Файл: Ейльман, Л. С. Проводниковые материалы в электротехнике.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 91
Скачиваний: 0
Свойства изотопов проводниковых материалов
|
Медь |
|
СереЗро |
|
Железо |
|
Никель |
|
Олово |
|
Период |
Атом |
Период |
Атом |
Период |
Атом |
Период |
Атом |
Период |
|
полураспада |
ная |
полураспада |
ная |
полураспада |
ная |
полураспада |
ная |
полураспада |
|
|
масса |
|
масса |
|
масса |
|
масса |
|
58 |
3,2 сек |
102 |
13 мин |
52 |
7,8 ч |
56 |
6,1 дней |
108 |
9 мин 54 сек |
59 |
81 сек |
103 |
57 мин 40 сек |
53 |
8,9 мин |
57 |
37 ч |
109 |
18 мин |
60 |
24,0 мин |
104 |
29 мин |
54 |
5,81% |
58 |
67,88% |
ПО |
14 ч |
61 |
3,3 ч |
105 |
40 дней |
55 |
2,94 года |
59 |
8-10* лет |
ш |
35 мин |
62 |
9,9 мин |
106 |
8,3 дней |
56 |
91,64% |
60 |
26,23% |
112 |
0,96% |
63 |
69.09%* |
107 |
44,5% |
57 |
2,21% |
61 |
1,19% |
ИЗ |
20 мин |
64 |
12,9 ч |
108 |
2,44 мин |
58 |
0,34% |
62 |
3,66% |
114 |
0,66% |
65 |
30,91% |
109 |
48,65% |
59 |
45,1 дней |
63 |
9,2 года |
115 |
0,35% |
66 |
5,01 мин |
по |
24 сек |
|
|
64 |
1,08% |
116 |
14,3% |
67 |
2,44 дней |
111 |
7,5 даей |
|
|
65 |
' 2,56 ч |
117 |
14 дней |
68 |
30 сек |
112 |
3,2 ч |
|
|
66 |
55 ч |
118 |
24,03% |
|
|
113 |
5,3 ч |
|
|
|
|
119 |
280 дней |
|
|
1U |
2,0 мин |
|
|
|
|
120 |
32,05% |
|
|
115 |
20 мин |
|
|
|
|
121 |
25,0 ч |
|
|
|
|
|
|
122 |
4,72% |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
123 |
125 дней |
|
|
|
|
|
|
|
|
124 |
5,94% |
|
|
|
|
|
|
|
|
125 |
9,7 мин |
|
|
|
|
|
|
|
|
126 |
10s лет |
|
|
|
|
|
|
|
|
127 |
2 ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
128 |
62 мин |
|
|
|
|
|
|
|
|
129 |
10 ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
130 |
2,6 мин |
в земной коре (по сравнению с другими изотопами этого элемента).
В табл. 25 указаны физические свойства металлов;, в табл. 26 — свойства изотопов металлов, используемых в качестве проводников. Чем меньше сечение ядра захва та тепловых нейтронов, тем «прозрачнее» для них ме талл. Для у-лучей прозрачность связана с плотностью металла: чем металл легче, тем свободнее через него проходят у-лучи. На рис. 25 показано изменение проч ности и пластических свойств металлов в зависимости от температуры.
т о
£
м ъ.
|
5S |
|
* |
6 0 |
Qj |
* |
|
4 0 |
ъ |
« |
|
|
§ |
го |
з |
§ |
s
о
Рис. 25. Температурная зависимость прочности (сплошные линии) и пластических свойств (пунктирные линии) металлов.
Б е р и л л и й имеет плотность 1,82 г/см3 и температуру плавления 1280°С. Опубликованные данные о его элек трической проводимости различаются между собой. Обычно принимают, что она составляет 40% электриче ской проводимости меди (соответствует удельному со противлению 4,31 мкомсм). Из-за влияния примесей и термообработки это сопротивление может изменяться в пределах 3,8—4,31 мком-см [Л. 9].
