Исследование свойств проводящих сплавов
ОТЧЕТ
О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №2
Исследование
свойств проводящих сплавов
по
курсу: Материаловедение
Санкт-Петербург
2015
Цель работы: изучение закономерностей изменения
электрических свойств, двухкомпонентных сплавов в зависимости от их состава.
Схема установки:
Установка состоит из блока измерения (БИ), где
расположены источник питания +12В, блок измерения температуры (БИТ), термостат,
с установленными в нем образцами,
вентилятор для принудительного охлаждения
образцов, индикация режимов работы и температуры, средства коммутации
(переключатели номера образца, режима работы, включения сети, включения
термостата и принудительного охлаждения), а также RLC-блока, позволяющего
измерить сопротивление всех образцов в реальном времени, согласно полученному
заданию.
Рисунок 1-Внешний вид и схема измерения
лабораторной работы
Рабочие формулы, пояснения, примеры расчета.
Рабочие формулы:
Удельное электрическое сопротивление проводника
конечной длины L и поперечного сечения S выражается известной зависимостью
Величина, оценивающая рост
сопротивления материала при изменении температуры на один градус, получила
название температурного коэффициента электрического сопротивления ТКС:
где R1- сопротивление образца,
измеренное при температуре T1; R2- сопротивление того же образца, измеренное
при температуре T2.
Примеры расчета:
Рассчитаю удельное электрическое
сопротивление проводника по формуле:
Вывод
сплав сопротивление материал
К первой группе относят такие сплавы, компоненты
которых А и В неограниченно растворяются друг в друге, постепенно заменяя друг
друга в узлах кристаллической решетки, образуют непрерывный ряд твердых
растворов от одного чистого компонента сплава до другого. Любой сплав этого
типа в твердом состоянии является однофазным, состоит из одинаковых по составу
зерен данного твердого раствора. Система медь-никель Cu-Ni является сплавом
твердого раствора. Ко второй группе относятся сплавы, компоненты которых
практически не растворяются друг в друге, каждый из компонентов образует свое
собственное зерно. Сплав в твердом состоянии является двухфазным; такие сплавы
получили название механических смесей. Системы медь-серебро Cu-Ag -сплав
механических смесей.
При образовании сплавов типа механических смесей
свойства меняются линейно (аддитивно) и являются средними между значениями
свойств чистых компонентов. При образовании сплавов типа твердых растворов
свойства меняются по кривым с максимумом и минимумом.
В работе изучаются две системы сплавов: система
Cu-Ni, где компоненты сплавов (медь и никель) удовлетворяют всем условиям
неограниченной растворимости друг в друге в твердом состоянии, поэтому любой из
сплавов в этом системе после окончания кристаллизации будет однофазным твердым
раствором, и система Cu-Ag, компоненты которой (медь и серебро) не
удовлетворяют условиям неограниченной растворимости, их растворимость невелика
даже при высоких температурах (не превышает 10%), а при температурах ниже 3000С
настолько мала, что можно считать, что она отсутствует, и любой сплав состоит
из механической смеси зерен меди и серебра.
Закон Нордгейма довольно точно описывает
изменение удельного сопротивления непрерывных твердых растворов в том случае,
если при изменении состава не наблюдается фазовых переходов и ни один из их
компонентов не принадлежит к числу переходных или редкоземельных элементов. Таким
твердым раствором и является смесь Cu-Ag.
Закон Нордгейма: для многих двухкомпонентных
сплавов изменение ρост в
зависимости от состава хорошо описывается параболической зависимостью вида
,
где ρост -
остаточное сопротивление, связанное в рассеянием электронов на неоднородностях
структуры сплава, C- константа, зависящая от природы сплава; xa и xв - атомные
доли компонентов в сплаве.
Из закона следует, что в бинарных
твердых растворах А - В остаточное сопротивление увеличивается как при
добавлении атомов В к металлу А (твердый раствор α), так и при
добавлении атомов А к металлу B (твердый раствор β), причем это
изменение характеризуется симметричной кривой. В непрерывном ряду твердых
растворов удельное сопротивление тем больше, чем дальше по своему составу сплав
отстоит от чистых компонентов. Остаточное сопротивление достигает своего
максимального значения при равном содержании каждого компонента (xa = xв =
0,5).
Иначе ведут себя твердые растворы,
компонентами которых являются металлы переходной группы, каким и является смесь
Cu-Ni. В этом случае при высоких концентрациях компонентов наблюдается
существенно-большая величина остаточного сопротивления, что связано с переходом
части валентных электронов на внутренние незаполненные d - оболочки атомов
переходных металлов. Кроме того, в подобных сплавах максимальное ρ часто
соответствует концентрациям, отличным от 50%.
Чем больше удельное сопротивление
сплава, тем меньше его αρ.
Это
вытекает из того, что в твердых растворах ρост, как правило, существенно
превышает ρт и не
зависит от температуры.
Таким образом, ТКС понижается, а ρ повышается
по параболе при увеличении Cu и уменьшении Ag в сплаве Cu-Ag. В составе сплавов
для системы Cu-Ni ТКС понижается, а потом повышается (по параболе), а ρ сначала
возрастает, а потом убывает (по параболе) при уменьшении Cu и увеличении Ni.