کاربرد آلومینیوم در صنعت برق، الکترونیک و ارتباطات نقش مهمی را صنایع مختلف به عهده دارد. بدون شک، برق یکی از مهمترین اکتشافات برجسته تاریخ بشریت است. این نیروی بینظیر، همه چیز را در جهان ما به حرکت درمیآورد و امکان ارتباط و اتصال قارههای مختلف را در لحظاتی ممکن میسازد. امروزه کاربرد آلومینیوم در صنعت برق نفش مهمی را ایفا می کند.
اولین سیم های آلومینیومی در اواخر قرن نوزدهم در ایالات متحده ظاهر شد. در سال 1880 در شیکاگو، رئیس یک ایستگاه قطار متوجه شد که تمام سیمهای مسی بیرون به سرعت در حال خراب شدن هستند. او به این نتیجه رسید که مس در اثر دود لوکوموتیو خورده می شود. دلیل اینکه او تصمیم گرفت از آلومینیوم به عنوان جایگزین استفاده کند. سیم های مسی با سیم آلومینیومی جایگزین شد که با وجود این تغییر تعداد قطارها در ایستگاه هر سال افزایش یافت.
آلیاژهای آلومینیوم در تعداد زیادی از کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی و مخابراتی استفاده می شود. این فلز بسیار غیر مغناطیسی، انعطاف پذیر و ارزان تر است. این فلز دارای استحکام ساختاری نسبتاً بالایی و سطوح رسانایی قابل قبولی است که آن را به یکی از پرکاربردترین فلزات در صنعت برق و الکترونیک و مخابرات در سراسر جهان تبدیل می کند.
آلومینیوم به عنوان یک فلز سبک و همچنین دارای خواص الکتریکی مناسب، در صنعت برق کاربردهای گستردهای دارد. در ادامه به برخی از کاربردهای آلومینیوم در صنعت برق می پردازیم:
خطوط انتقال برق
از زمان توسعه سیم کشی آلومینیومی در اواسط دهه 1960، کابل های برق و خطوط هوایی با این ماده ساخته شده اند. در حالی که سیم کشی برق مسی نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گرفت، از آن زمان قیمت آن به شدت افزایش یافته است. آلومینیوم یک فلز فراوان است و همچنین ساخت آن آسان است که در نهایت هزینه آن را برای مصرف کنندگان نهایی کاهش داد.
آلومینیوم، با وظیفه انتقال نیروی الکتریکی در طول هزاران کیلومتر، مسئولیت بزرگی را برعهده دارد. در میان فلزات اصلی، تنها مس از نظر هدایت الکتریکی از آلومینیوم بهتر است، اما الومینیوم با این حال تنها ۳۳ درصد وزن مس را داراست. آلومینیوم یک مزیت بینظیر دیگر دارد و آن هم وزن سبک آن است. یک سیم آلومینیومی با سطح مقطع ۱.۵ برابر بزرگتر، میتواند جریان مشابهی را با یک سیم مسی عبور دهد، اما دو برابر سبکتر است. وزن یکی از پارامترهای حیاتی در خطوط انتقال برق با فشار بالا است که برق را در فواصل طولانی منتقل میکند. به همین دلیل، در خطوط انتقال برق هوایی اصلی، از کابل های آلومینیومی استفاده میشود.
کابل های برق و خطوط هوایی از دیرباز روش اصلی برای انتقال برق در فواصل مختلف بوده است. همانطور که قبلاً گفته شد، آلومینیوم نیز رسانایی بیشتری نسبت به مس دارد بنابراین می تواند انرژی را به طور موثرتری توزیع کند.
آلومینیوم همچنین می تواند در محیط های سخت مقاومت کند. کابل های برق و خطوط هوایی در معرض باد شدید، نور مستقیم خورشید و حتی طوفان هستند. آلومینیوم در برابر خوردگی مقاوم است ، بنابراین برای استفاده در فضای باز ایده آل است. همچنین فلزی است که استحکام کششی عالی دارد.
سیم کشی آلومینیوم
برای تولید سیم کشی آلومینیومی از سری های آلیاژی 1ххх ، 6ххх، 8ххх استفاده می شود. سری اخیر محصولاتی با عمر مفید بیش از 40 سال ایجاد می کند.
یک میله آلومینیومی جامد با قطر 9 تا 15 میلی متر قطعه کار برای سیم های آلومینیومی است. خم شدن و پیچیدن آن آسان است بدون اینکه ترک بخورد. پاره شدن یا شکستن آن تقریبا غیرممکن است و به راحتی بارهای ساکن قابل توجهی را تحمل می کند.
میله با استفاده از ریخته گری و نورد مداوم تولید می شود. قطعه کار ریختهگری شده بهدستآمده از چند آسیاب رول عبور داده میشود و سطح مقطع آن را به قطر مورد نیاز کاهش میدهد و یک بند ناف انعطافپذیر تشکیل میشود که بیشتر سرد شده و به شکل رولهای گرد بزرگی به نام کویل الومینیوم پیچیده میشود. سپس در تأسیسات مخصوص تولید کابل، میله با دستگاه سیم کشی، به قطرهای 4 میلی متر تا 0.23 میلی متر کشیده می شود و به سیم تبدیل می شود.
باسبار الومینیوم در تابلو برق
در تاسیسات توزیع نیروی برق، باسبار یا شینه به میلههای فلزی الکتریکی اطلاق میشود که در داخل تابلوهای برق و محفظهها قرار دارند. شینه ها برای انتقال جریان زیاد به کلیدهای مدار استفاده می شوند. از سال 1960، باس بار الکتریکی با آلومینیوم ساخته شده اند.
به عنوان یکی از سبک ترین آلیاژها، یک اپراتور به راحتی می تواند شینه های آلومینیومی سبک را نصب کند. و با توجه به پروفیل های اکسترود شده سفارشی خود، شینه های آلومینیومی می توانند به راحتی و ایمن در موقعیت خود بلغزند. باسبار را می توان با مس نیز ساخت. با این حال، باس بار های آلومینیومی 50٪ رسانایی بیشتری دارند همراه با وزن سبک خود تا 50 درصد رسانایی الکتریکی در هر جرم را فراهم می کنند. آلومینیوم همچنین می تواند جریان های بالای 4000 آمپر را تحمل کند. این برای مقاومت در برابر انبساط حرارتی که می تواند به طور کامل به شینه ها آسیب برساند کافی است.
الومینیوم در صنعت الکترونیک
الومینیوم در صنعت الکترونیک به دلایل مختلفی از جمله وزن سبک، هدایت حرارتی خوب، مقاومت به خوردگی، و قابلیت ساختار دهی بهصورت ماشینکاری و تراشکاری، کاربرد فراوانی دارد. در زیر به برخی از کاربردهای الومینیوم در صنعت الکترونیک اشاره میشود:
- کیسهای الکترونیکی: الومینیوم به عنوان یک ماده با وزن سبک و خواص حرارتی مطلوب، در ساخت کیسها و بدنههای دستگاههای الکترونیکی استفاده میشود. این کاربرد به دلیل توانایی الومینیوم در انتقال حرارت به خوبی، از اهمیت ویژهای برخوردار است.
- پنلهای الکترونیکی: پنلها و بخشهای خارجی دستگاههای الکترونیکی از جمله مانیتورها، تلویزیونها، یا تجهیزات ارتباطی از آلومینیوم ساخته میشوند. این ساختارها علاوه بر ظاهر زیبا، خواص مکانیکی قابل قبولی نیز دارند.
- خنک کنندههای حرارتی: به عنوان یک ماده هدایت حرارتی خوب، الومینیوم برای ساخت خنک کنندههای حرارتی در قطعات الکترونیکی، مانند پردازندهها و تراشهها، استفاده میشود. این خنک کنندهها میتوانند به بهبود عملکرد و ایمنی تجهیزات الکترونیکی کمک کنند.
- ساخت قطعات الکتریکی: الومینیوم به عنوان یک هادی خوب، در ساخت قطعات الکتریکی مانند کانکتورها و قطعات اتصالات الکتریکی به کار میرود.
- قطعات مکانیکی: الومینیوم به دلیل خواص مکانیکی خود مانند مقاومت و سبکی، در تولید قطعات مکانیکی دستگاهها و تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرد.
- بسترهای گرمایی: در برخی از اعمال الکترونیکی پرحرارت، الومینیوم به عنوان بسترهای گرمایی هیت سینک (heat sinks) برای انتقال حرارت به محیط خارجی مورد استفاده قرار میگیرد.
- باتریها: در تولید باتریها و قطعات ذخیرهسازی انرژی، الومینیوم بهطور گسترده برای افزایش سبکی و کارایی استفاده میشود.
