Материалы высокой проводимости

Среди металлов высокой электропроводимости наиболее широко применяются медь и алюминий. Медь из-за малого удельного сопротивления (наименьшего среди металлов, исключая серебро) используют в качестве проводникового материала; кроме того, она обладает достаточно высокой механической прочностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей обрабатываемостью (прокат, волочение, ковка, а также пайка и сварка). Производство меди основано на переработке медных руд – оксидных и сульфидных соединений меди, хотя медь может встречаться в природе и в самородном состоянии.

По механической прочности различают медь твердую не отожженную – МТ и мягкую отожженную медь – ММ. По содержанию химических примесей медь подразделяется на марки по ГОСТ 859 – 78. Электрические характеристики меди следующие: удельное сопротивление стандартной меди при 20⁰С – 0, 017241 ; температурный коэффициент удельного сопротивления в интервале температуры от 0⁰С до 150⁰С ; термоэ.д.с. относительно свинца в интервале температуры  от  0⁰С до 100⁰С – 3, 2 мкВ/град; работа выхода электронов A= 4, 07 – 4, 61 эВ. При низких температурах удельное сопротивление меди становится весьма малым, однако сверхпроводимостью она не обладает. В электротехнике медь применяется для изготовления проводников, шин распределительных устройств, токоведущих частей приборов и электрических аппаратов, анодов в гальванопластике, проводящей части печатных плат и т.д. Медь используется также в спаях со стеклами, хотя у нее коэффициент линейного расширения больше, чем у стекол, но зато она обладает низким пределом текучести, мягкостью и высоким коэффициентом теплопроводности.

Для повышения механической прочности медь применяется в виде сплавов: бронз и латуней. При изготовлении конструкционных и проводящих частей приборов и аппаратов, (в том числе для щеткодержателей и коллекторных пластин) используют следующие бронзы: оловянные, обрабатываемые давлением (ГОСТ 5017 - 74); бронзы литейные (ГОСТ 613-79); бронзы безоловянные литейные (ГОСТ 493-79). Проводниковые бронзы применяются для изготовления контактов, зажимов и электродов. Латуни представляют собой медно-цинковые сплавы и так же, как и бронзы, обладают более высокой механической прочностью и более высокими значениями удельного электрического сопротивления. Латуни делятся на обрабатываемые давлением и литейные. Обычно они паяются мягкими и твердыми припоями и допускают электрическую и газовую сварку. Марки латуней, обрабатываемых давлением, определены ГОСТ 15527-70, а литейных – ГОСТ 17711-80.

Вторым по значению удельной электрической проводимости после меди при нормальной температуре является алюминий. При низких температурах он становится даже более проводящим, чем медь; это происходит при температуре около 70 К. Классы и марки первичного алюминия устанавливаются в зависимости от способа получения и его химического состава. Особо чистым является алюминий марки А999, в котором примеси составляют всего 0, 001%, а чистого алюминия содержится не менее 99, 999 %. Для электротехнических целей используют алюминий технической чистоты марки АЕ, содержащий не более 0, 5% примесей. Электрические характеристики алюминия следующие: при 20⁰С удельное сопротивление алюминия АЕ 0, 028 ; температурный коэффициент удельного сопротивления в интервале температуры от 0⁰С до 150⁰С ; термоэ.д.с. относительно свинца в интервале температуры от 0⁰С до 100⁰С – 0, 4 мкВ/град; работа выхода электронов А= 4, 25 эВ.

При нормальной температуре, одинаковых сечениях и длине электрическое сопротивление алюминиевого провода больше, чем медного, в 1, 63 раза. Следовательно, при одинаковом электрическом сопротивлении площадь поперечного сечения алюминиевого провода в 1, 63 раза больше, чем у медного провода, т.е. его диаметр должен быть больше в 1, 3 раза. При ограниченных размерах изделий замена в них меди на алюминий невозможна, но масса алюминиевого провода при одинаковых значениях длины и электрического сопротивления оказывается в 2 раза меньше медного провода.

В электротехнике алюминий заменил дорогостоящую медь. Он используется для изготовления электрических проводов, кабельных, тонкопленочных и других токопроводящих изделий, в качестве обмоток асинхронных двигателей, для производства сплавов, для изготовления конденсаторов и конденсаторной фольги, для электровакуумной техники (электроды в разрядниках, катоды в ионных рентгеновских трубках) и т.д.

Алюминий хорошо варится, но обычными методами не паяется. В воздухе он активно окисляется, покрываясь тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка, предохраняя алюминий от дальнейшей коррозии, создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых деталей и делает затруднительной их пайку. Для пайки алюминия обычно используют ультразвуковые паяльники, специальные припои. В местах контакта меди с алюминием, особенно под воздействием влаги, образуется местная гальваническая пара, причем полярность ее такая, что ток идет от алюминия к меди (по внешней поверхности), и алюминий разрушается коррозией. Для защиты от коррозии необходимо тщательно изолировать места соединения меди и алюминия (покрывать лаком, например).

Несмотря на то, что алюминий имеет низкую механическую прочность, его сплавы обладают достаточно высокой механической прочностью. Сплавы делятся на алюминиевые деформируемые (ГОСТ 4784-74) и алюминиевые литейные (ГОСТ 2685-75). Деформируемые сплавы предназначены для изготовления прутков, профилей, полос, листов, проволоки, панелей, труб методами холодной или горячей обработки. Вторые – для изготовления фасонных отливок.

К материалам высокой проводимости относится большая группа металлов, но по массовости применения они значительно уступают алюминию и меди.

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: