Clasificacion de los Materiales No Conductores

Los materiales no conductores se clasifican de acuerdo al nivel de temperatura máxima que pueden soportar…

clasificacion materiales NO conductoresLos Materiales no Conductores se clasifican, según las últimas normas del Comité Electrotécnico Internacional, en distintas clases teniendo en cuenta los valores máximos de temperatura  admisible:

  • Clase Y: temperatura máxima de funcionamiento 90ºC; algodón, seda y papel y sus derivados, sin impregnación.
  • Clase A: temperatura máxima 105ºC; algodón, seda y papel y sus derivados, convenientemente impregnados, recubiertos o sumergidos enun líquido aislante, por ejemplo, aceite.
  • Clase E: temperatura máxima 120ºC, materiales, simples o compuestos, con estabilidad térmica adecuada para actuar a dicha temperatura.
  • Clase B: temperatura máxima 130ºC; amianto, mica7, fibra de vidrio y sus derivados con la adición de aglomerantes apropiados.
  • Clase F: temperatura máxima 155ºC; amianto, mica, fibra de vidrio con los aglomerantes adecuados para soportar dicha temperatura.
  • Clase H: temperatura máxima 180ºC; elastómeros8de siliconas9, amianto, mica, fibra de vidrio, con resinas de siliconas como aglomerante.
  • Clase C: temperatura de funcionamiento superior a 180ºC; mica, materiales cerámicos, vidrio, cuarzo con aglomerantes inorgánicos o sin ellos.

Materiales No Conductores – Colección

Materiales Conductores para Contactos Electricos

Características que deben cumplir los materiales para contactos eléctricos y su clasificación según estas.

Continuamos con la serie de artículos referidos a los Materiales Conductores empleados en la electrónica.

La expresión contacto eléctrico implica la unión entre conductores. En el caso ideal el contacto no debe modificar las características del circuito electronico,  no debe introducir capacidad, inductancia o resistencia apreciable.
Normalmente la capacidad y la inductancia correspondiente a la unión son despreciables, y el problema se reduce a mantener la resistencia de contacto tan baja como sea posible.

Las principales características de un material ideal para contactos eléctricos son:

  • Elevado conductividad térmica.
  • Elevada conductividad eléctrica.
  • Elevada resistencia a la corrosión.
  • Baja resistencia superficial.
  • Resistencia a soldarse.
  • Resistencia mecánica.
  • Resistencia al arco.
  • Bajo Costo.
  • Alto punto de fusión.

Esta de más decir que no existe material alguno que pueda cumplir con todos estos requisitos simultáneamente, por lo que se agrupan a los materiales sólidos para contacto eléctricos en clases.

Materiales de Alta Conductividad

Pertenecen a este grupo la plata y algunas aleaciones de la misma. La principal ventaja de la plata en este caso, es su elevada conductividad térmica y eléctrica; y sus principales desventajas son su bajo punto de fusión, su dureza relativamente pequeña, su tendencia a picarse y su tendencia a formar una capa superficial sulfurosa y de alta resistencia de contacto. Estos inconvenientes se solucionan, en gran medida, aleándola con otros materiales como: cobre, cadmio, zinc, magnesio, hierro, platino, paladio, etc.

Materiales Duros, Refractarios o Resistentes al Arco

Pertenecen a este grupo el molibdeno y el tungsteno, materiales que poseen una elevada resistencia al arco (por estas circunstancias se denominan refractarios). Los contactos hechos con estos materiales se emplean para operaciones continuas o muy frecuentes, y para corrientes del orden de 5 a 10 amperes. Su dureza permite presiones mecánicas muy elevadas. Presenta el inconveniente de tender a formar óxidos de alta resistencia eléctrica, pero esto puede ser superado con presiones de contactos elevadas, con cierres deslizantes, efecto del martilleo o empleando circuitos de protección auxiliares para reducir o suprimir el arco.

Materiales de Alta Conductividad Resistentes al Arco

Son aleaciones de tungsteno y molibdeno logradas según la metalurgia de los polvos metálicos. Esta técnica se usa debido a la dificultad de fundir dichos metales, y consiste en moldear, hornear y luego aglomerar a elevada temperatura y en atmósferas especiales los polvos metalúrgicos componentes de la aleación. Por ej: tungsteno–plata, plata–molibdeno, plata–carburo de tungsteno, plata–carburo de molibdeno, cobre–tungsteno, cobre–carburo de tungsteno, etc, aleaciones que tienen en su composición también pequeñas cantidades de: níquel, hierro, grafito, etc.

