Место дисциплины в учебном процессе

Стр 1 из 14Следующая ⇒

Методические указания к изучению

Дисциплины

Конструкционные и

Электротехнические материалы»

Для студентов очной и заочной форм обучения

по специальностям:

1- 36 04 021 «Промышленная электроника»

1- 39 02 01 «Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств»

1- 43 01 03 «Электроснабжение (по отраслям)»

Разработал:

доцент каф. Э и ЭТ, к.т.н. Ю.Г. Грозберг

Г.

ВВЕДЕНИЕ

Цели и задачи изучения предмета. Значение предмета и его связь с другими специальными предметами.

Современный научно-технический прогресс неразрывно связан с разработкой и освоением новых материалов. Именно материалы стали ключевым звеном, определяющим успех многих инженерных решений при создании электротехнического оборудования и электронной аппаратуры. Поэтому изучению материалов отводится значительное место.

Программой предмета «Материалы и компоненты электронной техники» предусматривается изучение свойств, областей применения, способов получения конструкционных и электротехнических материалов, применяемых в электротехнических устройствах.

Дисциплина «Материалы и компоненты электронной техники» относится к группе общепрофессиональных дисциплин в подготовке инженеров по специальностям 1- 36 04 02 «Промышленная электроника», 1 – 39 02 01 «Моделирование и компьютерное проектирование РЭС» и входит в блок предметов, связанных с разработкой и проектированием электротехнических устройств и изделий радио-и промышленной электроники.

Цель и задачи дисциплины.

1.1. Основной целью преподавания дисциплины является:

дать студентам основы электротехнического материаловедения, привить навыки выбора материалов для конкретных применений в электротехнических устройствах, изделиях радио-и промышленной электроники.

1.2. Задачи изучения дисциплины

Определяются требованиями к подготовке инженеров по радиоэлектронике и включают приобретение следующих компетенций:

– изучение студентами основ материаловедения, классификации материалов и их основных свойств, принципов подбора материалов для конкретных применений;

– привитие студентам навыков научного подхода к выбору и использованию материалов при производстве электротехнических изделий;

– ознакомление студентов с методами и средствами измерения характеристик электротехнических материалов.

– ознакомление с основными электротехническими материалами;

– усвоение студентами механических, физико-химических, технологических и эксплуатационных свойств основных конструкционных и электротехнических материалов, применяемых при производстве электротехнических изделий;

– изучение влияния внешних факторов на электрофизические параметры материалов;

– ознакомление с новыми электроматериалами и перспективами их применения.

Для достижения поставленной цели и решения поставленных задач в результате изучения дисциплины «Материалы и компоненты электронной техники» студенты должны:

· иметь представление:

– об особенностях применения электротехнических материалов в устройствах и аппаратах для передачи, распределения и преобразования электроэнергии;

– о существующих направлениях и перспективах разработки новых материалов для систем электроснабжения;

· знать:

– механические, электрические и тепловые свойства проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов;

– принципы подбора материалов для электротехнических изделий;

– принципиальные пути управления свойствами материалов;

· уметь:

– определять и анализировать параметры и характеристики электротехнических материалов с целью получения оптимальных режимов работы электрооборудования;

– выбирать электротехнические и конструкционные материалы для конкретных условий эксплуатации;

· уметь анализировать:

– возможность улучшения свойств существующих материалов;

– возможность изменения свойств и характеристик материалов в различных условиях эксплуатации;

· приобрести навыки:

– в исследовании основных электрофизических параметров электротехнических изделий;

– в использовании материалов для конкретного применения в изделиях электронной техники;

· владеть:

– методами измерения характеристик электротехнических материалов;

· иметь опыт:

– работы с измерительными приборами;

– исследования основных электрофизических параметров электротехнических материалов.

Место дисциплины в учебном процессе

Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для изучения данной дисциплины:

– высшая математика (дифференциальное и интегральное исчисление);

– физика (молекулярная физика, термодинамика, электростатика, электромагнетизм, волновая оптика, элементы атомной физики, квантовой механики и квантовой статистики).

