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.

Материалы с большим удельным сопротивлением.

К таким материалам относятся сплавы, имеющие при нормаль­ных условиях удельное электрическое сопротивление не менее 0,3 мкОм-м. Эти материалы достаточно широко применяются при изготовлении различных электроизмерительных и электронагре­вательных приборов, образцовых сопротивлений, реостатов и т.д.

Манганин - это медно-никелевый сплав, содержащий в среднем 2,5...3,5%никеля (с кобальтом), 11,5... 13,5%марганца, 85,0...89,0% меди. Содержание примесей в нем, среди которых главным являет­ся железо, не должно превышать 0,9%. Легирование марганцем, а также проведение специальной термообработки при температуре 400 °С позволяет стабилизировать удельное сопротивление манга­нина в интервале температур от -100 до +100°С. Манганин имеет очень малое значение термоЭДС в паре с медью, высокую стабиль­ность удельного сопротивления во времени, что позволяет широ­ко использовать его при изготовлении резисторов и электроизме­рительных приборов самых высоких классов точности.

Константан - содержит те же компоненты, что и манганин, но в иных соотношениях: никель (с кобальтом) 39...41%, марганец1 ...2%, медь 56,1 ...59,1%. Содержание примесей также должно быть не более 0,9%. Название сплава свидетельствует о независимости его удельного электрического сопротивления от температуры. По нагревостойкости константан превосходит манганин, что позволяет использовать его в реостатах и нагревательных элементах, работающих при темпе­ратуре до 500 °С. Высокие механические характеристики, сочетаю­щиеся с пластичностью, позволяют изготовлять из этого сплава тончайшую проволоку, ленты, полосы и фольгу. Высокое значение термо ЭДС в паре с медью и железом исключает применение константана в электроизмерительных приборах высокой точности, но он с успехом используется при изготовлении термопар.

Нихромы - сплавы на основе железа, содержащие в зависимос­ти от марки 15...25% хрома, 55...78% никеля, 1,5% марганца. Они в основном применяются для изготовления электронагревательных элементов, так как обладают хорошей стойкостью при высокой температуре в воздушной среде, что обусловлено близкими значе­ниями температурных коэффициентов линейного расширения этих сплавов и их оксидных пленок. Длительность работы электронаг­ревательных элементов из нихрома существенно повышается при исключении доступа кислорода к поверхности проволоки. Нихро­мы имеют высокую технологичность, легко протягиваются в тон­кую проволоку или ленту.

Нейзильбер – нейзильбер МНЦ-15-20, в составе которого 18...22% цинка, 13,5... 16,5% никеля (с кобальтом) и остальное медь. Содержание в нем различных примесей не должно превышать 0,9%. Нейзильбер имеет очень высокие механические характеристики, пластичен, но удельное электрическое сопротивле­ние его меньше, чем у других сплавов. Он имеет высокую коррози­онную стойкость и благодаря значительному содержанию цинка в своем составе - меньшую стоимость по сравнению с константаном.

Фехрали и хромали – Они относятся к системе Fe-Cr-Al и содер­жат в своем составе 0,7% марганца, 0,6% никеля, 12... 15% хрома, 3,5...5,5% алюминия и остальное - железо. Эти сплавы отличают­ся высокой стойкостью к химическому разрушению поверхности под воздействием различных газообразных сред при высоких тем­пературах; имеют удовлетворительные технологические свойства и хорошие механические характеристики что позволяет достаточно легко получать из них проволоку, ленты, прутки и другие полуфабрикаты, которые способны свариваться и выдерживать большие механические нагрузки при высокой темпе­ратуре без существенных деформаций.

Для обозначения марок хромалюминиевых сплавов использу­ется традиционная система из букв и чисел, отличающаяся только тем, что для обозначения алюминия используется буква Ю. Напри­мер, обозначение Х23Ю5 соответствует сплаву с содержанием 23% хрома и 5% алюминия.