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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，在電工設備中用作(zuo)導體，如銅、鋁等(deng)，其典型制(zhi)品是電(dian)(dian)(dian)線(xian)、電(dian)(dian)(dian)纜的(de)(de)(de)導電(dian)(dian)(dian)線(xian)心。屬于(yu)導電(dian)(dian)(dian)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)還有(you)用于(yu)制(zhi)造電(dian)(dian)(dian)觸頭、溫差(cha)電(dian)(dian)(dian)偶、熔絲等(deng)的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)。這些(xie)(xie)材(cai)料(liao)除電(dian)(dian)(dian)導率高外(wai)，還有(you)一(yi)些(xie)(xie)另外(wai)的(de)(de)(de)特殊性(xing)能，例如制(zhi)造熔絲的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)需要(yao)具有(you)相對(dui)低(di)的(de)(de)(de)熔點；觸頭材(cai)料(liao)需要(yao)高的(de)(de)(de)耐電(dian)(dian)(dian)弧性(xing)能等(deng)。

高電阻合金如鎳鉻、鉻鎳鐵(tie)、錳銅、康銅也屬(shu)于導電材(cai)料，可(ke)用作加熱元件，將電能轉(zhuan)化為熱能，或用于制造電阻器(qi)。

石墨是一(yi)(yi)種特殊(shu)的(de)(de)導體(ti)，雖然電導率(lv)低，但由于它的(de)(de)化學惰性(xing)和高熔點，以(yi)及它的(de)(de)制品(pin)具有低的(de)(de)摩(mo)擦(ca)系(xi)數、一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)機械強度(du)，被(bei)廣泛地用作電刷、電極等(deng)。

屬于導(dao)電(dian)(dian)材(cai)料(liao)的(de)(de)還有低溫(wen)導(dao)電(dian)(dian)材(cai)料(liao)和超導(dao)材(cai)料(liao)。例如，純鋁(lv)在20K下,即液氫(qing)溫(wen)度范圍(wei)中(zhong)(zhong)是最好的(de)(de)低溫(wen)導(dao)電(dian)(dian)材(cai)料(liao)；而鈹在77K左(zuo)右,即液氮溫(wen)度下電(dian)(dian)阻率也只有常溫(wen)下的(de)(de)千分(fen)之一到萬分(fen)之一以(yi)下。超導(dao)材(cai)料(liao)一般在接近0K的(de)(de)溫(wen)度下工(gong)作(zuo)，其電(dian)(dian)阻率已測不出(chu)。80年(nian)代(dai)已發(fa)現(xian)(xian)上千種超導(dao)材(cai)料(liao)，其中(zhong)(zhong)有元(yuan)素類，也有化(hua)合物。較為實用的(de)(de)是Nb3Sn、Nb3Al 等(deng)。 1986年(nian)發(fa)現(xian)(xian)的(de)(de)鋇、釔、銅、氧(yang)化(hua)物陶瓷在液氮溫(wen)度(77K)即具有超導(dao)性， 這(zhe)將對超導(dao)電(dian)(dian)技術的(de)(de)普(pu)及，甚至對人類文明產生深(shen)遠影響。

2、半導體材料

電導率(lv)介于導電材(cai)(cai)料和絕緣材(cai)(cai)料之間，約為(wei)105～10-7西/米的(de)材(cai)(cai)料。對(dui)于電子(zi)（空穴）電導也(ye)可按能帶理論的(de)禁帶寬(kuan)度來定義(yi),其值約為(wei)0.08～3電子(zi)伏(fu)（也(ye)有人認為(wei)其上限應為(wei)1.5或(huo)2電子(zi)伏(fu)）。半(ban)導體與導體相(xiang)比，除電導率(lv)小外(wai)，其電導率(lv)隨溫度升(sheng)高而增大，而導體的(de)電導率(lv)隨溫度升(sheng)高而下(xia)降。

