第1章 常用电工材料的应用参数

1.1 常用导电材剿

1.1.1 常用金属导电材料

1.金属导电材料的分类

常用的金属导电材料可分为金属元素、合金（铜合金、铝合金等）、复合金属和不以导电为主要功能的其他特殊功能的导电材料4类，见表1-1。

表1-1 常用的金属导电材料的分类

（续）

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特殊功能导电村料是指不以导电为主要功能,而在电热、电磁、电光、电化学效应方面具有良好性能的导体村料。它们广泛应用在电工仪表、热工仪表、电器、电子及自动化装置的技术领域。

2.常用导电金属材料的主要性能

导电材料大部分是金属，在金属中，导电性最佳的是银，其次是铜，再次是铝。由于银的价格比较昂贵，因此只是在一些特殊的场合才使用，最常用的导电金属材料是铜和铝。

常用导电金属材料的主要性能见表1-2。

表1-2 常用导电金属材料的主要性能

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金属导电材料的电特性

金属导电村料的电特性主要用电阻率来表征。影响电阻率的因素有温度、杂质含量、冷变形、热处理等。温度的影响常以导电村料电阻率的温度系数来表示。除接近熔点和超低温以外,在一般温度范围,电阻率随温度变化呈线性关系,可表示为

p=p_O［1十α（t-t_O）」

式中,p为温度t时的电阻率；p_O为温度t_O时的电阻率；t_O为温度,通常取O℃或2O℃；α为电阻率的温度系数。

3.铜和铝

铜和铝是两种最常用、且用量最大的电工材料。室内线路以铜材料居多，室外线路以铝材料为主，它们几乎各占“半边天”。铜和铝的类别、型号及用途见表1-3。

表1-3 铜和铝的类别、型号及用途

（1）铜

1）铜的导电性能好，在常温时有足够的机械强度，具有良好的延展性，便于加工，化学性能稳定，不易氧化和腐蚀，容易焊接。

2）纯铜俗称紫铜，含铜量高。根据材料的软硬程度，铜分为硬铜和软铜。

3）铜广泛应用于制造电动机、变压器和各种电器的线圈。

（2）铝

1）铝的导电系数虽然没有铜的导电系数大，但它的密度小。同样长度的两根线，若要求它们的电阻值一样，则铝导线的截面积约是铜导线的1.69倍。

2）铝资源比较丰富，价格便宜，在铜材紧缺时，铝材是最好的替代品。

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影响铜、铝材料导电性能的主要因素

“杂质”使铜的电阻率上升,磷、铁、硅等杂质的影响尤其明显。铁和硅是铝的主要杂质,它们使铝的电阻率增加,塑性、耐蚀性降低,但提高了铝的抗拉强度。

温度的升高使铜、铝的电阻率增加。

环境影响。潮湿、盐雾、酸与碱蒸气、被污染的大气都对导电村料有腐蚀作用。铜的耐蚀性比铝好,用于特别恶劣环境中的导电村料应采用铜合金村料。

4.金属导电材料的规格型号

导电材料的型号中一般含有拼音宇母，不同宇母有不同的含义，例如：T－铜、L－铝、G－钢、Y－硬、R－软、Q－漆等。其型号由材质、构造、状态几部分组成。

圆形规格的导电材料以标称截面积（mm²）表示；扁形规格的导电材料以厚a（mm）乘以宽b（mm）表示。

1.1.2 复合型高分子导电材料

1.类型

复合型高分子导电材料，由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、表面复合或层积复合等方式而制得。

复合型高分子导电材料的主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。

常用的导电填料有炭黑、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等。

2.性能

复合型高分子导电材料的性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料中的分散状态有很大的关系。

3.导电橡胶的性能

导电橡胶必须受一定的压缩力才能良好导电，所以结构设计必须保证合适的压力且又不过压。板材最佳高度压缩量在7℅～15℅；实心圆形、D形最佳高度压缩量在12℅～3O℅；管状、P形最佳高度压缩量在2O℅～6O℅。常用导电橡胶的性能如下：

1）铝镀银导电橡胶：具有优良的屏蔽性能和抗烟雾性能。

2）铜镀银导电橡胶：具有最优良的导电特性。

3）玻璃镀银导电橡胶：具有最佳的性价比。

4）纯银导电橡胶：具有良好的防霉菌特性。

1.1.3 结构型高分子导电材料

1.类型

结构型高分子导电材料，是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料。

根据电导率的大小，可分为高分子半导体、高分子金属和高分子超导体。

按照导电机理，可分为电子导电高分子材料和离子导电高分子材料。电子导电高分子材料的结构特点是具有线型或面型大共轭体系，在热或光的作用下通过共轭π电子的活化而迸行导电，电导率一般在半导体的范围。采用掺杂技术可使这类材料的导电性能大大提高。如在聚乙炔中掺杂少量碘，电导率可提高12入数量级，成为“高分子金属”。经掺杂后的聚氮化硫，在超低温下可转变成高分子超导体。

2.应用

结构型高分子导电材料用于试制轻质塑料蓄电池、太阳电池、传感器件、微波吸收材料以及试制半导体器件等。但目前这类材料由于还存在稳定性差（特别是掺杂后的材料在空气中的氧化稳定性差）以及加工成形性、机械性能方面的问题，尚未迸人实用阶段。

1.1.4 电阻材料和电热材料

1.电阻材料

电阻材料的基本特性是具有高的电阻率和很低的电阻温度系数，稳定性好。电阻材料主要用于调节元件、电工仪器（如电桥、电位差计、标准电阻）、电位器、传感元件等。

常用电阻材料有康铜、新康铜、镍铬、锰铜、硅锰铜、镍铬铝铁、镍锰铬钼等。

2.电热材料

电热材料是电阻材料之中的一类耐高温材料，例如镍铬铁合金丝制作电炉丝、电热管等。电热材料必须具有高的电阻率，耐高温，抗氧化性好，电阻温度系数小，便于加工成型等优点。

常用的电热材料有镍铬合金、铁铬铝合金、高熔点纯金属（铂、钼、钽、钨）、石墨等。

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超导材料

超导村料是具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的村料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。

简单地说,超导村料就是没有电阻、或电阻极小的导电村料。

超导村料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。近年来,随着村料科学的发展,超导村料的性能不断优化,实现超导的临界温度越来越高。2O世纪末,科学家合成了在室温下具有超导性能的复合村料,室温超导村料的研制成功使超导的实际应用成为可能。