowych, są połączenia śrubowe dociskowe.

Rys. 2.24. Zaciski śrubowe: l - główkowy
z pod-kładką, 2 - główkowy bez
podkładki, 3 - nakładko-wy
jednośrubowy, 4 - nakładkowy
trójśrubowy,
5 - szczękowy, 6 - tulejkowy, 7 -
sworzniowy,
8 - śrubowy do łączenia szyn
aluminiowych

Przy wykonywaniu połączeń przewodów
należy przestrzegać następujących zasad:

- izolację przewodu nacinać tak, aby nie
uszkodzić
żyły; miejsce nacięcia (długość
odizolowanej żyły)
powinno być dopasowane do długości
zacisku,

- przed połączeniem przewodu należy go
przeczyścić
papierem ściernym, pilnikiem,
oczyszczone po-
wierzchnie nie powinny ulec
zatłuszczeniu,

- przewody stosowane w zaciskach
sworzniowych
powinny mieć "oczko" o średnicy
dostosowanej do
średnicy śruby,
- przewody wielodrutowe należy oblutować
w celu
uniknięcia rozmietlenia drucików.

Rys. 2.25. Końcówki do przewodów

Końcówki łączy się z żyłą przewodu
przez lutowa-nie, za pomocż śruba lub
przez zaprasowanie

Poprawna technologia wykonywania
połączeń śru-bowych szyn aluminiowych
(przewodów aluminio-wych) musi
zapewniać:

- wykonanie otworów do śrub łączących
szyny bez
ich deformowania,

- usunięcie wszystkich zniekształceń z
powierzchni
do siebie przylegających,

- usunięcie warstwy tlenku aluminium z
powierzch-
ni styku,
- zabezpieczenie powierzchni aluminium
przed po-
nownym pokryciem się tlenkiem.

2.5.2. Połączenia nierozłączne

Wykonania połączeń nierozłącznych można dokonać za pomocą spajania,
zaprasowywania, spawania, lutowania i zgrzewania.

Spajanie na zimno

Stwierdzono doświadczalnie, że po przyłożeniu siły do elementów
łączonych (np. aluminium z aluminium, miedź z aluminium, miedź z
miedzią) o wartości przekraczającej ich granicę plastyczności następuje
wzajemne przenikanie się metali, proces ten nazwano spajaniem na
zimno. Aby otrzymać spoinę o dobrych właściwościach elektrycznych i
mechanicznych należy dokładnie oczyścić łączone powierzchnie
przewodów i umieścić je współosiowo i symetrycznie względem siebie.
Spajanie doczołowe metali przeprowadza się za pomocą pras
hydraulicznych. Przy spajaniu na zimno np. aluminium wymagane jest
naprężenie rzędu 45010

6

N/m

2

. Badania wykazały, że różne metale

spajają się na zimno lepiej niż te same między sobą. Przy łączeniu tych
samych metali lepiej spajają się metale o różnej twardości. Metoda ta jest
wykorzystywana do wykonywania złączek i końcówek dwumetalowych
Cu-Al, służących do zaprasowywania i zakańczania przewodów i żył kabli.

Zaprasowywanie

Połączenia końcówek przewodów z przewodami można dokonywać przez
zaprasowanie za pomocą pras hydraulicznych. Metoda ta jest prosta, nie
niszczy izolacji, nie wymaga czysz-czenia połączenia po zaprasowaniu. Do
wad tego sposobu wykonywania połączeń należą: wysoka cena, szybkie
zużywanie się elementów hydraulicznych, kłopotliwe eksploatowanie
pras w warunkach budowlanych.

Spawanie

Do wykonywania połączeń przewodów stosowane jest spawanie gazowe, w
którym wykorzys-tuje się płomień acetylenowo-tlenowy o temperaturze 3100
C lub wodorowo-tlenowy o tempe-raturze 2500 C. Proces spawania polega

na łączeniu metali przez ich nadtapianie, stosuje się do żył o dużym
przekroju. Odmianą procesu spawania jest łączenie termitowe. Metoda ta
polega na stosowaniu ładunków (oddzielnych dla każdych łączonych metali),
które za pomocą katalizato-rów wywołują reakcje egzotermiczne.

