Конструкционные и электротехнические материалы.

Химические свойства

По составу асбест -- это природный магниевый гидросиликат, содержащий также окислы других элементов. Существует ряд разновидностей асбеста, но промышленное значение имеют два основных вида, имеющие, в частности, следующий состав (в зависимости от месторождения составы могут быть и несколько другими):

- хризотиловый асбест 3MgO.2SiO2.2H2O ;

- крокидолит 2Na2O.2MgO.(4-6)Fe2O.

(2-4)Fe2O3.(16-17)SiO2.(2-3)H2O.

В составе асбеста также присутствуют примеси -- оксиды алюминия, марганца, титана, хрома, никеля, кобальта и другие, их больше в хризотиловом асбесте. Именно они и придают асбесту окраску.

Химический состав хризотил-асбеста

Соединение	Массовая доля
SiO2	40.70 ... 42.80
Al2O3	0.45 ... 1.40
Cr2O3	0.01 ... 0.09
FeO	0.09 ... 1.25
Fe2O3	0.30 ... 1.44
MgO	41.00 ... 42.30
MnO	0.00 ... 0.27
CaO	0.00 ... 0.40
NiO	0.00 ... 0.24
Na2O	0.00 ... 0.08
K2O	0.00 ... 0.05
H2O +	12.60 ... 13.30
H2O -	0.50 ... 1.30

Структура асбеста очень интересна. Так, например, плоскостные молекулы хризотилового асбеста имеют слоистую несимметричную структуру, вследствие чего они сворачиваются в очень тонкую трубочку (своеобразный «рулет»). Диаметр такого «элементарного» игольчатого кристалла у хризотил-асбеста 10-30 нм, у крокидолита -- 50-99 нм. Микроструктура асбеста -- игольчатые кристаллы и их сростки. Товарный асбест представляет собой комплексы из сотен и тысяч соединенных вместе элементарных игольчатых кристаллов, имеющих поперечник около 0,1-0,5 мкмРазновидности асбеста

Минералогическая группа	Разновидность	Химический состав	Свойства	Основные месторождения
Ромбическая:	Антофиллит	Силикат магния и железа	Ломкие волокна, малоценный	Северная Америка (Массачусетс)
	Тремолит	Силикат магния и кальция	Шелковистый, хрупкий, слабо жаростойкий, кислотоустойчивый	Италия, Африка, Балканы, Америка
Амфиболовая (роговая)	Актинолит (лучистый камень, циллерит)	Силикат магния, кальция и железа	См. тремолит	Северная Америка
	Крокидолит	Силикат железа и натрия	Синий асбест, гибкий, кислотоустойчивый, слабо жаростойкий	Капская провинция (Южная Африка)
	Амозит	Высокое содержание железа, кроме того, Al, Mg, Ca	Вязкий, прочные волокна, высокая кислотоупорность, пригоден для изготовления пряжи	Трансвааль (Южная Африка)
Серпентиновая (оливииовая)	Хризотил	Водосодержащий силикат магния	Весьма гибкий и жаростойкий, слабо кислотоупорный	Канада, Юж. Родезия, Урал, Сибирь
	Антигорит (баститовый асбест)	Водосодержащий силикат магния	Небольшое промышленное значение, длинноволокнистый, ломкий	Повсеместно, особенно в Канаде, нежелательный спутник-асбеста

Классификация

Асбест
Серпентиновые	Амфибольные
Хризотил	Крокидолит
	Амозит
	Антофиллит
	Тремолит
	Актинолит

Хризотил. Листовой силикат, состоящий из лежащих в одной плоскости соединенных кремнеземных тетраэдров, покрытых слоем брусита. Кремнеземно-бруситовые пластины слегка изогнуты из-за структурного несовпадения, выражающегося в скручивании пластин и образования длинной полой трубочки. Из таких трубочек и образуются составные пучки волокон хризотила. Химический состав хризотила однороден в отличие от разновидностей амфибол-асбеста. Присутствие некоторого количество оксидов является результатом загрязнения при образовании минерала в скалистой породе. Некоторые из этих элементов могут входит в структуру, а так же могут присутствовать в качестве главных элементов небольших концентраций отдельных разновидностей минерала, входящих в пучок волокон. Длинные эластичные и изогнутые волокна хризотила обычно сплетены в пучки с пушистыми концами. Такие пучки соединены водородными связями и\или каким-нибудь твердым веществом не входящим в состав волокна. Длина хризотиловых волокон, встречающихся в природе, колеблется от 1 до 20 мм, с отдельными экземплярами до 100 мм. Хризотил чрезвычайно чувствителен к кислоте, хотя меньше подвержен воздействию гидроокиси натрия (едкого натра), чем любые амфибольные волокна.

