Твердые проводниковые материалы

Из данных материалов изготавливают кабели, провода, контакты и т. д. эти материалы должны одновременно удовлетворять следующим требованиям:

- иметь большую удельную проводимость;

- иметь большой коэффициент теплопроводности;

- иметь удовлетворительные механические свойства как при обработке, так и во время эксплуатации;

- иметь достаточную коррозионостойкость в атмосферных условиях;

- легко и надежно паяться, свариваться и т. д.,

- быть дешевыми.

Данными требованиями лучше всего удовлетворяют медь, алюминий, железо и его сплавы.

В зависимости от удельного электрического сопротивления и применения данные (проводники) материалы подразделяют на следующие группы:

- металлы и сплавы высокой проводимости;

- припои;

- сверхпроводники;

- контактные материалы;

- сплавы с повышенным электросопротивлением.

Металлы и сплавы с высокой проводимостью

Практическое применение имеют химически чистые металлы: Сu, Аl, Fe,

Медь – обладает наибольшей электрической проводимостью. Ее используют в виде проката: проволока разных диаметров, шин, полос, прутков. Прокат поставляется либо в отожженном, либо в нагартованном состоянии.

В отдельных случаях применяются сплавы меди с оловом, кремнием, бериллием, магнием. Они обеспечивают повышенную прочность и износостойкость чем медь, но несколько снижается электропроводность.

Алюминий – обладает хорошей пластичностью, поэтому из него изготавливают фольгу, а также проволоку, шины. Все примеси снижают проводимость алюминия, как у меди.

Алюминий уступает меди в электропроводности и прочности, но он значительно легче, больше распространен в природе.

При замене медного провода алюминиевым, последний должен иметь диаметр в 1,3 раза больше, но масса его буде в 2 раза меньше.

Алюминиевые сплавы обладают повышенной механической прочностью (альдрей Аl-Mg-Si-Fe) (сталеалюминиевые провода с сердечником).

Железо значительно уступает Сu и Аl по электрической проводимости, что и оправдывает его в качестве проводникового материала.

В таких случаях применяют низкоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,-0,15%. Применяют при изготовлении шин, трамвайных рельсов, рельсы метро.

Биметалл. В ряде случаев для уменьшения расхода цветных металлов применяют биметаллический провод (стальной провод покрытый медью, гальваникой или плакированием). Используют при передачи токов повышенной частоты, а также в линиях связи, электропередачи, шины.

Припои

Припои – сплавы, используемые при пайке металлов высокой проводимости, должны обеспечивать небольшое электросопротивление (сопротивление контактов).

Припои различают двух типов:

- мягкие (низкотемпературные), имеющие температуру плавления до 400⁰С и σ_В=50-70МПа. Сюда относятся оловянно-свинцовые и оловянно-цинковые припои: ПОС-18, ПОС-30, ПОс-40 (%-олова), ПОЦ-90, ПОЦ-70 (%-олова).

- твердые (высокотемпературные), имеющие температуру плавления выше 500⁰С и σ_В до 500МПа. Сюда относятся медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр): ПМЦ-36, ПМЦ-38 (%-меди), ПСр-72, ПСр-61 (%-серебра, остальное медь или медь с цинком).

Сверхпроводники

Особая группа материалов с высокой электрической проводимостью. С понижением температуры удельное электросопротивление всех металлов монотонно падает. Однако есть материалы у которых при критической температуре значение сопротивления резко падает до нуля – металл становится сверхпроводником.

При обычной температуре эти вещества не обладают сверхпроводимостью. Переход металла в сверхпроводящее состояние связано с фазовым превращением.

Однако сверхпроводящее состояние разрушается не только в результате нагрева, но также в сильных магнитных полях.

Из всех элементов, способных переходить в сверхпроводящее состояние, ниобий имеет самую высокую критическую температуру -263,8⁰С (9,17К), свинец- 7,2К, тантал- 4,5К.

Практическое использование нашли сплавы с высоким содержанием ниобия:

65БТ=24% Тi; 65% Nb; 10% Zr.

35БТ=62% Тi; 34% Nb; 4% Zr.

Сплавы применяются для обмоток мощных генераторов, магнитов большой мощности, гироскопов.