Продолжение руководства по материалам электротехники. В этой части заканчиваем разбирать проводники: Углерод, Нихромы, термостабильные сплавы, припои — олово, прозрачные проводники.
Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)
Хочу сказать спасибо всем за дельные комментарии к предыдущим частям, мой список TODO растет. Если тенденция сохранится, то итоговую версию руководства в формате pdf я опубликую не в 11 части, как планировал, а отдельно 12й частью вместе со списком доработок и улучшений. Оставляйте пожелания в комментариях какие места требуют более подробного обьяснения.
Эта часть посвящена «так себе проводникам» — материалам которые проводят ток, но делают это весьма паршиво, и с этим мирятся только благодаря каким-то особым свойствам материала, которого нет у других проводников.
С — углерод. Не совсем металл, но тоже проводник. Графит, угольная пыль — не такие хорошие проводники как металлы, но зато очень дешевые, не подвержены коррозии.
Компонент резисторов. В виде пленок, в виде объемных брусков в диэлектрической оболочке.
Добавка в полимеры для придания электропроводности. Для защиты от образования статического электричества достаточно ввести в состав полимера мелкодисперсный графит, и пластик из диэлектрика становится очень плохим проводником, достаточным, что бы статический заряд с него стекал. При работе с изделиями из такого пластика они не будут прилипать и искрить, что важно при пожароопасности или работе с электроникой.
Токопроводящий лак на базе суспензии графита.
На базе полимеров, заполненных мелкодисперсным графитом, основаны различные нагреватели — пленочные электронагреватели теплых полов, греющие кабели для систем водоснабжения, нагреватели для одежды и т.д. Высокий коэффициент расширения полимеров при нагреве приводит к отрицательной обратной связи, что делает такие нагреватели саморегулирующимися и потому безопасными. При пропускании тока через такой полимер, он нагревается, от нагрева расширяется, контакт между частичками углерода в матрице из полимера ухудшается, от этого увеличивается сопротивление — уменьшается протекаемый ток, уменьшается нагрев. В итоге, устанавливается некоторая температура полимера, стабильно поддерживающаяся этим механизмом обратной связи без каких либо внешних устройств.
Нагреватель от печки лазерного принтера. Основа — фарфор, проводники — серебро. Нагреватель — углеродная композиция, покрыта для защиты слоем глазури.
Аналогично устроены полимерные самовосстанавливающиеся предохранители. Если ток через такой предохранитель превысит номинальный, от нагрева полимер в составе расширяется, и резко увеличившееся сопротивление прерывает ток через предохранитель до некоторого небольшого значения. Такие предохранители обеспечивают медленную защиту, но не требуют замены предохранителя после каждой аварии.
Угольный сварочный электрод — используется для сварки, когда от электрода требуется только поддерживать дугу не плавясь. Уголь значительно дешевле вольфрама, но менее прочен и постепенно сгорает на воздухе.
Электроды от дуговой лампы, использовавшейся для киносъемок. Марка электродов КСБ — Уголь КиноСьемочный Белопламенный неомедненный.
Медно-графитовые материалы. Получают спеканием порошка меди и графита в разных пропорциях. В зависимости от состава могут быть от чёрных как уголь до темно красных с медным блеском. Используется как материал скользящих контактов — щеток электрических приборов. Такие щетки обеспечивают низкое сопротивление вращению — хорошо скользят по контактам коллектора. Кроме того их твёрдость заметно ниже твёрдости металла коллектора, так что в процессе работы истираются и подлежат замене дешевые щетки а не дорогой ротор.
Изношенные щетки от двигателя стиральной машины. Плохой контакт щеток с коллектором — причина повышенного искрения.
Если вдруг понадобился срочно угольный электрод, например сварить термопару, самый доступный способ — вытащить центральный электрод из солевой батарейки (маркировка которой начинается с R а не LR, щелочные («алкалиновые») не подойдут). Угольный стержень из батарейки содержит в себе следы электролита, поэтому перед применением не лишнем будет промыть и прокипятить его в воде для удаления остатков электролита.
Для изготовления нагревателей, мощных сопротивлений требуются сплавы со следующими требованиями:
Нагреватели обычно изготавливают из следующих сплавов:
Нихром (55-78% никеля, 15-23% хрома) рабочая температура до 1100 °C хотя нихромы — это целый класс сплавов с небольшой разницей в составе.
Фехраль, название образовано от состава FeCrAl (12-27% Cr, 3.5-5.5% Al, 1% Si, 0.7% Mn, остальное Fe) рабочая температура до 1350 °C (Иногда называют канталом — kanthal, это не марка сплава, а торговая марка, которая стала нарицательной, как например «термос»).
Добавка хрома обеспечивает образование защитной пленки на поверхности сплава, благодаря чему нагреватели из нихрома могут длительное время работать на воздухе с высокой температурой поверхности.
Фехраль после нагрева становится ломким. Нихром после нагрева еще можно как-то гнуть. При этом фехраль дешевле нихрома, в рознице не так заметно, но ощутимо в оптовых партиях.
Нихромовая спиралька с фитилем внутри — испаритель электронной сигареты. Нихромовой струной, подогреваемой электрическим током, режут пенополистирол. Также из нихрома изготавливают термосьемники изоляции — на сегодняшний день самый надежный способ снять изоляцию с провода и не повредить токопроводящую жилу.
На удивление, достаточно трудно купить нихром в виде проволоки в небольших количествах, местные продавцы о количествах менее килограмма даже слышать не хотят. Так что, если понадобится изготовить нагревательный элемент — то проще перемотать нихром с какогонибудь неисправного тепловентилятора.
Концы нагревательных элементов обычно приваривают к тоководам или зажимают механически — винтом или опрессовкой.
У всех материалов есть ТКС — температурный коэффициент сопротивления, мера того, насколько изменяется сопротивление с изменением температуры. Он может быть положительным — как у металлов, с ростом температуры сопротивление растет, может быть отрицательным, как у полупроводников, с ростом температуры сопротивление падает. При изготовлении точных измерительных приборов необходимо иметь сопротивления с минимальным дрейфом номинала в зависимости от температуры. Для этого изобрели сплавы с минимальным ТКС:
Константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Манганин (85% Cu, 11.5-13.5% Mn, 2.5-3.5% Ni)
Таблица, с указанием температурного коэффициента (обозначается как ?) для различных
металлов:
Если упростить, то коэффициент ? говорит, во сколько раз изменится сопротивление проводника при изменении температуры на один градус Цельсия.
Пайка — это процесс соединения двух деталей при помощи припоя, материала с температурой плавления меньшей, чем у соединяемых деталей. Например, соединение двух медных проводников при помощи олова. Именно использование припоя — основное отличие от сварки, когда детали соединяются расплавом из самих себя, например стальной крюк к стальной двери приваривается при помощи стального плавящегося сварочного электрода.
Припои чаще классифицируют на две группы — тугоплавкие (температура плавления 400°С и более) и легкоплавкие. Или, иногда, на твёрдые и мягкие. Учитывая, что мягкие припои обычно легкоплавкие, то часто твёрдые припои синоним тугоплавких, а мягкие припои — легкоплавких.
В электронной технике припои используют для создания надежного электрического контакта. Основные припои в электронной технике — мягкие, на базе олова и оловянно-свинцовых сплавов. Все остальные экзотические припои рассматриваться не будут.
Sn — Олово. Основной компонент мягких припоев. Олово — относительно легкоплавкий металл, что позволяет использовать его для соединения проводников. В чистом виде не используется (см. факты). Из-за дороговизны олова (а также других причин, см. ниже), его в припоях разбавляют свинцом. Припой из 61% олова и 39% свинца образует эвтектику, такой смесью, ПОС-61 (Припой Оловянно-Свинцовый — 61% олова) паяют радиодетали на платах, провода. В менее ответственных узлах (шасси, теплоотводы, экраны и т.п.) олово в припоях разбавляют сильнее, до 30% олова, 70% свинца.
Электронные устройства долгое время паяли оловянно-свинцовыми припоями. Затем набежали экологи и заявили, что свинец — металл тяжелый, токсичный, и проблемы бы не было, если бы все эти ваши айфоны, компьютеры и прочие гаджеты не оказывались на свалке, откуда свинец попадает в окружающую среду. Поэтому придумали серию бессвинцовых припоев, когда олово разбавлено висмутом, или вовсе используется в чистом виде, стабилизированное добавками, например, серебра. Но эти припои дороже, хуже по характеристикам, более тугоплавкие. Поэтому оловянно-свинцовые припои надолго останутся в ответственных изделиях военного, космического, медицинского применения.
Кроме того, бессвинцовые припои склонны к образованию «усов». Оловянные усы — длинные тонкие кристаллы, вырастающие из оловянного припоя — причина отказов и сбоев аппаратуры. К сожалению, присадки в припои не позволяют на 100% прекратить рост «усов», поэтому оловянно-свинцовые припои, как проверенные временем, используются в критичных системах — космос, медицина, военка, атомные применения. Подробнее про усы.
На базе сплавов с содержанием олова были разработаны легкоплавкие припои. И даже очень легкоплавкие припои, которые плавятся в горячей воде. Хороший список сплавов есть в Википедии.
Катушки и прутки оловянно-свинцовых припоев. Проволока из припоя содержит центральный канал с флюсом, облегчающим процесс пайки.
Основные припои для радиоаппаратуры
Замыкают список совсем легкоплавкие припои:
Применяются для лужения печатных плат любителями, так как плавятся в горячей воде, и можно резиновым шпателем под слоем кипящей воды быстро покрыть припоем медную фольгу печатной платы. В технике их используют для пайки деталей, не выдерживающих нагрева до обычной температуры припоев, или в тех случаях, когда зачем-то нужен очень легкоплавкий металл (например, для датчика температуры).
Если спаять подпружиненные контакты легкоплавким припоем, то получится простой и надежный термопредохранитель, при превышении температуры припой плавится и контакты разрывают цепь. Правда, предохранитель получится одноразовым. Во многих советских телевизорах в блоке строчной развертки была защита из обычной стальной спиральной пружинки, припаянной на легкоплавкий припой. При перегреве, в том числе от большого тока через пружинку, она отпаивалась и отрывалась. Предохранители такого типа очень хороши как защита от пожара.
Для изготовления термопар используют сплавы стойкие к высоким температурам, но при этом обладающие высокой ТермоЭДС. Подробнее про термопары можно прочитать в соответствующей литературе.
Сплавы:
Соединяя два проводника из двух разных металлов получают термопары, например термопара типа K (ТХА — Термопара Хромель-Алюмель). Самые распространенные пары: хромель-алюмель, хромель-копель, медь-константан (для низких температур), платина-платинородий (для точных измерений и для высоких температур).
Оксид Индия — Oлова (Indium tin oxide или сокращённо ITO) — полупроводник, но обладает невысоким сопротивлением, а самое главное, пленка из оксида индия-олова прозрачна.
Это свойство используется при производстве ЖК дисплеев, сетка электродов на поверхности стекла нанесена именно из оксида индия-олова. Также резистивные touch панели имеют прозрачное проводящее покрытие.
Пленка ITO едва видна в отражении, чтобы хоть как то она была заметна пришлось разобрать ЖК дисплей:
Стекла от ЖК индикатора электронных часов. Индикатор подключался к электронной схеме через токопроводящую резинку, гребенка контактов видна в нижней части стекла.
На просвет проводящая пленка не видна
На удивление, сопротивление пленки довольно низкое.
На этом мы закончили проводники. В следующей части начнем обзор диэлектриков
Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)
Хочу сказать спасибо всем за дельные комментарии к предыдущим частям, мой список TODO растет. Если тенденция сохранится, то итоговую версию руководства в формате pdf я опубликую не в 11 части, как планировал, а отдельно 12й частью вместе со списком доработок и улучшений. Оставляйте пожелания в комментариях какие места требуют более подробного обьяснения.
Эта часть посвящена «так себе проводникам» — материалам которые проводят ток, но делают это весьма паршиво, и с этим мирятся только благодаря каким-то особым свойствам материала, которого нет у других проводников.
Углерод
С — углерод. Не совсем металл, но тоже проводник. Графит, угольная пыль — не такие хорошие проводники как металлы, но зато очень дешевые, не подвержены коррозии.
Примеры применения
Компонент резисторов. В виде пленок, в виде объемных брусков в диэлектрической оболочке.
Добавка в полимеры для придания электропроводности. Для защиты от образования статического электричества достаточно ввести в состав полимера мелкодисперсный графит, и пластик из диэлектрика становится очень плохим проводником, достаточным, что бы статический заряд с него стекал. При работе с изделиями из такого пластика они не будут прилипать и искрить, что важно при пожароопасности или работе с электроникой.
Токопроводящий лак на базе суспензии графита.
На базе полимеров, заполненных мелкодисперсным графитом, основаны различные нагреватели — пленочные электронагреватели теплых полов, греющие кабели для систем водоснабжения, нагреватели для одежды и т.д. Высокий коэффициент расширения полимеров при нагреве приводит к отрицательной обратной связи, что делает такие нагреватели саморегулирующимися и потому безопасными. При пропускании тока через такой полимер, он нагревается, от нагрева расширяется, контакт между частичками углерода в матрице из полимера ухудшается, от этого увеличивается сопротивление — уменьшается протекаемый ток, уменьшается нагрев. В итоге, устанавливается некоторая температура полимера, стабильно поддерживающаяся этим механизмом обратной связи без каких либо внешних устройств.
Нагреватель от печки лазерного принтера. Основа — фарфор, проводники — серебро. Нагреватель — углеродная композиция, покрыта для защиты слоем глазури.
Аналогично устроены полимерные самовосстанавливающиеся предохранители. Если ток через такой предохранитель превысит номинальный, от нагрева полимер в составе расширяется, и резко увеличившееся сопротивление прерывает ток через предохранитель до некоторого небольшого значения. Такие предохранители обеспечивают медленную защиту, но не требуют замены предохранителя после каждой аварии.
Угольный сварочный электрод — используется для сварки, когда от электрода требуется только поддерживать дугу не плавясь. Уголь значительно дешевле вольфрама, но менее прочен и постепенно сгорает на воздухе.
Электроды от дуговой лампы, использовавшейся для киносъемок. Марка электродов КСБ — Уголь КиноСьемочный Белопламенный неомедненный.
Медно-графитовые материалы. Получают спеканием порошка меди и графита в разных пропорциях. В зависимости от состава могут быть от чёрных как уголь до темно красных с медным блеском. Используется как материал скользящих контактов — щеток электрических приборов. Такие щетки обеспечивают низкое сопротивление вращению — хорошо скользят по контактам коллектора. Кроме того их твёрдость заметно ниже твёрдости металла коллектора, так что в процессе работы истираются и подлежат замене дешевые щетки а не дорогой ротор.
Изношенные щетки от двигателя стиральной машины. Плохой контакт щеток с коллектором — причина повышенного искрения.
Источники
Если вдруг понадобился срочно угольный электрод, например сварить термопару, самый доступный способ — вытащить центральный электрод из солевой батарейки (маркировка которой начинается с R а не LR, щелочные («алкалиновые») не подойдут). Угольный стержень из батарейки содержит в себе следы электролита, поэтому перед применением не лишнем будет промыть и прокипятить его в воде для удаления остатков электролита.