При низких температурах электрическое сопротивле ние бериллия изменяется до 20 К и принимает указанные ниже значения (мком-см),
78
Материал |
|
Температура, К |
|
||
273 |
77,4 |
20,3 |
4,2 |
||
|
|||||
Термически не |
3,92—2,79 |
,1,09—0,066 |
1,03—0,037 |
1,03—0,037 |
|
обработанный |
|
|
|
|
|
бериллий |
|
|
|
|
|
Отожженный |
3,72—2,82 |
0,96—0,063 |
0,88—0,037 |
0,88—0,037 |
|
бериллий |
|
|
|
|
|
Механические характеристики бериллия |
приведены |
|
в табл. 27. |
|
|
|
Т а б л и ц а 27 |
|
Механические характеристики бериллия |
||
|
Предел прочности |
Относительное |
Состояние металла |
при растяжении |
|
<?в, кгс/мм2 |
удлинение 5, % |
|
Отлит в вакууме |
14 |
0 |
Прессованный пруток |
56—72 |
9— 17 |
Пруток, прессованный из порошка |
27—32 |
1—2 |
Проволока диаметром 0,5 мм |
70—100 |
1—3 |
Бериллий хрупок и требует при деформациях нагрева до 400 °С. Его модуль упругости составляет (2,8^-3) X X Ю4 кгс/мм2. Бериллий имеет малое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов (0,009 барн); его коррозион ные свойства характеризуются данными табл. 28.
Т а б л и ц а 28
Коррозионные характеристики бериллия
Температура, °С |
Внешний вид после выдержки |
в течение I ч |
|
700 |
Едва заметная пленка |
800 |
Белая пленка |
1 000 |
Толстый слой белой пленки |
Время, после которого заметна коррозия, ч
60
12, 0
—
На воздухе бериллий окисляется мало, покрываясь беспористой защитной пленкой окиси толщиной около 10_6 см. Дальнейшее корродирование обусловливается лишь наличием примесей и влажностью воздуха.
В электротехнике делаются попытки использовать бе риллий, охлажденный до температуры ниже 150 К, в ка
79
честве проводника для электромашин. При этой темпе
ратуре бериллий имеет преимущества перед натрием, медью и алюминием, для которых более выгодно охлаж дение до гелиевой температуры.
В и с м у т — самый диамагнитный металл. Под влия нием магнитного поля электрическое сопротивление вис мута увеличивается в большей степени, чем у других металлов, что используется для измерения индукции сильных магнитных полей. Сечение ядра захвата тепло вых нейтронов 0,034 барн. Висмут хрупок, при 120— 150°С ковок и из него можно выпрессовать проволоку.
Ин д и й — металл легче свинца с температурным по рогом сверхпроводимости 3,38 К. Индий применяется как стабилизирующее покрытие для сверхпроводящих кабе лей. Сплавы индия о кадмием, висмутом, оловом, свин цом— прекрасные припои для соединения металла со стеклом, так же как и галлиевые припои (механические смеси галлия с медью, серебром и никелем).
Б л а г о р о д н ы е м е т а л л ы являются хорошими про
водниковыми |
материалами, |
химически инертны. Золото |
|||
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 29 |
Физические свойства благородных металлов и сплавов |
|||||
|
|
Предел прочности |
Относи |
|
|
|
|
при растяжении, |
|
||
Название металла |
кгс/мм2 |
тельное |
Удельное сопро |
||
|
|
удлинение |
|||
или сплава |
|
в твердом |
|
в мягком |
тивление, ом-мм2(м |
|
|
В МЯГКОМ |
состоянии, |
|
|
|
|
состоянии |
состояния |
% |
|
Серебро Ag-99,9% |
25 |
18 |
20—40 |
0,01676 |
|
Ag + 0 ,4°/о Mg + |
Ni |
30 |
20 |
20 |
0,0170 |
Золото Au-99,9% |
|
35 |
10—15 |
20—40 |
0,0225 |
Зл М-800 |
|
80—104 |
55 |
20 |
0,041—0,037 |
Платина Pt-99,9% |
40—98 |
16 |
20—30 |
0,106—0,11 |
|
Cu-8,5% |
|
105—110 |
58—60 |
10— 15 |
0,48—0,52 |
Cu-2,5% |
|
G0—65 |
36,0 |
12—15 |
0,24—0,26 |
Ir-10% |
|
60—80 |
38—42 |
10— 15 |
0,24—0,26 |
Ni-4,5% |
|
90—140 |
60 |
15— 18 |
0,21—0,23 |
Rh-7% |
|
65—75 |
27 |
12— 15 |
- 0,19 |
Палладии Pd-99,9% |
25 |
10 |
20—40 |
0,113—0,141 |
|
Ag-40% |
|
80—100 |
34 |
20—30 |
0,38—0,42 |
А£-36*Уо ,C u ‘4°/o |
|
85—100 |
47 |
20—30 |
0,4—0,42 |
Jr-10% |
|
80—110 |
38 |
20—25 |
0,3 |
W-20% |
|
120-170 |
80 |
15—20 |
0,8—1,1 |
80
Совсем не подвержено коррозий, в серебре коррозия Про исходит медленно. Однако высокая стоимость препятст вует широкому использованию этих металлов в электро технике.
