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電工材料有哪些

1、導電材料

具有高電導率的材料，在電工設備中用(yong)作導(dao)(dao)體，如(ru)銅、鋁等(deng)，其(qi)典型制品是電(dian)(dian)(dian)線(xian)、電(dian)(dian)(dian)纜(lan)的(de)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)線(xian)心。屬于(yu)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)還(huan)有(you)用(yong)于(yu)制造(zao)電(dian)(dian)(dian)觸(chu)頭、溫差(cha)電(dian)(dian)(dian)偶、熔(rong)絲(si)等(deng)的(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。這些材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)除電(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)率高(gao)外(wai)，還(huan)有(you)一些另外(wai)的(de)特殊性能(neng)，例如(ru)制造(zao)熔(rong)絲(si)的(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)需(xu)要(yao)(yao)具有(you)相對低的(de)熔(rong)點；觸(chu)頭材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)需(xu)要(yao)(yao)高(gao)的(de)耐電(dian)(dian)(dian)弧性能(neng)等(deng)。

高電(dian)阻合金(jin)如鎳鉻(ge)、鉻(ge)鎳鐵、錳銅、康銅也屬于導電(dian)材(cai)料，可用作加(jia)熱元件，將電(dian)能(neng)轉化為熱能(neng)，或用于制造電(dian)阻器。

石墨是一(yi)種(zhong)特殊的導(dao)(dao)體，雖然電導(dao)(dao)率低(di)，但由(you)于(yu)它的化學惰(duo)性和(he)高熔點，以及它的制品具有低(di)的摩擦系數、一(yi)定的機械強度，被廣泛地用作電刷、電極等。

屬于導(dao)電材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)還有(you)低(di)溫(wen)(wen)(wen)導(dao)電材(cai)料(liao)(liao)和超(chao)導(dao)材(cai)料(liao)(liao)。例如，純(chun)鋁在20K下(xia)(xia)(xia),即液(ye)氫溫(wen)(wen)(wen)度范(fan)圍中(zhong)是最好的(de)(de)(de)低(di)溫(wen)(wen)(wen)導(dao)電材(cai)料(liao)(liao)；而鈹(pi)在77K左右,即液(ye)氮溫(wen)(wen)(wen)度下(xia)(xia)(xia)電阻率(lv)也只有(you)常溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)(de)千分(fen)之(zhi)一(yi)(yi)到(dao)萬分(fen)之(zhi)一(yi)(yi)以下(xia)(xia)(xia)。超(chao)導(dao)材(cai)料(liao)(liao)一(yi)(yi)般(ban)在接近0K的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度下(xia)(xia)(xia)工作，其電阻率(lv)已測不出(chu)。80年(nian)代已發現上千種超(chao)導(dao)材(cai)料(liao)(liao)，其中(zhong)有(you)元素類(lei)(lei)，也有(you)化合物。較(jiao)為實用(yong)的(de)(de)(de)是Nb3Sn、Nb3Al 等。 1986年(nian)發現的(de)(de)(de)鋇、釔、銅、氧化物陶瓷在液(ye)氮溫(wen)(wen)(wen)度(77K)即具(ju)有(you)超(chao)導(dao)性， 這將對(dui)超(chao)導(dao)電技術(shu)的(de)(de)(de)普(pu)及，甚(shen)至對(dui)人類(lei)(lei)文明(ming)產生(sheng)深遠影響。

2、半導體材料

電(dian)導(dao)(dao)率(lv)介于導(dao)(dao)電(dian)材(cai)料和絕緣(yuan)材(cai)料之間，約為(wei)105～10-7西/米的(de)材(cai)料。對(dui)于電(dian)子（空穴）電(dian)導(dao)(dao)也可按能帶理論的(de)禁(jin)帶寬度(du)來定義(yi),其(qi)值約為(wei)0.08～3電(dian)子伏（也有人(ren)認(ren)為(wei)其(qi)上限應為(wei)1.5或(huo)2電(dian)子伏）。半導(dao)(dao)體與(yu)導(dao)(dao)體相比，除電(dian)導(dao)(dao)率(lv)小(xiao)外，其(qi)電(dian)導(dao)(dao)率(lv)隨溫(wen)度(du)升(sheng)高而增(zeng)大，而導(dao)(dao)體的(de)電(dian)導(dao)(dao)率(lv)隨溫(wen)度(du)升(sheng)高而下降。

