Материалы высокой электрической проводимости.



К наиболее распространённым материалам высокой электрической проводимости относятся медь и алюминий.

Медь обладает малым удельным сопротивлением, высокой механической прочностью, удовлетворительной стойкостью к коррозии, легко паяется, сваривается и хорошо обрабатывается, что позволяет прокатывать её в листы, ленту и вытягивать в проволку. В качестве проводникового материала используется медь марок М1 и М0. В марке М1 содержится 99.9% чистой меди, а в общем количестве примесей кислород составляет до 0.08%. Лучшими механическими свойствами обладает вторая марка, в которой содержится 99.95% меди, а в составе примесей имеется до 0.02% кислорода. Лучшая бескислородная медь содержит 99.97% чистого вещества, а вакуумная (выплавленная в вакуумных индукционных печах) - 99.99%. Твердотянутую медь, полученную методом холодной протяжки, используют, когда необходима высокая механическая прочность, а мягкую (отожжённую) - когда важна гибкость, например для изготовления монтажных проводов и шнуров. Электровакуумная медь идёт на изготовление деталей электронных приборов. Медь используется также для изготовления фольгированного гетинакса, а в микроэлектронике - для получения токопроводящих плёнок на подложках, обеспечивающих соединение между функциональными элементами схемы. Наиболее употребительные марки обмоточных проводов приведены в таблице ниже.


Марка проводаТип изоляцииДиаметр провода, мм
ПЭЛЭмалевая лакостойкая0.02-2.44
ПЭВ-1Эмалевая с одинарным и двойным винифлексовым покрытием0.06-2.44
ПЭЛБОЭмалевая лакостойкая с одним слоем хлопчатобумажной обмотки0.2-2.1
ПЭЛБДТо же, но с двумя слоями хлопчатобумажной обмотки0.72-2.1
ПЭЛШОТо же, но с одним слоем шёлковой обмотки0.05-2.1
ПЭЛШДЭмалевая лакостойкая с двумя слоями шёлковой обмотки0.86
ПЭЛШКОЭмалевая лакостойкая с одним слоем обмотки из капрона0.05-2.1
ПЭЛШКДЭмалевая лакостойкая с двумя слоями обмотки из капрона0.86
ПЭЛШЮЭмалевая лакостойкая с одним слоем обмотки из шёлка0.05-2.1
ПЭТСОЭмалевая (Винифлекс) с одним слоем обмотки из стеклянной пряжи0.31-2.1
ПЭТКСОТТо же, но с применением кремнийорганической эмали.0.33-1.56
ПЭЛБВЭмалевая лакостойкая с обмоткой из длинноволокнистой бумаги0.51-1.45
ПБНесколько слоёв кабельной бумаги0.31-5.2
ПБООдин слой хлопчатобумажной обмотки0.2-2.1
ПБДДва слоя хлопчатобумажной обмотки0.2-5.2
ПСДДва слоя обмотки из стекловолокна, пропитанной глифталевым лаком0.31-5.2
ПСДКДва слоя обмотки из стекловолокна, пропитанной кремнийорганическим лаком0.31-5.2

Алюминий приблизительно в 3.5 раза легче меди. Для электротехнических целей используют алюминий технической чистоты АЕ, содержащий до 0.5% примесей. Проволка, изготовленная из алюминия АЕ и отожжённая при температуре 350 С°, обладает удельным сопротивлением 0.028 мкОм*м. Алюминий высокой чистоты А97 (примесей до 0.03%) используется для изготовления тонкой (до 6 мкм) фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Основным недостатком алюминия является малая механическая прочность, почти в три раза меньшая, чем у меди. В радиотехнике алюминий применяют в виде алюминиевой фольги в электролитических и бумажных конденсаторах; из листового алюминия изготовляют пластины, каркасы и прочие детали воздушных конденсаторов переменной емкости. Алюминиевые листы применяют как конструктивный материал для изготовления панелей и каркасов аппаратуры. Алюминий хорошо поддается всем видам обработки. При опиловке алюминия рекомендуется, применять напильники с особо острой насечкой, а резцы и фрезы необходимо затачивать острее, чем при обработке других материалов. Распространено изготовление алюминиевых деталей литьем. Алюминий стоек в отношении коррозии, так как покрывается на воздухе оксидной пленкой, которая хорошо предохраняет его от дальнейшего окисления. Для конструктивных целей широко применяются твердые сплавы алюминия, например дюралюминий, обладающий несколько большей плотностью и значительно более высокими механическими параметрами, чем алюминий. Дюралюминий применяется листовой, угловой и в трубах.Наиболее употребительные марки обмоточных проводов из алюминия приведены в таблице ниже.