Поскольку серебро хорошо поддается пайке и устой чиво против коррозии, то для некоторых ответственных монтажных проводов малого сечения используется се ребряная проволока диаметром менее 0,05 мм. Наиболее часто серебро используется для плакирования медной или сталемедной проволоки.
Благородные металлы чрезвычайно пластичны и лег ко поддаются обработке давлением; их физические ха рактеристики приведены в табл. 29 и 30.
Золото и серебро имеют низкое удельное сопротив ление и высокий температурный коэффициент. Темпера турный коэффициент сопротивления значительно умень шается при ничтожных количествах примесей, поэтому его значение является критерием чистоты металла.
Серебряные сплавы используются в качестве материа ла для электрических контактов. Одним из них является
сплав, |
содержащий 0,27—0,29% |
магния, |
0,1% |
никеля, |
||
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 30 |
|
Зависимость удельного сопротивления благородных |
||||||
|
металлов (ом-ммг[м) от температуры |
|
||||
Темпера- |
|
|
Металлы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тура, °С |
Родий |
Палладий |
Серебро |
Иридий |
Платина |
Золото |
|
||||||
— 200 |
|
0,0214 |
0,00260 |
|
0,0174 |
0,00440 |
— 100 |
— |
0,0612 |
0,00865 |
____ |
0,0587 |
0,01255 |
0 |
0,0430 |
0,102 |
0,01568 |
0,0485 |
0,0981 |
0,02165 |
100 |
0,0621 |
0,140 |
0,02696 |
0,0675 |
0,1365 |
0,02887 |
200 |
0,082 |
0,174 |
0,02685 |
0,0871 |
0,1738 |
0,03735 |
300 |
0,103 |
0,210 |
0,03321 |
0,1072 |
0,2100 |
0,04615 |
400 |
0,125 |
0,243 |
0,03979 |
0,1276 |
0,2450 |
0,05534 |
500 |
0,147 |
0,274 |
0,04651 |
0,1489 |
0,2788 |
0,0662 |
600 |
____ |
0,304 |
___ |
— |
0,3115 |
— |
700 |
____ |
0,332 |
___ |
— |
0,3430 |
— |
800 |
_ |
0,356 |
_ |
____ |
0,3734 |
— |
900 |
____ |
0,379 |
_ |
____ |
0,4028 |
— |
1000 |
____ |
0,400 |
0,1922 |
____ |
0,4307 |
0,1254 |
1100 |
— |
____ |
0,2048 |
— |
0,4576 |
— |
1200 |
____ |
0,448 |
0,2167 |
— |
0,4834 |
— |
1300 |
_ |
— |
0,2279 |
— |
0,5080 |
— |
1400 |
_ |
0,425 |
0,2380 |
— |
0,5315 |
— |
1500 |
— |
— |
— |
— |
0,5538 |
0,370 |
6—652 |
81 |
ОД % циркония (или 2% золота). Его удельное сопротиЁление составляет 0,022—0,028 ом-мм2/м, предел прочно сти при растяжении 25 кгс/мм2 при относительном удли нении 25 %■
Ще л о ч н ые и щ е л о ч н о з е м е л ь н ы е м е т а л л ы благодаря малой плотности имеют наименьшие значения массового электрического сопротивления. Однако из-за высокой химической активности использование их в элек тротехнике требует специальных конструктивных реше ний. 1 ак, когда используют в качестве проводника литий (в расплавленном виде, при высоких температурах), то он заключается в ниобиевые трубы; при этом одновре менно он используется как хороший теплоноситель.