Амфибольные минералы представляют собой двойные цепочки кремнеземных тетраэдров, поперечно связанные катионовыми мостиками. Химический и физический состав различных амфибол асбестов весьма разнообразны. Состав рабочего образца совпадает с предполагаемой теоретической чрезвычайно редко. Однако при идентификации различных волокон для удобства работы пользуются теоретическими допусками.

Крокидолит (рибекит-асбест) Типичные для крокидолита пучки волокон распадаются на более короткие и тонкие волокна легче, чем волокна других амфибол асбестов. Однако образующиеся таким образом волокна обычно не так малы в диаметре, как волокна хризотила. В сравнении с другими амфиболами или хризотилом крокидолит обладает сравнительно плохой жаростойкостью, но его волокна широко применяются там, где требуется высокая кислото устойчивость. Крокидолитовые волокна обладают от умеренной до хорошей гибкостью, слабой прядомостью и меняющейся от мягкой до жесткой текстурой. В отличие от хризотила крокидолит обычно бывает загрязнен органическими примесями, в том числе небольшим количеством полициклических ароматических углеводородов, таких как бензапирен.

Амозит (грюнерит-асбест) Волокна амозита обычно длиннее, чем у крокидолита. Большинство амозитовых волокон имеют прямые края и характерные прямоугольные окончания осей.

Антофиллит-асбест представляет собой сравнительно редкий волокнистый призматический магниево-железистый амфибол, который иногда встречается в виде примесей в месторождениях талька. Характерно, что волокна антофиллита крупнее, чем у других распространенных форм асбеста.

Тремолит и актинолит-асбест Тремолит-асбест это моноклинный кальциево-магниевый амфибол. Актинолит-асбест это его железозамещенный дериват. Оба вида волокон редко обнаруживаемые в самостоятельных месторождениях, чаще всего встречаются как загрязняющие примеси в других месторождениях асбеста. Первый как примесь в месторождениях хризотила и талька, второй в амозитовых месторождениях. Тремолит-асбестовые волокна разнятся по размеру, но могут приближаться к величине волокон крокидолита и амозита.

Группы

Группа	Марка	Группа	Марка	Группа	Марка
0	А-0--80	4	А-4--40	6К	А-6К--45
	А-0--55		А-4--30		А-6К--30
1	А-1--75		А-4--20		А-6К--20
	А-1--50		А-4--10		А-6К--5
2	А-2--30		А-4--5
	А-2--22	5	А-5--65
	А-2--15		А-5--50
3	А-3--70	6	А-6--45	7	А-7--300
	А-3--60		А-6--40		А-7--370
	А-3--50		А-6--30		А-7--450
			А-6--20		А-7--520

Примечание: В обозначении марок буквенные выражения обозначают

А -- наименование материала;

К -- способ получения асбеста (из продуктов пылеосадительных устройств).

Первая цифра показывает группу, вторая -- гарантированный минимальный остаток на основном сите контрольного аппарата для асбеста групп (0-6) и насыпную плотность для асбеста 7-й группы.

Ешкеульмесское	0,8	18	1	800х150-180 1000х180
Сысертское		0,5	91	4,2х2,2 102,5х11,5
Бугетысайское		1,36	21	30х12-250х50
Сары-Чеку	0,0045	0,045	3	5-30х30-100
Астагешское	0,07	6,4	1	120х600

Применение асбеста

Существуют тысячи способов применения асбеста. Наиболее широкое применение асбест находит в производстве композиционных материалов. Главным компонентом этой группы является разновидность цемента, то есть асбоцемент. К другим изделиям, имеющим большую ценность, относятся фрикционные материалы, изоляционный картон и бумага, усиленные пластмассы, поливиниловые плитки и листы. Из асбеста можно изготовлять пряжу и ткать ткани. Произведенные таким образом текстильные изделия могут проходить дальнейший процесс переработки во фрикционные материалы, упаковки и пластмассы или могут найти прямое применение в изоляционных тканях и защитной одежде, огнестойких и изоляционных материалах (более подробно см. Приложение 2)

Изделия из асбеста

Основными видами материалов, производимых на основе асбеста, являются:

порошкообразный асбест;

асбестовые бумаги (точнее -- картоны), получаемые методами отлива по бумажной технологии;

асбестовые пряжа, шнуры, жгуты, ткани;

асбопластики, в том числе фрикционные материалы (т. е. материалы для тормозных накладок);

асбоцементные изделия.

В производстве бумаг и картонов используется фракция с длиной волокон до 8 мм. Фракция, состоящая из волокон длиной более 12 мм, применяется в производстве текстильных материалов.

Примеры асбестотехнических изделий

Асбест и изделия на его основе применяются практически без ограничений в России и Канаде. В промышленной теплоизоляции применяют асбопухшнур, асбесто-известковые изделия, вулканит, ньювель, совелит, а так же сухие смеси на основе распушенного асбеста, затворяемые водой на месте производства работ и наносимые на изолируемые поверхности в виде мастик.