Марка проводаТип изоляцииДиаметр провода без изоляции, мм
АПБПровод круглого или прямоугольного сечения, изолированный несколькими слоями обмотки из лент кабельной бумаги1.35-8.0
АПБДТо же, но изолированный двумя слоями обмотки из хлопчатобумажной пряжиПрямоугольного сечения: Меньшая сторона: от 2,1 до 5,5 мм Большая сторона: от 4,1 до 14,5 мм
АПСДПровод круглого или прямоугольного сечения, изолированный двумя слоями обмотки из стекловолокна, пропитанной нагревостойким глифталевым лаком1.62-5.2
АПЛБДПровод круглого или прямоугольного сечения, изолированный обмоткой из лавсанового волокна и одним слоем хлопчатобумажной обмотки Круглое сечение: диаметр 1,35-8

Альдрей - сплав алюминия с магнием (0.3-0.5%), кремнием (0.4-0.7%) и железом (0.2-0.3%). Сохраняет лёгкость чистого алюминия, обладает близким к нему удельным сопротивлением (0.0317 мкОм*м) и высокой (близкой к твердотянутой меди) механической прочностью.

Дюралюминий - сплав алюминия с медью. Обладает свойствами алюминия, но значительно тверже и прочнее его. Выпускаются следующие основные марки:

  • Д1 - характеризуется средней пластичностью и высокой прочностью после термической обработки (закаливания и старения). В отожженном состоянии можно гнуть и вытягивать. Коррозийная стойкость невысокая. Применяется для изготовления деталей, не требующих большой прочности: втулок, стоек, опор, промежуточных шайб, обшивок каркасов, деталей разъемов и фишек, а также деталей, требующих глубокой вытяжки - экранов, стаканов и т.п. В закаленном состоянии применяется в деталях, требующих повышенной прочности: опор изоляторов, кронштейнов, подвесок.
  • Д6 - характеризуется повышенной прочностью, невысокой пластичностью. В основном применяется для изготовления труб.
  • Д16 - сочетает высокую прочность с высокой пластичностью и удовлетворительной свариваемостью. Прочность приобретает после закаливания и естественного старения. Применяется для изготовления деталей, работающих при нормальных температурах и средних механических нагрузках: колпачков, крышек, экранов, фланцев, обойм, рефлекторов, каркасов, деталей штепсельных разъемов, шасси, панелей, заклепок, а также деталей глубокой вытяжки и профильной гибки. Закаленный применятся для изготовления оснований антенн, каркасов, блоков.
  • Д18П - сочетает повышенную пластичность с удовлетворительной свариваемостью и обрабатываемостью. Основное применение — заклепки.

Силумин - сплав алюминия с кремнием. Обладает хорошими литейными свойствами, но хрупок. Марки СИЛ-1 и СИЛ-2. Применяется для изготовления шасси, шкивов, фасонных деталей и т.п.

Бронза - сплав меди с небольшим количеством олова, кремния, фосфора, хрома, кадмия или других материалов, обладающих более высокими механическими свойствами, чем медь. Кадмиевая бронза обладает наибольшей электропроводностью среди всех тип бронз, хорошей механической прочностью и в три раза лучше сопротивляется истиранию, чем твердотянутая медь. Кроме того, будучи нагретой до 250 градусов Цельсия, кадмиевая бронза не теряет своей механической прочности, в то время как медь при этой температуре полностью отжигается. Бериллиевая бронза отличается высокой механической прочностью и хорошо сопротивляется износу. Ее применяют для изготовления проводов высокой прочности, пружинных, штепсельных и скользящих контактов, зажимов, ножей и губок выключателей и переключателей. Бериллиевая бронза так же не боится нагрева до 250 градусов Цельсия. Фосфористая бронза, так же как и бериллиевая, идет для производства токопроводящих пружин и скользящих контактов реостатов, переменных конденсаторов и т. п.

Латунь - сплав меди сцинком и другими добавками, обладающий большим относительным удлинением, что важно при обработке штамповкой и глубокой вытяжке. Применяется для изготовления различных токопроводящих деталей.

