導電材料

導電材料,有大量在電場作用下能夠自由移動的帶電粒子,因而能很好地傳導電流的材料。包括導體材料和超導材料。

導電材料

包括導體材料和超導材料。在電工領域,導電材料通常指電阻率為(1.5~10)×10-8歐米的金屬。其主要功能是傳輸電能和電信號,此外,廣泛用於電磁禁止,製造電極、電熱材料、儀器外殼等(當有電磁禁止和安全接地要求時)。 隨著科學技術的發展,其用途尚在不斷增加。
電工領域使用的導電材料應具有高電導率,良好的機械性能、加工性能,耐大氣腐蝕,化學穩定性高,同時還應該是資源豐富、價格低廉的。
分類 常用的金屬導電材料可分為:金屬元素、合金(銅合金、鋁合金等)、複合金屬以及不以導電為主要功能的其他特殊用途的導電材料4類:①金屬元素(按電導率大小排列)有:銀(Ag)、(Cu)、金(Au)、(Al)、納(Na)、鉬(Mo)、 鎢(W)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、鉑(Pt)、錫(Sn)、鉛(Pb)等。②合金,銅合金有:銀銅、鎘銅、鉻銅、鈹銅、鋯銅等;鋁合金有:鋁鎂矽、鋁鎂、鋁鎂鐵、鋁鋯等。③複合金屬,可由3種加工方法獲得:利用塑性加工進行複合;利用熱擴散進行複合;利用鍍層進行複合。高機械強度的複合金屬有:鋁包鋼、鋼鋁電車線、銅包鋼等;高電導率複合金屬有:銅包鋁、銀復鋁等;高彈性複合金屬有:銅復鈹、彈簧銅復銅等;耐高溫複合金屬有:鋁復鐵、鋁黃銅復銅、鎳包銅、鎳包銀等;耐腐蝕複合金屬有:不鏽鋼復銅、銀包銅、鍍錫銅、鍍銀銅包鋼等。④特殊功能導電材料是指不以導電為主要功能,而在電熱、電磁、電光、電化學效應方面具有良好性能的導體材料。它們廣泛套用在電工儀表、熱工儀表、電器、電子及自動化裝置的技術領域。如高電阻合金、電觸頭材料、電熱材料、測溫控溫熱電材料。重要的有銀、鎘、鎢、鉑、鈀等元素的合金,鐵鉻鋁合金、碳化矽、石墨等材料。
主要性能 導電材料的電特性主要用電阻率表征。影響電阻率的因素有溫度、雜質含量、冷變形、熱處理等。溫度的影響常以導電材料電阻率的溫度係數表示。除接近熔點和超低溫以外,在一般溫度範圍,電阻率隨溫度變化呈線性關係,可表示為

ρ=ρ0【1+α(t-t0)】

式中ρ為溫度t時的電阻率,ρ0為溫度t0時的電阻率,t0通常取0℃或 20℃,α為電阻率的溫度係數。如純金屬α為10-3~10-4℃-1,合金導體α為10-4~10-5℃-1。合金和雜質的影響表現為雜質與合金元素導致金屬晶格發生畸變,造成電子被散射的機率增加,因而電阻率增加。所以高電阻導電材料均由合金組成。冷變形影響常以電阻率的應力係數來表示,在彈性壓縮或拉伸時,金屬電阻率一般按下式規律變化

ρ=ρ0(1+Kσ)

式中σ為應力,K 為應力係數。壓縮時K 為負值,ρ降低,拉伸時K 為正值,ρ增加,故導體經拉伸後電阻率增加。熱處理所產生的影響是導電金屬經冷拉變形後,強度和硬度增加,導電性和塑性下降。退火後晶粒發生回復、再結晶,晶粒缺陷減少,晶格畸變減少,內應力消除,電阻率降低。
金屬導電材料的非電特性在某些特定的場合將變得更加重要,如熱導率、接觸電位差、溫差電動勢、機械強度、耐高溫特性、耐腐蝕性、耐磨性等。在設計電機電纜、電氣儀表及其他電工產品考慮溫升時,熱導率具有相當重要的意義。高電導率的金屬也是高熱導率的金屬,純金屬的熱導率比合金的熱導率高。接觸電位差及溫差電動勢在溫差電控溫、測溫元件和儀表中均有重要意義。在架空線中採用的是高抗張強度的導體與合金。在航天、航空等國防科技中,製造高溫導線、高溫電機的高溫導電體發展很快。

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