Электрические и магнитные свойства материалов

Экзменационные билеты по дисциплине

Материаловедение

Достижения в области получения новых электротехнических и конструкционных материалов.

Поверхности деталей отделывают со снятием или без снятия слоя материала (стружки). Отделку со снятием слоя осуществялют тонким точением, шлифованием, хонингованием, суперфинишированием, доводкой, полированием. Отделку без снятия стружки выполняют чистовой обработкой пластическим деформированием – обкатывание и раскатывание валов и отверстий, дорнование, волочение, калибрование. Применение инструмента из синтетических и природных алмазов позволяет повысить чистоту и точность обработки.

Тонкое (алмазное) точение, шлифование. Процесс тонкого наружного точения алмазными и твердосплавными резцами характеризуется высокой скоростью резания (v>100 об/мин), небольшой глубиной резания (0.05-0,3 мм), и подачей (0,02-0,5 мм/об). Обрабатываемая при таких режимах деталь практически не имеет деформаций от усилий резания и зажима и тепловыделения, дефектный слой при этом небольшой. Обработку ведут на станках повышенной и высокой скорости. Станки должны быть высокоскоростными и иметь малые значения продольной и поперечной подач.

При алмазном точении достигают высокой точности обработки. В радиоприборостроении алмазное точение применяют при обработке деталей из алюминиевых сплавов, меди, латуни, бронзы, баббита, резины, эбонита. В виду хрупкости алмазов обработку ведут на станках с повышенной жесткостью.

Тонкое шлифование в отличие от обычного шлифования ведут при малой глубине резания, что обеспечивает получение точности размеров. Глубина резания при тонком шлифовании не превышает 5 мкм, а подача – не более 0,03-0,17 м/с, скорость резания увеличивают до 40 м/с и более. Тонким шлифованием обрабатывают детали диаметорм от 7 до 1500 мм при длине 200-300 мм.

Хонингование применяют главным образом для отделочной обработки сквозных и глухих цилиндрических отверстий после протягивания, развертывания, чистового растачивания деталей из стали, цветных металлов и трудно обрабатываемых сплавов. Хонингование ведут на горизонтальных и вертикальных хонинговальных станках и полуавтоматах при давлении брусков на обрабатываемую поверхность 0,5-20 кгс/см2 и скорости резания в 20-40 раз меньшей, чем при шлифовании.

Суперфиниширование – это особо тонкая отделочная обработка поверхностей при помощи мелкозернистых абразивных или алмазных брусков, совершающих сложное рабочее движение. Особенностью сепрфиниширования является возвратно-поступательное движение (осциллирующее) движение брусков с амплитудой колебания 1,5-6 мм при частоте колбаний 250-1000 двойных ходов/мин. Сложное движение брусков относительно обрабатываемой поверхности детали способствует лучшему использованию режущей способности алмазных (абразивных) зерен. Его чаще всего применяют для обработки наружных цилиндрических, конических и торцовых поверхностей.

Доводка – это процесс отделочной обработки деталей при помощи свободного абразива в среде смазки, нанесенного на поверхность инструмента (притира). Доводка осуществляется при малых скоростях и переменном направлении рабочего движения притира или обрабатываемой детали. Она является заключительной операцией при обработке наружных, внутренних, цилиндрических, сферических, плоских поверхностей высокоточных деталей, изготовленных из твердых сплавов, кварца, кремния, ситаллов, керамики.

Электрические и магнитные свойства материалов.

В зависимости от электрических свойств все вещества относят к диэлектрикам, проводникам и полупроводникам. Различие между диэлектриками, проводниками и полупроводниками наиболее наглядно можно показать с помощью энергетических диаграмм зонной теории твердых тел.

По магнитным свойствам материалы подразделяются на слабомагнитные (диамагнетики и парамагнетики) и сильномагнитные (ферромагнетики).

Энергетические диаграммы диэлектриков, полупроводников и проводников различны (рисунок 1).

Диэлектриками являются материалы, у которых запрещенная зона настолько велика, что электронной электропроводности в обычных случаях не наблюдается.

Полупроводниками являются материалы с более узкой запрещенной зоной, которая может быть преодолена за счет внешних энергетических воздействий. Так как при отсутствии в полупроводнике свободных электронов (при нуле Кельвина) приложенная к нему разность электрических потенциалов не вызовет тока. Если при внешнем энергетическом воздействии энергия достаточна для переброса электронов через запрещенную зону, то электроны, став свободными, смогут перемещаться под действием электрического поля, создавая электронную электропроводность полупроводника.

Проводниками будут материалы, у которых заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне свободных энергетических уровней или даже перекрывается ею.

Вследствие этого электроны в металле свободны, то есть могут переходить с уровней заполненной зоны на незанятые уровни свободной зоны под влиянием слабой напряженности приложенного к проводнику электрического поля.