Материалы высокой проводимости

К этой группе относятся серебро, медь, алюминий.Серебро — один из наиболее дефицитных металлов, достаточно широко применяемый в электротехнике и электронике для высокочастотных кабелей, защиты медных проводников от окисления, для электродов некоторых типов керамических и слюдяных конденсаторов в электрических контактах. Серебро используется в сплавах с медью, никелем или кадмием, в припоях ПСр-10, ПСр-25 и др. Серебро марки Ср999—999,9 должно иметь примесей не более 0,1%. Удельное электрическое сопротивление р=0,015 мкОм·м. Механические характеристики серебра невысоки: твердость по Бринелю — 25 (немного более золота), предел прочности при разрыве не более 200 МПа, относительное удлинение при разрыве ~50%. По сравнению с золотом и платиной имеет пониженную химическую стойкость. Часто применение серебра ограничивается его способностью диффундировать в материалы подложки.

Медь — наиболее широко применяется в качестве проводникового материала: в производстве обмоточных и монтажных проводов, коллекторных пластин электрических машин (медь твердая марки МТ—имеет меньшую проводимость и относительное удлинение перед разрывом, но большую механическую прочность, чем отожженая медь марки ММ).

Наиболее нежелательными примесями в меди являются висмут и свинец, сера, кислород. Наиболее чистые сорта проводниковой меди марок МООК (катодная) и МООб (бескислородная), содержат примесей не более 0,001%. В производстве проводниковых изделий применяют марки меди с содержанием примесей не более 0,05—0,1%, для проводов очень малого диаметра (0,01 мм) и проводов, работающих при температурах выше 300°С применяют проволоку из бескислородной меди. Основные характеристики меди марок ММ и МТ приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Бронзы—сплавы меди с оловом (оловянные), алюминием (алюминиевые), бериллием (бериллиевые) и др. легирующими элементами. По электропроводности уступают меди, но превосходят ее по механической прочности, упругости, сопротивлению к истиранию и коррозионной стойкости. Применяются для изготовления пружинящих контактов электрических приборов, контактов токоведущих пружин, проводов линий электрического транспорта, пластин коллекторов электрических машин. Бронзовые детали для упрочения подвергаются термической обработке— закалке и отпуску при повышенных температурах. Предел прочности на растяжение бронз может быть 800—1200 МПа и более, в то время как проводимость твердых бронз может составлять 10—30% от проводимости чистой меди. Пример некоторых марок бронз: Бр010 (10% олова, остальное медь); БрА7 (6—8,0% алюминия, остальное медь). Алюминий — в 3,3 раза легче меди, имеет сравнительно большую проводимость (для AM p=0,028 мкОм·м) и стойкость к атмосферной коррозии за счет защитной пленки оксида А1₂Оз. Алюминий мягкий имеет прочность на разрыв 80, твердый 160—170 МПа. По сравнению с медью имеет больший температурный коэффициент линейного расширения (26-10'⁶ 1/°С), что является недостатком. В местах контакта алюминиевого провода с проводами из других металлов во влажной среде возникает гальваническая пара, поэтому незащищенная лаками или другими способами алюминиевая проволока разрушается коррозией. Из алюминия особой чистоты с содержанием примесей не более 0,005% изготовляют электроды алюминиевых конденсаторов и алюминиевую фольгу. Из алюминия, содержащего примесей не более 0,3—0,5% (марки А7Е и А5Е) изготовляют проволоку и шины. Для жил кабелей может использоваться алюминий с уменьшенным содержанием примесей — марки А75К, А8К и А8КУ. Алюминиевые провода можно соединять друг с другом холодной или горячей сваркой, а также пайкой с применением специальных флюсов и припоев.

Из алюминиевых сплавов наиболее широко используетсяальдрей,высокие механические свойства которого достигаются за счет наличия в его составе соединения Mg₂Si (сплав содержит более 98% чистого алюминия). Его δ_p=350 МПа, р=0,0317 мк0м·м. В линиях электропередачи широко применяют сталеалюминиевый провод — стальные жилы, обвитые алюминиевой проволокой. Для сталеалюминиевого провода воздушных линий используется особо прочная стальная проволока, покрытая цинком для защиты от коррозии в условиях повышенной влажности. Сталь (железо с содержанием углерода 0,1—0,15%) как проводниковый материал используется в виде шин, рельсов трамваев, электрических железных дорог и пр. Удельная проводимость стали в 6—7 раз меньше, чем у меди, относительное удлинение перед разрывом 5—8%. На переменном токе в стали проявляется поверхностный эффект и появляются потери мощности на гистерезис. Такая сталь может использоваться для проводов воздушных линий электропередач, если передаются небольшие мощности и основную роль играет не удельное сопротивление провода, а его механическая прочность.