5. Основные свойства и применение проводниковых материалов высокой проводимости (медь, алюминий, серебро, вольфрам)

С ростом температуры электрическое сопротивление металлических проводников возрастает.

Проводниковая медь — это очищенный от различных примесей металл красновато-оранжевого цвета, имеющий температуру плавления 1083 °С и температурный коэффициент линейного расширения 1,64÷10^-5 1/°С. Медь обладает хорошими механическими свойствами и пластичностью, что позволяет получить из нее проволоку диаметром до 0,01—0,02 мм, а также тонкие ленты. Проводниковая медь очень устойчива к атмосферной коррозии.

Для изготовления проводниковых изделий (обмоточные и монтажные провода, кабели) применяют сорта проводниковой меди с содержанием примесей не более 0,05—0,1 %.

Все марки меди имеют температурный коэффициент удель­ного сопротивления ТКρ = 0,0043 1/°С.

Бронзы — сплавы на основе меди Основные типы бронз представляют собой сплавы меди с оловом (оловянные бронзы), алюминием (алю­миниевые), бериллием (бериллиевые) и другими легирующими элементами. Марки бронз обозначают бук­вами Бр. (бронза), за которыми следуют буквы и циф­ры, указывающие, какие легирующие элементы и в каком количестве содержатся в данной бронзе.

Бронзы легко обрабатываются резанием, давлением и хорошо паяются. Ленты и проволоки из них, служат для изготовления пружинящих контактов, токопроводящих пружин и других токопроводящих и конструкционных деталей.

В отношении электропроводности бронзы уступают меди, но превосходят ее по механической прочности, упругости, сопротивлению истиранию и коррозионной стойкости.

Из проводниковых бронз изготавливают провода для линий электрического транспорта, пластины для коллекторов электрических машин, токопроводящие пружины и контактные упругие детали для электрических приборов.

Алюминий — металл серебристо-белого цвета, имеет температуру плавления 658 °С, малую твердость и сравнительно небольшую механическую прочность при растяжении σ_р = 90÷147 МПа. Кроме того, обладает более высоким, чем медь, увеличенным коэффициентом температурного расширения 24*10ˉ⁶ °С, что является его недостатком. Плотность равна 2700 кг/м³, т.е. он в 3,3 раза легче меди.

При увлажнении мест соединений алюминиевых проводов с проводами из других металлов могут образовываться гальванические пары. При этом алюминиевые провода разрушаются возникающими местными гальваническими токами. Чтобы избежать образования гальванических пар, места соединений тщательно зачищают от влаги (например, лакированием). Чем выше химическая чистота алюминия, тем лучше он сопротивляется коррозии.

Из алюминия высокой чистоты (примесей не более 0,005%) изготовляют электроды электролитических конденсаторов, алюминиевую фольгу. Проволоку для проводов изготовляют из алюминия, содержащего не более 0,3 и 0,5 % (марки А7Е и А5Е). Выпускаются мягкая (AM), полутвердая (АПТ) и твердая (AT) алюминиевая проволока диаметром от 0,08 до 10 мм и шины прямоугольного сечения.

Алюминиевые провода и токопроводящие детали можно соединять друг с другом горячей или холодной сваркой, а также пайкой, но с применением специальных припоев и флюсов.

Серебро не окисляющихся на воздухе при комнатной температуре. Интенсивное окисление серебра начинается при температуре выше 200 °С. Серебро отличается высокой пластичностью, позво­ляющей получать фольгу и проволоку диаметром до 0,01 мм. Серебро обладает наивысшей проводимостью. Плотность 10 500 кг/м³, температура плавления 960,5 °С, КТР = 19,3 * 10ˉ⁶ 1/°С.

По сравнению с медью и алюминием серебро применяют ограниченно в сплавах с медью, никелем или кадмием — для контактов в реле и в других приборах на небольшие токи, а также в припоях ПСр 10, ПСр 25 и др.

Вольфрам относится к группе тугоплавких металлов и применяется в качестве износостойкого материала для электрических контактов и деталей в электровакуумных приборах (нити ламп накаливания, электроды и др.).

Вольфрам — металл серого цвета, обладающий очень высокой температурой плавления и большой твердостью, получают методом порошковой металлургии. Плотность 19 300 кг/м³, температура плавления 3380°С, температурный коэффициент сопротивления ТКρ = 0,0046 1/°С.

Из вольфрама изготовляют проволоку диаметром до 0,01 мм. Окисление вольфрама на воздухе начинается при температуре от 400 °С и выше. В вакууме вольфрамовые детали могут работать при температуре до 2000 °С.