Для сдачи тестов, рубежного контроля, а также закрепления материала используйте браузеры MS Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chromium
    Главная страница электронного учебника План урока
    Содержание дисциплины

    Проводниковые материалы
    Содержание дисциплины

    Материалы высокой проводимости

    Учебная тема
    Материалы высокой проводимости

    Тема 6.Материалы высокой проводимости

    К материалам этого типа предъявляются следующие требования: минимальное значение удельного электрического сопротивления; достаточно высокие механические свойства (главным образом предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве); способность легко обрабатываться, что необходимо для изготовления проводов малых и средних сечений; способность образовывать контакты с малым переходным сопротивлением при пайке, сварке и других методах соединения проводов; коррозионная стойкость.

    Основным является требование максимальной удельной проводимости материала. Однако электропроводность металла может снижаться из-за загрязняющих примесей, деформации металла, возникающей при штамповке или волочении, что приводит к разрушению отдельных зерен металла. Влияние деформаций металла на ее электропроводность устраняется при отжиге, во время которого уменьшается число дефектов в металле и увеличиваются средние размеры кристаллов металла. В связи с этим проводниковые материалы используют в основном в отожженном (мягком) состоянии.

    Наиболее распространенными современными материалами высокой проводимости, применяемыми в радиоэлектронике, являются цветные металлы (медь, алюминий, цинк, олово, магний, свинец, серебро) и черные металлы (железо), которые применяются в чистом виде. Еще шире используют сплавы этих металлов, так как они обладают лучшими свойствами и более дешевы по сравнению с чистыми металлами. Однако цветные металлы и их сплавы экономически целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимые свойства изделий нельзя получить, применяя черные металлы, чугун и сталь.

    Для улучшения свойств, цветные сплавы подвергаются термической обработке - отжигу, закалке и старению. Отжиг влияет на мягкость материала и уменьшает напряжения в отливках. Закалка и старение повышают механические свойства.

    Медь является одним из самых распространенных материалов высокой проводимости. Она обладает следующими свойствами: малым удельным электрическим сопротивлением (из всех металлов только серебро имеет удельное электрическое сопротивление на несколько процентов меньше, чем у меди); высокой механической прочностью; удовлетворительной коррозионной стойкостью (даже в условиях высокой влажности воздуха медь окисляется значительно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах); хорошей свариваемостью; хорошей обрабатываемостью (медь прокатывается в листы и ленты и протягивается в проволоку).Твердую медь применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость истиранию: для контактных проводов, шин распределительных устройств, для коллекторных пластин электрических машин, изготовления волноводов, экранов, токопроводящих жил кабелей и проводов диаметром до 0,2 мм.

    Мягкая медь широко применяется для изготовления фольги и токопроводящих жил круглого и прямоугольного сечения в кабелях и обмоточных проводах, где важна гибкость и пластичность (отсутствие “пружинения” при изгибе), а прочность не имеет большого значения.

    Из специальных электровакуумных сортов меди изготавливают аноды мощных генераторных ламп, детали СВЧ устройств: магнетронов, клистронов, некоторых типов волноводов и др.

    Медь сравнительно дорогой и дефицитный материал, поэтому она должна расходоваться экономно. Отходы меди на электротехнических предприятиях необходимо собирать, не смешивая с другими металлами и менее чистой медью, чтобы их можно было переплавить и снова использовать. В ряде случаев медь как проводниковый материал заменяют другими металлами, чаще всего алюминием.

    Алюминий относится к так называемым легким металлам (плотность литого алюминия около 2600, прокатанного -2700 кг/м3).

    Алюминий обладает следующими особенностями:

    удельное электрическое сопротивление r алюминия (при содержании примесей не более 0,05%) в 1,63 раза больше, чем у меди, поэтому замена меди алюминием не всегда возможна, особенно в радиоэлектронике; алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди; из-за высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления алюминия нагревание алюминиевого провода до расплавления требует больших затрат энергии, чем нагревание и расплавление такого же количества меди;

    Даже при одинаковой стоимости алюминия и меди в слитках стоимость алюминиевой проволоки почти вдвое ниже, однако использование алюминия для изолированных проводов в большинстве случаев менее выгодно из-за затрат на изоляцию; алюминий на воздухе активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением, которая предохраняет алюминий от дальнейшей коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых проводов; алюминий менее дефицитен, чем медь;

    существенным недостатком алюминия как проводникового материала является низкая механическая прочность, для ее повышения алюминий подвергается механической обработке; прокатка, протяжка и отжиг алюминия аналогичны соответствующим операциям для меди; примеси значительно снижают проводимость алюминия.

    Алюминий высокой степени чистоты (примесей не более 0,001... 0,01%) марок А999 и А995 используют для изготовления анодной и катодной фольги электролитических конденсаторов и в микроэлектронике для получения тонких пленок.

    Менее чистый алюминий марок А97 и А95 (примесей не более 0,03%) используют для корпусов электролитических конденсаторов, статорных и роторных пластин воздушных конденсаторов. Из алюминиевой фольги и ленты изготавливают экраны радиочастотных коаксиальных кабелей.

    Промышленность выпускает алюминиевую проволоку следующих марок: АТП - твердая повышенной прочности, АТ - твердая, АПТ - полутвердая, АМ - мягкая.

     

    Контрольные задания по теме “Материалы высокой проводимости”

    1.Какими свойствами обладают материалы высокой проводимости?

    2.Основное требования предъявляемые к материалам высокой проводимости?

    3.Наиболее распространенные материалы высокой проводимости.

    4.Какими свойствами обладает медь?

    5. Какими свойствами обладает алюминий?

    6. Какими свойствами обладает золото?

    7. Какими свойствами обладает вольфрам?

    8.Какими свойствами обладает серебро?

    9.Какими свойствами обладает олово?

    10.Какими свойствами обладает платина?

    11.Какими свойствами обладает бронза?

    12.Чистый сорт проводниковой меди?

    13. Что является примесями в меди?

    14.Как обозначаются бронзы?

    15.Где применяются проводниковые бронзы?

    16. Для чего используется проводниковый алюминий?

    17. Для чего используется проводниковый вольфрам?

    18.Недостатки алюминия как проводникового материала.

    19.Для чего используется отожженная медь?

    20.Каких сортов выпускают алюминий?

    21.Какие примеси находятся в чистых сортах алюминия?

    22.Что изготавливают из алюминия марок А7Е и А5Е?

    23.Какие виды алюминиевой проволоки выпускаются?

    24.Почему медь чаще заменяют алюминием?

    25.Какие сплавы меди применяются в качестве материалов высокой проводимости?

    26.Для чего применяется альдрей?

    27.Что используется в качестве твердых неметаллических проводниковых материалов?

    28.Что такое биметаллический провод и где он применяется?

    29.Перечислите основные характеристики меди.

    30. Перечислите основные характеристики алюминия.

    - Содержание дисциплины

    Проводниковые материалы

    Закрепление материала
    Тестирование материала
    Содержание дисциплины

    Материалы для подвижных контактов