Нихромы
Для изготовления нагревателей, мощных сопротивлений требуются сплавы со следующими требованиями:
- Относительно высокое удельное сопротивление — иначе нагреватель придется делать длинным и тонким, что отрицательно скажется на долговечности.
- Устойчивость к окислению на воздухе. Если в колбу лампы накаливания попадет воздух, то спираль очень быстро сгорит. При высоких температурах скорости химических реакций растут, и кислород воздуха начинает окислять даже стойкие при комнатной температуре металлы.
- Иметь приемлемые механические характеристики. Низкая пластичность и повышенная хрупкость негативно скажется на надежности изделия.
Нагреватели обычно изготавливают из следующих сплавов:
Нихром (55-78% никеля, 15-23% хрома) рабочая температура до 1100 °C хотя нихромы — это целый класс сплавов с небольшой разницей в составе.
Фехраль, название образовано от состава FeCrAl (12-27% Cr, 3.5-5.5% Al, 1% Si, 0.7% Mn, остальное Fe) рабочая температура до 1350 °C (Иногда называют канталом — kanthal, это не марка сплава, а торговая марка, которая стала нарицательной, как например «термос»).
Добавка хрома обеспечивает образование защитной пленки на поверхности сплава, благодаря чему нагреватели из нихрома могут длительное время работать на воздухе с высокой температурой поверхности.
Фехраль после нагрева становится ломким. Нихром после нагрева еще можно как-то гнуть. При этом фехраль дешевле нихрома, в рознице не так заметно, но ощутимо в оптовых партиях.
Нихромовая спиралька с фитилем внутри — испаритель электронной сигареты. Нихромовой струной, подогреваемой электрическим током, режут пенополистирол. Также из нихрома изготавливают термосьемники изоляции — на сегодняшний день самый надежный способ снять изоляцию с провода и не повредить токопроводящую жилу.
На удивление, достаточно трудно купить нихром в виде проволоки в небольших количествах, местные продавцы о количествах менее килограмма даже слышать не хотят. Так что, если понадобится изготовить нагревательный элемент — то проще перемотать нихром с какогонибудь неисправного тепловентилятора.
Концы нагревательных элементов обычно приваривают к тоководам или зажимают механически — винтом или опрессовкой.
Сплавы для изготовления термостабильных сопротивлений
У всех материалов есть ТКС — температурный коэффициент сопротивления, мера того, насколько изменяется сопротивление с изменением температуры. Он может быть положительным — как у металлов, с ростом температуры сопротивление растет, может быть отрицательным, как у полупроводников, с ростом температуры сопротивление падает. При изготовлении точных измерительных приборов необходимо иметь сопротивления с минимальным дрейфом номинала в зависимости от температуры. Для этого изобрели сплавы с минимальным ТКС:
Константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Манганин (85% Cu, 11.5-13.5% Mn, 2.5-3.5% Ni)
Таблица, с указанием температурного коэффициента (обозначается как ?) для различных
металлов:
| Материал | Температурный коэффициент ? |
|---|---|
| Кремний | -0,075 |
| Германий | -0,048 |
| Манганин | 0,00002 |
| Константан | 0,00005 |
| Нихром | 0,0004 |
| Ртуть | 0,0009 |
| Сталь 0,5% С | 0,003 |
| Цинк | 0,0037 |
| Титан | 0,0038 |
| Серебро | 0,0038 |
| Медь | 0,00386 |
| Свинец | 0,0039 |
| Платина | 0,003927 |
| Золото | 0,004 |
| Алюминий | 0,00429 |
| Олово | 0,0045 |
| Вольфрам | 0,0045 |
| Никель | 0,006 |
| Железо | 0,00651 |
Если упростить, то коэффициент ? говорит, во сколько раз изменится сопротивление проводника при изменении температуры на один градус Цельсия.
Припои
Пайка — это процесс соединения двух деталей при помощи припоя, материала с температурой плавления меньшей, чем у соединяемых деталей. Например, соединение двух медных проводников при помощи олова. Именно использование припоя — основное отличие от сварки, когда детали соединяются расплавом из самих себя, например стальной крюк к стальной двери приваривается при помощи стального плавящегося сварочного электрода.
Припои чаще классифицируют на две группы — тугоплавкие (температура плавления 400°С и более) и легкоплавкие. Или, иногда, на твёрдые и мягкие. Учитывая, что мягкие припои обычно легкоплавкие, то часто твёрдые припои синоним тугоплавких, а мягкие припои — легкоплавких.
В электронной технике припои используют для создания надежного электрического контакта. Основные припои в электронной технике — мягкие, на базе олова и оловянно-свинцовых сплавов. Все остальные экзотические припои рассматриваться не будут.
Олово
Sn — Олово. Основной компонент мягких припоев. Олово — относительно легкоплавкий металл, что позволяет использовать его для соединения проводников. В чистом виде не используется (см. факты). Из-за дороговизны олова (а также других причин, см. ниже), его в припоях разбавляют свинцом. Припой из 61% олова и 39% свинца образует эвтектику, такой смесью, ПОС-61 (Припой Оловянно-Свинцовый — 61% олова) паяют радиодетали на платах, провода. В менее ответственных узлах (шасси, теплоотводы, экраны и т.п.) олово в припоях разбавляют сильнее, до 30% олова, 70% свинца.
Электронные устройства долгое время паяли оловянно-свинцовыми припоями. Затем набежали экологи и заявили, что свинец — металл тяжелый, токсичный, и проблемы бы не было, если бы все эти ваши айфоны, компьютеры и прочие гаджеты не оказывались на свалке, откуда свинец попадает в окружающую среду. Поэтому придумали серию бессвинцовых припоев, когда олово разбавлено висмутом, или вовсе используется в чистом виде, стабилизированное добавками, например, серебра. Но эти припои дороже, хуже по характеристикам, более тугоплавкие. Поэтому оловянно-свинцовые припои надолго останутся в ответственных изделиях военного, космического, медицинского применения.
Кроме того, бессвинцовые припои склонны к образованию «усов». Оловянные усы — длинные тонкие кристаллы, вырастающие из оловянного припоя — причина отказов и сбоев аппаратуры. К сожалению, присадки в припои не позволяют на 100% прекратить рост «усов», поэтому оловянно-свинцовые припои, как проверенные временем, используются в критичных системах — космос, медицина, военка, атомные применения. Подробнее про усы.
Факты об олове
- Чистое олово подвержено «оловяной чуме», когда при температурах ниже 13,2 °C олово меняет свою кристаллическую решетку, превращаясь из блестящего металла в серый порошок (как при нагревании алмаз превращается в графит). Согласно байкам, оловянная чума — одна из причин поражения Наполеоновской армии в условиях суровых российских городов (представьте, как на морозе ваши пуговицы, ложки, вилки, кружки превращаются в серый порошок). И вполне состоявшийся факт, что оловянная чума стала одной из причин которая погубила экспедицию Скотта — консервные банки, емкости с топливом были пропаяны оловом и на морозе просто развалились. Небольшая добавка висмута практически устраняет оловянную чуму.
- Олово проводит электрический ток в 7 раз хуже меди.
- Олово используется как защитное покрытие консервных банок — луженая жесть при контакте с пищей не делает её опасной. (но так как олово правее железа в ряду напряженности металлов, лужение не защищает железо от коррозии гальванически, как цинк, который левее железа в ряду напряженности. Как работает гальваническая защита можно прочитать по ссылке).
- До широкого распространения алюминия, фольгу делали из олова, её называли «станиоль» (от stannum — латинское навание олова).
- Не пытайтесь отремонтировать ювелирные украшения при помощи мягких оловянных и оловянно-свинцовых припоев. Прочность соединения будет неприемлемой, а наличие легкоплавкого припоя на поверхности осложнит нормальную пайку твёрдыми припоями.
Легкоплавкие припои
На базе сплавов с содержанием олова были разработаны легкоплавкие припои. И даже очень легкоплавкие припои, которые плавятся в горячей воде. Хороший список сплавов есть в Википедии.
Катушки и прутки оловянно-свинцовых припоев. Проволока из припоя содержит центральный канал с флюсом, облегчающим процесс пайки.
Основные припои для радиоаппаратуры
- ПОС-61 — 61% олова, остальное — свинец. Температура плавления (ликвидус) 183 °C. Есть множество сходных по составу и по свойствам импортных припоев, в которых пропорции компонентов отличаются на пару процентов, например Sn60Pb40 или Sn63Pb37.
- ПОС-40 — 40% олова. Остальное — свинец. Температура плавления (ликвидус) 238 °C Менее прочный, более тугоплавкий, неэвтектический (плавится не сразу, есть диапазон температур при котором припой больше походит на кашу). Но благодаря тому, что чуть ли не в два раза дешевле (олово дорогое), применяется для неответственных соединений — пайка экранов, шин. Аналогичны припои ПОС-33 (температура плавления 247С), ПОС-25 (температура плавления 260С), ПОС-15 (температура плавления 280С).
- Бессвинцовые припои. Для пайки медных водопроводных труб горелкой чаще всего используют мягкий припой с 3% меди (Sn97Cu3). Он не содержит свинца, потому пригоден для питьевой воды. По экологическим причинам современную электронику на заводах паяют в основном бессвинцовыми припоями. Хорошая статья.
Замыкают список совсем легкоплавкие припои:
- Сплав Розе: 25% Sn, 25% Pb, 50% Bi. Температура плавления +94 °C.
- Сплав Вуда: 12,5% Sn, 25% Pb, 50% Bi, 12.5% Cd Температура плавления +68,5 °C.
Применяются для лужения печатных плат любителями, так как плавятся в горячей воде, и можно резиновым шпателем под слоем кипящей воды быстро покрыть припоем медную фольгу печатной платы. В технике их используют для пайки деталей, не выдерживающих нагрева до обычной температуры припоев, или в тех случаях, когда зачем-то нужен очень легкоплавкий металл (например, для датчика температуры).
Если спаять подпружиненные контакты легкоплавким припоем, то получится простой и надежный термопредохранитель, при превышении температуры припой плавится и контакты разрывают цепь. Правда, предохранитель получится одноразовым. Во многих советских телевизорах в блоке строчной развертки была защита из обычной стальной спиральной пружинки, припаянной на легкоплавкий припой. При перегреве, в том числе от большого тока через пружинку, она отпаивалась и отрывалась. Предохранители такого типа очень хороши как защита от пожара.
Прочие проводники
Термопарные сплавы
Для изготовления термопар используют сплавы стойкие к высоким температурам, но при этом обладающие высокой ТермоЭДС. Подробнее про термопары можно прочитать в соответствующей литературе.
Сплавы:
- Хромель (90% Ni, 10% Cr)
- Копель (43% Ni, 2-3% Fe, 53% Cu)
- Алюмель (93-96% Ni, 1,8-2,5% Al, 1,8-2,2% Mn, 0,8-1,2% Si)
- Платина (100% Pt)
- Платина-родий (10-30% Rh)
- Медь (100% Cu)
- Константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Соединяя два проводника из двух разных металлов получают термопары, например термопара типа K (ТХА — Термопара Хромель-Алюмель). Самые распространенные пары: хромель-алюмель, хромель-копель, медь-константан (для низких температур), платина-платинородий (для точных измерений и для высоких температур).
Оксид Индия-Олова
Оксид Индия — Oлова (Indium tin oxide или сокращённо ITO) — полупроводник, но обладает невысоким сопротивлением, а самое главное, пленка из оксида индия-олова прозрачна.
Это свойство используется при производстве ЖК дисплеев, сетка электродов на поверхности стекла нанесена именно из оксида индия-олова. Также резистивные touch панели имеют прозрачное проводящее покрытие.
Пленка ITO едва видна в отражении, чтобы хоть как то она была заметна пришлось разобрать ЖК дисплей:
Стекла от ЖК индикатора электронных часов. Индикатор подключался к электронной схеме через токопроводящую резинку, гребенка контактов видна в нижней части стекла.
На просвет проводящая пленка не видна
На удивление, сопротивление пленки довольно низкое.
На этом мы закончили проводники. В следующей части начнем обзор диэлектриков
rexen
Про 12 частей — это шутка?
spiritus_sancti Автор
нет, не шутка.
1 часть: проводники: Серебро, Медь, Алюминий.
2 часть: проводники: Железо, Золото, Никель, Вольфрам, Ртуть.
3 часть: проводники: Углерод, Нихромы, термостабильные сплавы, припои — олово, прозрачные проводники.
4 часть: диэлектрики: фарфор, стекло, слюда, керамика, асбест, элегаз и вода.
5 часть: диэлектрики: бумага, шелк, парафин, масло, дерево.
6 часть. диэлектрики: карболит, гетинакс, текстолит.
7 часть. диэлектрики: стеклотекстолит, лакоткань, резину и эбонит.
8 часть. диэлектрики: полиэтилен, полипропилен и полистирол.
9 часть. диэлектрики: политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат и силиконы.
10 часть. диэлектрики: полиимиды, полиамиды, полиметилметакрилат, поликарбонат.
11 часть. Диэлектрики: Изоленты и изоляционные трубки.
halfhope
Спасибо за публикации. Хотелось бы добавить в список современные и композитные материалы. Например, углеродные нанотрубки, графен, пиролитический графит, высокоориентированный пиролитический графит, токопроводящие полимеры, электроактивные полимеры, органические светодиоды (OLED), метаматериалы. Все из перечисленного обладает очень интересными свойствами и доступны (есть на рынке, либо можно сделать самому). Стоимость тех же нанотрубок вообще упала, на 2017 ~500 рублей за грамм.
spiritus_sancti Автор
Я старался вставлять информацию только по материалам которые сам использовал и которые широко доступны. Ну и само собой которые широко используются в DIY конструкциях. Материалы которые вы назвали интересны, и возможно со временем я добавлю информацию по ним, но мне пока не понятно где их можно использовать в непрофессиональном применении, кроме вау, круто, оно парит на магните. Тот же аэрогель интересный материал, но совершенно не ясно где бы я мог его применить. Тоесть в теории ясно, а на практике как то слишком экзотично и дорого.
halfhope
Согласен, но все же относительно. Расскажу о своем опыте.
Пирографит и висмут отражают магнитные поля (не отражают, а намагничиваются наоборот), использовал их при изготовлении левитационной площадки для создания магнитных полей необычной формы и экранирования. Мю-металл (похож на пермаллой) тоже использовал в качестве сердечников для катушек в этом же проекте, чтобы выжать максимум из электромагнитов. Пирографит покупал на алиэкспресс, а чушки висмута купил в городе, он не дорогой.
Для OLED мне еще много чего не хватает, но тоже нашел применение этой технологии. Для изготовления экрана одного проекта мне нужен очень-очень тонкий семисегментный трехразрядный индикатор без рамок и нестандартных размеров. В России есть предприятие, которое занимается изготовлением таких индикаторов, но работают они только с юр. лицами, оптом и проигнорировали меня. Поэтому жду з/п, чтобы купить реагенты.