Lutowanie

Lutowanie polega na łączeniu metali za pomocą spoiwa (lutu), którego
temperatura topnienia jest niższa od temperatury topnienia łączonych
metali. Połączenie stopionego lutu z nagrzanym meta-lem powstaje wskutek
dyfuzji, czyli przenikania cząsteczek ciekłego lutu do metalu lutowanego i
odwrotnie. Przenikanie jest możliwe, jeżeli spoiwo i materiał są rozgrzane i
nic nie przeszkadza dyfuzji (tlenki, brud).

Zgrzewanie

Zgrzewanie jest to sposób łączenia metali, przy którym części metalowe
miejscowo nagrzane do stanu plastycznego są łączone za pomocą siły
mechanicznej (np. docisk) bez użycia materiału dodatkowego, tj. spoiwa. W
zależności od źródła ciepła, służącego do nagrzewania części łączo-nych,
rozróżnia się następujące rodzaje zgrzewania: płomieniem acetylenowo-
tlenowym,

termi-towe,

elektryczne

oporowe,

tarciowe

i

inne.

Najpowszechniej stosowane zgrzewanie elektryczne oporowe polega na tym,
że blachy bądź elementy ze stali i metali nieżelaznych o grubości 0,5  4 mm

po dokładnym oczyszczeniu łączy się na zakładkę i przyciska się je do siebie
za pomocą dwóch elektrod kłowych. Wskutek przepływu prądu przez
miejsce ściśnięcia następuje uplasty-cznienie metali a docisk elektrod
powoduje ich połączenie.

2.6. Materiały na ogniwa termoelektryczne

Ogniwo termoelektryczne (termopara - czujnik temperatury)

1

2

3

E

T

Rys. 2.26. Termoelement: 1
- spo-ina pomiarowa, 2 -
termoelektro-dy, 3 - wolne
końce, E – siła ter-
moelektryczna

TERMOELEMENT, termoogniwo, termopara

- obwód elektryczny

złożony z 2 materiałów (przewodników lub półprzewodników), spojonych
(zwykle jednymi) końcami, w którym po-wstaje siła termoelektryczna, gdy
między spoiną pomiarową a wolnymi końcami istnieje róż-nica temperatur
(zjawisko Seebecka). Zjawisko to jest wykorzystywane do pomiaru
tempera-tury (termopara) oraz do bezpośredniego przetwarzania energii
termicznej w elektryczną (generatory termoelektryczne odkryte w 1821
roku przez Th.J. Seebecka).

Temperatura wolnych końców

musi być znana i powinna być stała (tzw.

temperatura odniesienia).

W praktyce jako temperaturę odniesienia przyjmuje się:

•temperaturę 0 °C (temperatura topnienia lodu),

•temperaturę ok. 20 °C (przeciętna temperatura otoczenia w warunkach
przemysłowych).

Od materiałów stosowanych na termoelementy wymaga się

:

- dużej siły termoelektrycznej,
- prostoliniowego przebiegu charakterystyki temperaturowej,
- niezależności tej charakterystyki od czasu,
- odporności na utlenienie.

Do wielkości charakteryzujących termoelementy należą

:

- charakterystyka temperaturowa,
- dopuszczalna temperatura pracy.

Na

elektrody termoelementów

stosuje się:

• metale (miedź, nikiel, platyna, wolfram, molibden, iryd),

• stopy metalowe (konstantan, nichrom, chromel, alumel, platynorod,
platynoiryd),

• materiały niemetalowe (węgiel, węglik krzemu).

Chromel

- Ni89Cr9,8Fe1Mn0,2 stop odporny na korozję; stosowany w postaci

drutu do wyrobu termo-elementów (temp. pracy do 1000°C) i jako materiał
oporowy.

