Стали и сплавы в электротехнике и электронике
Ход чтения

Стали и сплавы в электротехнике и электронике: типы, свойства и характеристики

Современные технологии требуют использования специальных сталей и высококачественных сплавов, обеспечивающих долговечность, надёжность и эффективность работы электротехнических и электронных устройств. Эти материалы применяются в самых разных сферах — от бытовой техники до сложных промышленных систем.

В электротехнике их используют в трансформаторах, генераторах, электродвигателях, значительно сокращая энергетические потери и повышая эффективность работы оборудования.

В электронике они нужны для изготовления корпусов приборов, печатных плат, радиаторов охлаждения, а также других компонентов, где важны теплопроводность, износостойкость и стабильность при температурных эксплуатации.

Основные свойства 

Для эффективного использования металлов в электротехнической и электронной сфере необходимо учитывать их ключевые физические и механические свойства:

  • Электрическое сопротивление — определяет способность материала проводить ток. Для проводников (например, медных или алюминиевых) важна низкая сопротивляемость, тогда как для резисторов требуются материалы с высоким электрическим сопротивлением.
  • Теплопроводность — определяет способность материала отводить тепло. Высокая теплопроводность важна для радиаторов охлаждения, процессоров, силовых транзисторов и трансформаторов. Медные и серебряные сплавы обладают высокой теплопроводностью, тогда как изоляционные материалы — низкой.
  • Магнитные свойства — включают магнитную проницаемость, коэрцитивную силу и потери на гистерезис. Эти свойства особенно важны для трансформаторов, реле и электродвигателей. Например, для минимизации потерь, вызванных намагничиванием и размагничиванием, в сердечниках трансформаторов используют специальные кремнистые стали.
  • Прочность и износостойкость — механическая прочность, твердость и устойчивость к вибрациям важны для компонентов, которые подвергаются значительным механическим нагрузкам, например, в роторных системах электродвигателей или в подвижных частях генераторов.
  • Тепловая стабильность и температурный коэффициент расширения — особенно важны для высокотемпературных устройств, таких как термические датчики или нагревательные элементы. Например, инвар (сплав с низким коэффициентом линейного расширения) используется в конструкциях, где недопустимы даже минимальные температурные деформации.

Выбор материала с оптимальными физическими характеристиками для конкретного применения в электронике позволяет обеспечить высокую производительность, надёжность и долговечность компонентов.

Электротехнические стали

Специальные материалы, которые занимают центральное место в производстве различной электроники и электротехнических устройств, преобразующих и передающих электрическую энергию. Эти стали обладают особыми магнитными свойствами, позволяющими снизить потери энергии и повысить КПД электрических двигателей, усилителей, реле и другого оборудования.

Основные свойства

Высокая магнитная проницаемость

Электротехнические стали способны легко намагничиваться и размагничиваться, что позволяет им эффективно передавать и преобразовывать электрическую энергию.

Низкие потери на гистерезис

При каждом цикле намагничивания и размагничивания за счет вихревых токов теряется часть магнитной энергии. Электротехнические стали имеют низкие потери на гистерезис, что снижает нагрев и повышает эффективность сердечников при работе как в прямом, так и в обратном направлении.

Низкая коэрцитивная сила

Для размагничивания материалов нужно воздействие внешнего магнитного поля. И чем выше сопротивляемость материалов такому воздействию, тем сложнее изменить их магнитную индукцию. Электротехнические стали обладают низкой коэрцитивной силой, что облегчает процесс намагничивания и размагничивания.

Изотропные характеристики

Электротехнические стали должны иметь одинаковые свойства во всех направлениях, чтобы обеспечить равномерное распределение магнитного поля.

Типы электротехнических сталей

В зависимости от химического состава и способа обработки электротехнические стали могут относиться к одному из следующих типов:

  • Трансформаторные стали. Содержат 2–4% кремния, благодаря чему они обладают высокими магнитными свойствами и низкими потерями на вихревые токи. Используются в сердечниках трансформаторов для передачи электроэнергии.
  • Релейные стали. Используются в контакторах и реле для управления электрическими цепями. Для них важна высокая магнитная индукция насыщения и низкая коэрцитивная сила.
  • Сплавы для магнитных усилителей. Применяются для усиления слабых электрических сигналов. Они должны обладать высокими магнитными свойствами и низким уровнем шума.
  • Динамные стали. Применяются в роторных и статических частях генераторов и двигателей для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. Обладают высокой прочностью и хорошей магнитной проницаемостью.