Пеноасбест

Получается путём первоначальной тонкой механической распушки первых сортов асбеста мягкой текстуры с последующей дополнительной диспергацией волокна химическими реагентами. В результате получают один из самых лёгких теплоизоляционных материалов со средней плотностью 25-60 кг/куб.м и теплопроводностью 0.028-0.45 Вт/мК. Предельная температура применения 400°С.

Асбокартон (ГОСТ 2850-95)

Содержание асбеста 98-99%. Размер листа 1000x800 мм. Толщина от 2 до 6 мм. Выдерживает температуру до 500°С. Гарантийный срок хранения - 10 лет со дня изготовления.

Асбестовая ткань(ГОСТ 6102-94)

Используется для пошива жароизоляционной одежды, теплоизоляции печей и нагревательных приборов. Температура рабочей среды до 500°С. Ткань марки АТ-4 (ГОСТ 6102-78Е) соответствует требованиям "Правил пожарной безопасности в РФ ПБ-01-93" и относится к первичным средствам пожаротушения небольших очагов при воспламенении веществ, горение которых не может присходить без доступа воздуха.

Асбестовый шнур (ГОСТ 1779-83)

Используется в тепловых агрегатах и теплопроводящих системах при температуре до 400°С. Рабочая среда: газ, пар, вода. Поступает в бухтах. Масса 1 бухты 17-22 кг. Гарантийный срок хранения - 5 лет со дня изготовления.

Асбест сухой (ГОСТ 12871-93)

Применяется для теплоизоляции печей и нагревательных приборов, обмуровки паровых котлов, газовых турбин. Поставляется в мешках. Масса 1 мешка около 50 кг.

Развитие современной техники постоянно требует создания и широкого использования конструкционных материалов со специальными свойствами. В связи с этим большие перспективы по применению в различных отраслях промышленности получили биметаллические материалы. О биметаллах и их преимуществах рассказано в данной статье.

Под биметаллом понимают два прочно сцепленных друг с другом металлических слоя, которые обладают различными химическими или физическими свойствами. Надо сказать, что биметаллы являются не только заменителями дефицитных металлов, но и представляют самостоятельную группу промышленных материалов, необходимых при создании новых машин, приборов и различных изделий.

Биметаллическими могут быть: листы, ленты, трубы и другие изделия, состоящие из двух, а иногда и из трех (“триметаллы”) слоев разнородных металлов, которые обеспечивают более широкий комплекс необходимых свойств.

В настоящее время а мире производится более 50 видов биметаллов. Они востребованы в приборостроении, химической промышленности, автомобилестроении, в инструментальном производстве.

Обычно получают биметаллические материалы следующими способами:

механо-термическим способом (плакированием), который представляет собой процесс покрытия одного металла другим путем совместной горячей прессовки или прокатки;

сваркой взрывом заготовок с ударно-волновым упрочнением и последующей прокаткой;

методом порошковой металлургии с использованием пластического деформирования пористых тел. Широко применяются на практике и такие способы как наплавка, сварка и пайка. Применение биметаллов, представляющих собой слоистые металлические композиции, позволяет:

снизить расход дефицитных и дорогостоящих материалов (никеля, меди, молибдена, титана, бронзы и т. д.);

реализовать повышенную прочность композиции по сравнению с металлом плакирующего слоя (толщина плакирующего слоя обычно составляет 10-20 % общей толщины биметаллического листа); - получить возможность сочетания в одном материале различных свойств;

улучшить ремонтопригодность оборудования.

Наиболее известным направлением применения слоистой композиции является термобиметалл, в котором оба металлических слоя имеют различные коэффициенты линейного расширения. В этом случае в качестве материалов используют никелесодержащие стали.

При нагревании биметалла, вследствие разницы в коэффициентах линейного расширения, оба металла удлиняются различно, и происходит сильный упругий изгиб металлической двухслойной полосы. Изгиб такого рода биметаллических полос при их изготовлении характеризуется рис. 1.

Эти биметаллы применяют преимущественно в электротехническом аппаратостроении, где прогиб металла используют, например, для размыкающих приспособлений в контактной аппаратуре.

Электротехнические слоистые металлические композиции сочетают в себе высокие электротехнические и прочностные свойства при минимальном расходе дорогостоящих и дефицитных материалов, они способны работать при повышенных температурах и обладают высокой износостойкостью контактных поверхностей. Замена медных элементов биметаллическими «алюминий-медь» позволяет снизить потребление меди на 60-80 %, уменьшить вес токонагруженных элементов электротехнического оборудования и устройств на 30-45 %, снизить стоимость на 20-40 %

Таблица 1. Области применения электротехнических биметаллов 

Биметалл	Применение
Медь-алюминий	Контактные токоподводящие узлы, электроконтактные наконечники
Медь-алюминий-медь (триметалл)	Наконечники аппаратных зажимов, ножи - разъединители Соединение токоведущих проводов
Медь-алюминий, медь-титан, сталь-титан	Биметаллические контакты в электролизных производствах

Кроме того, правительством Украины рассматриваются возможности организовать (расширить) производство биметаллических труб «сталь-медь», и «сталь-бронза»; биметаллической проволоки «сталь-медь», «сталь-алюминий»; биметаллических листов и полос «сталь-сплав АСМ (АМСТ)»; биметаллических лент «алюминиевый сплав АМЦ-силумин»; биметаллической проволоки «сталь-алюминиевые сплавы» и др.

Примером сочетания прочности и пластичности малоуглеродистой стали с коррозионной стойкостью олова является белая жесть. Белая жесть горячего лужения изготовляется из горяче- или холоднокатаной жести разных марок. Она применяется в пищевой промышленности для изготовления консервных банок и т. п.

Также в пищевой промышленности для изделий, контактирующих с агрессивными пищевыми средами (емкости, трубопроводы и т. д.), применяются хромоникелевые коррозионностойкие стали. В холодильной и криогенной технике они используются для изготовления сосудов для хранения жидких газов, деталей центробежных машин и т. д. Применение коррозионностойкого биметалла «конструкционная сталь-нержавеющая сталь» позволяет сэкономить хромоникелевую нержавеющую сталь, содержащую дефицитный и дорогостоящий никель. Использование в химической и холодильной техники биметаллов «сталь-цветной металл» позволяет не только снизить стоимость изделия, но и повысить его конструктивную прочность.

Для инструментального производства применяют износостойкие биметаллы. В износостойких композициях в качестве плакирующего слоя применяют стали и сплавы с высокой стойкостью против абразивного и других видов износа, а для основного слоя обычно используют низкоуглеродистую сталь.

Инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали, составляет значительную часть режущего инструмента применяемого в промышленности. Поэтому одной из основных задач экономии этой дефицитной стали является создание высококачественного биметаллического инструмента. Биметаллические инструменты, имеющие режущую часть из быстрорежущей стали марки Р18, обеспечивают высокую производительность при резании с большим сопротивлением изнашиванию и сохраняют режущие свойства при нагревании режущей кромки до температуры 600-700 °С.

Одним из главных факторов качества биметаллических режущих инструментов является хороший отвод тепла от режущей кромки за счет повышенной теплопроводности корпуса; это позволяет применить высокие режимы резания при увеличении стойкостных характеристик. Срок эксплуатации таких инструментов значительно больше по сравнению с подобными инструментами, выполненными целиком из быстрорежущей стали. Также, характерным фактором для биметаллических инструментов является меньшее выкрашивание режущих кромок, что следует отнести за счет более мягких, амортизируемых корпусом инструмента ударов.

Стоимость биметаллических режущих инструментов всегда ниже стоимости инструментов, изготовляемых целиком из быстрорежущей стали, хотя время, затрачиваемое на их изготовление в 1,5-2 раза больше. Эта разница в стоимости получается за счет сэкономленной быстрорежущей стали.

Таблица 2 - Области применения износостойких биметаллов

Основа	Плакирующий слой	Применение
Сталь 20	У8А; У10А; 9ХС; Х12Ф1	Штамповый инструмент, штампы, пуансоны
16Г2С	50Х15М2Ф	Режущий, штамповый инструмент
Сталь 20	Х6Ф1, 65Г	Культиваторные диски, диски борон, молоточки молотильных аппаратов комбайнов
Сталь 10	9ХФ	Ножи резки бумаги, ножи размола целлюлозной массы
Ст. 3	65Г	Для железнодорожного транспорта: наличники буксовых узлов тепловозов, упор бокового скользуна, скользуны тележки боковые, ремонт замков сцепных устройств
Сталь 10	Г13	Ремонт земснарядов (речное хозяйство)
Сталь 45	Р6М5	Плоские протяжки
Сталь 20	Х6Ф1	Детали горнорудной техники; днища, накладки

Антифрикционные биметаллы применяют для подшипников качения и скольжения. Основными требованиями к антифрикционным сплавам являются низкие значения коэффициента трения со стальной поверхностью вала и высокая износостойкость подшипников. Недостатком бронз и латуней, используемых для изготовления вкладышей подшипников, является их высокая стоимость и сравнительно небольшая механическая прочность. Этих недостатков лишены антифрикционные биметаллы, в которых цветной сплав наплавляют на стальную оправку. 

Таблица 3 - Области применения антифрикционных биметаллов

Основа	Плакирующий слой	Применение
Сталь	оловянистая латунь (типа ЛО90-1)	Втулки подшипников скольжения
Сталь	бронза БрОЦ 4-3	Шатунные и коренные подшипники дизелей
Сталь	бронза БрОЦС 4-4-2,5	Подшипники, втулки
Сталь	бронза БрОФ 6,5-0,15; БрАМЦ 9-2	Направляющие, втулки, подпятники прессового оборудования
Сталь	латунь	Детали пескометных машин, формовочных прессов литейного производства (втулки, щитки, направляющие)
Сталь 40	ЛАЖН 66-6-3-2	Цилиндрические детали металлургического оборудования (пальцы, поршни, червячные колеса, направляющие)
Сталь 40ХН+	бериллиевая бронза БрБ2	Подшипники скольжения машин буровой техники

Успешное сочетание свойств различных материалов в едином продукте позволяет эффективно использовать дефицитные металлы, существенно снижая их расход и повышая конструктивную прочность изделий.

Обмоточные провода - предназначены для изготовления обмоток электрических машин, аппаратов и различных приборов. По материалам, применяемым для изготовления токопроводящих жил, они делятся на: медные, алюминиевые и из сплавов сопротивления.

По видам изоляцию обмоточных проводов можно классифицировать следующим образом: эмалевая, волокнистая, эмалево-волокнистая, бумажная, пластмассовая, плёночная, стекловолокнистая, стеклоэмалевая, сплошная стеклянная.

Достоинства обмоточных проводов с эмалевой изоляцией:

Обладают малыми толщинами изоляции.

Хорошими физико-механическими и электроизоляционными характеристиками.

Нагревостойкостью.

Маркировка с изоляцией на основе масляных и высокопрочных синтетических лаков: ТИ-105, 120, 130, 155, 180 и выше.

Медные эмалированные провода с изоляцией на основе масляных лаков(марка ПЭЛ) выпускаются в диапазоне диаметров 0,02- 2,5 мм. Эти провода имеют достаточно высокие электроизоляционные характеристики, которые сохраняются даже в условиях воздействия повышенных температур и влажности. Провода марки ПЭЛ применяются, для изготовления катушек электрических аппаратов, рамок приборов и т. п.

Провода с изоляцией на поливинилацеталевой основе отличаются механическими характеристиками, хорошими электроизоляционными свойствами, стойкостью к действию сред агрессивных, что позволяет с успехом использовать их для изготовления обмоток электрических машин и аппаратов без дополнительных покрытий.

Эмалированные провода с ТИ-120 выпускаются из марок ПЭВТЛ-1,ПЭВТЛ-2 диаметром 0,05-1,6 мм с изоляцией на основе полиуретанового лака. Особенностью этих проводов является возможность обслуживания их без предварительной зачистки эмали, что значительно облегчает пайку.

Применяются в приборостроении и радиотехнической промышленности.

Круглые провода выпускаются в диапазоне диаметров 0,50-2,5 мм, а прямоугольные - в диапазоне сечений от 1,6 до 11,2 мм. Помимо высокой нагревостойкости эти провода отличаются повышенными механическими характеристиками, стойкостью к токовым перегрузкам и хладонам, имеют достаточно хорошие электрические свойства. Эти провода используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить надёжную работу электрооборудования с ТИ-180 и выше, особенно при тяжёлых условиях изготовления обмоток.

Обмоточные провода с полиимидной изоляцией имеют самую высокую нагревостойкость среди эмалированных проводов, достаточно хорошие электрические характеристики, которые практически не изменяются при их нагревании до температуры 230 С.

Провода с волокнистой изоляцией на основе хлопчатобумажной пряжи, натурального шёлка, а также синтетических волокон изготовляются, как правило, методом двухслойной обмотки токопроводящих жил.

Для волокнистой изоляции, которая имеет ТИ-105, характерны большая толщина изоляции и гигроскопичность, невысокая электрическая прочность, что ограничивает их использование без дополнительных покрытий, которыми, как правило, являются эмаль - лаки на масляной поливинилаусталевой, полиэфирной и других основах.

Обмоточные провода с волокнистой и эмалево-волокнистой изоляций используются, как правило, для намотки электрических машин, аппаратов и приборов в тех случаях, когда при изготовлении обмоток провод испытывает повышенные механические нагрузки и нет жестких ограничений по толщине изоляции.

Обмоточные провода с бумажной изоляцией относятся к ТИ-105 и выпускаются главным образом для изготовления обмоток масляных трансформаторов.

Обмоточные провода с пластмассовой изоляцией относятся к ТИ-105 и применяются в основном для изготовления обмоток наружных электродвигателей, которые работают в среде перекачиваемой жидкости при повышенных температурах и давлениях.

