Проводниковые материалы

Все провод-ые материалы можно разделить на 3 группы: 1) мат-лы высокой электропров-ти, используемые для изгот-ия проводн-ов; 2) метал-ие материалы высокого уделного электр-ого сопрот-ия, применяемые для изготов-ия резисторов и нагревательных элементов; 3) мат-ы для изготовления контактов.

Одной из важнейших характеристик проводниковых материалов явл-ся их электропр-ть (): nq

где: n - концентрация носителей заряда, q - величина заряда,  - подвижность носителей заряда.

Очевидно, что у мат-ов высокой электропровод-ти и контактных матер-ов электропров-ть должна быть достаточно велика, тогда как электропров-ть мат-ов высокого электросопрот-ия должна быть мала.

Основными носителями заряда в метал-их материалах явл-ся свободные электроны, появляющиеся при образовании метал-ой связи. Как известно метал-ая связь образуется м/у атомами эл-в с валентной электронной оболочкой заполненной менее чем на половину. В этом случае валентные электроны отрываются от атомов и обнажается полностью заполненная электронная оболочка. При этом валентные электроны становятся свободными, образуя «электронный газ». Чем выше плотность элек-го газа, тем плотнее упак-на кристал-ая реш-ка металлов. В этой связи следует ожидать что электропроводность металлов с ГЦК решеткой будет выше, чем электропроводность металлов с ОЦК решеткой. Помимо концентрации электронов на электропр-ть оказывает влияние и их подвиж-ть. На подвижность электронов в основном оказывают влияние 2 фактора: наличие дефектов кристал-ой реш-ки и строение внутренних электронных оболочек атомов. При любом искажении кристал-ой реш-ки распростр-ие электр-ых волн затрудняется, что аналогично снижению подвижности электронов. Резко снижает подвижность электронов наличие незаполненных внутренних электронных оболочек. В этом случае свободные электроны могут временно захватываться незаполненными внутренними оболочками атомов. Поэтому электропров-ть переходных металлов существенно ниже электропроводности обычных металлов.

Материалы электрических контактов

В электр-их машинах и апар-ах могут встреч-ся токо 2 неисправности: пробой изоляции (наличие нежелательных контактов) и отсутствие контакта в нужном месте. Все контакты можно разд-ть на неподвижные и подвижные. Неподв-ые кон-ты испол-ся для длительного соедин-ия и могут быть зажимными и цельнометаллическими. Подв-ые конт-ты могут быть разрывными и скользящими.

Зажимные контакты.В заж-ых конт-ах («клеммы», болтовые соединения) действительная поверх-ть контакта заметно меньше повер-ти налагаемых друг на друга проводн-ов. Это связано с наличием на поверх-ти сопрягаемых деталей неровностей и слоя окислов. Поэтому чем мягче материал конт-ов и чем выше его коррозионная стойкость, тем меньше сопрот-ие контакта. Поэтому конт-ты обычно облуживают – покрывают слоем олова. Для особо над-ых конт-ов прим-ют серебрение или золочение.

При конткте разнородных матер-ов (меди и стали) проис-ит активная коррозия хим-ки более активного элемента. Так при контакте стали с медью, будет происходить интенсивная коррозия стали, и появ-ие окислов железа привдет к росту сопрот-ия контакта. Поэтому в тех случаях, когда необходим контакт стальной детали с медной, обе детали облуживают.

Материалы разрывных контактов. Разрывные контакты периодически замыкаются и размыкаются. При этом м/у контактными площадками образ-ся электр-ая дуга. Возникновение дуги ведет к росту темп-ры, , к снижению механической прочности, окислению материала контактов, появл-ся вероятность их сваривания, а также возможна эрозия материала. Для того чтобы материал разрывных контактов надежно работал, он должен удовлетворять следующим требованиям:

1) иметь высокую электропр-ть; 2) быть устойчивым к коррозии; 3) иметь высокую темп-ру плавления;

4) быть твердым; 5)иметь высокую теплоту испарения; 6)обладать высокой теплопров-тью.

Кроме того, материал должен быть дешевым и недефицитным. Для малоответственных разрывных контактов (бытовые выключатели) в кач-ве матер-ла обычно выбирают латунь – сплав меди с цинком. Наличие в сплаве цинка приводит к повыш-ию механ-ой прочн-ти и росту коррозионной стойкости

Для ответственных контактов работающих при малых напряжениях и коммутирующих малые токи (контакты маломощных реле) используют серебро.

Материалы скользящих контактов. В основном, к материалам скользящих контактом предъявл-ся те же требования, что и к материалам разрывных контактов. Однако особенно остро ставится вопрос об уменьшении износа при трении. Для снижения износа трения можно повысит твердость мат-ла контактирующих пар и использовать смазку. Естественно, что смазка должна быть электропроводной. Для коллекторов электр-их моторов испол-ют холоднодеформированную медь, а для щеток испол-ют графит. Для тяжелонагруж-ых машин для изготов-ия щеток испол-ют металлографитовые щетки – медно-графитовые и бронзо-графитовые.