Juhtiv raud ja teras

Looduses on raud hapnikuga erinevates ühendites (FeO, Fd2O3 jne). Keemiliselt puhast rauda on nendest ühenditest äärmiselt raske eraldada. Elektriliste ja magnetiliste omaduste poolest on keemiliselt puhas raud lähedane elektrolüütilise meetodiga lisanditest puhastatud rauale (elektrolüütiline raud). Elektrolüütilise raua lisandite koguhulk ei ületa 0,03%.

Peamised raua lisandid on: hapnik (O2), lämmastik (N2), süsinik (C), väävel (C), fosfor (P), räni (Si), mangaan (Mn) ja mõned teised. Enamik lisandeid siseneb rauda maagist ja kütusest.

Räni ja mangaan lisatakse spetsiaalselt rauda deoksüdeerijatena. Need ühinevad kergesti hapnikuga ja moodustavad oksiide, mis sulas rauas (terases) hõljuvad räbu kujul pinnale ja eemaldatakse. See parandab teraste mehaanilisi omadusi, kuid jäädes vähesel määral terasesse, vähendavad need selle elektrijuhtivust.

Väävel ja fosfor on kahjulikud lisandid. Maagist ja kütusest rauda ja terasesse sattudes põhjustavad need teraste haprust.Gaasid (lämmastik ja hapnik) on samuti kahjulikud lisandid, kuna need halvendavad raua ja terase elektrilisi ja magnetilisi omadusi.

Raua elektrijuhtivust järsult vähendav lisand on süsinik. Raua ja süsiniku sulameid nimetatakse terasteks. Terased sisaldavad lisaks süsinikule ka muid elemente, mida sisestatakse spetsiaalselt teatud omaduste saamiseks (legeerivad elemendid).

Raua tehnilisteks omadusteks on madala süsinikusisaldusega terased, mille süsinikusisaldus varieerub vahemikus 0,01–0,1%. Konstruktsiooniterastes on süsinikku 0,07–0,7% ning tööriista- ja muudes spetsiaalsetes (legeer)terastes - 0,7–1,7%.

Raud ja teras — kõige odavamad ja kättesaadavamad kõrge mehaanilise tõmbetugevusega juhtivad materjalid, kuid nende kasutamist piiravad järgmised puudused.

Raud ja teras on madala korrosioonikindlusega, see tähendab, et need oksüdeeruvad õhu käes kergesti - roostetavad. Lisaks on neil tõstetud vastupanu (p = 0,13 — 0,14 oomi x mm2 / m) võrreldes vase ja alumiiniumiga. Raua ja terase elektritakistus vahelduvvoolule suureneb oluliselt, kuna raud ja teras on magnetilised materjalid… Seetõttu nihkub vool suures osas juhi keskosast selle pinnale (pinnaefekt).

Selle efekti ja vahelduvvoolu elektritakistuse vähendamiseks püütakse kasutada võimalikult madala magnetilise läbilaskvusega teraseid.

Terastraadi tootmiseks kasutatakse terast süsinikusisaldusega 0,10 kuni 0,15%, millel on järgmised omadused: tihedus 7,8 g / cm3, sulamistemperatuur 1392 — 1400OС, maksimaalne tõmbetugevus 55 — 70 kg / mm2, suhteline pikenemine 4–5%, takistus 0,135–146 oomi hmm2 / m, temperatuuri takistustegur α = +0,0057 1 / °C.

Et kaitsta neid atmosfääri korrosiooni eest, kaetakse terastraadid õhukese vase- või tsingikihiga (0,016 — 0,020 mm).

Terastraati ja -vardaid kasutatakse ka südamikuna bimetallist juhtmedpakkudes olulist kokkuhoidu juhtivast vasest. Bimetalljuhte kasutatakse elektriseadmetes (noa võtmed, kontaktorid jne).

Riis. 1. Bimetalltraadi ristlõige

Riis. 2. Bimetallist teras-alumiiniumtraadi ristlõige: 1 — alumiiniumtraat, 2 — terastraat

Kõrge mehaanilise tõmbetugevusega (130–170 kg / mm2) tsingitud terastraati kasutatakse teras-alumiiniumtraatide südamikuna nende mehaanilise tõmbetugevuse suurendamiseks.