Алюминий

Медь

Применение проводниковых материалов

Требования к проводниковым материалам

 

ü должны иметь большую удельную проводимость;

ü должны иметь большой коэффициент теплопроводности;

ü должны иметь удовлетворительные механические свойства, как при обработке, так и при механических нагрузках и эксплуатации;

ü легко и надежно паяться и свариваться;

ü быть доступными на отечественном рынке;

ü быть дешевыми.

 

2.5.1 Материалы высокой проводимости (медь, алюминий, железо, натрий)

 

К этой группе материалов принято относить проводники с удельным электрическим сопротивлением в нормальных условиях не более 0,1 мкОм*м.

К наиболее распространенным металлам высокой проводимости относятся медь (0,017 мкОм*м) и алюминий (0,028); в эту группу входят также железо (0,098) и натрий (0,046). К материалам высокой проводимости также относятся серебро (0,016) и золото (0,024).

Материалы этой группы должны иметь минимальное удельное электрическое сопротивление, достаточно высокие механические свойства и коррозионную стойкость и легко обрабатываться, относительно легко паяться и свариваться.

Содержание меди в земной коре составляет ~ 3·10-3 %.

Встречается в природе в самородном состоянии и в виде медных руд.

Мягкий материал красноватого оттенка.

Атомный номер – 29

Атомная масса - 63.7

Валентность - 1 и 2

Плотность при 20 °С - 8920 кг/м3

Удельное сопротивление при 20 °С - 1.7241 10-8 Ом×м

Температурный коэффициент сопротивления 4.3 10-3 К-1

Теплоемкость 386 Дж/(кг×К)

Теплопроводность ~ 400 Вт/(м×К)

Температура плавления 1083 °С

Прочность при растяжении 200 МПа

 

Медь легко протягивается в проволоку малого диаметра (до 0,01 мм) и прокатывается в листы, ленты и фольгу (до 0,005 мм).

При прокатке и волочении в холодном состоянии получают твердую (твердотяную) медь (МТ). Дополнительно она упрочняется путем пластичной деформации в холодном состоянии (наклепом). После наклепа медь приобретает повышенную твердость, упругость, предел прочности на разрыв, но при этом возрастает удельное сопротивление и снижается относительное удлинение и относительное сужение перед разрывом.

После отжига получают мягкую (отожженую) медь (ММ), которая пластична, характеризуется большим удлинением перед разрывом и имеет удельную электропроводность на 3-5% выше, чем у МТ. Однако при отжиге предел прочности на разрыв и твердость снижаются.

Отожженая медь служит электротехническим стандартом, по отношению к которому выражают в процентах при 20 °С удельную электропроводность металлов и сплавов.

Применение меди в энергетике достаточно широко - различные проводники, кабели, шнуры, шины, плавкие вставки, обмотки трансформаторов и катушек.

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 т.д.

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, а прочность не имеет существенного значения.

Различают две группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком, бронзы – сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами.

Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение содержания цинка до 45 % приводит к увеличению предела прочности до 450 МПа. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %. Обладают высоким относительным удлинением при повышенной прочности на растяжении по сравнению с чистой медью. Применяют для изготовления различных токопроводящих деталей.

Бронзы широко применяют для изготовления токопроводящих пружин и т.п.

Высокую механическую прочность и твердость имеют кадмиевые и берилиевые бронзы. Их применяют для изготовления контактных проводов и коллекторных пластин особо ответственного назначения.

 

Массовая доля в земной коре (7-8,8) %.

Встречается в виде алюминиевой руды (бокситы, нефелины)

Мягкий материал светло-серого цвета.

Важнейший представитель легких металлов (металлов с плотностью менее 5000 кг/м3).