UNIVERSITATEA ,,LUCIAN BLAGA” din SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE ,,HERMANN OBERTH”

REFERAT

MATERIALE ELECTROTEHNICE

METALE NOBILE

Coordonator Conf.dr.ing. Popescu Lizeta

Student Similie Constantin

311/2

2011

Cuprins

Capitolul I Informații generale...................................................................2

1.1 Aurul.......................................................................................................2

1.2 Argintul..................................................................................................7

1.3 Platina....................................................................................................8

Capitolul II Metale nobile folosite in electrotehnică.......................9

2.1 Aurul folosit in electrotehnică............................................................9

2.1.a Placare cu aur pur........................................................................10

2.1.b Placare cu aur pur pe contacte...................................................10

2.1.c Placare cu aur pur pe circuite imprimate..................................10

2.1.d CD-uri și DVD-uri confecționate din aur...................................11

2.2 Argintul folosit in electrotehnică.....................................................11

2.2.a Argint folosit pentru fabricarea bateriilor.................................11

2.2.b Argint folosit pentru fabricarea panourilor solare...................12

2.2.c Argint folosit pentru lipirea elementelor de circuit...................12

2.2.d Argint folosit pentru obținerea superconductorilor.................13

2.2.e Argint folosit la întrerupătoare...................................................13

2.2.f Argint folosit pentru folii.............................................................14

2.2.g Argint folosit pentru CD-uri si DVD-uri...................................14

2.3 Platina folosită in electrotehnică......................................................14

Bibliografie................................................................................................16

1

Metale nobile

Capitolul I Informații generale

1.1 Aurul

Aurul, ca nici un alt metal din lume, are o istorie aparte, dar și calități de neegalat și o

independență proprie, care a influențat istorii și a declansat isterii de imbogățire. Alchimiștii evului

mediu au crezut că aurul este sursa imortalității, l-au folosit in medicină și și-au dedicat viețile

transformării altor metale in aur. În modă, aurul a inspirat de-a lungul timpului atât creatorii, cât și

purtătorii, și este recunoscut ca cel mai iubit metal prețios din lume. Aurul iși păstrează intactă

valoarea, indiferent de starea de război sau pace, de mersul economiilor sau de fluctuațiile celorlalte

piețe. În plus, aurul nu are naționalitate si este recunoscut ca cel mai sigur mod de conservare a

bogăției.

În prezent aurul se folosește ca etalon internațional de valoare, monetărie, pentru

confecționarea bijuteriilor și a obiectelor religioase, la plombe dentare, ecrane pentru radiații

electromagnetice și circuite electronice, modă, accesorii, design interior, medicină și chiar mâncare.

Aurul are o răspândire largă in natură, aflându-se in roci solide, roci cristaline, cuarț sau

chiar in nisip și pietriș mai mult in forma de minereu, aliat cu argint, cupru, fier, paladiu sau rodiu.

Nu se oxidează in contact cu aerul și cu apa, nu este atacat de aproape nici un acid. Se extrage din

minereuri și din nisipuri aurifere, prin procedeul amalgamării sau cianurării. Procesul de extracție a

aurului poate fi văzut în Romania, la Brad, la Muzeul Aurului.

Figura 1 Muzeul de la Brad

2

Dupa estimările specialiștilor apele mărilor contin peste zece miliarde tone de aur care insă in

momentul de faţă nu poate fi extras prin procedee renatbile.

Pe locul intâi la producţia de aur se situează Africa de Sud cu peste 2.000 de tone de aur

anual, iar la categoria producători de bijuterii, Italia caştigă locul intâi cu peste 500 de tone de

bijuterii produse in fiecare an. Cea mai mare cantitate de aur la un loc este depozitată la filiala din

New York al Băncii Centrale din SUA (Federal Reserve), unde sunt depozitate aproximativ

550.000 de lingouri de aur in valoare de 203,3 miliarde de dolari, in jur de 5000 tone.