Магнитно-мягкие и магнитно-твердые материалы

Магнитно-мягкие сплавы

Эти материалы легко намагничиваются и размагничиваются. Они обладают высокой магнитной проницаемостью и низкими потерями на гистерезис, что делает их идеальными для использования в устройствах, где требуется эффективное преобразование электрической энергии в магнитную и наоборот. Примерами магнитно-мягких материалов являются железо-никелевые и железо-кобальтовые сплавы.

Области применения:

  • Трансформаторы. Используются для передачи электрической энергии и обеспечивают эффективное преобразование напряжения и тока.
  • Электромоторы и генераторы. Преобразуют электрическую энергию в механическую и наоборот, что позволяет двигателям вращаться, а генераторам производить электричество.

Магнитно-твердые сплавы

Обладают высокой коэрцитивной силой и остаточной индукцией, то есть могут сохранять свою намагниченность даже после удаления внешнего магнитного поля. Применяются в тех случаях, когда требуется сохранение намагниченности в течение длительного времени, например, в производстве постоянных магнитов.

Области применения:

  • Постоянные магниты. Сплавы сохраняют свою намагниченность в течение долгого времени, что позволяет использовать их для изготовления постоянных магнитов. Применяются в электродвигателях, генераторах, магнитных левитационных системах и других устройствах.
  • Хранилище данных. Ряд магнитно-твердых материалов используется в качестве носителей информации в некоторых типах устройств хранения данных.
  • Датчики. Материалы, плохо подвергающиеся воздействию внешнего магнитного поля, часто используются в датчиках для определения положения, скорости и направления движения.

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением

Материалы с высоким электросопротивлением характеризуются стабильностью свойств при изменении температуры и других условий. Они используются в электронике и электротехническом оборудовании, где нужно точно управлять электрическими параметрами.

Примеры применения:

  • Нагревательные элементы — обеспечивают равномерный нагрев и точное регулирование температуры. Это особенно важно в таких областях, как медицина, промышленность и научные исследования.
  • Резисторы — применяются для точного контроля электрического сопротивления. Это позволяет создавать резисторы с заданными характеристиками, что необходимо для разработки современных электронных схем.
  • Термометры сопротивления — из прецизионных сплавов изготавливают чувствительные элементы, которые реагируют на изменения температуры. Стабильность свойств позволяют получать точные измерения вне зависимости от эксплуатационных условий.
  • Датчики давления — прецизионные сплавы могут использоваться для изготовления компонентов, которые преобразовывают механическое давление в электрический сигнал. Высокая точность и стабильность материалов обеспечивают надежную работу датчиков.

ПЗПС выпускает ряд материалов с высоким электросопротивлением, в том числе сплавы марок Х20Н80 и Х15Н60. У нас вы можете купить холоднокатаную ленту из нихрома, изготовленную по ГОСТ 12766.2-90, а также по ТУ заказчиков.  

Прецизионные сплавы с заданным ТКЛР

Материалы с заданным температурным коэффициентом расширения обладают особыми свойствами, включая стабильность характеристик при значительном изменении температурных условий эксплуатации. Используются в различных областях электротехники и электроники, где требуется точное управление температурными параметрами.

В микроэлектронных устройствах, таких как интегральные схемы и микрочипы, из прецизионных сплавов создают компоненты, выдерживающие высокие температуры без деформации или изменения размеров. Это обеспечивает точность и надежность работы устройств. Например, инвар (36Н) широко применяется в микроэлектронике и точных оптических приборах, где важна устойчивость к деформациям.

Прецизионные сплавы производства ПЗПС

На ПЗПС можно купить:

Наше предприятие также предлагает изготовление сталей и сплавов по индивидуальным требованиям заказчиков. Вся продукция соответствует современным стандартам качества и проходит строгий контроль на каждом этапе производства. Свяжитесь с нами для консультации и оформления заказа. Наши специалисты помогут выбрать оптимальное решение для вашего проекта и подробно ответят на интересующие вас вопросы.

Продукция завода от 1 кг, сделайте пробный заказ сейчас.