Электротехнические материалы

Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества характеризует его способность проводить электрический ток. Физический смысл удельного сопротивления в технике: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 кв.мм. 

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ (проводимость), способность веществ проводить электрический ток, обусловленная наличием в них подвижных заряженных частиц (носителей заряда) - электроионов, ионов и др., а также физическая величина (v), количественно характеризующая эту способность. Величина 1/v называется удельным электрическим сопротивлением.

1. Классификация электротехнических материалов.

1. Проводниковые материалы.

2. Полупроводниковые материалы.

3. Диэлектрики.

4. Магнитные материалы.

5. Диэлектрические материалы.

6. Композиционные материалы.

2. Проводниковые материалы – общая характеристика, основные требования.

Металлы (медь алюминий) (золото серебро) сплавы(основа бронза, медь, латунь)

Низкое удельное сопротивление выское электропроводность.

Проводники первого рода это проводники, обладающие проводимостью за счёт свободных электронов.

Проводники второго рода обладающие ионной проводимостью.

Применение:

• проволоки и шин для проводов,

• листов в составе печатных плат и экранов,

• припоя,

• покрытия поверхности других проводников (разъёмные, подвижные котакты, контакты с другими средами),

• тонких плёнок на поверхности диэлектриков и полупроводников.

Требования

• минимальное значение удельного электрического сопротивления;

• достаточно высокие механические свойства (главным образом предел прочности при растяжении и относительное удлинение

при разрыве);

• способность легко обрабатываться, что необходимо дляизготовления проводов малых и средних сечений;

• способность образовывать контакты с малым переходным сопротивлением при пайке, сварке и других методах соединения проводов;

• коррозионная стойкость.

3. Обзор основных групп проводниковых материалов.

Общепринятая классификация проводниковых материалов отсутствует. Рассмотрим следующие основные группы проводниковых материалов:

• материалы высокой проводимости;

Серебро Медь Бронзы Алюминий  Сталь

•  материалы с высоким удельным сопротивлением для резисторов и точных приборов;

Манганины - сплавы на медной основе, содержащие около 85% Cu, 12% Mn, 3% Ni.

Применяются для изготовления образцовых резисторов, шунтов приборов и т. д., имеет малую термоЭДС в паре с медью (1-2 мкВ/К), удельное сопротивление 0,42 - 0,48 мкОм · м, σ_p = 450 - 600 МПа, Δl/l = 15- 30 %, максимальная длительная рабочая температура не более 200°С. Можно изготовлять в виде проволоки толщиной до 0,02 мм с эмалевой и др. изоляцией.

Константан - медно-никелевый сплав (средний состав 60% Cu, 40% Ni) имеет ρ = 0,48 - 0,52 мкОм · м, α_ρ = (5 - 25) · 10^-6 К^-1, σ_p = 400-500 МПа, Δl/l = 20 - 40%. ТермоЭДС в паре с медью 45 - 55 мкВ/К, поэтому константан можно использовать для термопар. Реостаты и нагревательные элементы из константана могут длительно работать при температуре 450°С.

•  жаростойкие материалы;

Жаростойкие сплавы - это сплавы на основе никеля, хрома и других компонентов. Устойчивость этих сплавов к высоким температурам объясняется наличием на их поверхности оксидов хрома Cr₂O₃ и закиси никеля NiO. Сплавы системы Fe-Ni-Cr называютсянихромами, на основе никеля, хрома и алюминия фехралями и хромалями. В марках сплавов буквы обозначают: Х-хром, Н-никель, Ю-алюминий, Т-титан. Цифра, следующая за буквой, означает среднее процентное содержание этого металла. Некоторые свойства жаростойких сплавов приведены в табл. 2.

• контактные материалы;

• Для разрывных контактов в слаботочных контактах, кроме чистых тугоплавких металлов вольфрама и молибдена применяют платину, золото, серебро, сплавы на их основе и металлокерамические композиции, например, Ag - CdO.

• Сильноточные разрывные контакты обычно изготовляют из металлокерамических материалов и композиций, например, серебро - никель, серебро - графит, медь - вольфрам - никель и др.

• Для скользящих контактов часто используют контактные пары из металлического и графитосодержащего материалов, а также проводниковые бронзы, латуни (сплавы меди и цинка), твердую медь и медь, легированную серебром (для коллекторных пластин) и др. материалы. 

сверхпроводники(олове, свинце) и криопроводники.( Это материалы - удельное сопротивление которых достигает малых значений при криогенных температурах (ниже -173°С). Сверхпроводящее состояние в этих материалах не наблюдается. Наиболее широко в качестве криопроводников применяются чистая медь и алюминий (марки А999 с 0,001% примесей), бериллий (0,1% примесей). При температуре жидкого гелия у алюминия А999 удельное электрическое сопротивление равно (1 - 2) · 10^-6 мкОм·м.Применяются криопроводники в основном для изготовления жил кабелей, проводов, работающих при температурах жидкого водорода (-252,6°С), неона (-245,7°С) и азота (-195,6°С). ) 

4. Основные электрические свойства проводниковых материалов.

• Малое удельное сопротивление

• Сверхпроводимость (удельное сопротивление падает до 0 при низких температурах)

• плотность применяемых материалов,

• удельное сопротивление

• температурный коэффициент сопротивления

• химические и механические свойства

• температуру их плавления.

• Соединения путем сварки и пайки

• прочность при растяжении, изгибании, твердость,