14. Электротехнические материалы

Электротех. материалы - полупрводники электрического тока. В металлах под действием внешнего поля происходит дрейф электронов – проводники I рода; электролиты – проводники II рода (заряженные ионы).

Важнейшие электротех. материалы: металлы и сплавы. Металлы высокой проводимости: сопротивление R>0.05 мкОм*м. Металлы низкого сопротивления используются для изготовления кабелей, высокого – для нагревательных элементов.

Важнейшие параметры: удельная проводимость, температурный коэффициент удельного сопротивления, коэффициент теплопроводности, работа выхода электрона из металла, контактная разность потенциалов, предел прочности при растяжении, относительное удлинение перед разрывом.

Распространенные электротех. материалы:

Медь: малое удельное сопротивление, достаточно высокая механическая прочность, удовлетворительная стойкость к коррозии, хорошая обрабатываемость, относительная легкость пайки и сварки. Твердая медь обеспечивает высокую механическую прочность. Мягкая медь.

Бронза используется при изготовлении токопроводящих пружин. Латунь обладает большим удлинением перед разрывом, чем чистая медь.

Алюминий: легче меди в 3,5 раза. Температурный коэффициент расширения, удельная теплоемкость, теплота плавления выше, чем у меди. Электротех свойства алюминия ниже: при одинаковых сечениях и длине сопротивление у алюминия в 1,63 раза больше. При диаметре алюминия в 1,3 раза больше он весит в 2 раза легче провода того же сопротивления из меди.

Для электротех. целей используют алюминий, содержащий не более 0,5% примесей. 0,03% - для обкладок конденсаторов. Алюминий окисляется на воздухе, его пайка затруднена. В местах контакта алюминия и меди возможна гальваническая коррозия из-за разности потенциалов.

Железо: самый дешевый металл. Высокая механическая прочность, высокое удельное сопротивление 0,1 мкОм*м.

Недостаток: малая стойкость к коррозии (поверхность д.б. защищена, используют цинковое покрытие). Это ферромагнитный материал – потери мощности на гистерезис при воздействии переменного тока.

В качестве полупроводникого материала используют мягкую сталь: 0,1-0,15% углерода. Прочность в 6-7 раз меньше, чем у меди.

Биметаллы: стальной провод, покрытый медью. Электромех свойства промежуточные между сталью и медью. Наличие меди снижает потери на «скин»-эффект