  • Латунь Л62 - обладает высокой пластичностью и коррозийной стойкостью при достаточной прочности. Пригодна для глубокой штамповки: экранов, кожухов, стаканов, фланцев, обрамлений, волноводов, а также деталей шасси, контактных лепестков, штепсельных вилок, шайб, гаек. Хорошо тянется и обрабатывается резанием.
  • Латунь Л68 - характеризуется высокими пластическими и механическими свойствами, хорошо обрабатывается давлением как в холодном, так и в горячем состоянии, паяется, обрабатывается резанием. Устойчива против коррозии. Применяется для изготовления деталей, не требующих высоких механических свойств, и для деталей глубокой вытяжки.
  • Латунь Л90 - обладает высокими механическими свойствами и стойкостью против коррозии. Хорошо обрабатывается в холодном состоянии. Применяется для изготовления деталей глубокой вытяжки, несущих большие механические нагрузки.
  • Латунь ЛС59-1 - свинцовая, характеризуется высокими механическими свойствами и коррозийной устойчивостью. Хорошо сваривается, паяется и обрабатывается резанием. Применяется для изготовления деталей неответственного назначения: фишек и разъемов, арматуры для пластмасс, направляющих штырей, фиксаторов, фланцев, шайб.

Состав и свойства некоторых медных электротехнических сплавов приедены в таблице ниже.


СплавУдельная проводимость, % к медиПредел прочности, МПаОтносительное удлинение при разрыве, %
Кадмиевая бронза (0.9% Cd)95До 31050
Бронза (0.8% Cd, 0.6% Sn)55-6029055
Фосфористая бронза (7% Sn, 0.1% P)10-15До 40060
Латунь (70% Cu, 30% Zn)25320-35070

Сталь и железо. Всякий сплав железа, содержащий от 0,01% до 1,7% углерода, считается сталью. Исторически деление на железо и сталь было проведено на основании чисто технологических признаков, в соответствии с которыми к железу отнесли сплавы, содержащие до 0,1% углерода и минимальное количество других примесей. В радиотехнике принято последнее подразделение на железо и сталь. Отсюда и названия - железо Армко, карбонильное железо, электролитическое железо и т. п., несмотря на то, что они содержат более 0,01% углерода. Железная проволока в качестве проводника тока особенно широко эксплоатируется в радиотрансляционной технике в виде фидерных линий и для абонентской проводки. Железная проволока имеет удельное объемное сопротивление в 7-8 раз выше, чем у меди, и быстро разрушается под действием коррозии, но отличается большой механической прочностью и низкой ценой по сравнению с медью и алюминием.