Figura 2 Minereu de aur

Culoarea aurului este influenţată de felul si cantitatea aliajelor. Aurul pur are culoare tipic galben

auriu, numit de alchimişti şi galben „sol” (culoarea Soarelui). Este cel mai ductibil metal, 1 g de aur

pur se poate extinde la 3 km ca sârmă. Atât aurul pur cât şi aliajele lui, odată intrate in contact cu

mercurul formeaza amalgam. Aurul poate fi aliat cu mai multe metale ca argintul, cupru, platina,

nichel, zinc, palladium şi altele. Aliajele de bază sunt argintul (Ag) si cuprul (Cu), care cresc

rezistenţa aurului dar şi influenţează culoarea acestuia. Daca aliajul conţine mai mult argint

culoarea lui este verde, dacă conţine mai mult cupru culoarea aurului este roşu iar dacă conţine

ambele in egală măsură culoarea este galbenă. Din aliajul aurului fin cu nichel şi palladium obţinem

aur alb iar din aliajul cu fier aur albăstrui.

Fineţea şi puritatea se exprimă in carate (K). Caratul in cazul bijuteriilor şi obiectelor din

aur arată câte părţi de greutate din bijuteria sau obiectul respectiv sunt din aur pur. Aurul pur are 24

3

carate, prin urmare 14 carate inseamnă că 14 din 24 părţi dintr- un aliaj sunt din aur pur iar restul

până la 24 sunt elemente de aliere. După anul 1975 pentru caracterizarea aurului s-a introdus

exprimarea cu miimi a purităţii, aurul pur fiind de 999,99 ‰ (1000).

 

Carate (K) Conţinut de aur Miimi24 K 99,9 % 999 ‰22 K 91,6 % 916 ‰18 K 75,0 % 750 ‰14 K 58,3 % 583 ‰10 K 41,6 % 416 ‰9 K 37,5 % 375 ‰8 K 33,3 % 333

Tehnici de exploatare a minereului aurifer

Steampurile din lemn

Figura 3 Steamp din lemn

4

Steampurile din lemn, în mărime naturală și cu toate elementele constituente, au fost reconstruite între anii 1970 si 1979. Constructiv și functional, deosebirea dintre cele două steampuri constă numai în numărul de sageți care era estimat la 9-12.Construirea unui steamp se putea face de orice persoană care cumpăra (pe baza de contract) sau mostenea o vatră de steamp. Prelucrarea minereului cu steampul era facută de barbații sau femeile din cadrul familiei, sau de oamenii angajați pe bază de salariu săptămânal, numiți stempari. Steampurile se puneau în funcțiune în ziua de 18 martie a fiecărui an și lucrau până la aproximativ 15 noiembrie, rareori vremea permițând să se lucreze tot timpul anului. Peste săptămână, steampurile aveau o funcționaltate începând de marți de la amiază până sâmbăta dimineața. În perioadele mai secetoase (august, septembrie) funcționa de miercuri sau chiar joi tot până sâmbăta.În general, steampurile erau amplasate în cascadă, pe vetre de steampuri de-a lungul văilor, folosindu-se diferența de nivel pentru curgerea apei care era indispensabilă la zdrobirea, separarea și concentrarea aurului.Alimentarea cu minereu a steampului se făcea cu trocul și coșurile. Pe vatra erau vălăul și hurca cu care se concentra și separa aurul din maciniș.Sfărâmarea minereului în vatra steampului se numea palacrit.

Steampurile de tip "californian"

Steampurile cu sageți de fier de tip "californian" reprezintă nivelul tehnic atins pe plan european la finele secolului al XIX-lea. Acest tip de steampuri a fost utilizat in Rosia Montană în perioada interbelică și ulterior, până la inlocuirea lui cu mori cu bile.Exemplarul din muzeu a fost executat de firma "Fraser & Chalmers" din Anglia, este de tipul 102-A insă anul construcției nu se cunoaște.Acest tip de steampuri se punea in mișcare cu ajutorul unui motor, de obicei electric, care acționa arborele central. Mișcarea de rotație se transmitea asupra șaibelor de pe axul cu came ce ridica, respectiv "scăpa" sagețile care zdrobeau minereul.Dintre părțile importante ale acestor tipuri de steampuri cităm:Ø pivele - 2 cutii de oțel manganos unde avea loc operația de zdrobire a minereului;Ø sagetile - 10 la număr; o săgeata impreună cu toate părțile componente are 360 kg.

Date tehnice: otel rotund de 80 mm și lungime de aprox. 3,5 m;Ø axel cu came - asigura ridicarea săgeților;silozuri de minereu - executate din lemn și captușite cu tablă. Au forma prismatică și asigură curgerea gravitațională a minereului

Râșnița

Râșnița este un mecanism de zdrobire a minerului prin măcinare. Este construită din piatră care are forma unei oale cu capac. In oală era un orificiu pe unde ieșea apa care se băga impreună cu mercurul. Capacul era utilizat pentru a măcina minereul.

Mojarul

Mojarul cu ajutorul mojarului se sfărâma minereul cu niște răngi de fier, el fiind cioplit în piatră.

5

Spalarea aurului

Figura 4 Șaitrocul

Una din cele mai vechi metode de obținere a prafului de aur este spălatul acestuia cu șaitrocul și hurca . Dupa ce minereul era sfaramat prin ori ce tehnică operațiunea finală de obținere a aurului era spălarea cu hurca sau șaitrocul.

Șaitrocul

Se lua praful de minereu și se punea în șaitroc, era turnată apă iar apoi incepea procedeul de spălare a aurului.

Hurca

Avea forma unei lăzi unde se punea minereul, partea inferioară a hurcii era ca un ciur pe unde pica praful de aur iar minereul rămas se zdrobea și se băga din nou prin hurcă.

Spălarea aluviunilor

Spălarea aluviunilor se făcea pe starloste care era un plan inclinat construit din lemn,pe starloste se punea o pătura de lână peste care se puneau aluviunile strânse de pe malul râurilor cu sapa și trocuțul. Dupa ce aluviunile se întindeau pe pătură se punea apa cu o galeată iar praful de aur rămânea în pătura care se spăla intr-o galeată, dupa care se lucra cu șaitrocul.

6

1.2 Argintul

Argintul este un element chimic.In tabelul periodic are simbolul Ag și numărul atomic 47.

Este un metal tranzițional, având configurația electronică a kriptonului, al patrulea gaz rar (1s2, 2s2

2p6, 3s2 3p6, 4s2 3d10 4p6) la care se adaugă un electron s pe stratul al cincilea (5s1) și substratul 4d

complet (4d10).

Este un metal alb, strălucitor, și, după cum îi spune și numele, argintiu. În tăietură

proaspătă, are o culoare ușor gălbuie. Face parte, împreună cu aurul, platina, paladiul, iridiul din

categoria metalelor prețioase. Este moale, maleabil și ductil, fiind metalul cu cea mai mare

conductibilitate electrică și termică.

Se oxidează cu ușurință în aer, formând oxizi, și, de asemenea, în prezența sulfului, cu care

formează sulfuri.

Primele mine de argint au apărut mai inainte de perioada 3000 i.Hr. Argintul a fost un metal

cunoscut de toate civilizaţiile antice, insă spre deosebire de aur, este foarte rar găsit in stare

naturală, lucru care explică faptul că dacă ar fi mai abundent, tot nu ar putea fi folosit decât mai

târziu. Cu toate acestea, când a apărut prima oară in Egipt, a fost mult mai valoros decât aurul.

Argintul a fost rafinat prin cupelaţie, proces inventat de chaldeeni în jurul lui 2500 i.Hr şi

descris in Biblie (Ezekiel 22: 17-22). Acest proces constă in incălzirea metalului topit intr-o cupă

poroasă şi ingustă numită cupel, peste care se aplică un jet puternic de aer. Acesta oxida celelalte

metale, precum plumb, cupru şi fier, lăsând doar argintul (şi aurul dacă era prezent) în stare

globulară de metal topit.

Figura 5 Minereu de argint

Dezvoltarea Atenei şi a civilizaţiei sale remarcabile a fost posibilă datorită exploatării minelor

locale de argint de către localnici în zona Laurium, unde au operat din perioada 600-300 i.Hr,

producand in jur de 30 de tone de metal pe an. Minereul era in principal galena, insa cu un continut

de argint de cateva procente; acesta era usor de extras prin cupelaţie. Minele ateniene au continuat

7

să fie operate şi de către Imperiul Roman, deşi cea mai mare cantitate de argint roman provenea din

Spania. In Evul Mediu, minele germanice au devenit cel mai important furnizor de argint in

Europa.

Si civilizaţiile antice ale Americii Centrale şi Sudice au exploatat argintul, insă schimbul cu

acest metal s-a făcut dupa cucerirea spaniolă. Depozite importante s-au descoperit în anul 1535 la

Charcas (Peru), Potosi (Bolivia) în anul 1545 şi la Zacatenas (Mexic) în 1548. Producţia din aceste

surse era in total de peste 500 de tone pe an.

În secolul al XIX-lea, argintul a fost descoperit în SUA în Nevada, iar în anul 1870

producţia mondială a ajuns la 3000 de tone pe an.

Fiind un bun conducător de electricitate, este folosit în electrotehnică și electronică, fie ca

atare, fie sub formă de depuneri galvanice. Deoarece este foarte ductil, se pot realiza prin tragere

fire extrem de subțiri, iar prin turnare și ambutisare, conectori și pastile pentru contacte electrice.

Desi se oxidează cu ușurință, stratul de oxid nu este aderent, drept pentru care mulți ani a fost

principalul metal folosit în conectică. Cu toate acestea, odată cu progresul tehnologic din ultimii

ani, conectica de înaltă calitate se realizează din aur sau argint aurit.

Se mai întrebuințează la baterea monedelor, în giuvaergerie, precum și în medicină.

Deoarece eliberează spontan ioni negativi (care au acțiune germicida), multe decenii a fost

întrebuințat la confecționarea de instrumente medicale și proteze. În stomatologie, din argint se

realizează cu succes pivoți endodontici. Nu poate fi folosit ca atare la confecționarea de proteze

dentare, ci numai în aliaje, împreună cu celelalte metale nobile.

1.3 Platina

Platina (simbol Pt) a fost acceptată ca metal prețios numai după a doua jumătate a secolului 19 și are luciu și culoarea albă. Este rar și mai greu decât orice metal prețios și se consideră a fi mai prețios decât aurul.Platina este deseori folosită pentru a fixa cele mai valoroase pietre, pentru a se realiza astfel cele mai rafinate bijuteri și nu în ultimul rând platina este folosită în industria electrotehnică . Platina ține cel mai sigur pietrele prețioase, deoarece tăria și culoarea sa neutră sporește strălucirea și profunzimea diamantelor și a pietrelor prețioase. Datorită densității și greutății sale, se poate remarca o diferență intre platină și alte metale prețioase

Platina pentru a fi recunoscută nu se marchează cu însemnul 'karat'. În Statele Unite se marchează cu PL sau PLAT. În Europa, platina se recunoaște după următoarele marcaje: 950 sau PT950.

8

Este un metal maleabil și ductil, bun conducător termic și electric, este atacat de acidul azotic HNO3 la rece și de acidul clorhidric HCl dar și de Apă Regală (o combinație de două părți acid azotic și o parte acid clorhidric, și cu acidul sulfuric H2SO4 la cald).

Prin expunerea la aer platina se acoperă cu un strat subțire și toxic de carbonat bazic de cupru de culoare verde

Pentru că platina este cel mai pur metal, rar provoacă reacții alergice. Există un interes crescând în ceea ce privește bijuteriile de platină în toată lumea, verighetele fiind cea mai bine vândută categorie. În grupa platinei, sunt incluse 6 metale asemănătoare: platina, paladiu, rodiu, ruteniu, iridiu și osmiu.

Figura 6 Cristal de platină

Capitolul II Metale nobile folosite in electrotehnică

2.1 Aurul folosit in electrotehnică

Aurul se folosește la aurirea contactelor, conectoarelor, „piciorușelor” și părîilor interioare ale circuitelor integrate.

Placarea cu aur reprezintă unul dintre cele mai uzitate procedee de intrebuințare a aurului in

9

industria electrothenică .Aceasta semnifică depunerea unui strat subțire de aur pe suprafața unui alt metal,metalele cele mai folosite pentru placare sunt cuprul și argintul.

Placarea sau poleiala cu aur este de mai multe feluri:

2.1.a placare cu aur pur: este folosită în industria semiconductoare,stratul de aur este depus cu ușurință și firele pot fi ușor sudate pe acesta. Băile pentru placare trebuie să nu conțină impurități.Micropocesorul este dispozitivul semiconductor care beneficiază de această tehnologie de fabricație.

Figura 7 Microprocesorul

2.1.b placare cu aur pe contacte: cu puritate a aurului între 99,7-99,9%.Deseori conține o cantitate mică de nichel și/sau cobalt pentru că acestea previn dezlipirea.Tocmai din cauza nichelului și a cobaltului această baie nu poate fi folosită și pentru semiconductoare

Figura 8 Contacte aurite

2.1.c placare cu aur pe circuite imprimate:se face folosind o concentrație mai mică de aur in baie.De obicei și această baie conține nichel și/ sau cobalt

10

Figura 9 Circuite imprimate

2.1.d de altfel aurul este folosit,în cazuri rare, pentru confecționarea CD-urilor și DVD-urilor datorită rezistenței acestuia la coroziune

Figura 10 CD din aur

Poleiala de aur poate fi determinată după uniformitatea stratului galben, fără neuniformități și înnegriri. Dacâ avem câteva piese identice, presupuse că sunt poleite cu aur, pentru verificare putem prelucra una dintre ele cu acid azotic ‚dacă stratul galben nu se dizolvă complet sau parțial ‚atunci aurul este prezent cu siguranță. In general, dacă „piciorușele” și bornele de ieșire ale pieselor electronice sunt de culoare galbenă, aceasta inseamnă că ele sunt aurite.

2.2 Argintul folosit in electrotehnică

In tehnologia de ultimă oră argintul este folosit la foarte multe aplicații din mai multe domenii extrem de importante cum ar fii:

2.2.a Pentru fabricarea bateriilor de ultimă oră se folosește argintul.Aceste baterii au o durată de viață mult mai ridicată și sunt mult mai ușoare în raport cu energia pe care o degajă decât celelalte tipuri de baterii,cele alcaline sau cele cu mercur.De altfel acestea au mai multă energie decât cele lithium-ion folosite în domeniul telefoniei mobile sau în domeniul computerelor portabile.

11

Figura 11 Baterii cu argint

2.2.b Argintul se mai folosește și pentru realizarea panourilor solare ultra performante.Rolul argintului în acest caz este,impreună cu siliciul, de a genera și colecta electroni care mai apoi vor da naștere unui curent electric,curent care este transferat cu ajutorul conductorilor la niște baterii ce îl stochează.

Figura 12 Panouri solare

2.2.c Argintul este de asemenea folosit în lipirea elementelor de circuit pe o placă de circuit,atunci când acesta aliat cu alte materiale crește rezistența materialului și rezistenta termică a acestuia.Aliajele pe bază de argint sunt folosite în numeroase aplicații,cum ar fii:domeniul electronic,computere și în sistemul electric al automobilelor și al avioanelor

12

Figura 13 Elemente de circuit lipite cu argint

2.2.d Superconductivitatea este una din extremele folosirii argintului.Din cauza rezistenței scăzute pe care o manifestă argintul la trecerea curentului electric,acesta reprezintă principalul obiect de studiu în cazul superconductivității.Prin definiție superconductivitatea reprezintă transferul de curent electric prin conductori care au o rezistență scăzută sau chiar neglijabilă la temperaturi moderate.Aceasta inseamnă că energia electrică poate fi transportată pe distanțe mari folosind niște conductori extrem de mici,iar cantitatea de energie care se pierde din cauza transportului energiei este foarte mică.Aceste materiale sunt de aproximativ 100 de ori mai eficiente decat cele actuale.

Figura 14 Superconductor

2.2.e Datorită proprietăților sale remarcabile din punct de vedere electric argintul mai este folosit și pentru intrerupătoare de uz casnic.

