2 Проводниковые материалы

2.1 Общие сведения о проводниках

Проводниковые материалы в основном служат для передачи электрической энергии и её непосредственного преобразования в тепловую, механическую и другие виды энергии. Проводниками могут служить твёрдые тела, жидкости и газы. Твёрдыми проводниками являются металлы, различного рода сплавы, модификации углерода и композиции на их основе. К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Большинство металлов являются жидкими проводниками лишь при повышенных температурах.

Электролитами являются водные растворы кислот, солей, щелочей и расплавы ионных соединений.

Все газы и пары металлов становятся проводниками при высокой напряжённости приложенного электрического поля. Основным условием при этом является возникновение ударной или фотоионизации и газ может стать проводником с электронной и ионной электропроводимостью. При равенстве количества положительных и отрицательных заряженных частиц в объёме сильно ионизированного газа получают равновесную проводящую среду так называемого четвёртого состояния вещества – плазму.

Общая классификация проводниковых материалов и металлов приведена на рисунках 2.1 и 2.2.

2.2 Основы металлургии

Широкое применение в различных областях техники получили металлы, выполняющие функции электропроводных и несущих конструкций. Современная судостроительная промышленность потребляет большое количество чёрных и цветных металлов. Металлы являются веществами кристаллическими. Большинство металлов имеет один из следующих видов кристаллических решёток: объёмно центрированную кубическую (о.ц.к.) – Cr, Mo, V и др.; гранецентрированную кубическую (г.ц.к.) – Ni, Al, Cu и др.; гексагональную плотноупакованную (г.п.у.) – Mg,, Zn, Cd и др.

Рисунок 2.1 – Классификация проводниковых материалов

Реальная кристаллическая структура имеет большое коли­чество несовершенств (дефектов), которые по своим геометрическим признакам делятся на точечные (вакансии, примесные атомы), линейные (дислокации) и поверхностные (границы зёрен). Плотность и характер распределения дефектов во многих случаях оказывают существенное влияние на механические свойства металлов. Применение чистых металлов в промышленности ограничено, и часто используют сплавы, получаемые сплавлением двух или более веществ.

Металлический сплав получают сплавлением металлов или преимущественно металлов с неметаллами. При этом металлический сплав обладает комплексом характерных металлических свойств. Вещества, которые образуют сплав, называются компонентами. Компонент, количественно преобладающий в сплаве, называется ос­новным. Сплавы часто называют по основному компоненту: медные, алюминиевые, магниевые и т. д. По числу компонентов различают двухкомпонентные (двойные), трёхкомпонентные (тройные), четырёхкомпонентные и многокомпонентные сплавы. Далее будут рассматривать­ся строение и свойства двухкомпонентных сплавов, что является основой для изучения сплавов, состоящих из большего числа компонентов. Кроме того, основу боль­шинства многокомпонентных сплавов чаще всего состав­ляет двухкомпонентный сплав.

Фазой называют однородную часть сплава, характеризующуюся определённым составом и строением и отделённую от других частей сплава поверхностью раздела, при перехо­де через которую состав или строение вещества изменяют­ся скачкообразно. Под структурой понимают форму, раз­мер и характер взаимного расположения фаз в сплавах.

Строение сплавов. Строение сплава зависит от того, как взаимодействуют между собой компоненты. В рас­плавленном состоянии в подавляющем большинстве слу­чаев сплавы представляют собой однородные жидкие растворы, то есть компоненты неограниченно растворя­ются друг в друге. В твёрдом состоянии компоненты мо­гут никак не взаимодействовать, либо взаимодействовать с образованием твёрдого раствора или химического со­единения. Поэтому в сплавах могут образовываться сле­дующие фазы: жидкие растворы, твёрдые растворы, чис­тые компоненты, химические соединения. По строению в твёрдом состоянии все сплавы подразделяются на три основных типа: механические смеси, химические соеди­нения и твёрдые растворы.

Рисунок 2.2 – Классификация проводниковых металлов