Главная » Свойства и применение

Материалы высокой проводимости свойства и применение

Большая Энциклопедия Нефти Газа

Материал - высокая проводимость

Материалы высокой проводимости применяют в электротехнике, прибо.

Материалы высокой проводимости классифицируют по группам: медь, сплавы меди с оловом ( бронзы), сплавы меди с цинком ( латуни), алюминий, серебро и прочие металлы и сплавы. В особую группу выделяют материалы для электрических контактов. В табл. 1 приведены свойства наиболее распространенных металлов высокой проводимости.

Материалы высокой проводимости применяются для передачи электрической энергии на расстояние. Для этой цели применяются чистые металлы, так как любые примеси создают искажения в кристаллической решетке и повышают электрическое сопротивление. Наиболее высокую электрическую проводимость имеют медь и алюминий, которые и применяются для проводников электрического тока.

Материалы высокой проводимости классифицируют по группам: медь, сплавы меди с оловом ( бронзы), сплавы меди с цинком ( латуни), алюминий, серебро и прочие металлы и сплавы. В особую группу выделяют материалы для электрических контактов. В табл. 1 приведены свойства наиболее распро-страненйых металлов высокой проводимости.

Из материалов высокой проводимости вторым по применению в электро - и радиотехнике является алюминий.

К материалам высокой проводимости предъявляют следующие требования: возможно большая проводимость ( возможно меньшее удельное сопротивление); возможно меньший температурный коэффициент удельного сопротивления; достаточно высокая механическая прочность, в частности предел прочности при растяжении и удлинение при разрыве, характеризующая в известной мере гибкость - отсутствие хрупкости; способность легко обрабатываться прокаткой и волочением для изготовления проводов малых и сложных сечений; способность хорошо свариваться и спаиваться, создавая при этом надежные соединения с малым электрическим сопротивлением; достаточная коррозионная устойчивость. Для разных случаев применения эти требования в той или иной степени варьируют. Например, для большинства обмоток электрических машин, аппаратов и проводов выгодней иметь возможно меньшее удельное сопротивление, даже если за счет его снижения несколько снизится и предел прочности при растяжении; для троллейных ( контактных) воздушных проводов, работающих на разрыв и на истирание, особое значение приобретают повышенные предел прочности при растяжении, твердость, стойкость против истирания.

Металлические проводники делятся на материалы высокой проводимости и материалы высокого сопротивления. Первые используют при изготовлении проводов, волноводов, кабелей, обмоток трансформаторов, вторые идут на изготовление проволочных резисторов.

Какие требования предъявляются к материалам высокой проводимости .

Желательно, чтобы в материалах высокой проводимости удельное сопротивление по возможности меньше увеличивалось с ростом температуры.

Металлические проводниковые материалы подразделяются на материалы высокой проводимости и сплавы высокого сопротивления. Металлы высокой проводимости используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить минимальные потери передаваемой по ним электрической энергии, а сплавы высокого сопротивления, наоборот, в тех случаях, когда необходима трансформация электрической энергии в тепловую.

По каким параметрам следует отбирать материал высокой проводимости под конкретное назначение.

Технические проводниковые материалы подразделяют на материалы высокой проводимости. металлы и сплавы различного назначения, сплавы высокого сопротивления, проводящие модификации - углерода и материалы на их основе.

Главные требования, предъявляемые к материалам высокой проводимости. - это высокая электропроводность, доступность и технологичность. Основные материалы, которые по совокупности удовлетворяют этим требованиям, это медь, алюминий и их сплавы.

Какие металлические проводники относятся к группе материалов высокой проводимости и какие к группе материалов высокого сопротивления.

Металлические проводниковые материалы могут быть разделены на материалы высокой проводимости и материалы высокого сопротивления. Для изготовления кабелей, проводов, шнуров, обмоток используются материалы высокой проводимости. Значительна роль таких проводниковых материалов, как уголь и угольные изделия.

. Copyright 2008 - 2014 by Знание

МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

· Деление материалов на проводники, полупроводники, диэлектрики;

· Свойства полупроводниковых материалов;

· Свойства проводниковых материалов

Диэлектрики – это вещества, которые не проводят электричество полистирол, капрон, фенопласты, текстолит и т.д.)

Металлические проводниковые материалы – это металлы и сплавы высокой проводимости: серебро, медь, бронза и латунь.

Серебро применяется для изготовления неокисляющихся проводников электрических контактов ответственных приборов. Специальными методами из серебра изготовляют покрытия на меди, латуни и непроводящих материалах: керамике, стекле, полимерах.