Pueden distinguirse tres tipos según la composición:

  • Con entre 10 y 30% de material de alta conductividad (Ag o Cu).
  • Con cantidades iguales de materiales refractarios y de alta conductividad.
  • Con entre 10 y 30% de material refractario.

Los primeros se emplean en contactos para regímenes severos de trabajo; los segundos cuando además de las condiciones relativamente severas de trabajo, deben tenerse en cuenta largos períodos de funcionamiento sin un aumento excesivo de temperatura; y los últimos, en contactos para regímenes livianos de trabajo, reemplazando muchas veces a aleaciones de plata.

Materiales de Alta Resistencia a la Corrosión

Pertenecen a este grupo, metales nobles como el oro, el platino y el paladio. Los contactos hechos con estos metales se utilizan solamente en aplicaciones sensibles, especialmente cuando los contactos pueden estar sometidos a la contaminación del ambiente, con la consecuente corrosión o formación de películas superficiales. Se emplean con corrientes reducidas y con presiones entre los contactos muy bajas.
Aunque algunos de estos metales suelen usarse solos, en general, por ser blandos, se usan aleados con otros elementos como: iridio, osmio, rutenio, rodio y muchas veces también plata, cobre, níquel, hierro, etc.

Ref: Apunte de clase. Tecnologia Electronica. UTN FRC

Materiales Conductores

Tipos de Materiales Conductores

Los materiales conductores pueden clasificarse en dos grupos: Materiales de alta conductividad (baja resistividad), y Materiales de alta resistividad (baja conductividad).

Al primer tipo corresponden materiales que se emplean, fundamentalmente, para transportar corriente eléctrica con baja perdida, por ej cobre, plata, aluminio y ciertas aleaciones como el bronce.
El segundo grupo está compuesto por materiales que se emplean, cuando se necesita producir una caída de potencial, por ej. se los emplea para la construcción de resistores, lamparas incandescentes, etc.

Materiales Conductores de Alta Conductividad

Los materiales de alta conductividad mas típicos son: la plata (ρ=0,016), cobre (ρ=0,0172 a 0,0175) y el aluminio (ρ=0,026 a 0,028).

  • Plata (ρ=0,016 ; α=0.036)

La plata es, de los materiales conocidos, el más conductor (un 10% más que el cobre que ocupa el segundo lugar), pero su uso como material eléctrico es muy limitado debido a su elevado costo. Se encuentra en la naturaleza bajo la forma de: sulfuros, cloruros o plata nativa; para obtener plata químicamente pura, una vez elaborada, se la refina por vía generalmente electrolítica.

La plata es un material muy maleable y dúctil, que puede soldarse a sí misma por martilleo (batido), a una temperatura inferior a la de fusión (temperatura de fusión: 960ºC); su dureza no es muy elevada, y se haya comprendida entre la del oro y el cobre.
Como material conductor se emplea: en fusibles (para cortocircuitos eléctricos), fundamentalmente por su alta conductividad, su inoxibilidad y su precisión para la fusión; en contactos de interruptores o relevadores para bajas intensidades, por su alta conductividad eléctrica y térmica; en instrumentos médico eléctricos (termocauterio); etc.

  • Cobre (ρ=0,072–0,0175 ; α=0,0036)

El cobre es el material de uso mas generalizado como conductor eléctrico, debido a su conductividad elevada y a su costo moderado. Es un elemento muy difundido en la naturaleza, corrientemente se encuentra bajo la forma de: sulfuros, óxidos o carbonatos, excepcionalmente como cobre nativo (USA). El cobre puro (cobre electrolítico), se obtiene por refinado electrolítico. El cobre es un metal altamente maleable y dúctil, que puede ser fundido, forjado, laminado, estirado y trabajado. El trabajo mecánico lo endurece, pero el recocido lo devuelve a su estado dulce. Tiene una elevada resistencia a la tracción, una gran estabilidad a la corrosión, y es fácil de estañar y de soldar.

Con el objeto de mejorar las cualidades mecánicas del cobre, se le adicionan otros elementos formando aleaciones, como el bronce y el latón.

