19308

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Общие сведения Важнейшими применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы. Из металлических проводниковых материалов могут быть выделены металлы высокой про...

Русский

2013-07-11

52 KB

138 чел.

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Общие сведения

Важнейшими применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы. Из металлических проводниковых материалов могут быть выделены металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопротивление при нормальной температуре не более 0,1 мкОм м, и сплавы высокого сопротивления с при нормальной температуре не менее 0 3 мкОм м. Металлы высокой проводимости используют для проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов и т. п. Сплавы высокого сопротивления применяют при изготовлении резисторов, электронагревательных элементов и. т. п.

Особый интерес представляют  материалы, обладающие очень малым удельм сЪняотивленнем при весьма низких (криогенных) температурах — сверхпроводники и криопроводники.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы, а также различные электролиты. Для большинства металлов температура плавления высока; только ртуть, а также некоторые специальные сплавы (например сплавы системы индий — галлий) могут быть использованы в качестве жидких проводников при нормальной температуре.

Механические свойства проводников

Механические свойства характеризуются пределом прочности при растяжении , относительным удлинением при разрыве, хрупкостью, твердостью и другими параметрами. Механические свойства металлических проводников в весьма большой степени зависят от механической и термической обработки, от наличия примесей и т. п.

МЕТАЛЛЫ ВЫСОКОЙ ПРОВОДИМОСТИ

К наиболее распространенным металлам высокой проводимости относятся медь и алюминий.

Медь

Преимущества меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:

малое удельное сопротивление (из всех металлов только серебро имеет  несколько меньшее, чем медь;

достаточно высокая механическая прочность;

удовлетворительная коррозионная  стойкость (медь окисляется на воздухе даже в условиях высокой влажности значительно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах).

хорошая обрабатываемость; медь прокатывается в листы и ленты и протягивается в проволоку;

относительная легкость пайки и сварки.

Медь получают чаще всего путем переработки сульфидных руд. Медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно подвергается электролитической очистке. Полученные  в результате электролиза катодные пластины меди переплавляют в болванки массой 80—90 кг, которые прокатывают и протягивают, создавая изделия требующегося поперечного сечения.

При изготовлении проволоки болванки сначала подвергают горячей прокатке в катанку диаметром 6,5—7,2 мм, которую затем протягивают без подогрева, получая проволоку нужных диаметров. В качестве проводникового материала используют медь марок Ml и МО. Медь марки Ml содержит 99,9% Си, а в общем количестве примесей (0,1 °о) кислорода должно быть не более 0,08%. Наличие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Лучшими механическими свойствами обладает медь марки МО, в которой содержится не более 0,05% примесей, в том числе не свыше 0,02% кислорода. Из меди марки МО может быть изготовлена особо тонкая проволока (до диаметра 0,01 мм).

При холодной протяжке получают твердую (твердотянутую) медь (МТ), которая благодаря наклепу имеет высокий предел прочности при растяжении, если удлинение мало, а также твердость и упругость; при изгибе проволока из твердой меди несколько пружинит.

Если же медь подвергнуть отжигу, т. е. нагреву до нескольких сотен градусов с последующим охлаждением, то получится мягкая (отожженная) медь (ММ), которая сравнительно пластична, имеет пониженную твердость и небольшую прочность, но весьма большое удлинение при разрыве. Изменение механических свойств при отжиге выражено сильнее, чем изменение р. Электропроводность меди весьма чувствительна к наличию примесей (Рис *).

Рисунок . Влияние различных примесей (в процентах по массе) на удельную проводимость у меди (значение у для чистой меди принято за J00%)

Твердую медь употребляют там, где надо обеспечить высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость истиранию: для контактных проводов, для шин распределительных устройств, для коллекторных пластин электрических машин и пр.

Мягкую медь в виде проволок круглого и прямоугольного сечения применяют главным образом в виде токопроводящих жил кабелей и обмоточных проводов, где важна гибкость и пластичность (отсутствие «пружинения» при изгибе), а прочность не имеет существенного значения.

Медь — сравнительно дорогой и дефицитный материал. Поэтому она должна расходоваться весьма экономно. Отходы меди на электротехнических предприятиях необходимо собирать; и важно не смешивать их с другими металлами, а также с менее чистой (не электротехнической) медью, чтобы можно было их переплавить и вновь использовать в этом качестве. Медь как проводниковый материал в ряде случаев заменяют другими металлами, чаще всего алюминием.

В отдельных случаях помимо чистой меди в качестве проводникового материала применяют ее сплавы с небольшим содержанием легирующих примесей: Sn, Si, P, Be, Cr, Mg, Ca и др. Такие сплавы, называемые бронзами, при правильно подобранном составе имеют значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь. Бронзы широко применяют для изготовления токопроводящих пружин и т. п. Введение в медь кадмия при сравнительно малом снижении удельной проводимости  дает существенное повышение механической прочности и твердости. Кадмиевую бронзу применяют для контактных проводов и коллекторных пластин особо ответственного назначения. Еще большей механической прочностью обладает бериллиевая бронза (стр до 1350 МПа).

Латунь (сплав меди с цинком) обладает достаточно высоким относительным удлинением при повышенном пределе прочности на растяжение по сравнению с чистой медью. Это дает латуни технологические преимущества при обработке штамповкой, глубокой вытяжкой и т. п. Латунь применяют в электротехнике для изготовления различных токопроводящих деталей.

