I. Материалы высокой проводимости.




1. Классические.

Преимущественно это чистые металлы и сплавы. Основные металлы: Cu, Ag. В перспективе Na вытеснит Cu. На величину удельного сопротивления в основном влияют: температура, чистота, дефекты кристаллической решётки. Все эти факторы уменьшают длину свободного пробега .

Для чистых металлов: (концентрация) ≈ const (несколько уменьшается за счет линейных расширений при росте температуры), поэтому .

2. Для сплавов , т. к. у некоторых сплавов может частично увеличиться концентрация носителей , и подвижность увеличивается при росте температуры.

 

Таблица 1. Некоторые свойства чистых металлов.

Проводник Удельное сопротивение Температурный коэффициент сопротивления Работа выхода Температура плавления Плотность
  ρ ∝ρ А вых. Т плавл. γ
  мкОм∗м 1/°К эВ кг/м∗∗3
Ag 0.0155…0.016 0.004 4.5    
Cu 0.0168…0.0175 0.0043 4.5    
Al 0.028 0.0025 4.1 660…670  
Au 0.024 0.0038 5.1    
Na 0.047   2.36 97.7  
Mo 0.05 0.0043 4.4    
W 0.055 0.005 4.54    
Co 0.062 0.006      
Ni 0.07 0.0067 4.5    
Fe 0.098 0.00625 4.31    
Pt 0.105 0.0039 5.32    
Cr 0.13 0.0024 4.5    
Nb 0.152 0.004 3.99    

 

Материалы с малым (высокой проводимости) :

0.016 мкОм*м

0.0168...0.0175 мкОм*м

0.024 мкОм*м

0.028 мкОм*м

Все они получаются обычными методами химической очистки.

Серебро Ag – основные свойства в Табл.1, высокая химическая стойкость, теплопроводность, простота обработки и пайки.

Недостатки: материал дорогой, способен выращивать «усы» т.е. очень тонкие нити, если между двумя серебряными проводниками существует значительная разность потенциалов (в результате из-за нитей велика вероятность короткого замыкания).

Медь Cu- (Табл.1),высокая проводимость, механическая прочность, пластичность, легкая обработка, химическая стойкость, легкость пайки. Достаточно распространена: 4,7 % в массе Земли. 2 % в поверхностном слое. Кроме указанных в Табл.1 важные хар-ки: коэффициент термо ЭДС в паре с платиной

; 200 ,

500 .

Температурный коэффициент линейного расширения:

16,4 ;

Для высокой проводимости допускается содержание примесей не более 1,1% (кроме Ag, который не увеличивает сопротивление). Вреднейшие примеси: висмут (0,001%), свинец (0,01%) - вызывает растрескивание при 850-1150 , сера (0,003%) – приводит к хладноломкости, кислород (до 0,08%) – вызывает красноломкость - разрушение при термической обработке, затруднены пайка, лужение.

Марки электропроводной меди: М1; М0 (соответственно 0,1% примесей и 0,05%).

Алюминий Al –содержание в Земной коре 7,5 %,

(350÷ ; примесей до 0,5%.

У Al очень высока способность к окислению, толщина защитной пленки 30 мкм хорошо защищает в агрессивных средах, она− диэлектрик, но затрудняет пайку. Соединение возможно при термокомпрессионной сварке. При сварке с Au при несоблюдении температурного режима вместо соединения образуется («пурпурная чума») диэлектрик.

Золото Au− высокая проводимость, теплопроводность, химическая стойкость в агрессивных средах.

*Высокой проводимостью обладают также Fe, W, Mo, Ni, Co.

Вольфрам 3400 . Относиться к группе тугоплавких материалов, где Применяется для выводов из баллонов электровакуумных приборов (температурный коэффициент линейного расширения равен вольфрамового и молибденового стекла) ; W используется как проводник для БИС и СБИС с высокой плотностью тока (до )

Молибден 2620 .

Ниобий 0.15 мкОм*м; 0,004 3,99 ; (подогреваемые катоды), 2500

Для создания магнитных материалов применяются Fe, Ni, Co, которые как проводники не используются:

 

Cr,Ni и Co используются как защитные проводящие покрытия.

2.Высокопроводящие сплавы.

Латуни – двойные или многокомпонентные сплавы на основе Cu, в которых главной легирующей добавкой является Zn. Двойные (Cu+ Zn)− простые латуни. Многокомпонентное− специальные латуни. Латунь дешевле меди, прочнее и тверже её, хорошо обрабатывается в холодном и горячем состоянии. Практическое применение имеют сплавы с содержанием Zn до 45%.

Простые латуни содержанием Zn до 12% - томпаки: Л96, Л90.

Свыше 10% до 20%- полутомпаки: Л85, Л80 (Цифры в марке латуни указывают содержание Cu в процентах, остальное Zn.).

Удельное сопротивление латуни 0.03...0,06 мкОм*м. Для улучшения механических свойств добавляют металлы, такие как: Al, Be, Fe, Si, Mg, Ni, Sn, Pb, Cd, Ti и другие. Простые латуни легко перерабатываются в листы, ленты, проволоку и т.д., выдерживают резкие изгибы, хорошо свариваются, паяются.