El bronce es una aleación de cobre y estaño (generalmente con un 80% a un 95% de Cu), que se caracteriza por su tenacidad y dureza).
Suele usarse como conductor eléctrico, pese a que su conductividad eléctrica es inferior a la del cobre. Los bronces modernos, son frecuentemente aleaciones ternarias o cuaternarias (otros elementos componentes de la aleación suelen ser: el fósforo, el silicio, el magnesio, el berilio, el cadmio, etc.); algunos bronces llevan el nombre del elemento que se les adiciona (ejemplo: bronce fosforoso, bronce al silicio, etc.).

El latón es una aleación de cobre (50% a 70%) y zinc (30% a 50%), a los que se les agrega, a veces, otros materiales (estaño, plomo, hierro), pero en pequeñas cantidades. Se caracteriza por la facilidad con que puede ser estirado y estampado y se usa como material conductor, pese a que su conductividad eléctrica es inferior a la del cobre.
Cuando se requieren conductores de elevada resistencia mecánica, se suelen utilizar el hierro o el acero, recubiertos de una película protectora y muy conductora de cobre; poseen como ventaja la gran resistencia propia del hierro o el acero, combinada con la elevada conductividad del cobre. Ejemplo:
“Copper–Weld”.

  • Aluminio (ρ=0,026–0,028 ; α=0,00403–0,00429)

El aluminio ocupa el tercer lugar por sus conductividad, después de la plata y el cobre. La conductividad del aluminio es sólo un 63% de la conductividad del cobre, pero a igualdad de longitud y peso tiene el doble de conductancia.
Se lo obtiene de la bauxita, mineral abundante y muy distribuido en el globo.El aluminio es un material más blando que el cobre. Su resistencia a la tracción es mucho menor, y su soldadura presenta dificultades, pero es un material dúctil que puede ser trabajado fácilmente por laminado, estirado, hilado, extrusión y forjado. Está siempre cubierto por una capa delgada e invisible de óxido, que es impermeable y protectora. El aluminio expuesto a la atmósfera ordinaria, tiene estabilidad y larga vida.

Para aumentar su resistencia mecánica se le agrega silicio, magnesio, hierro, etc., obteniéndose diversas variaciones de uso eléctrico. Ejemplo: almenec, aldrey, etc.

Materiales Conductores de Alta Resistividad

Este grupo está compuesto de aleaciones de alta resistividad. Estas aleaciones tienen composiciones muy variadas y se encuentran en el mercado bajo distintas denominaciones. Los principales elementos empleados en estas aleaciones son: cobre, cromo, hierro, níquel, manganeso, aluminio, zinc, silicio, etc.

Las principales aleaciones de alta resistividad son:

  • Aleaciones de cobre y níquel

Son aleaciones que poseen coeficientes de resistividad relativamente bajos respecto a otras aleaciones (alrededor de 0,5 W·mm²/m).
Una aleación de este tipo es el constantán (60%cobre – 40%níquel). Esta aleación tiene una elevada f.e.m. respecto al cobre, por lo que no es adecuada para instrumentos de medida de precisión, pese a tener un bajo coeficiente de temperatura.
Añadiendo zinc a la aleación cobre–níquel, se obtiene el argentan que tiene 0,37W·mm²/m, y un elevado coeficiente de temperatura.
Con la adición de manganeso, se obtiene la niquelina (67%Cu–31%Ni–2%Mn aproximadamente), que tiene 0,40W·mm²/m y coeficiente de temperatura y
f.e.m. respecto al Cu, prácticamente despreciables, por lo que se emplean en los instrumentos de precisión.

  • Aleaciones de níquel y cromo

Son aleaciones que poseen coeficientes de resistividad más elevados (alrededor de 1W·mm²/m), coeficientes de temperatura bajos y pequeñas f.e.m. con respecto al Cu. Son aleaciones adecuadas para trabajar a temperaturas elevadas (1.000ºC o algo mas), pues el conductor se recubre de una capa de óxido que lo protege del ulterior ataque del oxígeno.
Las aleaciones níquel—cromo se encuentran en el mercado con distintas denominaciones comerciales. Con la adición de hierro, se obtiene un aumento de la resistividad y menor costo, pero los conductores no son aptos para trabajar a temperaturas superiores a los 800ºC, y a veces presentan fenómenos de oxidación.
Para temperaturas de hasta 1.350ºC se fabrican aleaciones de hierro, aluminio, cromo y cobalto (kanthal).

Del análisis de las aleaciones estudiadas se observa que el cobre interviene en la mayor parte de las aleaciones empleadas a temperatura ordinaria; que el níquel les confiere mayor resistividad y que el cromo les asegura resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas y protección contra los ataques de los agentes químicos.

