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 +12 В, 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:

Рассчитаем ТКС 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-Agсплав 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 сост в зависимости от состава хорошо описывается параболической зависимостью вида

где сост — остаточное сопротивление, связанное в рассеянием электронов на неоднородностях структуры сплава, Cконстанта, 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 б), так и при добавлении атомов, А к металлу B (твердый раствор в), 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 с часто соответствует концентрациям, отличным от 50%.

Чем больше удельное сопротивление сплава, тем меньше его бс. Это вытекает из того, что в твердых растворах сост, как правило, существенно превышает ст и не зависит от температуры.

Таким образом, ТКС понижается, а с 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 с сначала возрастает, а потом убывает (по параболе) при уменьшении Cu и увеличении Ni.