半(ban)導體(ti)(ti)的性質隨缺陷和(he)雜(za)質含量(liang)而顯著(zhu)變化，所以可(ke)利用(yong)(yong)摻雜(za)來控制其(qi)性能。例如硅、鍺中摻入磷、砷(shen)、銻(ti)等元素可(ke)制成(cheng)電子型(xing)(xing)(N型(xing)(xing))半(ban)導體(ti)(ti)， 摻入硼、鋁、鎵、銦等元素可(ke)制成(cheng)空(kong)穴型(xing)(xing)（P型(xing)(xing)）半(ban)導體(ti)(ti)。利用(yong)(yong) N型(xing)(xing)和(he)P型(xing)(xing)的不同組(zu)合，可(ke)獲得整流和(he)放大作用(yong)(yong)，在電工中作為電源和(he)控制、調節之用(yong)(yong)。

半導(dao)(dao)(dao)體的電(dian)導(dao)(dao)(dao)率對外界因素極為敏(min)感，在其(qi)作用(yong)(yong)(yong)下可觀察(cha)到一系列物理現象。例如在不同波(bo)長(chang)的光照下能產生光電(dian)效應，這(zhe)時電(dian)子(zi)吸收光能，導(dao)(dao)(dao)致(zhi)自由載流子(zi)濃度(du)增大(da)，從而電(dian)導(dao)(dao)(dao)率增大(da)，稱為光電(dian)導(dao)(dao)(dao)性。利用(yong)(yong)(yong)這(zhe)一性質，可制成光敏(min)元(yuan)件。此外，還有熱電(dian)效應、霍耳效應、磁阻效應、壓電(dian)效應、場效應和隧(sui)道效應等都(dou)可加以利用(yong)(yong)(yong)。

半(ban)導體(ti)可(ke)以按(an)化學組(zu)分分為有(you)機的(de)和(he)無機的(de)兩類，主(zhu)要使(shi)用無機半(ban)導體(ti)。無機半(ban)導體(ti)可(ke)進一步(bu)分為元素(su)型(xing)和(he)化合物型(xing)。后(hou)(hou)者(zhe)按(an)組(zu)分元素(su)又可(ke)分為二元、三元等發(fa)展迅速。半(ban)導體(ti)也可(ke)按(an)其(qi)結構形態分為結晶(jing)半(ban)導體(ti)和(he)非(fei)晶(jing)態半(ban)導體(ti)。一般多使(shi)用前者(zhe)，但70年(nian)代以來正在大力開發(fa)后(hou)(hou)者(zhe)。

3、電絕緣或電介質材料

電(dian)(dian)阻(zu)率約為 1010歐(ou)米以(yi)上的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)。實用中優良絕(jue)緣材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)率在(zai)室溫(wen)下都大于1012歐(ou)米。通常所用的(de)(de)絕(jue)緣材(cai)(cai)料(liao)都含有雜質，在(zai)工作溫(wen)度下的(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)或電(dian)(dian)導(dao)屬離子(zi)型(xing)。對(dui)于電(dian)(dian)導(dao)屬電(dian)(dian)子(zi)型(xing)的(de)(de)絕(jue)緣材(cai)(cai)料(liao)，一般認(ren)為禁帶寬度在(zai)2～3電(dian)(dian)子(zi)伏以(yi)上。

電(dian)介質材料的(de)特點是(shi)其(qi)在電(dian)場中能發(fa)生極(ji)化(hua)。由于電(dian)介質多數(shu)是(shi)優良的(de)絕緣材料，兩者經(jing)常(chang)作為同義詞使用。