Медь имеет широкое применение благодаря высокой проводимости, хорошим механическим характеристикам, более низкой по сравнению с серебром стоимости. Для защиты меди от окисления токоведущие элементы серебрят.

В отожженном виде медь (марки ММ) имеет более высокую проводимость, в нагартованном (марки МТ) — высокую прочность. Мягкую медь (марки МО, M1) при­меняют для изготовления жил обмоточных проводов. Медь марок М2, МЗ и М4 используют преимущественно для получения сплавов.

В изделиях с повышенными механическими характеристиками используют латуни, кадмиевые и бериллиевые бронзы.

Кадмиевую бронзу используют для изготовления троллей, скользящих контактов, мембран.

Латуни применяют для изготовления различных токопроводящих деталей.

Алюминий характеризуется достаточно высокой электропроводностью в сочетании с пластичностью и малой плотностью. Он более распространен в природе, чем медь, более стоек к коррозии. Промышленность выпускает сверхчистый алюминий марок А 999 и А 995, алюминий высокой чистоты марок А 99 и А 95. Их используют для изготовления электролитических конденсаторов, защитных кабельных оболочек. Из алюминия технических марок А85 и А7 изготавливают кабели, токопроводящие шины.

Для соединения алюминиевых проводов применяют специальные припои, разрушающие в месте контакта пленку окислов с высоким электрическим сопротивлением. В ряде случаев используют биметаллическую проволоку, состоящую из стальной сердцевины и медной или алюминиевой оболочки. Покрытие наносят гальваническим способом или плакированием.

Полупроводниковые материалы – это класс материалов с электронной проводимостью, характеризующихся большей удельной электропроводностью, чем металлы, но меньшей, чем диэлектрики. Для получения полупроводников с заданными удельными электросопротивлени-ем и типом проводимости осуществляют их легирование.

Согласно химической классификации полупроводниковых материалов, их разделяют на два класса:

— простые полупроводники, имеющие в своем составе один элемент (В, С, Si, Ge, Sn, Р, As, Sb, S, Se, Те, I);

— сложные полупроводники, являющиеся химическими соединениями и сплавами.

Германий (Ge) является одним из наиболее широко применяемых полупроводников, его используют для изготовления выпрямителей, транзисторов, диодов и др.

Полупроводниковые приборы на основе кремния работоспособны при более высоких температурах (120— 150°С), чем германиевые (70—85°С). Нелегированный кремний применяют при создании силовых выпрямителей, стабилизаторов напряжения и др.

Широко используются в электронной промышленности селен, теллур и их соединения.

Материалы высокой проводимости

Отожженную медь применяют для проводов, жил кабелей, шин распределительных устройств, обмоток трансформаторов, токоведущих деталей приборов. Твердую медь используют, если необходимо обеспечить высокую прочность, твердость и износостойкость (неизолированные провода, коллекторные пластины электрических машин и др.).

По содержанию примесей медь делится на марки по ГОСТ 859–78. Железо, кремний и фосфор повышают удельное сопротивление меди на 50 % и более (рис. 10.5). Висмут и свинец вызывают растрескивание при горячей обработке давлением (красноломкость) из-за образования легкоплавких эвтектик. Кислород с медью образует оксиды, что затрудняет пайку, лужение. Водород вызывает хрупкость, образуя микротрещины.

Для электротехнических целей используют бескислородную медь марки М00 (до 0,01 % примесей), которую получают из электролитической переплавом в вакууме, а также медь марок М0 (0,05 % примесей) и М1 (0,1 % примесей). Из бескислородной меди изготовляют детали магнетронов, волноводов, резонаторов, приборов СВЧ. Медь применяют в микроэлектронике в виде тонких проводящих пленок.

Медь используется в спаях со стеклами. Коэффициент линейного расширения у меди больше, чем у стекол, но она обладает низким пределом текучести и высоким коэффициентом теплопроводности.

Сплавы на основе меди. Латуни и бронзы прочнее и дешевле чистой меди, устойчивы к коррозии, технологичны. Их применяют после холодной обработки давлением, либо в отожженном состоянии.

Из однофазных латуней путем обработки давлением в холодном состоянии изготовляют волноводы, платы приборов, крепежные изделия, детали разъемов и выключателей. Из более прочных двухфазных латуней детали приборов можно изготавливать обработкой резанием. Добавление 1–2 % марганца повышает стойкость латуни к дуговому разряду. Изготавливают штепсельные разъемы, зажимы, контакты.

