Știința materialelor

Materialele utilizate in electrotehnica si electronica se pot grupa in categorii cu propietati specifice, functie de diferite criterii :

- natura

- starea de agregare

- stabilitatea termica

- rezistivitatea electrica (conductivitate electrica)

- rigiditatea dielectrica

- factorul de pierderi

- permeabilitatea magnetica, etc

A. Clasificarea materialelor electrotehnice dupa valoarea conductivitatii electrice

Din punct de vedere al conductivitatii electrice, exista trei categorii de materiale electrotehnice:

- materiale conductoare

- materiale semiconductoare

- materiale electroizolante

A.1 Materiale conductoare

Materialele conductoare sunt materiale care permit circulatia continua a sarcinilor electrice prin ele.

Materialele conductoare pot fi :

- de speta I : materiale conductoare solide - metale, aliaje metalice;

- de speta II: materiale conductoare lichide - electroliti, metale topite; materiale gazoase - gaze si vapori in stare ionizata.

Rezistivitatea materialelor conductoare este in limitele :

Din punct de vedere al rezistivitatii electrice exista :

A.1.1 materiale conductoare metalice de mare conductivitate;

A.1.2 materiale conductoare metalice de mare rezistivitate.

(A.1.1) Materialele conductoare de mare conductivitate sunt metalele pure, in special cupru (Cu) si aluminiu (Al).

Primele 4 materiale bune conductoare din punct de vedere electric sunt:

Ag - ;

Cu - ;

Au - ;

Al -

Utilizari:

Cuprul si aliajele sale:

Cu - infasurarile masinilor si transformatoarelor electrice;

Cu+Al - piese pentru comutatoare electrice (contacte);

Cu+Cr, Cu+Cd+Zn (alame) - linii aeriene, bare colectoare, piese pentru intreruptoare.

Cu+Staniu+alte elemente (bronzuri) - constructii metalice si infasurarile masinilor si transformatoarelor electrice.

Cu+Cr - in tehnica nucleara, la electrozii de sudura.

Aluminiul si aliajele sale - transportul energiei electrice, cabluri de inalta si joasa tensiune.

(A.1.2) Materialele conductoare de mare rezistivitate sunt aliaje ale unor metale ca:

Ni, Cr; Co, Al, Fe; Mn, Cu.

Utilizari:

- la constructia rezistentelor din aparatele electrice si pentru rezistente etalon.

- materiale pentru reostate

- materiale pentru elementele incalzitoare ale cuptoarelor electrice cu rezistoare.

A.2 Materiale semiconductoare

Din punctul de vedere al rezistivitatii electrice, materialele semiconductoare se incadreaza intre materialele conductoare si materialele electroizolante:

Materialele semiconductoare prezinta o dependenta pronuntata a rezistivitatii fata de conditiile externe de lucru (ex: dioda - la polarizare directa, conduce curentul electric; la polarizare inversa, este blocata).

Din punct de vedere al conductibilitatii se deosebesc trei categorii de materiale semiconductoare :

(A.2.1) materiale semiconductoare cu conductibilitate electronica;

(A.2.2) materiale semiconductoare cu conductibilitate ionica;

(A.2.3) materiale semiconductoare cu conductibilitate mixta.

Elementele semiconductoare de baza sunt: germaniul (Ge), siliciul (Si) si seleniul (Se).

Domeniul de utilizare al semiconductoarelor este foarte vast: electronica; tehnica de calcul; automatizarea si conducerea asistata de calculator a proceselor (microprocesoare uP + sisteme de calcul PC + automate programabileAP).

In prezent se constata o penetrare a informaticii in toate domeniile vietii sociale si ale industriei.

A.3 Materiale electroizolante

Rezistivitatea electrica a acestor materiale este foarte mare: Practic, aceste materiale nu conduc curentul electric.

A.3.1 Clasificarea materialelor electroizolante dupa starea fizica si natura chimica:

(1). materiale electroizolante solide:

- materiale electroizolante solide anorganice:

o naturale: marmura, mica, azbest;

o sintetice (fabricate din dielectrici anorganici naturali): produse din mica, sticla, portelan.

- materiale electroizolante solide organice:

o naturale: lemn, colofoniu, bumbac, matase, in, etc.

o sintetice: polietilena, rasini fenolformaldehidice (bachelitele), parafina, etc.

(2). materiale electroizolante lichide:

o naturale: ulei de in, ulei de cablu, ulei de transformator, uleiuri

minerale;

o sintetice: lacuri, emailuri, uleiuri siliconice.

(3). materiale electroizolante gazoase:

o naturale: aer, azot, CO2, argon;

o sintetice: hexafluorura de sulf (SF6).

A.3.2 Clasificarea materialelor electroizolante dupa criteriul rezistentei termice

(stabilitate termica) sau temperatura de utilizare

Durata de functionare a produselor electrotehnice si electronice este influentata de multi factori (temperatura, solicitari mecanice si electrice, conditii de mediu, actiunea unor agenti chimici, etc), insa cel mai important factor este temperatura limita de functionare.

Din acest motiv, stabilitatea termica este un indicator foarte important in dimensionarea masinilor electrice, a aparatelor electrice/electronice si a instalatiilor electrice.

Stabilitatea termica a unui material electroizolant este capacitatea acestuia de a indeplini functiile pentru care este utilizat, in conditiile solicitarilor termice din serviciu,