  • Сталь декопированная — хорошо сваривается и штампуется. Предназначена для штампованных деталей, несущих малую нагрузку: колпачки, обоймы, крышки, кожухи, крепежные скобы. Возможная замена: сталь марок 0.8КП, 10КП, 10.
  • Сталь Cт. 0 обыкновенного качества - хорошо сваривается и применяется для изготовления проволоки, сетки и т.п.
  • Сталь Ст. 3 обыкновенного качества - мягкая, вязкая, хорошо сваривается. Применяется для сварных конструкций, приспособлений, щитков, кожухов, прокладок, угольников и т. п. Возможная замена: сталь марок 10 и 15.
  • Сталь 10 (а также 08КП, 10КП) качественная машиностроительная — хорошо штампуется в холодном состоянии, допускает холодную высадку, хорошо сваривается. Предназначена для изготовления малонагружаемых деталей и конструкций, требующих сварки, штамповки, гибки, сплющивания, отбортовки. Сталь марки 10КП применяется для деталей, изготовляемых глубокой вытяжкой: крышки, колпачки, платы и т.п. Возможная замена: сталь марок 15, 20, 25, 15КП и 20КП.
  • Сталь 20 качественная машиностроительная - хорошо сваривается и обрабатывается на металлорежущих станках. Пригодна для штамповки, гибки, вытяжки. Может подвергаться цементации и цианированию. Предназначена для изготовления ответственных штампованных деталей; для изготовления всех видов крепежа, а также деталей, от которых не требуется высокой прочности. Возможная замена: сталь марок 25, 30, 35 и 40.
  • Сталь 30 качественная машиностроительная - хорошо куется и сваривается. Для повышения обрабатываемости и закаливаемости предварительно нормализуется. Закаливается в воде, после чего приобретает твердую прверхность и мягкую сердцевину. Предназначена для изготовления деталей, которые по условиям работы должны иметь высокую поверхностную твердость при вязкой сердцевине. Возможная замена: стали марок 35, 40 и 45.
  • Сталь 40 качественная машиностроительная - обладает повышенной прочностью. После закалки обязателен отпуск. Применяется для изготовления мелких средненагружаемых деталей: втулок, винтов, гаек, колец, шайб, штифтов, осей, валов, шестерен, а также деталей, изготовляемых холодной высадкой. Возможная замена: стали марок 45 и 50.
  • Сталь 45 качественная машиностроительная - высокопрочная и твердая при удовлетворительной вязкости. Сваривается, но после сварки необходима термическая обработка. Хорошо обрабатывается на металлорежущих станках. Применяется для изготовления деталей, требующих повышенной механической прочности: осей, зубчатых колес, деталей, изготовляемых холодной высадкой, ответственных крепежных деталей. Может работать на истирание.
  • Сталь 50 качественная машиностроительная - высокопрочная и твердая при удовлетворительной вязкости. Сваривается, но затем требует термической обработки. Поддается закалке. Применение то же, что у стали 45.
  • Сталь 65Г качественная машиностроительная - с повышенным содержанием марганца. Обладает высокой прочностью и износоустойчивостью при хороших пружинящих свойствах. Предназначена для изготовления деталей, работающих при знакопеременных нагрузках: рессор, пружин, пружинных шайб и т.п.
  • Стали Н, П, В пружинная - углеродистая, предназначена для изготовления пружин, навиваемых в холодном состоянии и не подвергаемых закалке.
  • Сталь А12 конструкционная автоматная - хорошо обрабатывается на металлорежущих станках. Может подвергаться цементации и цианированию. Предназначена для изготовления малонагружаемых мелких и средних деталей простой формы, требующих чистой поверхности и высокой поверхностной твердости: валов, упоров, втулок, осей и т.п. Возможная замена: стали марок А15, 15, 20, 30 и 35.
  • Сталь У7А - для изготовления инструментов, подвергающихся ударам и толчкам: зубил, молотков, выколоток и т.п. Закаливается в воде и слабо в масле, обладает значительной вязкостью и твердостью, устойчива против смятия. Сваривается плохо. При высокой температуре механические свойства снижаются.
  • Сталь У8А - применение то же, что у стали У7А, а также для пробойников, ножей по металлу и изготовления пружин.
  • Сталь У10А - предназначена для изготовления инструмента, не подвергающегося ударам и требующего вязкости на острых лезвиях: резцов, сверл, фасонных штампов, метчиков, плашек и т.п.

Конструкционные легированные стали содержат, кроме углерода, примеси хрома, никеля, вольфрама, молибдена, ванадия и других металлов. Соответственно их называют: хромистая сталь, никелевая сталь и т.д. Эти присадки придают стали особые свойства. Хромистая сталь очень стойка против истирания и окисления. Никелевая сталь хорошо переносит удары. Хромоникелевая сталь марок 12ХНЗА, 1ХЗН4А и 20ХНЗА отличается высокой твердостью и вязкостью, а ее разновидность - нержавеющая сталь марки 14Х19Н9А (с присадкой марганца) - не подвержена коррозии. Хромансилевая сталь марки ЗОХГСА обладает высокой прочностью, большой вязкостью и хорошо закаливается.

Листовая электротехническая сталь в радиотехнике относится к разряду магнитных материалов. Поэтому сведения о ней приведены в соответствующем разделе.

Примерное содержание углерода в стали можно определить, наблюдая форму и цвет искр при обработке стали на наждачном круге. Малоуглеродистая сталь дает прямые соломенно-желтые искры почти без звездочек. Сталь с содержанием до 0,5% углерода дает маленькие светло-желтые искры. Углородистая (инструментальная) сталь с содержанием углерода до 0,7—1% дает светло-желтые искры с большим количеством звездочек. При содержании углерода до 1,2—1,4% световые линии укорачиваются, а число звездочек резко возрастает. Присутствие в стали хрома проявляется темно-красными линиями, а присутствие вольфрама — шарообразными искрами.

