Проводниковые материалы Электропроводность полупроводников

Сплавы меди и их применение

В ряде случаев, помимо чистой меди, в качестве проводникового материала применяют сплавы с небольшим содержанием олова, фосфора, кремния, бериллия, хрома, магния и кадмия. Такие сплавы называются бронзами.

Бронзы имеют значительно более высокие механические свойства, чем медь. Например, предел прочности при растяжении у бронз доходит до 80-135 кг/мм 2.

Весьма удачным оказывается использование в качестве присадки к меди кадмия. Эта присадка незначительно уменьшает электропроводность и дает значительное повышение механической прочности. Предел прочности при растяжении кадмиевой бронзы составляет 105 кг/мм 2. Кадмиевая бронза применяется для контактных проводов и коллекторных пластин электрических машин.

Сплав меди с цинком называется латунью. Он обладает высоким относительным удлинением при повышенном значении предела прочности при растяжении по сравнению с чистой медью, что дает ей известные преимущества по сравнению с медью при обработке штамповкой и вытяжкой, хотя удельное сопротивление латуни заметно выше удельного сопротивления меди.

Биметаллы

В ряде случаев для уменьшения расхода меди в проводниковых конструкциях применяют биметалл - сталь, покрытая слоем меди.

Для изготовления биметалла применяют два способа: горячий и электролитический.

В первом случае стальную болванку покрывают медью в литейной форме, затем болванку прокатывают и растягивают. Холодный способ обеспечивает большую равномерность, но меньшую прочность сцепления, и требует существенного расхода электроэнергии.

Биметалл имеет механические свойства выше, чем у меди, а электрические - ниже. Расположение меди снаружи важно с двух точек зрения:

При переменном токе достигается более высокая проводимость всего провода в целом.

Медь защищает расположенную под ней сталь от коррозии.

Биметаллическая проволока выпускается диаметром от 1 до 4 мм. Содержание меди в биметалле должно быть не менее 50% от полного веса проволоки.

Предел прочности при растяжении должен быть не менее 55 - 70 кГ/мм2 в зависимости от диаметра, а относительное удлинение не более 2%. Биметаллическую проволоку применяют для линий связи, линий электропередач. Из проводникового биметалла изготовляются шины распределительных устройств, полосы для рубильников, различные токоведущие части электрических аппаратов.

Алюминий

Алюминий является вторым по значению проводниковым материалом, он приблизительно в 3,5 раза легче меди, его плотность - 2,6. Алюминий, по сравнению с медью, обладает пониженными механическими и электрическими свойствами; при одинаковом сечении с медным, алюминиевый провод имеет сопротивление больше в 1,63 раза, т.е. алюминиевый провод одинакового сопротивления с медным будет иметь диаметр в 1,3 раза больше. Однако алюминиевый провод одинаковой длины с медным и с одинаковым сопротивлением по весу будет в два раза легче медного.

Для электротехнических целей используется алюминий марки А1, содержащий не более 0,5% примесей. Для изготовления алюминиевой фольги, а также корпусов электролитических конденсаторов применяют алюминий марки АВ 00, содержащий не более 0,03% примесей.

Различные примеси снижают проводимость алюминия. Например, добавки никеля, кремния, цинка или железа при содержании их в количестве 0,5% снижают проводимость алюминия на 2-3%. Примеси меди, серебра и магния снижают проводимость на 5-10%. Особенно сильно снижают проводимость алюминия примеси титана и марганца.

При повышении температуры удельное сопротивление и коэффициенты линейного расширения увеличиваются практически линейно. Например, при температуре -100 0С удельное сопротивление  = 0,015 мкОм .м, а при температуре 400 0С удельное сопротивление увеличивается более чем в пять раз и составляет  = 0,08 мкОм . м.

Как известно из курса неорганической химии, алюминий всегда покрыт оксидной пленкой, которая, наряду с созданием больших переходных сопротивлений в местах контактов алюминиевых проводов, делает невозможной его пайку обычными методами. При монтаже алюминиевыми проводами следует помнить, что в местах контакта с медью при попадании влаги образуется гальваническая пара, в которой анодом является алюминий, который может быть разрушен коррозией, поэтому места контакта алюминия с медью должны защищаться от атмосферного влияния лаком.

Алюминий применяется при прокладке воздушных линий электропередач, внутренней электропроводки, ошиновки электролизных ванн, в производстве электролитических конденсаторов, в производстве маломощных трансформаторов бытовой электроники. Необходимо отметить, что для проводов воздушных линий электропередач с большим расстоянием между опорами чаще используют не алюминий, а его сплавы, обладающие повышенной механической прочностью, например альдрей - алюминий, содержащий присадки магния, кремния и железа. Для линий передачи применяют также сталеалюминиевый провод, представляющий собой сердечник свитый из стальных жил обвитый алюминиевой проволокой.


Магнитные цепи