Обмоточные провода с пленочной изоляцией так же очень широко применяются для наружных проводов с пленочной изоляцией применяется для обмоток высоковольтных электрических машин. К их числу относятся прямоугольный провод марки ППЛБО, изоляция которого состоит из 3 слоев лавсановой пленки и одного слоя хлопчатобумажной пряжи.

Обмоточные провода со стекловолокнистой изоляцией получили очень широкое распространение ввиду высокой надежности, повышенной нагревостойкости, стойкости к токовым перегрузкам. Они применяются в основном для обмоток электродвигателей для кранов: морских судов и сухих трансформаторов. Выпускаются они с медными и алюминиевыми жилами как круглого, так и прямоугольного сечения.

Стеклоэмалевая изоляция обмоточных проводов в своей основе содержит систему SiO-PbO-BO, что позволяет данными проводами длительно работать при высоких температурах.

Для длительной эксплуатации при 400С выпускаются обмоточные провода со стеклоэмалевой изоляцией марки ПЭЖБ. Для работы (500С) выпускают провод с жилой из биметаллической проволоки серебро-никель, марка ПЭЖБ-700.

Обмоточные провода со сплошной стеклянной изоляцией получаются методом вытягивания тонкой металлической нити из разогретого токами высокой частоты прутка металла, находящегося в стеклянной трубке, и относится к классу микропроводов. Провода с манганиновой жилой имеют марку ПССМ и используются в основном для приготовления резисторов (диаметр 3-100 мкм) Медные провода марки ПМС имеют диаметр 5-200 мкм, а толщина изоляции составляет 1-35 мкм.

Виды изоляции обмоточных проводов

Таблица1.

Марка провода	Диаметр провода без изоляции, мм	Характеристика провода	Толщина слоя
МЕДНЫЕ ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
ПБ	1-5,2	Провод изолированный Несколькими слоями кабельной бумаги	0,15?0,17
ПБУ	Прямоугольные а=2,44?5,5 в=6,9?22	То же, но с повышенной электрической прочностью	0,18?2,2
ПБД	0,18-5,2	Провод, изолированный двумя слоями обмотки из хлопчатобумажной пряжи	0,11?0,16
ПСД	0,31-5,2	Провод, изолированный двумя слоями обмотки из стекловолокна, пропитанной нагревостойким глифталевым лаком	0,11?0,16
ПСДК	0,31-5,2	То же, но пропитка более нагревостойкая кремнийорганическим лаком	0,11?0,16
АЛЮМИНИЕВЫЕ ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
АПБ	1,35-8	Провод круглого или прямоугольного сечения, изолированный несколькими слоями обмотки из лент кабельной бумаги	0,15-0,9
АПБД	Прямоугольного сечения: Меньшая сторона: от 2,1 до 5,5 мм Большая сторона: от 4,1 до 14,5 мм	То же, но изолированный двумя слоями обмотки из хлопчатобумажной пряжи	0,165-0,222
АПСД	1,62-5,2	Провод круглого или прямоугольного сечения, изолированный двумя слоями обмотки из стекловолокна, пропитанной нагревостойким глифталевым лаком	0,12-0,15
АПЛБД	Круглое сечение: диаметр 1,35-8	Провод круглого или прямоугольного сечения, изолированный обмоткой из лавсанового волокна и одним слоем хлопчатобумажной обмотки	0,3-2,6

В качестве волокнистой изоляции применяется пряжа хлопчатобумажная, шёлковая, из капроновых, асбестовых, лавсановых и стеклянных волокон.

Наибольшая нагревостойкость обмоточных проводов достигается применением стеклянной и асбестовой пряжки, подклеиваемой к поверхности проводов с помощью глифталевых и кремнеорганических лаков, отличающихся повышенной стоимостью к нагреву.

Обмоточные провода с эмалево-волокнистой изоляцией

У этих проводов поверх слоя эмали наносится обмотка из хлопчатобумажной, шёлковой, капроновой, лавсановой или стеклянной пряжи.

В таблице приведен основной сортимент обмоточных проводов с эмалево-волокнистой изоляцией.

Таблица2.

Марка провода	Диаметр провода без изоляции, мм	Толщина Слоя изоляции (на одну сторону), мм	Характеристика проводов
МЕДНЫЕ ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ЭМАЛЕВО-ВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
ПЭЛБО	0,38-2,1	0,08-0,1	Провод, изолированный масляной эмалью и одним слоем обмотки из хлопчатобумажной пряжи
ПЭЛБД	0,72-2,1	0,14-0,16	Провод, изолированный масляной эмалью и двумя слоями обмотки из хлопчатобумажной пряжи
ПЭЛШЮ	0,05-2,1	0,035-0,078	То же, но на слой масляной эмали наложен слой обмотки из натурального шёлка
ПЭТСО	0,31-2,1	0,1-0,12	Провод, изолированный высокопрочной эмалью винифлекс и одним слоем обмотки из стеклянной пряжи
ПЭТКСОТ	0,33-1,56	0,07-0,1	То же, но применена Нагревостойкая кремнеорганическая эмаль

Основные требования, предъявляемые к обмоточным проводам с волокнистой изоляцией, состоят из того, чтобы у проводов с волокнистой изоляцией:

Не должно наблюдаться просветов между нитями обмотки, наложенной на провод

Не должно быть разрывов нитей при навивании провода на стальной стержень диаметром, равным пятикратному диаметру (но не менее 3мм) провода с волокнистой изоляцией в два слоя (ПБД), или при навивании провода с однослойной изоляцией (ПБО) на стержень, равным десятикратному диаметру провода (но не менее 6мм).

Электроизоляционные свойства обмоточных проводов с волокнистой изоляцией относительно невысоки, т.к. все виды волокнистой изоляции гигроскопичны, т.е. поглощают влагу из воздуха. Обмотки, выполненные из проводов с волокнистой изоляцией, нуждаются в тщательной сушке и пропитке изоляционными лаками или в компаундировании. Наибольшей механической прочностью обладает обмотка из лавсановых волокон, повышенной нагревостойкостью отличается обмотка из стеклянной пряжи.

Такого вида обмоточные провода применяют для более тяжёлых условий работы в тяговых шахтных электродвигателях и в других электрических машинах и аппаратах, где для эмалевой изоляции требуется защитное покрытие из волокнистых материалов. Так же в тех случаях, когда при изготовлении обмоток провод испытывает повышенные механические нагрузки, и нет жестких ограничений по толщине изоляции. Кроме медных и алюминиевых проводов с эмалевой, волокнистой и эмалево-волокнистой изоляцией, выпускаются также обмоточные провода из сплавов высокого сопротивления (манганин, константан и нихром).

Магнитомягкие материалы способны намагничиваться до насыщения в слабых полях, обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на перемагничивание. Условно к магнитомягким относят материалы с Н_с>800 А/м. Применяются в основном в качестве магнитопроводов дросселей, трансформаторов, электромагнитов, электрических машин и т.д.

Магнитомягкие материалы. Технически чистое железо

Технически чистое железо (низкоуглеродистая электротехническая сталь) содержит менее 0.05% углерода и минимальное количество примесей других элементов. Получается прямым восстановлением чистых руд, а также с применением электролитического или карбонильного процессов.

Низкоуглеродистая электротехническая сталь (другое название "армко-железо") обладает высокими значениями магнитной проницаемости и индукции насыщения, низкой коэрцитивной силой. Однако из-за малого удельного электрического сопротивления имеет повышенные потери на вихревые токи и применяется поэтому только в устройствах постоянного тока - полюсных наконечниках электромагнитов, магнитопроводах реле, экранирующих корпусах и др.; является основным компонентом при изготовлении многих магнитных материалов. Промышленностью выпускается также в виде электролитического и карбонильного железа; последнее получается в виде листов и готовых изделий из порошка путем конденсации газообразного пентакарбонила железа FeCo₅. В таблице отражены основные магнитные характеристики железа.

 

Материал		Hc, А/м	Bs, Тл	, мкОм.м
	Начальная	Максимальная
Технически чистое железо	250-400	3500-4500	50-100	2.18	0.1
Электролитическое железо	600	15000	30	2.18	0.1
Карбонильное железо	2000-3000	20000-21500	6.4	2.18	0.1

На магнитные свойства железа влияют:

химический состав;

структура;

размер зерна;

искажения кристаллической решетки;

механические напряжения.

Магнитные свойства железа улучшаются:

при выращивании крупного зерна;

в результате многократных переплавок в вакууме.

Внутренние напряжения в деталях снимаются отжигом.

Кремнистая электротехническая сталь (по ГОСТу электротехническая тонколистовая) является основным магнитомягким материалом массового потребления. Введением в состав этой стали кремния, достигается повышение удельного сопротивления, что вызывает снижение потерь на вихревые токи. Кроме того, наличие в стали кремния способствует выделению углерода в виде графита, а также почти полному раскислению стали за счет химического связывания кислорода в SiO₂. Последний в виде шлака выделяется из расплава. В результате легирование кремнием приводит к увеличению магнитной проницаемости, уменьшению коэрцитивной силы и снижению потерь на гистерезис.

Положительное влияние кремния на магнитную проницаемость стали обусловлено также уменьшением констант магнитной анизотропии и магнитострикции. У стали с содержанием кремния 6,8% константа магнитной анизотропии в три раза меньше, чем у чистого железа, а значение магнитострикции практически равно нулю. При таком содержании кремния сталь обладает наибольшей магнитной проницаемостью. Однако промышленные марки электротехнической стали содержат не более 5% кремния. Это термообработки материала (температуры, скорости нагрева и охлаждения, окружающей среды и т.д.). Термическая обработка высоконикелевых пермаллоев сложнее, чем низконикелевых.