13

Figura 15 Intrerupător cu argint 2.2.f Datorita maleabilității foarte ridicate a argintului acesta este folosit și pentru fabricarea

foliilor ce intră în componența tastaturilor de calculator

Figura 16 Folii cu argint

2.2.g Argintul este prezent și în componența unor CD-uri și DVD-uri – argint cu grosimea de 0,4 microni pe DVD formatul DVD – 9 ( discuri unilaterale in două straturi cu capacitate de 5 GB ).

Figura 16 CD confecționat din argint

2.3 Platina folosită in electrotehnică

Datorita proprietăților sale chimice,fizice și electrice,ea reprezintă metalul ideal pentru realizarea termocuplurilor.Termocuplul reprezintă un senzor utilizat pentru măsurarea temperaturii. El funcționează pe

14

baza efectului Seebeck, care conduce la formarea unei diferențe de potențial electric pe baza unei diferențe de potențial termic. Termocuplurile sunt utile pentru că pot fi integrate în mașini automate și pot măsura o gamă largă de temperaturi, limitarea lor principală reprezentând-o precizia.Materialele care puse împreună manifestă efect Seebeck formează un termocuplu.

Cele mai răspândite materiale care se întrebuințează la executarea conductoarelor pentru termocupluri sunt prezentate în continuare. Platina. Datorită calităților chimice și electrice, platina (Pt) împreună cu aliajele de platină cu rhodiu PtRh (10% Rh) constituie un termocuplu de mare precizie. Platina având o mare stabilitate chimică și o temperatură de topire ridicată (1769 oC) se întrebuințează la măsurarea temperaturilor înalte, devenind chiar un instrument etalon pentru măsurarea acestor temperaturi. Termocuplul platină-platină rhodiu măsoară temperaturi între 0 și 1600 °C. Se mai obișnuiește formarea termocuplului platină cu platin-iridiu (10% Ir). Platina trebuie ferită însă de carbon, hidrogen și vapori de metale, care au efecte dăunătoare asupra ei. În mod special trebuie evitată utilizarea platinei în atmosferă oxidantă sau reducătoare în care se găsesc oxizi metalici.

Figura 17 Termocupluri tehnice

15

Bibliografie

1. Agaston K. , „Materiale electrice şi electronice”, Editura Universitară „Petru Maior”,

2001

2. Popescu Lizeta, ,,Materiale Electrotehnice”, Editura „Alma Mater” , Sibiu, 2003

3. Adela Gabriela Husu, Maria Ioana Olariu, Nicolae Olariu, ,,Materiale electrotehnice”

Editura Bibliotheca,2010

4. Armin Themebl, ,,Instalaţii solare”,Editura Mast,2008

5. Rodica Dromereschi, Victor Gavril, Luigi Ionescu, ,,Instalaţii electrice”, Editura Mast,2007

6. Josef Kunc, ,,Instalaţii electrice pas cu pas” , Editura Casa,2010

7. Gabriel Gorghiu, Horia Andrei, Diana Enescu, Mihail-Florin Stan, Elena Otilia Virjoghe, ,,

Manualul electricianului de exploatare reţele electrice”,Editura Bibliotheca,2008

8. Floriganta Gheorghe, ,,Materiale electrotehnice”, Editura Reprografia Universităţii din

Craiova,1978

9. Eugenia Ivan, Adela Gabriela Husu, Maria Ioana Olariu, ,, Materiale utilizate in ingineria

electrică”,Editura Bibliotheca,2009

10. Constantin Raduţ , ,,Materiale electrotehnice”,Editura didactică si pedagogică,1964

11. Ifrim A., Notinger P., ,,Materiale electrotehnice”,Editura didactică si pedagogică,1979

12. V Petru Notingher, ,,Materiale pentru electrotehnică-vol I” Editura Politehnică,1982

13. V Petru Notingher, ,,Materiale pentru electrotehnică-vol II” Editura Politehnică,1987

14. http://www.silverinsights.com/_pages/_uses/solar.html

15. http://en.wikipedia.org/wiki/Silver

16. http://en.wikipedia.org/wiki/Superconductor

17. http://ro.wikipedia.org/wiki/Aur

18. http://ro.wikipedia.org/wiki/Argint

16