Цинк может применяться только как суррогат проводниковых материалов, так как его сопротивление в три раза выше, чем меди, и при нагревании до 100 градусов Цельсия цинк теряет прочность на 60—70% (медь на 9%). Сопротивление цинка коррозии ниже, чем алюминия. Кроме того, он имеет низкое сопротивление к длительной механической нагрузке.

Висмут используется, главным образом, в измерительной технике, благодаря следующим свойствам:

  • Его удельное сопротивление увеличивается под действием магнитного поля, поэтому спирали из висмута применяют для измерения напряженности магнитного поля.
  • Термопара, состоящая из висмута и серебра дает большую термоэлектродвижущую силу - 80 мкВ на градус Цельсия.

Ртуть - единственный металл, находящийся в жидком состоянии при комнатной температуре. В радиотехнике ртуть применяется в ртутных колбах для мощных выпрямителей, для контактов и т.п.

Серебро - металл белого цвета, хорошо поддающийся механической обработке. Обладает наивысшей электропроводностью и хорошо паяется. Применяется для изготовления контактов реле, как покрытие проводов, предназначенных для намотки высокочастотных катушек индуктивности, серебрения керамики (в производстве конденсаторов). Применяется и как антикоррозийное покрытие.

Платина - металл серого цвета. Хорошо вытягивается в проволоку и раскатывается в листы. Применяется для изготовления контактов реле, термопар и нагревательных элементов в измерительной технике.

Вольфрам - металл серебристо-белого цвета. Очень жароупорен, тверд и прочен. При комнатной температуре не окисляется. Применяется для изготовления контактов и в производстве электронных ламп.

Олово - мягкий металл серебристо-белого цвета с голубоватым оттенком. Стоек против коррозии и поэтому используется в качестве антикоррозийного покрытия. Применяется в качестве припоя, чаще всего в сочетании с другими металлами.

Золото обладает высокой пластичностью (предел прочности при растяжении 150 МПа, относительное удлинение при разрыве 40%) и используется в электронной технике для нанесения коррозионно-устойчивых покрытий на резисторы СВЧ, внутренние поверхности волноводов, электроды ламп и транзисторов и т.д.

Никель обладает плотностью, равной плотности меди, легко поддаётся механической обработке, устойчив к окислению. Применяется для изготовления арматуры электронных ламп, нагревательных элементов, в качестве компонента магнитных и проводниковых сплавов, защитного покрытия изделий из железа.

Инвар (Н-36) - сплав железа с 36% никеля, обладает очень низким коэффициентом линейного расширения в диапазоне температур от -100 до +100 С°. Применяется для изготовления токоотводов ламп, проходящих через стеклянные элементы.

Платинит (Н-47) - сплав железа с 47% никеля. Имеет коэффициент линейного расширения близкий к платине и стеклу. Применяется для изготовления токоотводов ламп, проходящих через стеклянные элементы.

Ковар - сплав железа с 29% никеля и 17% кобальта, обладает удельным сопротивлением примерно в 2 раза меньшим чем у инвара и малым коэффициентом линейного расширения (аL=4.8*10-6 К-1). Температура плавления 1450 С°. Применяется для изготовления токоотводов ламп, проходящих через стеклянные элементы.

Свинец - мягкий, пластичный металл, обладающий невысокой прочностью (предел прочности при растяжении 16 МПа, относительное удлинение при разрыве 55%), не стоек к вибрации, устойчив к действию воды, серной и соляной кислот и других реагентов; подвержен действию азотной и уксусной кислот, извести и гниющих органических веществ. Свинец и его сплавы используют для изготовления защитных (от влаги) оболочек кабелей, плавких вставок предохранителей, пластин кислотных аккумуляторов и в качестве материала, поглощающего рентгеновское излучение. свинец и его соединения ядовиты.

Припои представляют собой специальные сплавы, используемые при пайке. Обычно припой имеет более низкую температуру плавления, чем соединяемые детали. Различают мягкие и твёрдые припои с температурой плавления соответственно до 300 и более 300 С°. Более подробно припои рассмотрим в статье припои и флюсы.



Список использованной литературы


1. Справочник молодого радиста. В.Г. Бодиловский. - М.: Высшая школа, 1983.
2. Рабчинская Г.И. Радиолюбительские материалы (краткий справочник), выпуск МРБ номер 87, Госэнергоиздат, 1950 год.
3. Соболевский А.Г. Материалы в радиоэлектронике (справочник), выпуск МРБ номер 492, Госэнергоиздат, 1963 год.



Поиск по сайту