§ 2.2. Алюминий

Алюминий — важнейший представитель так называемых легких металлов, т. е. металлов с плотностью менее 5000 кг/м3: плотность литого алюминия около 2600, прокатанного — 2700 кг/м3. Алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди. Удельное сопротивление р алюминия примерно в 1,63 раза больше р меди. Поэтому замена меди алюминием не всегда возможна, особенно в радиоэлектронике. Однако если сравнить по массе два отрезка алюминиевого и медного проводов одной и той же длины и одного и того же сопротивления, то окажется, что алюминиевый провод хотя и толще медного, но легче его приблизительно в 2 раза. Поэтому для изготовления проводов одной и той же проводимости на единицу длины алюминий выгоднее меди в том случае, если тонна алюминия дороже тонны меди не более чем в два раза. Важно и то, что алюминий менее дефицитен, чем медь.

Для электротехнических целей используют алюминий марки А1, содержащий не более 0,5% примесей. Еще более чистый алюминий марки АВ0О (не более 0,03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты AB0000 содержит не более 0,004°о примесей.

Прокатка, протяжка и отжиг алюминия аналогичны соответствующим операциям для меди. Из алюминия может прокатываться тонкая (до б—7 мкм) фольга, применяемая в качестве обкладок в бумажных и пленочных конденсаторах.

Алюминий на воздухе активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением (§20.14). Эта пленка предохранения; алюминий от дальнейшей коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых проводов и сильно затрудняет пайку алюминия обычными способами. Для пайки алюминия применяют специальные пасты — припои или используют ультразвуковые паяльники.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21674. Влияние внешних ЭМ полей на цепи АТС 557 KB
  На отдельных участках они могут иметь сближение с ЛЭП. ЭМ поля возникающие вокруг проводов ЛЭП индуцируют напряжения и токи в цепях ЛАТС которые могут нарушить нормальную работу АТС. Влияние ЛЭП на цепи АТС называется внешними влияниями. Высоковольтные ЛЭП служащие для передачи энергии на большие расстояния имеют U= 35 750 кВ тока f = 50 Гц или 800 1000 кВ постоянного тока.
21675. Особенности влияния на однопроводные и двухпроводные цепи 165.5 KB
  Особенности влияния на однопроводные и двухпроводные цепи Вопросы: 1. Поперечная асимметрия 2х проводные цепи относятся к симметричным системам. 1 Земляные волны проводов 2 и 3 могут сами оказывать индуктивное влияние на соседние цепи. В цепи 23 кроме земляной волны появится междуфазовая волна с напряжением U2 U3 и токами I2 I3.
21676. Определение индуктированных напряжений и токов опасного и мешающего влияний 334 KB
  Цепи будем считать однородными по длине и параллельными в пределах сближения. Когда во влияющей цепи 1 протекает переменный ток I1 то в результате магнитной индукции по всей длине цепи 2 будет индуцироваться э. Если ток во влияющей цепи I1 не изменяется в пределах всего сближения то продольная э. Практически это может быть если обе цепи электрически короткие.
21677. Взаимные влияния между цепями связи, телемеханики и меры защиты 307.5 KB
  Первичные параметры влияния на цепи связи в воздушных линиях связи; 3. Первичные параметры ЭМ влияния между цепями симметричных кабелей связи; 4. Причины взаимного влияния между цепями связей и основные параметрыпервичные и вторичные параметры влияния Качество и дальность связи обуславливаются не столько собственным затуханием цепей сколько мешающими взаимными влияниями между соседними цепями которые проявляются в виде переходного разговора или шума.
21678. Основное уравнение влияния между цепями 153.5 KB
  Токи электрического влияния ближнем и дальнем концах; 2. Токи магнитного влияния на ближнем и дальнем концах; Полный ток электромагнитного влияния на ближнем и даль нем концах. Токи электрического влияния ближнем и дальнем концах Рассмотрим общий случай когда две двухпроводные цепи с параллельными проводами имеют различные параметры и замкнуты на концах на согласованные нагрузки рис. Обозначим напряжения и токи во влияющей цепи U10 I10; на ближнем конце U20 I20 и U2l I2l на дальнем конце цепи подверженной влиянию.
21679. Переходное затухание между цепями в кабельных линиях 336.5 KB
  На ближнем конце ; дБ На дальнем конце . дБ Так как мощность в начале влияющей цепи; мощность в начале цепи подверженной влиянию мощность на дальнем конце цепи подверженной влиянию. 1 где уровни передачи в начале и в конце цепей. Согласно определению защищённости на ближнем конце: Откуда переходное затухание на ближнем конце.
21680. Общие понятия об организации связи на железнодорожном транспорте и видах НС 41 KB
  Организация связи на железнодорожном транспорте; 4. автоматики телемеханики и связи Изучение дисциплины будет проходить в 6ом семестре. Вы должны самостоятельно изучить следующие вопросы: Конструкции и свойства воздушных линий связи и высоковольтных линий автоблокировки; кабельных линий автоматики телемеханики и связи: кабелей связи ВЧ и НЧ; коаксиальных кабелей; кабелей автоматики телемеханики и силовых; волоконнооптических кабелей; волноводов; сверхпроводящих кабелей.
21681. Основы электродинамики направляющих систем 183.5 KB
  Исходные уравнения электродинамики; 2.Исходные уравнения электродинамики Основные уравнения электродинамики поля называемые уравнениями Максвелла обобщают два основных закона электродинамики: закон полного тока и закон электромагнитной индукции.2 представляют собой интегральную запись уравнений Максвелла чаще пользуются уравнениями в дифференциальной форме. Второе слагаемое в правой части уравнения 2.
21682. Особенности электромагнитных процессов в направляющих системах 222 KB
  1 Скорость перемещения фазы поля называют фазовой скоростью. На практике основной интерес представляет знание характеристик поля на очень больших расстояниях от излучателя таких что .8 Величину принято называть эквивалентной глубиной проникновения поля. Расчетные соотношения глубины проникновения поля для некоторых металлов приведены в таблице: Таблица 2.