1tom090

5. MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE 182

ogniw galwanicznych. W przypadku zanieczyszczeń innymi metalami jest podatny na korozję między krystaliczną. Dlatego nawet nieznaczne dodatki innych metali powodują kruchość i łamliwość. Właściwości fizyczne cynku podano w tabl. 5.1. Cynk jest odporny na działanie czynników atmosferycznych.

5.2.9. Ołów i jego stopy

Ołów (PN-75/H-82201) stosuje się do wyrobu powłok kablowych oraz płyt akumulatorowych (ołów czysty i stopy z antymonem), anod do elektrolizy, armatury kwasoodpomej, podkładek i uszczelek. Wadą ołowiu jest duża masa właściwa (tabl. 5.1), mała twardość, mała wytrzymałość na rozciąganie, wrażliwość na drgania mechaniczne (rozpad międzykrystalicz-ny). Ołów dość szybko ulega korozji chemicznej i elektrochemicznej pod wpływem działania kwasów organicznych i zasad, jak również niektórych kwasów nieorganicznych, zwłaszcza przy wysokich temperaturach. Ze względu na właściwości trujące ołowiu, przy stykaniu się z nim należy ściśle przestrzegać zasad bhp. Właściwości mechaniczne ołowiu są zależne od wielkości jego kryształów: im większe kryształy, tym twardość i wytrzymałość na rozciąganie są mniejsze.

Temperatura rekrystalizacji ołowiu jest bardzo niska (poniżej (TC). Wskutek tego ołów dość szybko ulega starzeniu, tj. następuje w nim spontaniczne powiększenie kryształów i związane z tym pogorszenie właściwości mechanicznych. Podwyższenie temperatury ołowiu (wyżarzanie, które stosuje się podczas prasowania) wpływa również na zwiększenie kryształów. Pękanie ołowiu nic następuje samoistnie w^rskutek rekrystalizacji. Rekrystalizacja czyni tylko ołów bardziej podatnym na pękanie wywołane naprężeniami. Znaczne polepszenie właściwości mechanicznych ołowiu i podwyższenie jego temperatury rekrystalizacji osiąga się dzięki dodatkom stopowym, takim jak cyna, antymon, tellur itp. Stopy ołowiu z antymonem noszą nazwę ołowiu twardego. Ołów twardy ma właściwości podobne do Pb czystego, ale znacznie lepsze właściwości mechaniczne.

Odporność ołowiu na działanie czynników atmosferycznych jest duża. Na jego powierzchni tworzy się tlenek ołowiowy PbO,, który chroni metal przed dalszym utlenianiem. Ochrona ta traci na skuteczności w miarę podwyższania temperatury, przy czym PbO, jest rozpuszczalny w wodzie. Ołów jest szczególnie odporny na roztwory kwasu siarkowego, wytrzymuje działanie roztworów: kwasu solnego o stężeniu 10%, kwasu azotowego o stężeniu do 50%, kwasu fosforowego o średnim stężeniu i przy niższych temperaturach oraz kwasu chromowego, arsenowego i fluorowodorowego.

Ołów nie jest odporny na działanie: wody zawierającej dwutlenek węgla, alkoholu metylowego, stężonego kwasu azotowego oraz wodorotlenków wapniowego i sodowego. Dodatki stopowe As, Sb, Tc nie uodporniają ołowiu przeciw korozji chemicznej.

Ciekły ołów paruje intensywnie w temperaturze powyżej 700^CC. Pary' i pyły ołowiu, a także jego związków są silnie toksyczne, wywołują groźną chorobę zawodową zwaną ołowicą.

Pomimo występowania w Polsce złóż rudy ołowiowej, ołów jest materiałem deficytowym.

5.2.10. Materiały elektrotechniczne na bazie węgla i grafitu

Materiały te pod względem składu dzieli się na: grafitowe fc₂₀ = 6-^15 fi rn), węglowo-grafitowe (o₂₀ = 15 —13 fi-m) i węglowe (o₂₀ = 30-^70 D-m).

Rys. 5.6. Zależność rezystywności materiałów z węgła i grafitu od temperatury (g₀ — rezystywność przy 0°C przyjęto za 100%), wg [5.24]

1 — materiał węglowy, 2 — materiał grafitowy z koksu naftowego, 3 — materiał grafitowy z sadzy

Rczystywność tych materiałów w szerokim zakresie temperatur nie zmienia rzędu swej wartości, wykazuje przy tym znaczną anizotropię (rys. 5.6).