Электроактивные полимеры (ионные) тоже однажды хотел использовать, но потом отказался ввиду их недолговечности, Электронные же не подошли ввиду большого напряжения. Думаю, с ними просто стоит немножко подождать.
spiritus_sancti Автор
самое остроумное использование диамагнетизма висмута которое я видел. Интересные проекты описываете, не хотите о них рассказать, поделиться опытом? если не коммерческая тайна конечно, я думаю не только мне будет интересно.
halfhope
Нет, не коммерческая тайна, просто подарки друзьям. Обязательно поделюсь с сообществом как только решу свои проблемы)
x67
Ого, будем ждать) крайне полезный цикл
Zolg
В розницу продаются спирали для ремонта электроплиток итд. стоят копейки, бывают из проволоки разных диаметров.
spiritus_sancti Автор
Да, я такие видел когда был ребенком, но последние лет 5 мне такие в продаже не попадались, впрочем как и плитки с открытой спиралью — они пожароопасные, опасны в плане поражения электрическим током, и вроде как в открытой продаже не встречаются (новые я имею ввиду).
GAZ69
в хозмагах есть еще…
DimasRosk
Борода, гироскутер и подвёрнутые джинсы — гарантия покупки нужного количества проволоки из нихрома в вейпшопе
JerleShannara
Спасибо, ценник стремится к стоимости чернил для струйника
Ciemna
Но их до сих пор производят. Называется «Мечта» изготавливает их Златоустовский машиностроительный завод.
spiritus_sancti Автор
нет, это как раз плиты с ТЭНами (Трубчатый Электронагреватель) — они то как раз в электрическом плане безопасны, в них спиралька отделена от трубки слоем термостойкого диэлектрика. Я имею ввиду такие:
ploop
Есть в хозмагах, в электрике попадались. Стоят реально дёшево.
Для примера, нихром или фехраль диаметром 0.4мм в магазинах для вейперов может стоить до 30 рублей за метр, а спираль для плитки, с тем же диаметром, 25р целиком, но длина проволоки там метров 15 если не больше.
arheops
Купите кварцевую трубку для закрытого кварцевого обогревателя и вытащите изнутри обычную спиараль(она там просто лежит внутри трубки, не запаяная даже).
Или купите сгоревший обогреватель и из него вытяните два куска с каждой трубки.
acin
Тонкий же нихром можно найти в недорогих паяльниках за 300-500р.
IronHead
Fix price
rexen
Как вариант «донора» — на Али рублей по 100 продаются эти нагреватели (трубка с навитым нихромом в слюде) к паяльникам.
Buzzzzer
Если на Али, то зачем «донора»? Там и проволока продаётся.
Eaton
В любом магазине, торгующим электронными сигаретами, этого нихрома завались… на любой вкус и диаметр(ну почти на любой)
ploop
И с 10-кратной ценой :)
alex93vzlom
Везде по разному, я находил магазины с ценами от 3 до 10 рублей за метр нихрома/фехраля, в зависимости от диаметра. На радиорынке фиксированная цена 10 рублей за метр.
ploop
Проще купить на тематических форумах, в зависимости от диаметра от рубля за метр можно найти.
fpir
В статье есть намёк на место приобретения-
В вейпшопах проволока от 0.1 до 0.6, и канталовая, и нихромовая.
drobzik
Можно на Ali покупать, но смысла мало, имхо — с появлением парильщиков местные дилеры стали намного уступчивей, и сейчас продают нихром (и проволоку, и полосы) на метры. Я, например, для самодельного резака пенопласта недавно купил 10 метров нихромовой проволоки у местного поставщика металлопроката и проволоки, и цена была идентична с ценой с Aliexpress.
HerrDirektor
С "одноразовыми" предохранителями на базе подпружиненой пластинки и легкоплавкого припоя неожиданно столкнулся в японском автомобиле, в регуляторе вентилятора печки.
Сначала думал, электроника какая вылетела, а когда разобрал — удивился конструкции.
Реально, латунная пластинка с изгибом, припаянная к концам платы.
Воткнул в розетку паяльник, чтобы спаять обратно, от нагретого паяльника этот припой (а его там много довольно было) мгновенно стал лужей.
Подивился легкоплавкости и забавной конструкции, ну и забыл про этот случай.
А в статье напомнили :)
i_am_mry
Две небольшие поправки:
Не резиновым, а силиконовым. И в воду лучше добавить глицерина для повышения температуры кипения, иначе лужение превращается в муку.
ploop
А лучше — в чистом глицерине, благо он не дорог (300-400р за литр). У тех же парильщиков можно купить.
Gryphon88
300 — это ЧДА, а технический и по 100 можно купить.
ploop
Верно…
saboteur_kiev
> Олово проводит электрический ток в 7 раз хуже меди.
Очень нубский вопрос, но я правильно понимаю, что при пайке, если соединить провода напрямую, и припоем только закрепить конструкцию, соединение будет гораздо лучше, чем если провода будут соединены только припоем?
Zolg
естественно: сначала скручивать, затем скрутку пропаивать
больше даже по механическим соображениям
Goruhin
Если длина проводника из припоя не большая, то разница будет в пределах погрешности измерительных приборов.
spiritus_sancti Автор
Все верно. Припой нужен только для закрепления, припой сам по себе (мы говорим об оловянно-свинцовых) обладает невысокой прочностью. Поэтому провода скрученные как следует и пропитанные припоем лучше, чем провода соединенные в нахлест слоем припоя.
ploop
Соединение по электрическим параметрам будет одинаково, по механическим — естественно лучше сначала закрепить.