بهطور کلی، الومینیوم به دلیل خصوصیات مثبت خود مانند سبکی، هدایت حرارتی خوب، و مقاومت به خوردگی، بهطور گسترده در صنعت الکترونیک مورد استفاده قرار میگیرد و به بهبود عملکرد و طول عمر تجهیزات کمک میکند
آلومینیوم در صنعت مخابرات و ارتباطات
ارتباطات و مخابرات یکی از آن صنایعی است که در آن کاربردهای آلومینیوم و آلیاژهای آن در حال رشد است. اولین بار در دهه 1920، آنتنهای آلومینیومی برای انتقال سیگنالهای رادیویی و موجهای مایکروویو مورد استفاده قرار گرفتند. آلومینیوم یک جزء حیاتی است که در صنعت ارتباطات مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از کاربردهای ظاهری و همچنین کاربردهای نه چندان آشکار این فلز، در صنعت مخابرات را بررسی می کنیم.
کابل های ارتباطی
برای کابل های ارتباطی از هادی های آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود. آلومینیوم-آهن-منیزیم یک هادی عالی است و در حال حاضر در برخی از کاربردها در صنعت کابل استفاده می شود. علاوه بر این، از آنجایی که آلومینیوم بسیار سبک است، کاربرد آن را آسان تر و مقرون به صرفه تر می کند.
ارتباطات ماهواره ای
ماهواره ها ستون فقرات شبکه های ارتباطی در سراسر جهان هستند. اگر قرار باشد ماهواره های جهان به هر دلیلی از کار بیفتند، وضعیت شبکه های ارتباطی در سراسر جهان چگونه خواهد بود؟ آنها در یک آشفتگی کامل خواهند بود! خوب، یکی از حیاتی ترین مولفه ها در ساخت ماهواره چیست؟ آلومینیوم!
قدرت این فلز بسیار فراگیر است. این بخش مهمی از ساخت خود ماهواره است، اما تأثیرات آن بسیار فراتر از آن است. ماهواره ها چگونه به فضا می رسند؟ آنها از طریق موشک های فضایی در مدار قرار می گیرند. و یکی از مهم ترین مصالح ساختاری برای موشک های فضایی که ماهواره ها را در فضا قرار می دهند چیست ؟ آلومینیوم!
بنابراین، بدون این فلز فوقالعاده همه کاره، ما نمیتوانیم شبکههایی را بسازیم که در آنها ارتباط برقرار میکنیم و نمیتوانیم ماهوارهها را در فضا قرار دهیم. به نظر می رسد که در نهایت از اهمیت حیاتی برخوردار است.
آلومینیوم فوق العاده قوی نیست، اما زمانی که به آلیاژهایی با فلزات دیگر ترکیب شود، بسیار حیاتی تر می شود. آلیاژهای آلومینیوم اغلب به اندازه کافی جامد و سبک هستند تا در سازه های فضایی و ماهواره ها کاربردی باشند. آلومینیوم برای کرکره های روی پنجره های ایستگاه فضایی بین المللی برای محافظت از پنجره ها در برابر ضربه استفاده می شود. اغلب، این پنجره ها دو برابر شیشه های معمولی دارند و با شیشه های ضخیم تر از شیشه های روی زمین ساخته می شوند. با این حال، کرکره های آلومینیومی اضافی ایمنی فضانوردان را تضمین می کند.
دکل های مخابراتی
در طراحی دکلهای مخابراتی، از آلومینیوم به عنوان یکی از مواد ساختاری استفاده میشود. برای ساخت دکلهای مخابراتی، آلومینیوم به شکل لولههایی با قطر و ضخامت مختلف ساخته میشود و سپس این لولهها با هم جوش داده میشوند تا دکل ساخته شود. آلومینیوم به دلیل وزن سبک و مقاومت بالا در برابر خوردگی و اکسیداسیون، برای ساخت دکلهایی که در محیطهای خشک و مرطوب قرار میگیرند، بسیار مناسب است.
همچنین در دکلهای مخابراتی، ممکن است تجهیزات الکترونیکی به دلیل تولید حرارت نیاز به خنککننده داشته باشند و آلومینیوم به عنوان یک ماده خنککننده بسیار مناسب است. همچنین، آلومینیوم به عنوان یک ماده هدایتکننده برق در دکلهای مخابراتی استفاده میشود و به دلیل خواص هدایتکننده برق بالای آن، برای انتقال سیگنالهای مخابراتی از یک دکل به دکل دیگر بسیار مناسب است.
کاربرد های دیگر
جدای از اینها، آلیاژهای ریخته گری آلومینیوم مانند ADC12، A380 و ADC10 در کاربردهای زیر در صنعت مخابرات استفاده می شوند:
تجهیزات بلوتوث
قطعات دستگاه های وایرلس
اجزای سیستم فرمان صوتی
قطعات ارتباطی ماهواره ای
قطعات مخابراتی
دستگاه ها و تجهیزات سوئیچینگ در مخابرات
محصولات انتقال چند رسانه ای
تجهیزات RF