半(ban)導體(ti)的性質(zhi)(zhi)隨缺(que)陷(xian)和雜質(zhi)(zhi)含量而(er)顯著變化，所以(yi)可(ke)利(li)用(yong)(yong)摻(chan)雜來控制(zhi)其性能。例如硅、鍺中(zhong)摻(chan)入磷(lin)、砷、銻等元(yuan)素可(ke)制(zhi)成電(dian)子型(N型)半(ban)導體(ti)， 摻(chan)入硼、鋁、鎵(jia)、銦等元(yuan)素可(ke)制(zhi)成空穴型（P型）半(ban)導體(ti)。利(li)用(yong)(yong) N型和P型的不同(tong)組合，可(ke)獲(huo)得整流和放(fang)大作用(yong)(yong)，在電(dian)工中(zhong)作為電(dian)源和控制(zhi)、調節之用(yong)(yong)。

半導(dao)(dao)體的電(dian)導(dao)(dao)率對外界因素極為(wei)敏感，在其作用(yong)下可觀察(cha)到(dao)一系列物理現象。例如在不同波長的光照下能產生光電(dian)效(xiao)應(ying)，這(zhe)時(shi)電(dian)子吸收(shou)光能，導(dao)(dao)致自由載流子濃度增大(da)，從(cong)而電(dian)導(dao)(dao)率增大(da)，稱(cheng)為(wei)光電(dian)導(dao)(dao)性。利用(yong)這(zhe)一性質(zhi)，可制成光敏元件。此外，還有熱電(dian)效(xiao)應(ying)、霍耳效(xiao)應(ying)、磁阻效(xiao)應(ying)、壓電(dian)效(xiao)應(ying)、場效(xiao)應(ying)和隧道效(xiao)應(ying)等都可加以(yi)利用(yong)。

半(ban)(ban)導體可(ke)以按(an)(an)化學(xue)組分(fen)(fen)分(fen)(fen)為有機(ji)的和無機(ji)的兩(liang)類，主要使(shi)用(yong)無機(ji)半(ban)(ban)導體。無機(ji)半(ban)(ban)導體可(ke)進一(yi)步分(fen)(fen)為元(yuan)素型和化合物型。后(hou)(hou)者按(an)(an)組分(fen)(fen)元(yuan)素又可(ke)分(fen)(fen)為二元(yuan)、三(san)元(yuan)等(deng)發(fa)展迅速。半(ban)(ban)導體也可(ke)按(an)(an)其結構形(xing)態分(fen)(fen)為結晶半(ban)(ban)導體和非(fei)晶態半(ban)(ban)導體。一(yi)般多使(shi)用(yong)前者，但70年代以來正在大力開發(fa)后(hou)(hou)者。

3、電絕緣或電介質材料

電阻率(lv)(lv)約為 1010歐米以上的(de)材料(liao)。實用中優(you)良絕緣材料(liao)的(de)電阻率(lv)(lv)在室溫下都大于(yu)1012歐米。通(tong)常所用的(de)絕緣材料(liao)都含(han)有雜(za)質，在工作溫度(du)下的(de)電阻或電導屬(shu)離子型。對于(yu)電導屬(shu)電子型的(de)絕緣材料(liao)，一般認為禁帶寬(kuan)度(du)在2～3電子伏以上。

電(dian)介質材料的特點是其在電(dian)場中能發生極化。由于電(dian)介質多數是優良的絕緣材料，兩者經(jing)常作為同(tong)義(yi)詞(ci)使(shi)用。

絕緣(yuan)材(cai)料常按其聚(ju)集狀態(tai)而分(fen)為固態(tai)、液態(tai)和氣(qi)態(tai)。絕緣(yuan)材(cai)料多數屬(shu)于固體。液態(tai)和氣(qi)態(tai)絕緣(yuan)材(cai)料一般不能起力學(xue)上(shang)的支撐作用，所(suo)以較少單獨使(shi)用。

氣體絕緣材料(liao)的特點是電導率、介(jie)電常數和介(jie)質損耗(hao)均低，擊(ji)穿強度(du)一般比液(ye)體和固體絕緣材料(liao)也低得多，但(dan)擊(ji)穿后(hou)能自行恢復絕緣狀態，具有自愈(yu)性。六氟化硫氣體(SF6)具有較(jiao)高的擊(ji)穿強度(du),廣泛用作封閉式(shi)電器的絕緣。