Podstawową zaletą węgla i grafitu jest wysoka temperatura sublimacji ok. 3900 K, zachowanie dobrych właściwości mechanicznych w temperaturze do 3500 K, nieaktywność chemiczna do temperatury ok. 900 K, możliwość uzyskania tworzyw' o porowatości do 70% i powierzchni rozwiniętej do kilkuset m²/g, dobre przewodnictwo cieplne, dobre właściwości smarne (zwłaszcza grafitu), mała masa właściwa, dobra obrabialność.

5.2-11. Materiały przewodowe

Nazwę materiałów przewodowych noszą metale i stopy, z których są wytwarzane przewody i kable elektroenergetyczne. Do tej grupy należą przede wszystkim miedź i aluminium, a także niektóre brązy', stopy aluminiowo-magnczowo-krzemowe oraz stal. Właściwości wybranych materiałów przewodowych podano w tabl. 5.6.

Tablica 5.6. Właściwości niektórych materiałów przewodowych, wg [5.15; 5.18; 5.19; 5.22]

Rodzaj materiału	Skład	C> g/cnr^ł	7 MS/m	a K~ ^1	Rr MPa
Miedź	99,95% Cu	8,9	54-58	0.0039	220
Brąz	Cu + 0,1 % Mg lub Cu - (0,2— 1 %) Cd	8,9	48	0.004	500-520
Brąz	Cu + (0,5 “0,8%) Mg lub Cu + 1 % Sn + I % Cd	8,9	36	0.004	560-680
Brąz	Cu -ł- 2,4% Sn lub Cu + 1,2% Sn + 1,2 Zn	8.9	18	0,004	660-740
Aluminium	99,5% Al	2,7	36	0,0041	120
Stop aluminiowo-magnezowo--krzemowy (Aldrey, Almelec)	(0,3 —0,5%) Mg + (0,5-0,6%) Si + AI (reszta)	2,7	30-33	0.0036	300 — 350
Żelazo (stal)		7.86	7	0,005	400-1500

Miedź używa się na ogół w stanic miękkim, natomiast aluminium — ze względu na potrzebę polepszenia właściwości mechanicznych — w stanie półtwardym.

Przewody o specjalnym przeznaczeniu, jak np. przewody jezdne w sieci trakcyjnej, od których wymaga się dużej wytrzymałości mechanicznej i małej ścieralności, wykonuje się ze stopów Cu z dodatkiem do 1% Cd. Przewody nawojowe przeznaczone do dużych transformatorów są wytwarzane ze stopów CuAg, ze względu na występowanie dużych sił elektrodynamicznych w stanach zwarciowych.

W liniach napowietrznych wysokiego napięcia znajdują zastosowanie nie tylko tzw. sploty stalowo-aluminiowe (rdzeń z liny stalowej jako element nośny, zapewniający odpowiednią wytrzymałość mechaniczną), ale także linki ze stopów Al-Si-Mg o różnych nazwach firnowych: Almelec, Aldrey itp. Wytrzymałość mechaniczna tych ostatnich jest na tyle duża, że nie wymagają one elementu nośnego, konduktywność zaś jest zaledwie o kilka procent mniejsza od konduktywności Al.

Przewody ze stopów Al są coraz powszechniej stosowane. Znacznie mniejsza masa przewodów wykonanych ze stopów Al-Si-Mg w porównaniu ze splotami stalowo-aluminiowymi powoduje, że budowa linii jest tańsza, pomimo wyższej ceny stopu niż Al. Przewody te cechuje duża odporność na korozję. W splotach stalowo-aluminiowych, w celu nadania im odpowiedniej odporności na korozję niezbędne jest stosowanie drutów stalowych ocynkowanych. Ocynkowanie zapobiega tworzeniu się ogniw na styku Al-stal.

We Francji stop Almelec jest stosowany na żyłę przewodu neutralnego (zerowego) w kablach samonośnych niskiego napięcia z aluminiowanymi żyłami fazowymi. Przewód ten Pełni jednocześnie rolę elementu nośnego.

5.2.12. Materiały oporowe

względu na zastosowanie materiały oporowe dzieli się na następujące grupy:

etopy oporowe na rezystory techniczne, regulacyjne, rozruchowe, obciążeniowe itp.: