Основные свойства металлических проводниковых материалов

Металлические проводниковые материалы должны обладать высокой электропроводностью, достаточной механической прочностью, а также пластичностью, позволяющей получать тонкие провода, ленты и фольгу, бытьи стойкимиостью против окисления кислородом воздуха.

Металлические проводниковые материалы представляют собой вещества поликристаллического строения, т. е. они состоят из множества мелких кристаллов. Большинство металлических проводниковых материалов обладает очень высокой электропроводностью (их удельное сопротивление r = 0,0150 - 0,0283 мкОм×м). Это преимущественно чистые металлы, которые используют для изготовления обмоточных и радиомонтажных проводов и кабелей.

Наряду с этим в радиоэлектронике применяют проводники с большим электрическим сопротивлением — сплавы различных металлов. У металлических (резистивных) сплавов r = 0,4 - 2,0 мкОм×м. Эти сплавы составляют группу металлических материалов с малым температурным коэффициентом: удельного сопротивления ( ТКr или a_r ) и применяются для изготовления проволочных резисторов и других радиокомпонентов, в небольшом объеме которых нужно создать большое электрическое сопротивление.

Температурный коэффициент: удельного сопротивления проводников определяется выражением

.

С ростом температуры электрическое сопротивление металлических проводников возрастает. Это объясняется тем, что с ростом температуры тепловые колебания атомов проводников становятся более интенсивными. При этом перемещающиеся в проводнике электроны все чаще сталкиваются с атомами и претерпевают тепловое рассеяние.

Кроме удельного электрического сопротивления и температурного коэффициента сопротивления для оценки пригодности проводниковых материалов необходимо знать их механические характеристики.

Основной характеристикой, определяющей механическую прочность проводников, является разрушающее напряжение при растяжении (_р), а характеристикой, определяющей пластичность металлических проводников, может быть относительное удлинение материала при его растяжении (e_Р ). Ясно, что чем выше пластичность металла, тем больше величина его относительного удлинения при растяжении.

Упругая деформация металла не вызывает заметного изменения его удельного электрического сопротивления, а пластическая деформация (прокатка, волочение) вызывает увеличение удельного сопротивления. Приведение повышенного удельного сопротивления деформированного проводникового материала к его прежней величине достигается рекристаллизацией металла. Процесс рекристаллизации пластически деформированного металла осуществляют выдержкой его при определенной температуре (отжиг металла) в течение определенного времени без доступа кислорода воздуха. Так, медные провода отжигают при 450 —650 °С, алюминиевые — при 350 —400 °С в зависимости от диаметра проволоки и толщины лент. Подводимая в процессе отжига тепловая энергия обусловливает рост кристаллов металла и возвращение их к прежней неискаженной форме. Примеси, растворенные в металле, заметно повышают его удельное сопротивление и, следовательно, снижают его электропроводность. Чтобы получить проводники с малым удельным сопротивлением, их тщательно очищают от серы, фосфора, азота, кислорода и других примесей. Поэтому в металлических проводниках с малым удельным сопротивлением сумма примесей исчисляется сотыми долями процента.

Чтобы повысить удельное электрическое сопротивление проводников, применяют сплавы нескольких металлов. Установлено, что сплавы, представляющие собой твердые растворы с неупорядоченной структурой, обладают повышенными значениями удельного сопротивления и малыми значениями ТКr. Сплавы, в кристаллической решетке которых неправильное чередование атомов металлов, называются сплавами с неупорядоченной структурой. Все металлические проводники обладают высокой пластичностью, позволяющей получать провода от 0 до 0,01 мм и ленты толщиной 0,05-0,1 мм.

Большинство чистых металлов и сплавов могут использоваться в среде окружающего воздуха до температуры не выше 200 °С и некоторые до 500 °С. При превышении этих температур на них образуется пленка оксидов, имеющая рыхлую структуру. Поэтому кислород воздуха получает доступ к металлу и окисляет его. Современная радиоэлектроника нуждается в проводниковых материалах, не окисляемых кислородом воздуха при 800-1000 °С.

В связи с этим разработана группа жаростойких проводниковых материалов с большим удельным электрическим сопротивлением.