液(ye)體絕(jue)(jue)(jue)(jue)(jue)緣(yuan)材(cai)料一般用來(lai)替代(dai)空氣，填(tian)充電(dian)氣設備中(zhong)的(de)(de)(de)空間(jian)，或浸漬設備絕(jue)(jue)(jue)(jue)(jue)緣(yuan)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)(de)(de)孔隙。除了(le)絕(jue)(jue)(jue)(jue)(jue)緣(yuan)作(zuo)用，它(ta)還(huan)可以起散熱或滅弧作(zuo)用。在選擇液(ye)體絕(jue)(jue)(jue)(jue)(jue)緣(yuan)材(cai)料時(shi)應(ying)考慮它(ta)在電(dian)場(chang)作(zuo)用下的(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)、熱穩定(ding)(ding)性(xing)、粘度、閃點、酸值、堿值、雜質含量(liang)、水含量(liang)、熱膨脹系數(shu)以及與其他絕(jue)(jue)(jue)(jue)(jue)緣(yuan)和結(jie)構(gou)材(cai)料的(de)(de)(de)相容性(xing)等(deng)。應(ying)用最多的(de)(de)(de)液(ye)體絕(jue)(jue)(jue)(jue)(jue)緣(yuan)材(cai)料是礦(kuang)物絕(jue)(jue)(jue)(jue)(jue)緣(yuan)油。為(wei)了(le)保(bao)證液(ye)體材(cai)料成分(fen)的(de)(de)(de)純凈(jing)，發展多種合成絕(jue)(jue)(jue)(jue)(jue)緣(yuan)油，如高(gao)溫下使用的(de)(de)(de)硅油以及十二烷基苯等(deng)。

固體絕(jue)緣(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)可以(yi)分(fen)成天(tian)然的(de)和(he)合成的(de)。天(tian)然的(de)有(you)棉紗、絲(si)綢、紙、蟲膠(jiao)、瀝青、礦物油、橡(xiang)膠(jiao)、石棉、云母等(deng),在19世(shi)紀已開(kai)始用(yong)于(yu)電工設備(bei)。合成材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao),特別(bie)是高(gao)分(fen)子(zi)(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，在20世(shi)紀得(de)到迅速(su)發展。原因在于(yu)高(gao)分(fen)子(zi)(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)絕(jue)大(da)多(duo)(duo)(duo)數具有(you)高(gao)電阻率，并(bing)且高(gao)分(fen)子(zi)(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)（包括塑料(liao)(liao)(liao)、合成橡(xiang)膠(jiao)和(he)合成纖維(wei)等(deng)許多(duo)(duo)(duo)品(pin)種）能(neng)滿足(zu)多(duo)(duo)(duo)種使用(yong)場合的(de)要(yao)求(qiu)。高(gao)分(fen)子(zi)(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)與相應的(de)天(tian)然材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)相比(bi)有(you)著(zhu)更(geng)為優(you)異的(de)介電性(xing)能(neng)、力學性(xing)能(neng)和(he)耐高(gao)溫性(xing)能(neng)，在絕(jue)緣(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中占(zhan)有(you)重要(yao)地位(wei)。重要(yao)的(de)高(gao)分(fen)子(zi)(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)有(you)聚(ju)乙烯、聚(ju)苯乙烯、聚(ju)丙烯、聚(ju)四氯乙烯、聚(ju)酯和(he)不飽和(he)聚(ju)酯、環(huan)(huan)氧樹脂、有(you)機硅(gui)樹脂，以(yi)及(ji)聚(ju)酰亞胺為代表的(de)芳雜環(huan)(huan)高(gao)分(fen)子(zi)(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)等(deng)。