Característica y clasificación de las aleaciones de alta resistividad

En general, las características mas importantes a tener en cuenta en las aleaciones de alta resistividad son:

· Alta resistividad.
· Bajo coeficiente térmico de resistividad.
· Resistencia a la corrosión.
· Constancia en el tiempo.
· Pequeña fuerza termoelectromotriz con respecto al cobre.
· Alto punto de fusión.
· Ductibilidad, maleabilidad y soldabilidad.

La importancia de cada una de estas características varía según el uso al
que está destinada la aleación.
Las aleaciones de alta resistividad suelen agruparse en tres clases:

Clase A: Aleaciones para resistores de precisión (cajas de resistencia, resistores patrones, etc.).
Clase B
:  Aleaciones para resistores comunes (resistores y reóstatos).
Clase C
:  Aleaciones para elementos electrotérmicos (hornos, etc.).

Este último grupo suele subdividirse, según la temperatura máxima de uso, en subclases:

¸  Subclases C1: temperatura máxima  350ºC
¸  Subclases C2: temperatura máxima  500ºC
¸  Subclases C3: temperatura máxima  700ºC
¸  Subclases C4: temperatura máxima  900ºC
¸  Subclases C5: temperatura máxima 1100ºC
¸  Subclases C6: temperatura máxima 1300ºC

A las aleaciones de clase A, Ej.: Manganita(84%Cu 12%Mg 4%Ni), se les exige:
· Alta resistividad.
· Pequeña fuerza termoelectromotriz, con otros metales (sobre todo cobre).
· Coeficiente térmico de resistividad próximo a cero.
· Constancia en el tiempo.
· Alta estabilidad contra la corrosión.

A las aleaciones de clase B, Ej.: Constantán (Cu–Ni)y Niquelina (Cu–Ni–Mg) y en general aleaciones a base de cobre, se les exige fundamentalmente:
· Alta resistividad.
· Poco costo.
· Pequeño coeficiente térmico de resistividad.

A las aleaciones de clase C, Ej.: Nicromo (Ni–Cr), ferronicromo, aleación ferro–cromo–aluminio, cromal (Cr–Al), kanthal (Fe–Cr–Al–Co), se les exige fundamentalmente:
· Alta resistividad
· Poco costo
· Resistencia mecánica
· Elevado punto de fusión
· Resistencia a la oxidación y corrosión.

Cabe recordar que en atmósferas sulfurosas no se deben emplear las  aleaciones con Ni para evitar la corrosión.

Ref: Apunte de clase. Tecnologia Electronica. UTN FRC


Materiales Conductores

Materiales Conductores

Los materiales pueden clasificarse en conductores y no conductores. Un material es conductor cuando puede desempeñar esa función en un circuito, independiente del valor de su conductividad.

materiales-conductores

Una propiedad común a prácticamente todos los materiales, es la de permitir, en algún grado, la conducción de la corriente eléctrica, pero así como algunos materiales son buenos conductores, otros son malos conductores de dicha corriente.

Desde este punto de vista, los materiales pueden clasificarse en conductores y no conductores.

Un material es conductor cuando puede desempeñar esa función en un circuito, independiente del valor de su conductividad.

Los conductores en general pueden clasificarse en: metálicos, electrolíticos y gaseosos.

En los conductores metálicos la conducción es electrónica, es decir, los portadores de cargas son electrones libres. Pertenecen a este grupo los metales y aleaciones. Se suele hablar en estos casos de conducción metálica.

En los conductores electrolíticos la conducción es iónica; pertenecen a este grupo los llamados electrolitos, es decir, los ácidos (bases o sales, disueltos o fundidos). Las moléculas de estas sustancias, cuando se disuelven o funden, de disocian total o parcialmente formando iones positivos o negativos, y estos iones son portadores de cargas. En estos casos, el paso de la corriente eléctrica corresponde a un desplazamiento de material, y viene acompañada de una reacción química.

En los conductores metálicos la electricidad circula a través de la materia, mientras que en los conductores electrolitos circula con la materia.

Los gases pertenecen a un tercer grupo de conductores, los conductores gaseosos; en estado normal, los gases no son conductores, pero pueden convertirse relativamente en buenos conductores cuando están ionizados. Normalmente no se utilizan los gases para conducir corriente, salvo en casos muy especiales. La conducción a través de los gases no cumple con la Ley de Ohm.

En esta serie de posts se analizarán solamente los materiales conductores metálicos.–

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