Наиболее широко используются для изготовления токопроводящих деталей, электрооборудования, стержней в электродвигателях асинхронных с короткозамкнутым ротором, пружинящих контактов и других элементов, где требуются твердость, стойкость к воздействию электрических разрядов.

Бронзы − сплав меди с различными химическими элементами (Sn, Be, Cd, Si, P и др) кроме Zn и Ni (исключение существует, о нем - в конце) отличается от латуней высокой механической прочностью, твёрдостью, упругостью как при нормальной температуре, так и при повышенной, а также стойкостью к истиранию.

Наибольший интерес − бронзы высокой проводимости и прочности: кадмиевая, хромовая, бериллиевая.

Проводящие бронзы используют для изготовления контактных проводов для электротранспорта, коллекторных пластин электромашин, контактных ножей, токоведущих пружин, упругих контактных элементов.

Бр Кд1=0,0205 мкОм*м

Исключение: бронзы оловянно-цинковые с повышенным электрическим сопротивлением (Zn до 5%): =0,0905 мкОм*м

Алюминиевые сплавы.

Алюминиевые сплавы сочетают легкость с повышенной по сравнению с алюминием прочностью. Добавляют: Si, Mg. Они мало влияют на проводимость, но за счет образования упрочняют сплав.

Al- Mg- Si – сплав альдрей (Mg 0,35÷0,5%; Si 0,45÷0,65%; Fe 0,25÷0,35%) из него изготавливают провода и сопутствующие элементы. По мех. прочности он приближается к меди, сохраняя легкость алюминия.

= 0,03÷0,034 мкОм·м

Алюминиевый деформируемый сплав: АДЗ1: 0,4÷ 0,9% Mg; 0,3÷0,7% Si – используют для изготовления токоведущих шин.

Конструкционный сплав – дюралюминий (Cu – 2,2%, Mg - 0,2÷2,7%; Mn - 0,2÷1,06%) используется в авиации и космонавтике.

Силумин – Al+Si (4÷23%) – легкие литейные сплавы с повышенной коррозионной стойкостью.

Криопроводники.

Криотемпературы создаются при помощи хладагентов:

жидкий гелий - – 4,2

жидкий водород - – 20,3

жидкий азот - – 77,4

Для оценки изменения сопротивления применяется характеристика -

относительное сопротивление: = ≈ нескольким тысячам

Криопроводимость – достижение металлами весьма малого электрического сопротивления при криогенных температурах.

Это частный случай нормальной электропроводимости при очень низких (криогенных) температурах.

Во всех случаях для получения высококачественных криопроводников требуется исключительно высокая чистота и отсутствие наклепа. *8

Сравнительные характеристики качества криопроводников.

Для ,

, у особо чистой-1430 (< 0,01%),

: - приведенные потери минимальны при (60÷80) ,

т.е. суммарные затраты на сам металл, на хладагент и т.д.

Т.о. бериллий - самый экономичный материал из криопроводников!

r в 100 раз меньше, чем у Cu, Al (чистейших) см. рис.

; ; на 30% легче Al, но прочнее.

Недостатки: хрупок, дорог, токсичен, увеличение r в магнитном поле.

Сверхпроводники.

Если некоторые вещества охладить до , близких к абсолютному нулю, они скачком изменяют свое сопротивление до 0. Это явление называется сверхпроводимостью. Температура, при которой вещество переходит в сверхпроводящее состояние, называется температурой сверхпроводящего состояния, а вещества – сверхпроводниками.

Переход в сверхпроводящее состояние является обратимым.

Явление открыто в 1911г. голландским физиком Камерлинг- Оннесом. В 1913 г. награжден Нобелевской премией.

Количество известных сверхпроводников постоянно растет. 1911 г.- Ртуть-1; в 1935 г. - их 80; в 1950 г. -уже100; в настоящее время- более 1000, причем 35 металлов, остальные сплавы и химические соединения.

Существуют высокотемпературные, сверхпроводящие материалы. В настоящее время рекордным значением критической температуры

135°K обладает вещество , открытое в 1993 году в МГУ (Путилин С.Н. и Антипов Е.В.)

Диаграмма сверхпроводимости.

Существует сильная зависимость от индукции магнитного поля как внешнего, так и внутреннего (при протекания тока)

В 1933 году открыт эффект Мейснера-Оксенфельда, экспериментально проверенный Аркадьевым в 1935 году. При переходе в сверхпроводящее состояние сверхпроводники становятся идеальными диамагнетиками ( скачком падает от ≈ 1 до 0

При охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из его объёма. Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника, у которого при падении сопротивления до нуля индукция магнитного поля в объёме должна сохраняться без изменения. Отталкиваясь от неподвижного сверхпроводника, магнит «всплывает» сам и продолжает «парить» до тех пор, пока внешние условия не выведут сверхпроводник из сверхпроводящей фазы. В результате этого эффекта магнит, приближающийся к сверхпроводнику, «видит» магнит одинаковой полярности и точно такого же размера,— что и вызывает левитацию.

У сверхпроводников r измерить невозможно. Установлено значение Сверхпроводимость может появляться при высоких давлениях (десятки ГПа).



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-04-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: