Pagina 4 din 59
§ 5. Factorii care afectează proprietățile electrice și mecanice ale materialelor conductoare
Mărimea rezistivității electrice și a conductivității specifice a metalelor sunt puternic afectate de impurități. În Fig. 13 arată dependența valorii conductivității cuprului de cantitatea de impurități introduse în el.
Procentajul impurităților Fig. 13. Efectul impurităților asupra conductivității cuprului
După cum se poate observa, unele impurități (manganul Mn și aluminiu Al) reduc foarte mult conductivitatea cuprului pur chiar și cu un conținut redus (4-6%). Aurul (Au) și zincul (Zn) reduc conductivitatea cuprului într-o măsură mai mică decât manganul și aluminiu.
Conductivitatea este de asemenea afectată de întărire, adică deformarea plastică a metalului ca rezultat al prelucrării (laminare, desenare). Pe măsură ce deformarea plastică a metalului crește, conductivitatea acestuia scade (figura 14). Sârmă de cupru nituită, prin urmare, are o rezistență electrică mai mare decât sârmă de cupru nereușită. Eliminați acest defect prin recoacerea metalului la o anumită temperatură. Rezistența electrică a metalului este restabilită la valoarea sa anterioară.
Ar trebui să se țină seama de faptul că temperaturile excesiv de ridicate de recoacere pot degrada proprietățile mecanice ale metalului răcit.
Fig. 14. Efectul lucrului la rece asupra conductivității cuprului
De aceea, recoacerea conductorului se realizează la o temperatură optimă, de exemplu, introducător cupru este recoaptă la o temperatură de 450-500 ° C și conductorul de aluminiu - Temperatura 300-350 ° C. Cu toate acestea, în acele cazuri în care este necesar să se mărească rezistența mecanică sau duritate .Pe decalaj conductor metalic articole, cum ar fi cabluri pentru linii electrice aeriene, firele de contact și altele. folosesc laminare la rece sau tragere la rece a acestor metale. Aceste fire sunt numite greu trase.
Diagramele care demonstrează dependența schimbărilor în ceea ce privește proprietățile electrice, mecanice și alte proprietăți ale aliajelor asupra compoziției lor chimice au dobândit o mare importanță tehnică și științifică. Aceste diagrame se numesc diagrame "compozitie-proprietate".
Cu ajutorul acestor diagrame este posibil să se stabilească aliajele dorite de o anumită compoziție prin proprietăți. Pentru aliajele conductive, este interesant să se modifice valoarea conductivității specifice ca funcție a procentului de metale aliate. În cazul unui amestec mecanic de două metale, atunci când metalele sunt separate sub formă de granule în aliaj, conductivitatea aliajelor se va schimba în linie dreaptă.
În Fig. 15 prezintă într-o formă generală este aplicată o astfel de diagramă pentru un aliaj binar de metale A și B. Axa verticală din stânga, conductivitatea specifică a metalului pur str A, iar axa verticală dreapta - valoarea yB metal pur B este mai mică decât ya și HC. Cu o creștere a cantității de metal într-un amestec conductivitatea va crește, ca metal într-o mai mare conductivitate va deplasa treptat mai puțin de metal A conductor. Această creștere este direct proporțională cu variația în compoziție și în diagramă, este exprimată printr-o linie dreaptă care leagă punctul și SW.
În cazul aliajelor de tipul soluțiilor solide cu o structură dezordonată, diagrama "compoziție-proprietate" va fi diferită (figura 16). Aliajul constă din două metale, C și A. Metalul C în forma sa pură are conductivitatea specifică a jugurilor, a cărei valoare este reprezentată pe axa verticală stângă. Cel de-al doilea metal D are o conductivitate specifică yu, valoarea acestuia fiind reprezentată pe axa verticală dreaptă. Cu un conținut nesemnificativ în aliajul de metal D, valoarea
conductivitatea specifică a aliajului scade drastic și, prin urmare, crește rezistența sa specifică. Această creștere a p este explicată prin scăderea conductivității metalului pur ca rezultat al adăugării unei impurități la acesta, chiar și cu o conductivitate mai mare decât conductivitatea metalului primar. În consecință, orice impuritate a oricărui metal introdus într-un alt metal reduce conductivitatea unei soluții solide a acestor metale.