Удельное сопротивление высоконикелевых пермаллоев почти в три раза меньше, чем у низконикелевых, поэтому при повышенных частотах предпочтительнее использовать низконикелевые пермаллои. Кроме того, магнитная проницаемость пермаллоев сильно снижается с увеличением частоты. Это объясняется возникновением в материале заметных вихревых токов из-за небольшого удельного сопротивления.

Основные требования к материалам. Помимо высокой магнитной проницаемости и малой коэрцитивной силы магнитомягкие материалы должны обладать большой индукцией насыщения, т.е. пропускать максимальный магнитный поток через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода. Выполнение этого требования позволяет уменьшить габаритные размеры и массу магнитной системы.

Магнитный материал, используемый в переменных полях, должен иметь возможно меньшие потери на перемагничивание, которые складываются в основном из потерь на гистерезис и вихревые токи.

Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах выбирают магнитомягкие материалы с повышенным удельным сопротивлением. Обычно магнитопроводы собирают из отдельных изолированных друг от друга тонких листов. Широкое применение получили ленточные сердечники, навиваемые из тонкой ленты с межвитковой изоляцией из диэлектрического лака. К листовым и ленточным материалам предъявляется требование высокой пластичности, благодаря которой облегчается процесс изготовления изделий из них.

Важным требованием к магнитомягким материалам является обеспечение стабильности их свойств как во времени, так и по отношению к внешним воздействиям, таким, как температура и механические напряжения. Из всех магнитных характеристик наибольшим изменениям в процессе эксплуатации материала подвержены магнитная проницаемость (особенно в слабыз полях) и коэрцитивная сила.

Железо и низкоуглеродистые стали. Основным компонентом большинства магнитных материалов является железо. Само по себе железо в элементарном виде представляет собой типичный магнитомягкий материал, магнитные свойства которого существенно зависят от содержания примесей. Среди элементарных ферромагнетиков железо обладает наибольшей индукцией насыщения (около 2,2 Тл).

Особо чистое железо (электролитическое, карбонильное), содержащее малое количество примесей (менее 0,05%), получают двумя сложными способами.

Электролитическое железо изготавливают путем электролиза раствора сернокислого или хлористого железа, причем анодом служит чистое железо, а катодом - пластина мягкой стали. Осажденное на катоде железо (толщина слоя 4-6 мм) после тщательной промывки снимают и измельчают в порошок в шаровых мельницах; подвергают вакуумному отжигу или переплавляют в вакууме.

Карбонильное железо получают посредством термического разложения пентакарбонила железа согласно уравнению

Fe(CO)5 = Fe + 5CO

Пентакарбонил железа представляет собой продукт воздействия окиси углерода на железо при температуре около 200 С и давлении примерно 15 МПа. Карбонильное железо имеет вид тонкого порошка, что делает его удобным для изготовления прессованных магнитных сердечников. В карбонильном железе отсутствуют кремний, фосфор и сера, но содержится углерод.

Примеси относительно слабо влияют на магнитные свойства железа, если их концентрация ниже предела растворимости. Низким пределом растворимости в железе обладают углерод, кислород, азот и сера. Соответственно, эти примеси оказываются и наиболее вредными. При охлаждении металла после термообработки такие примеси из-за ограниченной растворимости выделяются в виде микровключений побочных фаз, которые затрудняют смещение доменных границ в слабом магнитном поле.

Свойства железа зависят не только от содержания примесей, но и от структуры материала, размера зерен, наличия механических напряжений. Из табл.1 видно, что магнитные свойства даже лучших промышленных разновидностей железа далеки от того, чего можно добиться, используя современные технологические методы получения чистых и однородных по структуре материалов.

Магнитная проницаемость Коэрцитивная Индукция.

Материал начальная максимальная сила, А/м насыщения Тл противление, мкОм*м

Технически чистое железо 250 - 400 3500 - 4500 50 - 100 2,18 0,1

Электролитическое железо 600 15000 30 2,18 0,1

Карбонильное железо 2000 - 3000 20000 - 21500 6,4 2,18 0,1

Монокристалл чистейшего железа >20000 1430000 0,8 - 0,097

Электротехническая сталь 200 - 600 3000 - 8000 10 - 65 1,95 - 2,02 0,25 - 0,6

Низконикелевый пермаллой 1500 - 4000 15000 - 60000 5 - 32 1,0 - 1,6 0,45 - 0,9

Высоконикелевые пермаллои 7000 - 100000 50000 - 300000 0,65 - 5 0,65 - 1,05 0,16 - 0,85