Там, где механических нагрузок не предвидится (внутри корпусов аппаратуры например), второй вариант тоже приемлем, ибо требует меньше времени на соединение.
nikee
Даже если без скрутки то провода все равно ложатся внахлест при этом сечение припоя будет в несколько раз больше сечения проводника соответственно и споротивление припоя будет малым.
saboteur_kiev
Вот, самый лучший ответ!
Mikeware
припой кроме механической фиксации еще и увеличит площадь контакта (пусть даже с бОльшим переходным сопротивлением), и, соотвественно, улучшит проводимость соединения.
Gryphon88
Про углерод добавлю: для быстрого прототипирования можно нарисовать плату на бумаге, и она даже будет как-то работать, если линии достаточно толстые. Удобнее карандашом для художников (толстый лакированный грифель).
Я думал, что это все знают, но тут на кикстартере «выстрелила» ручка для токопроводящих рисунков
spiritus_sancti Автор
на базе этого есть игрушка Drawdio
x67
Сколько пробовал я графитные стержни(от карандашей правда), а ничего путного не выходило. Даже с самыми твердыми
ptica_filin
Нужно было, наоборот, налегать на мягкие. В них углерода больше.
x67
Gryphon88
конечно же мягкий! Я перепутал) Но самые мягкие, которые тестил — 2B
Gryphon88
Как я узнал, тот карандаш, который я рекламировал, правильно называется графитовый мелок; они начинаются от 4В, самые ходовые — 6В. Ну и линию я суровую делал, в 1-2мм, сводя кончик на широкую площадку.
Источник
Gryphon88
надо мягкий брать и пожирнее, правильная графитная дорожка осыпается, если перевернуть лист. Через пару крокодильчиков диодом мигал, а вот 1-wire bit-bang'ом завести не получилось, но тут я скорее сам виноват
echo_tester
Не знаю, как в гражданской промышленности, а из-за упомянутых в статье усов, которые даёт бессвинцовый припой, в оборонке и для космоса рекомендуется не применять бессвинцовые припои и элементы, иготовленные с применением бессвинцовых технологий (часто имеют в маркировке «nbp» или «nopb» — от no Plumbum). Хотя по началу, видимо не разобравшись, пытались насильно заставить применять именно их.
Усы наблюдал сам, решив как-то поупражняться в макросъёмке и взяв для этого списанный усилитель мощности. Вот, к примеру, фотография конденсатора с растущими из мест паек усами:
ploop
15432
Есть ли способ в домашних условиях восстановить контакт между площадкой на ЖК дисплее и платой? Допустим, гибкий шлейф калькулятора частично отошёл от стекла с прозрачными контактами. Как его обратно присобачить?
Androniy
Как-то искали высокотемпературный припой. Выяснилось, что все ПОСы размягчаются при температуре 185-190 градусов, даже с высоким содержанием свинца. Из доступных и дешевых дольше всего сохранял механическую прочность оловянно-медный (Sn97Cu3).
sim31r
Из интересного, индий дефицитный металл и разведанных запасов не так много, с учетом того что для привлечения инвестиций запасы преувеличивают, редкоземельные металлы могут неожиданно закончиться.
И проводящие пластики опасное явление. Есть уже пострадавшие рыбаки, что задевали провода удочкой с карбоновыми волокнами. Вроде интуитивно кажется что безопасно, не металл, а оно проводит и очень даже неплохо.
И усы особенно интересно растут в вакууме, вырастая огромной длины. На воздухе они окисляются и длина не такая большая. По ним была даже отдельная статья. Причина роста усов так и не найдена, есть только гипотезы.
dragonnur
ЕМНИП, довольно давно найдена. Дрейф дислокаций и аутокаталитический рост в электрическом поле
sinc_func
В качестве низкотемпературного припоя можно еще упомянуть ПОСК-50-18. Он более легко-плавкий и жестче чем ПОС-60,… лучше смотрится,. вполне доставабельный… Только одна проблема — он содержит кадмий… На оборонке мы его использовали для ручной пайки керамических smd конденсаторов, поскольку они очень чувствительны к термо-удару…
MegaMouse
оформите где-нибудь ссылки на прошлые (и будущие) статьи, когда они выйду, для навигации
Iscander_Che
Замечу, что для рентгентехники применяют как раз исключительно бессвинцовый припой.
spiritus_sancti Автор
Чем это технически обусловлено? Есть ссылки где про это можно подробнее узнать?)
plm
Еще в 90-е годы мы на школьной практике паяли подогревы на сиденья. Прямоугольный кусок угольной ткани, по двум противоположным краям обычными нитками пристрочена медная оплетка. Мы к этой оплетке паяли провода. Ткань типа как вот тут belchemoil.by/nezamenimyj-element вторая картинка, из очень толстых нитей. Очень мягкий и равномерный нагреватель выходил. Так что не всегда углерод в матрице из пластика.