Для пружинных контактов, мембран применяют холоднодеформированную оловянную бронзу. Недостаток – низкая электропроводность. Самой высокой электропроводностью среди всех бронз обладает кадмиевая бронза. Она прочнее отожженной меди в 3 раза. Кадмий повышает температуру рекристаллизации меди. Провода из твердотянутой бронзы не теряют прочности при нагреве до 250 °С. Бронзу применяют для коллекторных пластин, пружинных контактов, проводов повышенной прочности. Хромистая бронза имеет высокую электропроводность, обладает высокой износостойкостью и применяется для скользящих контактов. Бериллиевая бронза обладает высоким пределом упругости, твердостью, сопротивлением усталости и износу, высокой электропроводностью. После термообработки (закалка + старение) происходит распад пересыщенного твердого раствора с выделением метастабильной фазы – интерметаллида CuBe. Это обеспечивает дисперсионное упрочнение и повышение предела прочности до 1300 МПа. Применяют для изделий ответственного назначения: упругих токоведущих элементов точных приборов (пружинных контактов, мембран), деталей, работающих в сложных условиях – при больших давлениях и температурах.

Биметалл – сталь, покрытая слоем меди. Применяется для уменьшения расхода меди и повышения механических свойств. Для изготовления биметалла применяют два способа: горячий и электролитический. В первом случае сталь покрывают медью в литейной форме, затем ее прокатывают и растягивают. Холодный способ обеспечивает большую равномерность покрытия, но меньшую прочность сцепления. Биметаллическая проволока выпускается диаметром от 1до4 мм. Содержание меди в биметалле – не менее 50 % от веса проволоки. Биметаллическую проволоку применяют для линий связи, электропередач. Изготавливают шины распределительных устройств, полосы для рубильников, токоведущие части электрических аппаратов.

Алюминий – второй по значимости металл высокой проводимости после меди (r = 0,028 мкОм·м). При одинаковом сопротивлении и длине алюминиевый провод в два раза легче медного, хотя его сечение примерно в 1,6 раза больше. Алюминий обладает высокой пластичностью, позволяющей изготовлять проволоку различного сечения и фольгу толщиной до 6–7 мкм; хорошей способностью отражать световые и тепловые лучи, которая близка к отражающей способности серебра и увеличивается с повышением чистоты металла.

Технический алюминий получают путем электролиза глинозема Al2 O3. алюминий высокой чистоты – дополнительным электролитическим рафинированием. На электропроводность алюминия различные примеси также влияют в неодинаковой степени (рис. 10.6). Наиболее сильно электропроводность снижают примеси хрома, ванадия и марганца, которые образуют с алюминием твердые растворы. Менее заметно влияют на электропроводность никель, кремний, железо, цинк. В меньшей степени, чем примеси, на электропроводность алюминия влияет степень его деформации и режим термической обработки. Отрицательное влияние деформации на электропроводность устраняется отжигом.

Для электротехнических целей используют алюминий технической чистоты марки АЕ (0,5 % примесей), высокой чистоты А97 (0,03 %) и особой чистоты А999 (0,001 %). Алюминий используется для обмоточных, монтажных, установочных проводов, линий электропередач, кабельных жил. Пленки алюминия особой чистоты широко используют в микроэлектронике в качестве межэлементных соединений и контактов.

Алюминиевые провода применяют без изоляции. Тонкая, прочная пленка Al2 O3 обладает высоким электрическим сопротивлением, а также защищает металл от коррозии. Более толстый слой пленки получают с помощью электрохимической обработки. Алюминиевая оксидная изоляция прочна механически и термически; применяется в электролитических конденсаторах, различных катушках без дополнительной межвитковой и межслойной изоляции (слой оксида толщиной 0,03 мм имеет пробивное напряжение 100 В, толщиной 0,04 мм – 250 В). Недостаток изоляции: ограниченная гибкость, возникают трудности при пайке. Алюминиевые провода обычно соединяют холодной сваркой.

Промышленные алюминиевые сплавы содержат не менее двух-трех легирующих элементов, которые вводятся главным образом для повышения механической прочности. Например, для изготовления корпусов радиоаппаратуры и приборов широко используются дуралюмины. Для проводов воздушных линий электропередач применяют сплав альдрей – алюминий, содержащий магний, кремний и железо, который отличается повышенной пластичностью, прочностью до 350 МПа при хорошей электропроводности (#961; = 0,032 мкОм·м).

Источники: http://www.ngpedia.ru/id137075p1.html, http://studopedia.org/14-76335.html, http://megalektsii.ru/s30847t2.html

Комментариев пока нет!

Ваше имя *
Ваш Email *

Сумма цифр внизу: код подтверждения