絕(jue)緣材(cai)料常按其聚集(ji)狀態而分為(wei)固態、液態和氣(qi)態。絕(jue)緣材(cai)料多(duo)數屬于固體。液態和氣(qi)態絕(jue)緣材(cai)料一(yi)般不能起(qi)力學上(shang)的支撐作用，所以較少單獨(du)使用。

氣體(ti)(ti)絕緣(yuan)材料的(de)特(te)點是電(dian)導率、介(jie)(jie)電(dian)常數和(he)介(jie)(jie)質損耗均低，擊(ji)穿(chuan)(chuan)強(qiang)度一(yi)般比(bi)液體(ti)(ti)和(he)固(gu)體(ti)(ti)絕緣(yuan)材料也低得多，但擊(ji)穿(chuan)(chuan)后能自(zi)行恢復絕緣(yuan)狀態(tai)，具有(you)自(zi)愈性。六(liu)氟化硫氣體(ti)(ti)(SF6)具有(you)較高的(de)擊(ji)穿(chuan)(chuan)強(qiang)度,廣泛用作封閉式電(dian)器的(de)絕緣(yuan)。

液(ye)體絕緣(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料一般用(yong)來替代空氣，填充電氣設(she)備中的(de)(de)空間，或浸(jin)漬設(she)備絕緣(yuan)(yuan)(yuan)結(jie)構中的(de)(de)孔隙。除了(le)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)作(zuo)用(yong)，它還可以起散熱(re)或滅弧作(zuo)用(yong)。在選擇液(ye)體絕緣(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料時應(ying)考(kao)慮它在電場(chang)作(zuo)用(yong)下的(de)(de)穩(wen)定性、熱(re)穩(wen)定性、粘度(du)、閃點、酸值、堿值、雜質含量、水含量、熱(re)膨脹系(xi)數(shu)以及與其他絕緣(yuan)(yuan)(yuan)和結(jie)構材(cai)料的(de)(de)相容性等。應(ying)用(yong)最多的(de)(de)液(ye)體絕緣(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料是(shi)礦物(wu)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)油(you)。為了(le)保證(zheng)液(ye)體材(cai)料成分的(de)(de)純凈，發展多種合成絕緣(yuan)(yuan)(yuan)油(you)，如高溫下使用(yong)的(de)(de)硅油(you)以及十二(er)烷基苯等。

固體絕(jue)(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)可以(yi)分(fen)(fen)成(cheng)天然的和(he)(he)合(he)成(cheng)的。天然的有(you)棉(mian)紗、絲綢(chou)、紙、蟲膠(jiao)、瀝青(qing)、礦物油、橡膠(jiao)、石棉(mian)、云母等(deng),在19世紀已開始(shi)用于(yu)電工設備。合(he)成(cheng)材(cai)料(liao),特別是高(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)料(liao)，在20世紀得到(dao)迅速發(fa)展。原因在于(yu)高(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)料(liao)的絕(jue)(jue)大多數(shu)具有(you)高(gao)電阻率，并且高(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)料(liao)（包括塑(su)料(liao)、合(he)成(cheng)橡膠(jiao)和(he)(he)合(he)成(cheng)纖維等(deng)許多品種）能(neng)滿足多種使用場(chang)合(he)的要求。高(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)料(liao)與相應(ying)的天然材(cai)料(liao)相比有(you)著更為(wei)優異的介(jie)電性(xing)能(neng)、力學性(xing)能(neng)和(he)(he)耐高(gao)溫性(xing)能(neng)，在絕(jue)(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)中(zhong)占(zhan)有(you)重要地位。重要的高(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)料(liao)有(you)聚(ju)乙烯(xi)、聚(ju)苯乙烯(xi)、聚(ju)丙烯(xi)、聚(ju)四氯乙烯(xi)、聚(ju)酯(zhi)和(he)(he)不飽和(he)(he)聚(ju)酯(zhi)、環氧(yang)樹(shu)脂、有(you)機硅樹(shu)脂，以(yi)及聚(ju)酰亞胺為(wei)代表的芳雜環高(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)料(liao)等(deng)。

在無機絕(jue)緣(yuan)材(cai)(cai)料方(fang)面，也有重(zhong)大的(de)(de)進(jin)展。例(li)如，制成(cheng)了(le)粉云母紙，解決了(le)云母資源的(de)(de)不足(zu)；玻璃纖(xian)維布的(de)(de)出現，使纖(xian)維的(de)(de)耐(nai)熱等(deng)級大大提高(gao)；陶瓷品種的(de)(de)發(fa)展滿足(zu)了(le)高(gao)機械強度(du)、高(gao)溫(wen)(wen)度(du)和(he)(he)高(gao)介電(dian)常數(shu)的(de)(de)要求。由于(yu)超導技術的(de)(de)迅(xun)速(su)發(fa)展，低溫(wen)(wen)電(dian)工(gong)材(cai)(cai)料也相應取得重(zhong)大進(jin)展。低溫(wen)(wen)電(dian)絕(jue)緣(yuan)漆膠和(he)(he)粘合劑，電(dian)工(gong)薄(bo)膜(mo)和(he)(he)層(ceng)壓制品以及低溫(wen)(wen)無機絕(jue)緣(yuan)材(cai)(cai)料，如玻璃、石英、陶瓷等(deng)，都有很大發(fa)展。

4、磁性材料

電工中應用(yong)的磁(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)主要有(you)鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和(he)(he)鐵(tie)(tie)氧(yang)體。按其(qi)矯頑力可(ke)分為(wei)軟磁(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和(he)(he)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)兩大(da)類(lei)。軟磁(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)用(yong)于交變(bian)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)，而(er)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)用(yong)于靜(jing)態磁(ci)(ci)(ci)場(chang)。按材(cai)(cai)料(liao)(liao)組(zu)成(cheng)(cheng)可(ke)分成(cheng)(cheng)金(jin)(jin)屬和(he)(he)非(fei)金(jin)(jin)屬兩種(zhong)。前者有(you)Fe、Co、Ni、Gd及其(qi)合金(jin)(jin)，也可(ke)包(bao)括稀(xi)土類(lei)元素,如RCO5,其(qi)中 R為(wei)稀(xi)土元素Sm、Ce和(he)(he)Pr。非(fei)鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)元素的合金(jin)(jin)也可(ke)以成(cheng)(cheng)為(wei)鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，例如Mn、Cu和(he)(he)Al等(deng)。非(fei)金(jin)(jin)屬型材(cai)(cai)料(liao)(liao)有(you)鐵(tie)(tie)氧(yang)體，它具(ju)有(you)磁(ci)(ci)(ci)疇結構，能自(zi)發磁(ci)(ci)(ci)化(hua)而(er)具(ju)有(you)鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)。鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)具(ju)有(you)磁(ci)(ci)(ci)滯回(hui)線，在交變(bian)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)中造(zao)成(cheng)(cheng)損(sun)(sun)耗，必須設法(fa)降低。交流(liu)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)作用(yong)下(xia)引起的渦電流(liu)，也會(hui)造(zao)成(cheng)(cheng)損(sun)(sun)耗。兩種(zhong)損(sun)(sun)耗統稱鐵(tie)(tie)耗，都造(zao)成(cheng)(cheng)設備發熱，這在高頻率下(xia)特別突出(chu)。鐵(tie)(tie)氧(yang)體的鐵(tie)(tie)耗在高頻下(xia)特別小(xiao)，成(cheng)(cheng)為(wei)適用(yong)于高頻的磁(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。

磁(ci)性材(cai)(cai)料(liao)(liao)的某些特殊(shu)性能還可用于特殊(shu)場(chang)合。例如具有直角磁(ci)滯回線的材(cai)(cai)料(liao)(liao)可以用作磁(ci)記憶材(cai)(cai)料(liao)(liao)。某些磁(ci)性材(cai)(cai)料(liao)(liao)在磁(ci)場(chang)強度(du)變(bian)化時其幾何(he)尺寸發(fa)生(sheng)變(bian)化，稱為磁(ci)致伸縮材(cai)(cai)料(liao)(liao)，可用于超(chao)聲發(fa)生(sheng)器(qi)和接收器(qi)及機電換能器(qi)中，用以測(ce)量海洋深度(du)、探測(ce)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的缺陷等。