Nichrom

- stop Ni80Cr20.

Alumel

- stop Ni94Fe0,5Al2Mn2,5Si1 wykorzystywany w termoparach typu K i

przewodach kompensa-cyjnych do termopar.

Konstantan

- stop Cu55Ni45.

Platynorod

- stop Pt90Rh10.

Tab. 2.5. Wybrane typy termopar i ich podstawowe parametry

Przewody kompensacyjne.

Do przedłużania termoelementów wykonanych z metali

szlachetnych stosuje się przewody z metali tańszych, jednakże siły
termoelektryczne powstające w obydwu dodatkowych spoinach muszą się wzajemnie
znosić. Przewody takie nazywa się kompensacyjnymi. Dla odróżnienia biegunowości,
dodatnie żyły przewodów kompensacyjnych są oznaczone barwą czerwoną lub
posiadają w oplocie czerwoną nitkę.

Materiały na osłony.

Osłony izolacyjne wewnętrzne termoelektrod mają za

zadanie izolowanie elektryczne przewodów od siebie i od osłon. Osłony
zewnętrzne służą do zabezpieczenia termoelementu przed uszkodzeniami
mechanicznymi oraz wpływami chemicznymi. Termoelement wraz z osłonami jest
nazywany czujnikiem termometrycznym. Materiały na osłony zewnętrzne to;
- żeliwo, stal - do temperatury 350 C,
- mosiądz, stale nierdzewne - do temperatury 800 C,
- specjalne stale żaroodporne - do temperatury 1200 C,
- materiały ceramiczne (ceramika 610 i 710) - powyżej 1200 C.

Siła
termoelektryczna
nie zależy od
długości ani od
przekroju ter-
moelektrod.
Termoelektrody
łączy się przez
spawanie lub
lutowanie.
Spoina wykonana
innym me-talem
aniżeli termo-
elektrody nie
powodu-je zmiany
siły termo-
elektrycznej.

2.7. Materiały przewodzące specjalne

2.7.1. Ołów (Pb)

Ołów jest metalem o dużej

plastyczności, odporności na
działanie czynników atmo-
sferycznych i kwasów
nieorganicznych (z wyjątkiem
azotowego) oraz nieprzenikal-nym
dla wilgoci - stąd głównym
zastoso-waniem ołowiu w
elektrotechnice były

po-włoki

kablowe

. Obecnie powłoki

ołowiowe kabli coraz częściej
zastępowane są powło-kami z
miękkiego aluminium lub z two-
rzyw syntetycznych.

Wady ołowiu: duża gęstość, miękkość, wrażliwość na drgania
mechaniczne, niska temperatura topnienia, korozja pod wpływem zasad,
kwasów organicznych, gnijących substancji organicz-nych, świeżej
zaprawy wapiennej i cementowej.
Drugim istotnym zastosowaniem ołowiu w elektrotechnice są

płyty

akumulatorów kwaso-wych

. Używa się tutaj zwykle stopu ołowiu z

antymonem (9% Sb). Inne zastosowania ołowiu to

anody do elektrolizy,

armatura kwasoodporna, podkładki, uszczelki

itp.

Pary i pyły ołowiu są silnie toksyczne i wywołują groźną chorobę, zwaną
ołowicą.

2.7.2. Cyna (Sn)

Cyna jest odporna na działanie

czynni-ków atmosferycznych,
wodę oraz kwasy
i substancje organiczne. Jest
metalem me-chanicznie słabym o
niskiej temperaturze topnienia.

Cynę wykorzystuje się w elektrotechnice do pokrywania przewodów
miedzianych, izolowa-nych gumą w celu ochrony miedzi przed szkodliwym
działaniem siarki. Powłoki cynowe uzys-kuje się metodą galwaniczną lub
przez zanurzenie w ciekłej cynie. Najważniejsze jednak zastosowanie
znajduje cyna jako składnik stopów łożyskowych i lutów miękkich.