Менее химически активен натрий. Температура вос пламенения его на воздухе равна 120 °С. Натрий бурно реагирует с водой, вытесняя из нее водород. Было осу ществлено несколько различных конструктивных вариан тов использования натрия в стальных или свинцовых трубах; наиболее удачным оказалось заключение натрия в полиэтиленовую оболочку. Для присоединения к обыч ному электрооборудованию провод с натриевой жилой должен быть снабжен специальным герметичным нако нечником.
Прочностные характеристики натрия невысоки, одна ко отсутствует нагартовка при деформации. При токе короткого замыкания натрий начинает плавиться при температуре, которую полиэтилен выдерживает без по вреждения. После полного расплавления натрия тепло,
выделяемое током короткого замыкания, вызывает даль нейшее повышение температуры. В обычных медных и алюминиевых проводах происходит быстрый нагрев изо ляции и ее повреждение.
Попытки использовать натрий вместо меди будут, очевидно, расширяться, так как последний гораздо де
шевле меди.
Н и о б и й нашел применение -в электротехнике в каче стве сверхпроводника. Температурный порог сверхпрово димости 9,2 К, т. е. самый высокий для чистых металлов; поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 1,1 барн:. У отожженной ниобиевой проволоки электронно-лучевой плавки предел прочности при растяжении вв^40 кгс/мм2, относительное удлинение 5^10% . Сплавы ниобия с оло вом и другими металлами являются сверхпроводящими с высокой критической температурой перехода. Ниобий окисляется при температурах выше 500 °С (так же как молибден и цирконий).
Ц и р к о н и й является сравнительно низкоомным ме таллом. Он отличается высокой коррозионной стойкостью и небольшим поперечным сечением захвата тепловых нейтронов (0,18 барн). Из циркония можно изготовить проволоку диаметром 0,1 мм\ он является магнитным материалом, причем парамагнитная восприимчивость увеличивается с температурой. Цирконий используется в некоторых электротехнических медных сплавах для за держки процесса рекристаллизации меди и ее упрочне ния.
|
|
|
Физические свойства угоплавких металлов |
|
|
Т а б л и ц а 31 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Характеристики и единицы измерения |
|
W |
|
Та |
Мо |
Nb |
Hf |
V |
Cr |
Zr |
И |
|
Температура плавления, °С |
|
|
3380 |
2996 |
2620 |
2468 |
2220 |
1919 |
1890 |
1852 |
1668 |
|
Температура кипения, °С |
|
|
6000 |
5300 |
4800 |
3300 |
5400 |
3400 |
2430 |
3600 |
3500 |
|
Температура начала рекристаллизации деформи |
1300 |
|
1200 |
900 |
940 |
960 |
800 |
950 |
950 |
500 |
||
рованного металла, °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность, г/см3 |
ом-м 10 -8 |
19,3 |
16,6 |
10,22 |
8,57 |
13,1 |
6,1 |
7,19 |
6,489 |
4,54 |
||
Удельное сопротивление при 20 °С, |
5,5 |
12,4—13,6 |
5,77 |
13—15 |
32,7—43,9 |
24,8 |
13—14 |
39,7—44 |
42,1—47,8 |
|||
Удельная теплоемкость, кал/{г-°С), |
пои |
20 °С |
0,0323 |
0,034 |
0,0597 |
0,0642 |
0,0351 |
0,120 |
0,1068 |
0,0659 |
0,125 |
|
ТКЛР, 10-« (°С)->,при 0—100°С |
|
|
4—4,5 |
6 5 |
5,44 |
7,1 |
6,05 |
8,3 |
6,2! |
5,8 |
8,4 |
|
Твердость по Бринеллю, кгс/мм.2 |
|
|
200—280 |
70—125 |
150—220 |
70—80 |
160—180 |
80 |
90—150 |
70—120 |
60—150 |
|
П р и м е ч а н и я : 1. Температура плавления |
и удельное электрическое |
гпттпптив |
,еиие зависят от наличия примесей и способа изготовления, |
поэтому они могут несколь |
||||||||
ко отличаться от приведенных данных. |
|
|
лирическое |
сопроти» |
от чистоты и степени деформации. |
|
|
|
||||
2. Температура начала рекристаллизации может колебаться в пределах ±50 °С в за |
|
|
|
|||||||||
82 |
6* |
83 |