ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПОЛУПРОВОДНИКИ

Своё название полупроводники получили оттого, что они занимают промежуточное место между проводниками, обладающими большой проводимостью, и изоляторами, которые почти не проводят электрического тока.

К полупроводникам относятся:

- окислы металлов - оксиды;

- сернистые соединения - сульфиды;

- соединения с селеном - селениды;

- соединения с телуром - теллуриды;

- некоторые сплавы;

- химические элементы - германий, кремний, теллур, селен, бор, углерод, сера, фосфор, мышьяк;

- большое число сложных соединений.

Электрические свойства полупроводников резко отличаются от свойств проводников и изоляторов. Электропроводимость полупроводников в сильной степени зависит от температуры, освещённости, наличия и интенсивности электрического поля, количества примесей.

У полупроводников различают два вида проводимости - электронную и дырочную. Электронная проводимость осуществляется свободными электронами, а дырочная - передвижением связей, лишённых электронов.

Нашли применение в электронике (транзисторы, тиристоры и пр.).

Электротехника пользуется твёрдыми (металлы), жидкими (электролиты и расплавленные металлы) и при соответствующих условиях газообразными проводниками (используются в ионных приборах).

Металлические проводники можно разделить на две группы:

1) материалы высокой проводимости- химически чистые металлы - медь и алюминий, идущие на изготовление проводов, кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов. Хорошими проводниками являются некоторые сплавы, нашедшие применение на практике вследствие дешевизны, по сравнению с чистыми металлами, а также благодаря высоким механическим свойствам.

Медь - наиболее распространённый металл в электротехнике. Преимущества - малое удельное сопротивление (р = 0,0172-0,0175 Ом*мм²/м), достаточно высокая механическая прочность, стойкость по отношению к коррозии, хорошая обрабатываемость, лёгкость пайки и сварки. В целях экономии меди применяют биметаллические проводники (внутренний слой образует сталь, поверх которой горячим или гальваническим способом нанесён слой меди). В электротехнике нашли себе применение сплавы на основе меди - бронза и латунь.

Бронза- сплав меди с оловом, кремнием, фосфором, бериллием, кадмием и другими элементами - имеет более высокую механическую прочность и твёрдость, чем медь, но меньшую электропроводимость.

Латунь- сплав меди (50-70%) и цинка (30-50%) - применяется как конструктивный материал. Хорошо обрабатывается резанием, идёт на изготовление деталей путём вытяжки и штамповки.

Алюминий- занимает третье место по электропроводимости после серебра и меди (р = 0,029 Ом*мм²/м) и уступает меди по механическим свойствам. Для увеличения механической прочности алюминия его сплавляют с кремнием, железом, магнием. Для проводов воздушных линий применяют один из таких сплавов как альдрей (0,3-0,5% магния, 0,4- 0,7% кремния, 0,2-0,3% железа, остальное - алюминий).На линиях электропепедачи применяют также сталеалюминиевые провода - сердцевина свита из стальных проволок, снаружи стальная жила обвита алюминиевой проволокой. В агрессивных средах алюминий сильно окисляется - покрывается не токопроводящей пленкой.

Сталь- отличается большой механической прочностью. Используемая в качестве проводникового материала, сталь содержит 0,1-0,15% углерода. Обладает электропроводимостью в 6-7 раз меньшей, чем медь (р = 0,01 Ом*мм*/м). В отличие от меди и алюминия сталь является более дешёвым и менее дефицитным материалом. Большой недостаток - малая стойкость по отношению к коррозии, поэтому покрывают слоем более стойкого металла (например цинка). Используют для изготовления проводов, шин, сети заземления, рельсов для трамвая и электрифицированных железных дорог.

2) материалы высокого сопротивления- металлы и сплавы, применяемые в электронагревательных приборах, лампах накаливания, реостатах и т.п.

Делятся на три группы:

- сплавы для магазинов сопротивлений, различных эталонов, добавочных сопротивлений, шунтов. К ним относятся сплавы на основе меди - манганин и константан. Требования к ним: высокое удельное сопротивление, постоянство сопротивления во времени, высокая стойкость против коррозии;

- сплавы для сопротивлений и реостатов - должны быть дешёвыми, иметь большое удельное сопротивление. Применяют сплавы на медной основе - константан, никелин (для удешевления материала никель заменён цинком и железом) и др.;

- сплавы для электронагревательных приборов и печей - должны хорошо обрабатываться, быть механически прочными, дешёвыми, иметь высокое удельное сопротивление и длительное время работать при высокой температуре без окисления.

Манганин- сплав коричневато-красноватого цвета, состоящий из меди (86%), марганца (12%) и никеля (2%). Лучший материал для изготовления магазинов сопротивления, образцовых сопротивлений и шунтов (р = 0,42-0,43 Ом*мм²/м).

Константан- сплав меди (60%) и никеля (40%), удельное сопротивление р = 0,5 Ом*мм²/м.

Нихром- сплав никеля и хрома. К ним относится ферронихром- никель (58-62%), хром (15-17%), остальное железо. Удельное сопротивление р = 1,0 Ом*мм²/м. Рабочая температура - до 1000°С.

Фехраль- сплав алюминия (3-5%), хрома (12-15%), остальное железо. Удельное сопротивление р - 1,2 Ом*мм²/м. Рабочая температура - около 800°С.

Хромаль - сплав алюминия (28-30%), остальное - железо. Удельное сопротивление р = 1,3-1,4 Ом*мм²/м. Рабочая температура - до 1250°С.