電工材料的結構

電(dian)工領域(yu)應用的(de)(de)(de)各類材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)統稱。包括導(dao)(dao)電(dian)材(cai)料(liao)(liao)、半(ban)導(dao)(dao)體材(cai)料(liao)(liao)、絕緣材(cai)料(liao)(liao)和其他電(dian)介質材(cai)料(liao)(liao)、磁性材(cai)料(liao)(liao)。這些材(cai)料(liao)(liao)均具有(you)一定(ding)的(de)(de)(de)電(dian)學(xue)或磁學(xue)性能。具體的(de)(de)(de)電(dian)工材(cai)料(liao)(liao)一般按用途(tu)分類。例如鐵氧體，若按磁導(dao)(dao)率(lv)分，用于(yu)磁路時是磁性材(cai)料(liao)(liao)；但(dan)按電(dian)阻(zu)率(lv)分，用于(yu)電(dian)路時屬于(yu)半(ban)導(dao)(dao)體材(cai)料(liao)(liao)。

電工材料的用途

工(gong)程技術領域(yu)(yu)中(zhong)，材(cai)(cai)料占有(you)(you)(you)重要的(de)(de)地(di)位(wei)。各種技術都(dou)要通過(guo)一定(ding)的(de)(de)設備(bei)來實現(xian)(xian)，設備(bei)則需用(yong)具體的(de)(de)材(cai)(cai)料制(zhi)作。沒有(you)(you)(you)相應(ying)的(de)(de)材(cai)(cai)料，即使(shi)是原理(li)(li)上(shang)可行的(de)(de)技術和產品，也(ye)都(dou)無(wu)法實現(xian)(xian)。新材(cai)(cai)料的(de)(de)出(chu)(chu)現(xian)(xian)常(chang)能帶來技術上(shang)的(de)(de)重大(da)(da)(da)進展(zhan)。電(dian)(dian)工(gong)領域(yu)(yu)的(de)(de)情況(kuang)也(ye)是如此。例如硅鋼片的(de)(de)出(chu)(chu)現(xian)(xian)使(shi)旋轉電(dian)(dian)機(ji)(ji)和變壓器(qi)的(de)(de)效率大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)提高(gao)，容量也(ye)更大(da)(da)(da)，從而促進了(le)電(dian)(dian)能的(de)(de)遠距離輸(shu)送和廣泛應(ying)用(yong)；高(gao)矯頑力(li)、高(gao)剩磁(ci)的(de)(de)釹鐵硼等材(cai)(cai)料的(de)(de)出(chu)(chu)現(xian)(xian)，滿(man)足了(le)永(yong)磁(ci)同步電(dian)(dian)動機(ji)(ji)對強磁(ci)體的(de)(de)需要,使(shi)這類電(dian)(dian)機(ji)(ji)在驅動微電(dian)(dian)機(ji)(ji)中(zhong)占有(you)(you)(you)重要地(di)位(wei),并仍在擴(kuo)大(da)(da)(da)其應(ying)用(yong)范(fan)圍。1986年(nian)以來，高(gao)臨界溫度超導材(cai)(cai)料所實現(xian)(xian)的(de)(de)突破，展(zhan)現(xian)(xian)了(le)低耗(hao)(或無(wu)損耗(hao))輸(shu)電(dian)(dian)和電(dian)(dian)能的(de)(de)工(gong)業(ye)規(gui)模儲存的(de)(de)前(qian)景，引(yin)起世界各國物理(li)(li)界、電(dian)(dian)工(gong)界的(de)(de)注意。研制(zhi)各種適用(yong)電(dian)(dian)工(gong)新材(cai)(cai)料仍是電(dian)(dian)工(gong)領域(yu)(yu)的(de)(de)重要任務(wu)。