2.7.3. Cynk (Zn)

Cynk jest odporny na wpływy

atmosfe-ryczne i działanie
kwasów i zasad o du-żym
stężeniu. Warstwa
powierzchniowa tlenku, w
obecności dwutlenku węgla,
przechodzi w zasadowy węglan
cynku (Zn

2

CO

3

(OH)

2

) stanowiący

dobrą powłokę ochronną.

Ze względu na dużą odporność na działanie korozyjne cynku używa się
do wytwarzania pokryć chroniących linki stalowe oraz stalowy osprzęt linii
wysokiego napięcia przed rdzewie-niem. Cynkowanie przeprowadza się
przez zanurzenie elementów stalowych w roztopionym cynku lub metodą
galwaniczną.
Cynku używa się także w suchych ogniwach galwanicznych do wyrobu
kubeczków zawiera-jących ogniwo i jednocześnie tworzących jego katodę.
Cynk, obok miedzi, stanowi podstawowy składnik mosiądzów.

2.7.4. Wolfram (W)

Wolfram jest metalem ciężkim,

trudno top-liwym, bardzo twardym,
trudno obrabialnym. Produkuje się
go metodami metalurgii prosz-ków
przez spiekanie jego proszków w
odpo-wiedniej atmosferze i
temperaturze niższej od
temperatury topnienia. Jest
stosunkowo od-porny na korozję w
stanie zimnym. W pod-wyższonej
temperaturze łatwo utlenia się w
powietrzu, pokrywając się żółtym
nalotem tlenku wolframu (WO

3

).

Z drutu wolframowego wykonuje się

żarniki

żarówek

,

elektro-dy rur fluorescencyjnych

,

katody

próżniowych lamp elektrono-wych, elementy
grzejne pieców oporowych, styki elektryczne

.

Druciki wolframowe o średnicach od l mm do 10

–

2

mm uzys-kuje się przez przeciąganie na gorąco

przez oczka diamentowe lub z węglika wolframu.

Rys. 2.27. Budowa żarówki: 1-żarnik, 2-główka, 3-
wspornik żarnika, 4-nóżka, 5-bańka, 6-podpórka, 7-
słupek, 8-rurka pompowa, 9-krążek izolacji cieplnej, 10-
trzonek gwintowany, 11-styk doprowadzający.

2.7.5. Materiały węglowe

Węgiel jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych w przyrodzie
pierwiastków. W stanie czystym może występować w kilku odmianach
alotropowych w postaci:

—

sadzy

(bezpostaciowa odmiana węgla),

—

diamentu

(krystalizuje w układzie regularnym przestrzennie

centrowanym),

—

grafitu

(krystalizuje w układzie heksagonalnym).

Odkryta niedawno nowa odmiana alotropowa nazwana

fullerenem

stworzona

została w laboratorium orzez bombardowanie grafitu promieniem lasera w
atmosferze helu.
Grafit jest głównym składnikiem tzw.

węgli elektrotechnicznych

, szeroko

wykorzystywanych w elektrotechnice. Rzadko używa się czystego grafitu.

Zastosowanie:

- szczotki,
- elektrody pieców łukowych,
- elektrody lamp łukowych,
- anody ogniw galwanicznych,
- proszki mikrofonowe,
- trakcyjne zbieracze prądu,
- oporniki elektroniczne,
- oporniki grzejne.

Możliwości zastosowań fullerenów:
- jako materiały półprzewodnikowe,
- jako materiały nadprzewodzące,
- powłoki wysokotemperaturowe,
- w farmacji.

Rys. 2.28. Fullereny i nanorurki

2.7.6. Spoiwa

Spoiwa (luty) stosuje się do łączenia metali. Spoiwami są metale i stopy metali
o temperaturze topnienia niższej niż metali łączonych. Spoiwo tworzy z
łączonymi metalami roztwory i przenika do nich w drodze dyfuzji - w miejscu
łączenia powstają mieszane kryształy metali.