第4讲-导电材料

电工材料基础尹小根[e-mail]2第三节常用金属导电材料用作导电材料的金属，应具有很好的导电性能，合适的机械强度、硬度、弹性、不易氧化、易加工和焊接，同时还要价廉及资源丰富。在电气中常用的金属导电材料主要有：铜、铝、铜合金、铝合金、铁及铁合金。银的电导率很高，但价格昂贵，只在特殊场合使用。3第三节常用金属导电材料一、铜和铜合金1.铜铜作为导电材料，有高电导率、足够的抗拉强度、焊接性好、加工方便、较好的耐腐蚀性、价格适中等有点，在电气行业中应用很广泛。纯铜的颜色是紫红色，又称紫铜。物理性能：密度8.9g/cm3，熔点1083℃，电阻率0.017241Ω•mm2/m（标准纯铜100%IACS）。（IACS－－国际退火工业纯铜标准）导电用铜的含铜量要求不小于99.90%。4第三节常用金属导电材料5第三节常用金属导电材料铜的“氢病”－－含氧量0.03%的铜在氢或含氢的还原气体中高温加热时，氢会渗入铜中与氧化铜作用，产生高压水蒸气，在铜中形成微小汽泡或微裂纹，对铜进行压力加工时会使铜开裂，这称为铜的“氢病”。所以为了防止开裂，应对铜在水蒸气、氮气、二氧化碳中退火或加工。6第三节常用金属导电材料铜分为普通纯铜和无氧铜两类普通纯铜：一号铜T1，纯度不小于99.95%二号铜T2，纯度不小于99.90%无氧铜：一号无氧铜T01，纯度不小于99.97%二号无氧铜T02，纯度不小于99.95%普通纯铜用于电线电缆和一般导电零件，无氧铜用于真空器件、电子仪器零件、耐高温导体、真空开关触头等7第三节常用金属导电材料冷加工变形度对抗拉强度、伸长率和电导的影响温度对铜的力学性能的影响8第三节常用金属导电材料退火温度对铜的电导率和力学性能的影响9第三节常用金属导电材料铜在300℃以下氧化比较缓慢，超过100℃时，铜表面会生成黑色的氧化铜膜CuO，300℃以上会氧化速度加快，且生成氧化亚铜Cu2O膜。温度对铜的机械性能有较大的影响，所以铜的长期工作温度不宜超过110℃，短时工作温度不宜超过300℃。10第三节常用金属导电材料2.铜合金在铜中加入少量的锡、锌、硅、铬、镁等制成合金，满足一些特殊场合的需要。这些合金的力学强度高，电阻率也比纯铜高，用于高强度绝缘线芯、通信线和滑接线等。青铜，即锡铜合金，具有特别高的机械强度，抗拉强度达700～900MPa。黄铜，即锌铜合金，机械强度比纯铜高，而电导率降低不大，可用作各种导电零件。铜中加入0.2%银，可将铜的软化温度从150提高到280℃，而电导率几乎不变，但价格昂贵，只在用量不大的特殊场合使用。11第三节常用金属导电材料二、铝及铝合金1.铝铝具有良好的导电性，ρ＝0.029Ω·mm2/m，其机械强度比铜低，抗拉强度为70～95MPa，不易腐蚀。在空气中氧化生成A1203膜，它能阻止铝的进一步氧化，因此A1203层起了保护里面铝的作用。铝的延展性、可塑性好，可拉称成丝或辗成铝箔，其密度较小，2.7g/cm3。铝的缺点：因为表面有A1203层，故不易焊接，现已研究了多种焊接方法，但不够理想。国内铝资源比较丰富，但冶炼过程需要消耗很大的电能，上世纪50年代后期，导电用铝在我国开始得到很快发展。12第三节常用金属导电材料导电用铝和铜的经济比较如果要求在相同的长度下保证电阻(输送同样的电能，损耗相同)不变(输送同样的电能，损耗相同)，那么铝和铜的截面比为：1.68铝和铜的直径比为：1.3铝和铜的质量比为：0.51根据以上数据，综合考虑其它因素，可以估计采用铝和铜时的经济投入。导电用铝的纯度要求：≥99.5%13第三节常用金属导电材料导电用铝的型号和成份一般情况下采用特二号铝和一号铝。14第三节常用金属导电材料杂质对铝电导率的影响15第三节常用金属导电材料冷变形对铝机械强度的影响16第三节常用金属导电材料铝在熔点以下时，电阻与温度基本上呈线性关系。冷加工变形后的铝线经退火后电导率也能恢复，一般退火温度为400℃左右，温度过高会引起晶粒粗大，塑性变坏。铝的长期工作温度不宜超过90℃，短时工作温度不宜超过120℃。铝在空气中除生成氧化铝膜外，在有大量二氧化硫、硫化氢等酸碱气体和潮湿环境下，表面的电解液易产引起电化学腐蚀，所以铝表面要采用涂漆的办法加以保护。17第三节常用金属导电材料2.铝合金实际使用的细铝导线是在铝中加入了硅和镁，形成铝硅镁合金，经过特殊加工制成铝丝，其机械强度和耐热性提高很多，而电导率和密度几乎不变。铝和铝合金在使用过程中最大缺陷就是因为氧化铝膜的存在而不易焊接，需要采用特殊的手段对氧化铝膜进行处理，焊接过程中也要防止铝的再氧化。18第三节常用金属导电材料三、其它导电材料铁和钢铁的电阻率高，约为铜的五倍多，而且化学稳定性低易氧化，在频率较高时集肤效应明显，所以很少用作导电材料。但是在裸的架空线中，由于要求能承受强大的机械应力，而铜及铝线强度不够，因而经常以钢作为中间的芯线制成钢芯铝铰线，这样既有高的机械强度，又有足够的电率。其它如农村用的广播线，也有将镀锌软钢线裸露使用或外面包以绝缘后应用，这种线价格较低。电工中用的钢线是低炭钢（含炭0.1~0.15%）19第三节常用金属导电材料复合金属导电材料复合金属导电材料有线、棒、带、板、片和管装等各种型材。用于各种特出场合。镍包铜线具有耐高温的性能。镍包银线既有耐高温性能，又有低的电阻率。不锈钢覆铜有良好的耐腐蚀性，电导率也高。镀锡铜线耐腐蚀性和焊接性好，在橡皮绝缘的电线中可以防止橡皮中的游离硫对铜的作用。在弹簧钢上覆铜可应用于导电弹簧和弹片。20第三节常用金属导电材料热电偶材料制成热电偶的材料分低温、中温、高温和特殊热电偶材料等几种。主要有铜镍（康铜）、铝镍、考铜、镍硅和铂铑、钨铼等合金。