61.Классификация этм. Свойства и количественные характеристики проводников.

Электротехнические материалы - это специальные материалы, из которых изготовляют электрические машины, аппараты, приборы и другие элементы электрооборудования и электроустановок. Все электротехнические материалы обычно делят на четыре основные группы: - электроизоляционные (диэлектрики),

- проводниковые,

- полупроводниковые (полупроводники)

- магнитные.

К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся:

- удельная проводимость γ или обратная ей величина – удельное сопротивление ρ;

- температурный коэффициент удельного сопротивления αρ;

- коэффициент теплопроводности γ_т;

- контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила;

- работа выхода электронов из металла;

- предел прочности при растяжении σ_ρ и относительное удлинение перед разрывом Δl/l.

Проводниковые материалы, кроме высокой электрической проводимости, должны иметь достаточную прочность, пластичность, коррозионную стойкость в атмосферных условиях и в некоторых случаях высокую износостойкость. Кроме того, металл должен хорошо свариваться и подвергаться пайке для получения соединения высокой надежности и электрической проводимости.

62.Проводниковые материалы и их применение. Материалы с высокой проводимостью. Материалы с высоким удельным сопротивлением. Резистивные материалы. Материалы и сплавы различного назначения.

Проводниковый материал – это материал, проводящий электрический ток.

В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях — и газы. Важнейшими практически при­меняемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материа­лами являются металлы и их сплавы.

Из металлических проводниковых материалов могут быть выде­лены металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопро­тивление при нормальной температуре не более 0,05 мкОм.м, и сплавы высокого сопротивления, имеющие при нормальной тем­пературе не менее 0,3 мкОм.м. Металлы высокой проводимости используются для проводов, токопроводящих жил кабелей, обмо­ток электрических машин и трансформаторов и т. п. Металлы и сплавы высокого сопротивления применяются для изготовления резисторов, электронагревательных приборов, нитей ламп накали­вания и т. п.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты.

Материалы высокой проводимости. К наиболее широко распространенным материалам высокой проводимости следует отнести медь и алюминий.

Медь. Преимущества меди следующие: малое удельное сопротивление; достаточно высокая механическая прочность; удовлетворительная в большинстве случаев стойкость по отношению к кор­розии; хорошая обрабатываемость; относительная легкость пайки и сварки. Мягкую медь в виде проволок круглого и прямоугольного сечения применяют главным образом в качестве токопроводящих жил кабелей и обмоточных проводов, где важна гибкость и пластичность (не должна пружинить при изгибе), а не прочность. Медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом.

Алюминий является вторым по значению (после меди) проводниковым материалом. Это важнейший представитель так называемых легких металлов. Алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди. Температурный коэффициент расширения, удельная тепло­емкость и теплота плавления алюминия больше, чем меди.

Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представ­ляет большой интерес для использования в качестве проводниково­го материала. Однако даже чистое железо имеет значительно более высокое сравнительно с медью и алюминием удельное сопротивление (около 0,1 мкОм·м); значение стали еще выше. Сталь как проводниковый материал используется также в виде шин, рельсов трамваев электрических железных дорог (включая «третий рельс» метро) и пр.

Материалы с высоким удельным сопротивлением

К материалам данной группы относятся сплавы на основе меди — манганин, константан; на основе железа — нихром, фехраль. Они предназначены для изготовления резисторов, электронагревательных приборов, нитей ламп накаливания и т.д.

При использовании этих сплавов для электроизмерительных приборов и образцовых резисторов, помимо высокого удельного сопротивления , требуется высокая стабильность во времени, малый температурный коэффициент удельного сопротивления и малый коэффициент термоэдс в паре данного сплава с медью. Сплавы для электронагревательных элементов должны длительно работать на воздухе при высоких температурах (иногда до 1 0000 С и даже выше). Кроме того, во многих случаях требуется технологичность сплавов — возможность изготовления из них гибкой про­волоки, иногда весьма тонкой (диаметром порядка сотых долей миллиметра). Наконец, желательно, чтобы сплавы, используемые для приборов, производимых в больших количествах, — реостатов, электроплиток, электрических чайников, паяльников, — были дешевыми и по возможности не содержали дефицитных компонентов.

Манганин. Это наиболее типичный и широко применяемый для изготовления образцовых резисторов сплав. Достоинство его — слабая зависимость сопротивления от температуры, что необходимо для обес­печения постоянства сопротивления в электроизмерительных уст­ройствах. Кроме того, манганин имеет малое значение термо-эдс в контакте с медью, благодаря чему снижается погрешность при точных измерениях

Константан — сплав, содержащий около 60 % меди и 40 % ни­келя. Он обладает весьма малой величиной температурного коэф­фициента сопротивления, часто принимаемой равной нулю.

Нихром и фехраль являются жаростойкими материалами, при­меняемыми в электронагревательных приборах и печах, где необ­ходима длительная работа при температурах от 800 до 1200 °С, что обеспечивает стойкость к окислению при высоких температурах.

Резистивные материалы

Для изготовления как дискретных, так и интегральных резисторов применяется достаточно широкий круг материалов. Обычно их используют в пленочном исполнении.

Для этой цели применяют:

- пленки тугоплавких металлов (Та, Сr, Re);

- высокорезистивные сплавы (манганин, константен, нихром);

- кремнийсодержащие сплавы типа PC (резистивный сплав)

- оксиды металлов SnО2 , TiO2;

- резистивные материалы на основе углерода и его модификаций.

Благодаря широкой номенклатуре и разнообразию свойств существующие резистивные материалы обеспечивают получение различных типов резисторов нужных номиналов с заданной точностью.

Материалы и сплавы различного назначения

К данной группе материалов в первую очередь относятся сплавы для термопар, применяемых для измерения температуры, и припои, предназначенные для соединения металлических частей путем пайки. Сюда же следует отнести ртуть, вольфрам, молибден и другие металлы (свинец, олово, цинк, платина, палладий) применяемые в технике благодаря их специфическим свойствам.