– химия (строение атома, строение молекул, поляризация молекул и ионов, строение твердого вещества, органические и неорганические соединения, группы периодической системы).

Рассматриваемая дисциплина является базовой для изучения курсов «Электрические машины», «Электрические аппараты», «Конструирование РЭС», «Технология РЭУ и моделирование технологических систем», Типовые компоненты и датчики КДС».

Раздел 1. Электротехнические материалы

Тема 1. Классификация и основные свойства электротехнических материалов

Материалы, используемые в электронной технике, подразделяют на электротехнические, конструкционные и специального назначения.

Электротехническиминазывают материалы, характеризуемые определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учетом этих свойств.

Практически, различные материалы подвергаются воздействиям как отдельно электрических или магнитных полей, так и их совокупности. По поведению в магнитном поле электротехнические материалы подразделяют на сильномагнитные(магнетики) и слабомагнитные.Первые нашли особенно широкое применение в технике благодаря их магнитным свойствам.

По поведению в электрическом поле материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические.

Проводниковыми называют материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная электропроводность. Их применение в технике обусловлено в основном этим свойством, определяющим высокую удельную электрическую проводимость при нормальной температуре.

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. Реальный диэлектрик тем более приближается к идеальному, чем меньше его удельная проводимость и чем слабее у него выражены замедленные механизмы поляризации, связанные с рассеиванием электрической энергии и выделением теплоты.

Полупроводниковыми называют материалы, являющиеся по удельной проводимости промежуточными между проводниковыми и диэлектрическими материалами и отличительным свойством которых является сильная зависимость удельной проводимости от концентрации и вида примесей или различных дефектов, а также в большинстве случаев от внешних энергетических воздействий (температуры, освещенности и т. п.).

Большинство электротехнических материалов можно отнести к слабомагнитным или практически немагнитным. Однако и среди магнетиков следует различать проводящие, полупроводящие и практически непроводящие, что определяет частотный диапазон их применения.

вые материалыры металлов и сплавов.

ие рисунки, графики, диаграммы;Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ < 10^-5 Ом·м, а к диэлектрикам — материалы, у которых ρ > 10⁸Ом·м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10^-8 Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 10¹⁶ Ом·м.

Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10^-5—10⁸ Ом·м.

При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов.

Пассивныесвойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, т. е. с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.

Активными(управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей в лазерной технике, электреты и др.

Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причем двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства.

Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Четкую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников.

Здесь также следует выделить целый громадный класс материалов не по признаку их функционирования, а по составу. Это композиционные материалы.

Композиционные материалы -материалы, состоящие из нескольких компонент, выполняющих разные функции, причем между компонентами существуют границы раздела.

Примеры композиционных материалов - стеклопластик (стержни и трубы), стеклотекстолит листовой, материалы для контактов (смеси электропроводного и тугоплавкого металлов). Сочетание двух или более материалов позволяет использовать сильные стороны каждого из материалов. При этом свойства композита, далеко не всегда являются промежуточными между свойствами компонентов. В ряде случаев улучшаются характеристики, либо появляется материал с принципиально новыми характеристиками.

Совокупность научно-технических знаний о физико-химической природе, методах исследования и изготовления различных материалов составляет основу материаловедения, ведущая роль которого в настоящее время широко признана во многих областях техники и промышленности. Успехи материаловедения позволили перейти от использования уже известных к целенаправленному созданию новых материалов с заранее заданными свойствами.

Стихийными материаловедами были еще древние люди, например, научившиеся делать каменные наконечники или топоры из определенных камней со слоистой структурой. Технический прогресс человечества во многом основан на материаловедении. В свою очередь технический прогресс дает новые возможности, методы, приборы для материаловедения, позволяет создавать новые материалы.

Практика постоянно предъявляет все более жесткие и разнообразные требования к свойствам и сочетанию свойств у материалов. Соответственно растет количество и номенклатура материалов. В настоящее время число наименований материалов, применяемых в электротехнике для различных целей, составляет несколько тысяч.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 661; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!