Fig. 15. Diagrama modificării aliajului specific al tuturor metalurilor în cazul unui amestec mecanic, în funcție de procentul metalelor
Fig. 16. Diagrama schimbării conductivității unui aliaj de două metale în cazul unei soluții solide, în funcție de procentul lor
Cu creșterea în continuare a conținutului de al doilea metal (în diagrama din punctul A la punctul b) soluție de conductivitate solidă rămâne aproape constantă. La punctul b, și în plus conductivitatea pornește din aliaj să crească la o valoare yD, metalul pur corespunzător D. Astfel, odată cu scăderea din metal impuritate C aliaj conductivitate începe să crească, deoarece aliajul se apropie de metal pur D.
Aliajele tipului de soluții solide cu o structură dezordonată sunt utilizate pe scară largă pentru producerea conductorilor cu valori crescute ale rezistivității (p = 0,42-1,5 ohm-mm2 / m). Aceste conductoare sub formă de fire izolate sau neizolate (goale) sunt utilizate pentru fabricarea reostaturilor, a rezistențelor suplimentare și a dispozitivelor de încălzire, unde într-un spațiu limitat este necesar să se creeze o rezistență electrică mare. Unele dintre aliaje, cum ar fi soluțiile solide, au un coeficient de temperatură foarte scăzut al rezistenței electrice (a = 0-8-10
51 / ° C). Acest lucru le permite să se folosească în rezistențe care nu se schimbă prea mult în temperatură, de exemplu, în rezistențele exacte pentru instrumentele de măsură electrice, rezistențele modelului etc.
Aliajele de metale diferă de metalele pure prin rezistență mecanică crescută, duritate și rezistență sporită la oxidare în aer (rezistență la coroziune).
§ 6. Clasificarea materialelor conductoare
Ca materiale de conductor utilizează metale pure, precum și aliaje metalice. Metalele pure au cea mai mare conductivitate. O excepție este mercurul, în care rezistivitatea este mare: p = 0,95 ohm-mm2 / m (la 20 ° C).
Metalele pure constituie un grup de materiale conductive cu o rezistență specifică scăzută: p = 0,0150-0,108 ohm-mm2 / m (la 20 ° C). Din aceste materiale (cupru, aluminiu), produceți fire și cabluri de înfășurare, instalare și instalare.
De asemenea, materiale cu rezistență specifică mică, sunt utilizate în materiale electrice de inginerie cu rezistivitate ridicată * p = 0,42 M, 5 ohm mm2 / m. Acestea sunt predominant aliaje de cupru-nichel; nichel și crom și alte metale. Produsele acestor aliaje (fire, benzi) sunt utilizate în rezistențele reostat, elementare și de referință. Pentru fabricarea acestor dispozitive cu sârmă de cupru sau aluminiu, care are rezistivitate scăzută, irațional, deoarece ar fi dovedit foarte mari în dimensiune și variatoare rezistență suplimentare. Mai mult decât atât, cupru, aluminiu și alte metale au un coeficient relativ curat la temperatură ridicată a rezistenței (0,00400--0,00423 a = 1 / ° C), prin care reostate ar modifica dramatic rezistența cu fluctuații de temperatură.
* Ele sunt, de asemenea, numite aliaje conductor de mare rezistivitate.
Aceleași aliaje conductive, care sunt soluții solide de metale cu structură dezordonată, au o rezistență mare și coeficient de temperatură scăzută a valorilor rezistenței (a = 0,00003--0,00015 1 / ° C). Aceasta oferă o mai mare stabilitate a rezistenței electrice a făcut din acesta variatoare și alte dispozitive cu fluctuații de temperatură.
Cele mai multe aliaje conductive poate funcționa continuu la temperaturi de până la 300-500 ° C. La electroteh separat același timp (Electroheat) necesita aliaje de înaltă rezistență electrică, care ar putea operat permanent la 800-1200 ° C. Aceste aliaje sunt numite aliaje rezistente la căldură. Fabricate din sârmă și bandă din aliaj rezistent la căldură sunt utilizate în încălzitoare electrice, cuptoare de rezistență și termostate. Rezistența la răsucire a aliajelor conductorilor include Nichrome, Fechral, etc.