Návrat na detail prednášky / Stiahnuť prednášku / Technická Univerzita Košice / Fakulta Elektrotechniky a Informatiky / Základy Inžinierstva Materiálov

Prednaska zo ZIM 14.10.2008 Paralelka D (prednaska_zo_zim_14.10.2008_paralelka_d.doc)

Vlastnosti kovov

Schopnosť tvoriť zliatiny ( zmesi 2 alebo viacerých kovov, respektíve s nekovmi )

Vlastnosti zliatin sa môžu podstatne líšiť od základných zložiek a majú obvykle lepšie fyzikálne a chemické vlastnosti väčšinou tvrdosť, pevnosť, ťažnosť, odolnosť

Koróznym pôsobením kyslíka, vody čí oxidu uhličitého sa vytvára na povrchu kovov vrstvička nekovových zlúčenín.

Proti korózii sa kovové predmety chránia nátermi, zinkovaním, cínovaním, chrómovaním a pod.

Elektrické vlastnosti kovov

Elektrická vodivosť kovov je podmienená existenciou vodivostných elektrónov

Pomer mernej tepelnej a elektrickej vodivosti je podľa Wiedemann – Franzovho zákona                                                                                          T/δ = 2,44.10-8 T úmerný absolútnej teplote

Najvyššiu vodivosť majú kovy pri T=0, pretože tepelne kmity mriežky zvyšujú pravdepodobnosť zrážok z elektrónmi.

Merná elektrická vodivosť -  γ - Charakterizuje schopnosť materiálu viest elektricky prúď

Koncentrácia voľných nosičov nábojov  - n- je ich počet v jednotkovom objeme

Relaxačný čas – τ - je čas na prekonanie strednej voľnej drahý, kedy sa nosič náboja udrží ako voľný

Termoelektrické vlastnosti kovov

Vodivým spojením kovov vzniká  potenciál

Dôjde k vyrovnaniu ich Fermiho hladín tunelovým prechodom a pri vyšších teplotách termoemisiou elektrónov do kovu s väčšou výstupnou pracou WK2 ( nižšou Wp ), ktorý tým získa záporný náboj

Potenciálny rozdiel stykových plôch

UK = ( WK2 – WK1 ) / e

Uzavretím okruhu a vystavením spojených koncov na rozličné teploty potečie elektricky prúd v dôsledku termoelektrického napätia:

1. Kontaktného
2. Objemového – difúziou voľných nosičov náboja z oblasti s vyššou teplotou do oblasti z nižšou

Jav sa používa k meraniu teploty termočlánkom:

3. Z 2 vodičov z rôznych materiálov
4. Na jednom konci vodivo spojených meracím spojom
5. Porovnávacie konce sa udržujú na konštantnej teplote
6. Predlžovacie kompenzačné vedenie sa používa k predĺženiu termočlánkov z drahých kovov

Magnetické vlastnosti kovov

Sú dane výsledným magnetickým momentom atómov:

7. Atómového jadra, malého voči elektrónovým
8. Dráhových od elektrónov ( krúžením okolo jadra )
9. Spinových od elektrónov ( prevažná časť momentu )

Supravodivé vlastnosti kovov

U niektorých kovov pri teplotách blízkych T = 0 klesá rezistivita skokom i vyše radov

Podľa kvantovej mechaniky elektróny blízke Fermiho hladine za podkritických teplôt prechádzajú do stavu s veľmi nízkou energiou

Supravodivosť ostáva zachovaná ak nie sú prekročené kritické hodnoty:

10. Tepelne TK
11. Intenzita magnetického pola HK
12. Hustota prúdu JK

Rozlišujeme supravodiče:

1 typu (Pb) – vedu jednosmerný prúd bez strát a striedavý z nepatrnými stratami pri pomerne vysokej hustote prúdu, ale len  v pomerne slabých magnetických poliach

Homogénne 2 typu (Nb) – nad dolnou kritickou hodnotou HK nie sú schopne viest prúd bez strát

Nehomogénne 2 typu (Nb3Sn) – vedu jednosmerný prúd s veľmi vysokou hustotou bez strát aj v slabých magnetických poliach a pri striedavom prúde v nich vznikajú straty

Supravodiče sa používajú pre:

Vysokoúčinný prenos energie

Prepínače

Vysokomagnetické solenoidy

Tunelujúce prvky pre extrémne rýchlespínače pri extrémne malom stratovom výkone

Širšiemu využitiu supravodičov brania nízke kritické teploty známych materiálov

Hypervodiče

Niektoré veľmi čisté kovy (99,995% Al Be) z minimom mriežkových porúch majú mimoriadnu vodivosť v oblasti kryogénných teplôt ( pod 100 K )

Ich hlavnou výhodou je vyššia pracovná teplota, umožňujúca použitie lacnejších chladiacich médií:

- kvapalného H ( 20 K ) pre Al  -

- kvapalného N ( 77 K ) pre Be -  namiesto drahého He

Mechanické vlastnosti kovov

Sú rozhodujúce pri pôsobení mechanických síl počas prevádzky.

Zisťujeme ich mechanickými skúškami, podľa časového priebehu statickými a dynamickými

Statické skúšky – pozvoľným pomalým zaťažovaním, podľa spôsobu namáhania ťahom, tlakom, ohybom, krútením a strihom

Dynamické skúšky – Náhlou zmenou zaťaženia, podľa časového priebehu: nárazové a únavou

HLINIK ( Al )

Je tvárny belastý kov malej mernej hmotnosti a dobrou elektrickou a tepelnou vodivosťou

Ma dobru koróznu odolnosť a je zdravotne nezávadný. Tvorí tenkú svetlošedú vrstvu brániacu ďalšej korózii

Je valcovateľný na veľmi tenké fólie, ale pre malú mechanickú pevnosť býva legovaný

U zliatin je dosahovaná vysoká pevnosť, tvrdosť, tvárnosť

Je široko využívaným konštrukčným materiálom pre mikroelektroniku – kremíkom legovane mikrodrôty

Dielektrické vlastnosti jeho oxidu sa využívajú pri výrobe elektrolytických kondenzátorov

MEĎ ( Cu )

Je dobre tvárnitelný i spájkovatelný načervenavý kov vysokej elektrickej a tepelnej vodivosti

Vplyvom vlhkej atmosféry tvorí tenkú vrstvu oxidu.  Pre dosiahnutie lepších vlastnosti sa vyrábajú zliatiny ako mosadz a bronzy

V elektronike sa používa na prenos elektrickej energie holými alebo izolovanými vodičmi

V elektronike sa používajú výlisky a drôty pre výrobu prvkov, fólie pre plošné vodiče a vyrábajú rôzne zliatiny medi ako sú mosadze a bronzy.

NIKEL ( Ni )

Nikel je dobre ťažný a kujný feromagneticky belasý kov.

Veľmi dobre odoláva atmosfére i vode, galvanizuje sa s nim preto povrch ocele. Možno spájkovať na tvrdo

V elektronike sa používa pri výrobe dvojkovových pásikov ( bimetalov ) Tzv. Alnico oceľ sa používa na výrobu permanentných magnetov.

Zliatina NiCu ma vysokú rezistivitu, čo sa používa pri výrobe odporových drôtov.