Сторінка 4 з 59
§ 5. Фактори, що впливають на електричні і механічні властивості провідникових матеріалів
На величину питомої електричного опору р і питомої провідності у металів дуже впливають домішки. На рис. 13 показана залежність величини питомої провідності міді від кількості введених в неї домішок.
Відсоток домішок Рис. 13. Вплив домішок на питому провідність міді
Як видно, деякі домішки (марганець Mn і алюміній Al) сильно знижують провідність чистої міді навіть при малому їх зміст (4-6%). Золото (Аі) і цинк (Zn) знижують провідність міді в меншій мірі, ніж марганець, і алюміній.
На величину провідності надає також вплив наклеп, т. Е. Пластична деформація металу в результаті його механічної обробки (плющення, волочіння). Зі збільшенням пластичної деформації металу його провідність падає (рис. 14). Наклепаного мідний дріт, отже, має більш високий питомий електричний опір в порівнянні з ненаклепаного мідним дротом. Усунути цей дефект благається відпалом металу при певній температурі. Електричний опір металу при цьому відновлюється до колишньої величини.
Слід враховувати, що надмірно високі температури відпалу можуть погіршити механічні властивості відпаленого металу.
Мал. 14. Вплив наклепу на питому провідність міді
Тому отжиг провідника виробляють при оптимальній температурі, наприклад, провідникову мідь отжигают при температурі 450-500 ° С, а провідникової алюміній - при температурі 300-350 ° С. Проте в тих випадках, коли необхідно підвищити механічну міцність .на розрив або твердість металевих провідникових виробів, наприклад проводів для повітряних ліній, контактних проводів та ін. використовують холодну прокатку або холодну волочіння цих металів. Такі дроти називаються твердотянутимі.
Велике технічне і наукове значення придбали діаграми, що показують залежність зміни електричних, механічних та інших властивостей сплавів від їх хімічного складу. Ці діаграми отримали назву діаграм «склад - властивість».
За допомогою таких діаграм можна встановити бажані за властивостями сплави певного складу. Для провідникових сплавів значний інтерес представляє зміна величини питомої провідності в залежності від процентного вмісту сплавляли металів. У разі механічної суміші двох металів, коли в сплаві метали знаходяться окремо в вигляді зерен, провідність сплавів буде змінюватися по прямій лінії.
На рис. 15 представлена в загальному вигляді така діаграма для подвійного сплаву металів А і В. На лівій вертикальної осі нанесена величина питомої провідності вул чистого металу А, а на правій вертикальній осі - величина ув чистого металу В, причому yа менше ув. Зі збільшенням в суміші кількості металу В питома провідність її буде наростати, тому що метал В з більшою провідністю буде поступово витісняти метал А з меншою провідністю. Це збільшення буде прямо пропорційно зміні складу і на діаграмі воно виявиться прямою лінією, що з'єднує точки і ув.
У разі сплавів типу твердих розчинів з неврегульованою структурою діаграма «склад - властивість» буде інший (рис. 16). Сплав складається з двох металів С і А. Метал З в чистому вигляді має питомою провідністю вус, значення якої нанесено на лівій вертикальній осі. Другий метал D має питому провідність уі, значення якої нанесено на правій вертикальній осі. При незначному вмісті в сплаві металу D величина
питомої провідності сплаву різко падає, а отже, питомий опір його збільшується. Це підвищення р пояснюється падінням провідності чистого металу в результаті додавання в нього домішки навіть з провідністю більшою, ніж провідність вихідного металу. Отже, будь-яка домішка будь-якого металу, введена в інший метал, зменшує провідність твердого розчину цих металів.
Мал. 15. Діаграма зміни питомої пронодімостн сплаву двох металів в разі механічної суміші в залежності від процентного вмісту металів
Мал. 16. Діаграма зміни питомої провідності сплаву двох металів в разі твердого розчину в залежності від їхнього процентного вмісту
При подальшому збільшенні вмісту другого металу (на діаграмі від точки а до точки b) провідність твердих розчинів залишається майже незмінною. У точці же b і далі провідність сплаву починає збільшуватися до величини yD, відповідної чистого металу D. Таким чином зі зменшенням домішки металу З провідність сплаву починає підвищуватися, так як сплав наближається до чистого металу D.
Сплави типу твердих розчинів з неврегульованою структурою широко застосовуються для виготовлення провідників з підвищеними значеннями питомого опору (р = 0,42-1,5 ом-мм 2 / м). Ці провідники у вигляді ізольованої або неізольованою (голою) дроту застосовуються для виготовлення реостатів, додаткових опорів і нагрівальних приладів, де в обмеженому обсязі необхідно створити велику електричний опір. Деякі з сплавів типу твердих розчинів мають дуже малим температурним коефіцієнтом електричного опору (а = 0-8-10
51 / ° С). Це дозволяє їх використовувати в опорах, малоизменяющейся від температури, наприклад, в точних опорах для приладів, зразкових опорах і ін.
Сплави металів відрізняються від чистих металів підвищеною механічною міцністю, твердістю і більшою стійкістю до окислення на повітрі (корозійна стійкість).
§ 6. Класифікація провідникових матеріалів
Як провідникових матеріалів використовують чисті метали, а також сплави металів. Найбільшою провідністю мають чисті метали. Винятком є ртуть, у якій питомий опір велике: р = 0,95 ом-мм 2 / м (при 20 ° С).
Чисті метали складають групу провідникових матеріалів з малим питомим опором: р = 0,0150-0,108 ом-мм 2 / м (при 20 ° С). З цих матеріалів (мідь, алюміній) виготовляють обмотувальні, монтажні та установчі дроти та кабелі.
Крім матеріалів з малим питомим опором, в електротехніці застосовуються матеріали з великим питомим опором * р = 0,42-М, 5 ом-мм 2 / м. Це переважно сплави на основі міді та нікелю; нікелю і хрому та інших металів. Вироби з цих сплавів (дріт, стрічки) застосовуються в реостатах, додаткових і зразкових опорах. Виготовляти ці прилади з мідного або алюмінієвого дроту, що володіє малим питомим опором, нераціонально, так як вийшли б дуже великі за розмірами реостати та додаткові опори. Крім того, мідь, алюміній та інші чисті метали мають порівняно великий температурний коефіцієнт опору (а = 0,00400--0,00423 1 / ° С), внаслідок чого реостати різко змінювали б свій опір при коливаннях температури.
* Їх також називають провідниковими сплавами високого питомого опору.
Провідникові ж сплави, що представляють собою тверді розчини металів з неврегульованою структурою, володіють великим питомим опором і малими значеннями температурного коефіцієнта опору (а = 0,00003--0,00015 1 / ° С). Це забезпечує більшу стабільність величини електричного опору виготовлених з них реостатов та інших приладів при коливаннях температури.
Більшість провідникових сплавів можуть довго працювати при температурах до 300-500 ° С. У той же час окремі галузі електротехніки (електротермія) потребують сплавах високого електричного опору, які могли б довго працювати у 800-1200 ° С. Такі сплави називаються жаростійкими сплавами. Виготовлені з жаростійких сплавів дріт і стрічки застосовуються в електронагрівальних приладах, печах опору і термостатах. До жаростійким провідникові сплавів ставляться ніхром, фехраль та ін.