Проводниковые материалы.

Проводниками называются вещества, внутри которых в случае электростатического равновесия электрическое поле равно нулю, то есть нескомпенсированные заряды проводников локализуются в бесконечно тонком поверхностном слое, а если электрическое поле отлично от нуля, то в проводнике возникает электрический ток.

В качестве проводниковых материалов могут использоваться твёрдые тела, жидкости и газы. Среди твёрдых проводниковых материалов наиболее часто в электротехнике применяются металлы и сплавы.

К жидким проводникам относятся, как правило расплавленные металлы и различные электролиты. К электролитам относятся растворы кислот, щелочей и солей.

Данные материалы обладают высокой проводимостью из за наличия значительного количества свободных электронов которая выражается в См/м и может быть определена по формуле:

q – заряд электронов;

- Число свободных электронов в единице объёма металла;

- Средняя длина свободного пробега электрона между двумя соударениями с узлами решётки;

m – масса электрона.

- Средняя скорость теплового движения свободного электрона.

Удельное сопротивление проводника (Ом*мм²/м) с сопротивлением R сечением S и длиной l:

Удельное сопротивление сплавов определяется в основном наличием примесей и нарушением структуры входящих в них металлов.

Изменение удельного сопротивления принято характеризовать температурным коэффициентом удельного сопротивления TK .

Примеры проводниковых материалов.

Материалы с высокой проводимостью.

К проводниковым материалам с высокой проводимостью относятся различные металлы и сплавы - бронзы, латуни. Среди ме­таллов особое место занимает серебро, медь, алюминий.

Серебро - среди всех проводниковых материалов серебро обла­дает минимальным удельным сопротивлением при нормальной температуре. Серебро, имеющее марку Ср999-999,9, должно содержать не более 0,1% примесей. Механические харак­теристики серебра невысоки: твердость по Бринеллю составляет всего 25 (немного более золота), предел прочности при разрыве не превышает 200 МПа, а относительное удлинение при разрыве дос­тигает 50%. По сравнению с другими благородными металлами (зо­лотом, платиной) серебро имеет пониженную химическую стойкость, тенденцию диффундировать в материал подложки, на который оно нанесено. В условиях высокой влажности и при повышенных темпе­ратурах процесс диффузии серебра в материал подложки значительно усиливается.

Медь - этот металл получил ши­рокое распространение в качестве проводникового материала, по­скольку обладает целым рядом технически ценных свойств: ма­лым удельным сопротивлением; достаточно высокой механичес­кой прочностью; удовлетворительной стойкостью к коррозии, даже в условиях повышенной влажности; хорошей обрабатывае­мостью (легко прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку малого диаметра); хорошей способностью к пайке и сварке.

Медь по химическому составу подразделяется на несколько ма­рок: Ml, МООк, МОк, МОку, М006, МОб, М1б, М1у, М1к, М1ф, М1р, к, ку - катодная медь, б - бескислородная, у - катодная переплав­ленная, риф- раскисленная, цифры 00, 0 и 1 отражают содержа­ние меди. Максимальное содержание меди имеют марки МООк и М006.

Медь марки М1ф с повышенным содержанием фос­фора (0,012...0,06%), снижающим электропроводность, для изго­товления проводников не используется. В производстве проводов не применяется также и медь марки М1р, которая раскислена фос­фором и содержит его в количестве 0,002...0,012%. Данная медь может быть использована при изготовлении других типов кабель­ной продукции, например некоторых видов лент.

Механические и электрические характеристики проводниковой меди существенно зависят от ее состояния. Например, твердотянутая медь марки МТ имеет мень­шую проводимость и относитель­ное удлинение перед разрывом, но большую механическую проч­ность и твердость, чем отожжен­ная медь марки ММ. Твердость по Бринеллю при температуре 20 °С для меди марки МТ в зави­симости от степени нагартовки со­ставляет 65... 120, а для меди мар­ки ММ - не более 35. В соответствии с механическими и электрическими ха­рактеристиками проводниковой меди формируются и области ее применения.

Алюминий - алюминий, обладая большим сродством с воздухом, легко окисляется на воздухе, покрываясь при этом прочной оксидной пленкой, которая защищает металл от дальнейшего окисления и обусловливает его высокую коррозионную стойкость.

Присутствие примесей в составе алюминия, среди которых наи­более часто встречаются железо, кремний, медь, цинк и титан, суще­ственно снижают его удельную проводимость, влияют на механи­ческие характеристики и обусловливают области его применения.

В соответствии с количественным содержанием контролируе­мых примесей отечественная промышленность выпускает алюми­ний особой чистоты (не более 0,001%), высокой чистоты (не более 0,05%) и технической чистоты (не более 1,0%). Марка алюминия начинается с буквы А, затем стоит цифра, определяющая процент­ное содержание алюминия, например алюминий марки А97 содер­жит 99,97% алюминия, остальное - контролируемые примеси. Для электротехнических целей используются специальные марки алю­миния А5Е и А7Е, в которых содержание железа и кремния нахо­дится в определенном соотношении, а содержание титана, вана­дия, хрома и марганца снижено до тысячных долей процента.

В отожженном состоянии такой алюминий имеет предел проч­ности при растяжении 80...90 МПа, относительное удлинение 25...33%, а твердость по Бринеллю 15...20. Удельное электричес­кое сопротивление проводникового алюминия не должно превы­шать 0,0289 мкОм-м.

Сплавы алюминия отличаются легкостью и повышенной меха­нической прочностью по сравнению с алюминием. В состав алю­миниевых сплавов кроме алюминия могут входить марганец, цинк, магний, медь, железо и кремний, причем содержание железа и крем­ния в составе сплава не должно превышать 0,7 и 0,3% соответствен­но.

В марках алюминиевых сплавов буквы дают информацию о том, какие именно элементы содержатся в сплаве (А - алюминий, К -кремний, М - медь, Мг - магний, Ц - цинк, Мц - марганец), а циф­ры - их среднее процентное содержание.