Исследование зависимости электрического сопротивления железного порошка от усилия сжатия

Цел̅ь исследования - установление зависимости электрического сопротивления железного порошка от усилия сжатия.

Методы. Порошок электротехнического железа был помещён во втулку. Втулка с двух сторон плотно закрыта металлическими поршнями, защищёнными от внешних источников электрического сопротивления диэлектрическими проставками. К одной из проставок приложена сила F̅. Тензодатчик измеряет количество приложенной силы, а омметр регистрирует наличие электрического сопротивления и его количество на участке цепи. С помощью данной установки, был поставлен полный факторный эксперимент, в процессе которого изменялись навески порошка, брались навеска по 7 г, а также по 14 г и отслеживались вышеуказанные параметры, изменение электрического сопротивления в данном случае выбрано как критерий оптимизации при оценке электропроводности на участке цепи.

Результаты исследования показали эмпирическую зависимость сопротивления электротехнического железного порошка относительно изменения давления на него путём проведения полного факторного эксперимента. Таким образом, впервые получены новые зависимости электрического сопротивления железного порошка от усилия сжатия. Данная зависимость показывает, что из трех исследуемых факторов наибольшее влияние оказывает сила сжатия, при увеличении сопротивление падает, также прослеживается падение сопротивления при увеличении диаметра втулки, что моделирует диаметр сечения проводника. При увеличении массы порошка сопротивление возрастает, из чего можно сделать вывод о том, что с увеличением длины проводника электропроводность снижается.

Заключение. В результате проведения опытов установлено, что электротехнический порошок железа изменяет своё электрическое сопротивление в зависимости от приложенной к нему силы, диаметра проводника и массы сжимаемого порошка. По результатам эксперимента составлена эмпирическая зависимость между этими факторами.

1. 3D-printed microelectronics for integrated circuitry and passive wireless sensors / S.Y. Wu, C. Yang, W. Hsu, L. Lin // J. Microsystems & Nanoengineering. 2015. Vol. 1, no. 1. P. 1-9.

2. Перспективы применения и развития токопроводящего филамента / В.В. Куц, М.С. Разумов, А.К. Досумов, Д.Е. Крохин // Техника и технологии: пути инновационного развития: сборник научных трудов 9-й Международной научно-практической конференции: в 2-х т. Т. 1. Курск: Университетская книга, 2020. С. 249-252.

3. Разработка токопроводящего филамента для 3D-пeчaти / В.В. Куц, М.С. Разумов, А.К. Досумов, С.А. Чевычелов // СТИН. 2021. № 7. С. 37-39.

4. Исследование материала бронзовой втулки, полученной методом 3D-печати из металлополимерной проволоки / Р.А. Латыпов, Е.В. Агеев, В.А. Стрижеус, K. Бугеррума // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 3. С. 8-20. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-3-8-20

5. Экспериментальные исследования электропроводности железного порошка / М.С. Разумов, Р.Е. Чаплыгин, О.Н. Мальцев, И.А. Дрынова // Проблемы развития современного общества: сборник научных статей 9-й Всероссийской национальной научно-практической конференции: в 3-х т. Т. 3. Курск: Университетская книга, 2024. С. 442-446.

6. Method to determine the electrical resistance of a metallic powder mass under compression / J.M. Montes, F.G. Cuevas, F. Ternero, R. Astacio, E.S. Caballero, J. A. Cintas // Metals. 2017. Vol. 7, ПО. 11. Р. 479. https://doi.org/10.3390/met7110479

7. Токопроводящие полимерные композиции для 3D-печати / М.И. Абдуллин, А.А. Басы-ров, Н.В. Колтаев, Р.Р. Нагаев, Ю.А. Кокшарова // Бюллетень науки и практики. 2016. № 4 (5). С. 44-50.

8. Электропроводность компактированных нанодисперсных графитовых материалов / И.М. Голев, В.Н. Санин, Е.А. Русских, Д.В. Русских // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2015. № 1 (14). С. 66-73.

9. Пожидаева С.Д., Иванов А.М. Поверхностные отложения продуктов и макрокинетические характеристики взаимодействия меди с оксидом меди (II) в водных растворах солей и кислот // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2015. № 4 (17). С. 61-70.

10. Осинкин Д.А., Журавлев В.Д. Никель-керамические электроды с повышенным содержанием никеля для электрохимических устройств на твердых электролитах // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93, № 2. С. 298-304.

11. Трехмерные прототипы на основе угленаполненных электропроводящих композиций / М.И. Абдуллин, А.А. Басыров, Н.В. Колтаев, Ю.А. Кокшарова // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 11(82), ч. 2. С. 8-13.

12. Бродова И.Г., Зельдович В.И., Хомская И.В. Фазово-структурные превращения и свойства цветных металлов и сплавов при экстремальных воздействиях // Физика металлов и металловедение. 2020. Т. 121, № 7. С. 696-730.

13. Поверхностное микроструктурирование горячекатаных углеродистых конструкционных сталей при комплексном воздействии лазерным излучением / И.В. Минаев, С.Н. Кутепов, Д.С. Клементьев, Д.В. Журба, И.В. Голышев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2024. Т. 14, № 2. С. 8-21. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-2-8-21

14. Структура и свойства алюмоматричных композиционных материалов, полученных в нестационарном силовом поле и упрочненных наноразмерными добавками / В.И. Костиков, В.Ю. Лопатин, Ж.В. Еремеева, Е.В. Симонова, Ю.Ю. Капланский, Г.Х. Шарипзянова [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2014. № 1. С. 52-60.

15. Дьячкова Л.Н. Структура и свойства композиционных медно-графитовых материалов // Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2020. Т. 64, № 4. С. 488-494.

16. Electrical resistivity of iron phosphides at high-pressure and high-temperature conditions with implications for lunar core's thermal conductivity / Y. Yin, K. Zhai, B. Zhang, S. Zhai // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2019. Vol. 124, no. 6. Р. 5544-5556. https://doi.org/10.1029/2018jb017157

17. Electrical resistivity of Fe-C alloy at high pressure: effects of carbon as a light element on the thermal conductivity of the earth's core / C. Zhang, J. F. Lin, Y. Liu, S. Feng, C. Jin, M. Hou [et al.] // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2018. Vol. 123, no. 5. Р. 3564-3577. https://doi.org/10.1029/2017jb015260

18. Wagle F., Steinle-Neumann G. Electrical resistivity discontinuity of Iron along the melting curve // Geophys. J. Int. 2018. Vol. 213, no. 1. Р. 237-243. https://doi.org/10.1093/gji/ggx526

19. Влияние механического активирования на тепло- и электропроводность спеченных порошков CU, CR и композита CU/CR / А.С. Рогачев, К.В. Кусков, Д.О. Московских, А.А. Усенко, А.О. Орлов, Н.Ф. Шкодич [и др.] // Доклады Академии наук. 2016. Т. 468, № 5. С. 508.

20. Сравнение электропроводности токопроводящих полимерных композиций, наполненных техническим углеродом и углеродными волокнами / М.И. Абдуллин, А.А. Басыров, А.С. Гадеев, Н.В. Колтаев, С.Н. Николаев // Журнал научных публикаций аспирантов и докто-рантов. 2014. № 11. С. 16-21.