在無機絕(jue)(jue)緣(yuan)材料方面，也(ye)有重大的(de)進(jin)展(zhan)(zhan)。例如(ru)，制成了(le)粉云(yun)母紙，解決了(le)云(yun)母資源的(de)不足；玻(bo)璃(li)纖(xian)維布的(de)出現，使纖(xian)維的(de)耐熱(re)等(deng)級大大提高；陶瓷品種的(de)發(fa)展(zhan)(zhan)滿足了(le)高機械強度、高溫(wen)(wen)度和高介電(dian)常數的(de)要(yao)求。由于超導(dao)技(ji)術的(de)迅速發(fa)展(zhan)(zhan)，低(di)溫(wen)(wen)電(dian)工材料也(ye)相應取(qu)得重大進(jin)展(zhan)(zhan)。低(di)溫(wen)(wen)電(dian)絕(jue)(jue)緣(yuan)漆膠(jiao)和粘合劑(ji)，電(dian)工薄膜和層壓制品以及低(di)溫(wen)(wen)無機絕(jue)(jue)緣(yuan)材料，如(ru)玻(bo)璃(li)、石英、陶瓷等(deng)，都有很大發(fa)展(zhan)(zhan)。

4、磁性材料

電(dian)工中(zhong)應用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)主要有(you)(you)(you)鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)和(he)鐵(tie)(tie)氧體(ti)。按其(qi)(qi)(qi)矯頑力可分為軟磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)和(he)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)兩大類。軟磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)用(yong)(yong)(yong)于交變磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)，而永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)用(yong)(yong)(yong)于靜態磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)。按材(cai)(cai)料(liao)組成(cheng)(cheng)可分成(cheng)(cheng)金(jin)(jin)屬和(he)非金(jin)(jin)屬兩種。前(qian)者有(you)(you)(you)Fe、Co、Ni、Gd及其(qi)(qi)(qi)合(he)金(jin)(jin)，也可包括(kuo)稀土(tu)(tu)類元(yuan)素,如RCO5,其(qi)(qi)(qi)中(zhong) R為稀土(tu)(tu)元(yuan)素Sm、Ce和(he)Pr。非鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)元(yuan)素的(de)(de)合(he)金(jin)(jin)也可以成(cheng)(cheng)為鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)，例如Mn、Cu和(he)Al等。非金(jin)(jin)屬型材(cai)(cai)料(liao)有(you)(you)(you)鐵(tie)(tie)氧體(ti)，它具有(you)(you)(you)磁(ci)(ci)(ci)(ci)疇結構(gou)，能自發(fa)(fa)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化而具有(you)(you)(you)鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)。鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)具有(you)(you)(you)磁(ci)(ci)(ci)(ci)滯回線，在(zai)交變磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)中(zhong)造成(cheng)(cheng)損耗，必須設法降低。交流(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)作用(yong)(yong)(yong)下(xia)引(yin)起的(de)(de)渦(wo)電(dian)流(liu)，也會造成(cheng)(cheng)損耗。兩種損耗統稱鐵(tie)(tie)耗，都造成(cheng)(cheng)設備發(fa)(fa)熱，這(zhe)在(zai)高頻(pin)率(lv)下(xia)特別(bie)突出。鐵(tie)(tie)氧體(ti)的(de)(de)鐵(tie)(tie)耗在(zai)高頻(pin)下(xia)特別(bie)小，成(cheng)(cheng)為適用(yong)(yong)(yong)于高頻(pin)的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)。

磁(ci)(ci)性(xing)材(cai)料(liao)的(de)某些(xie)特殊性(xing)能(neng)還可(ke)用(yong)于特殊場合。例如具有直角磁(ci)(ci)滯回線的(de)材(cai)料(liao)可(ke)以用(yong)作磁(ci)(ci)記憶材(cai)料(liao)。某些(xie)磁(ci)(ci)性(xing)材(cai)料(liao)在磁(ci)(ci)場強度(du)變化時其幾何(he)尺寸(cun)發(fa)生變化，稱為磁(ci)(ci)致伸縮材(cai)料(liao)，可(ke)用(yong)于超(chao)聲(sheng)發(fa)生器和接收器及(ji)機電換能(neng)器中(zhong)，用(yong)以測量海洋(yang)深度(du)、探測材(cai)料(liao)的(de)缺陷等。

電工材料的結構

電工(gong)領域應用的各類材(cai)(cai)(cai)料的統稱。包括導(dao)電材(cai)(cai)(cai)料、半導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)(cai)料、絕緣材(cai)(cai)(cai)料和其(qi)他電介(jie)質材(cai)(cai)(cai)料、磁(ci)性材(cai)(cai)(cai)料。這些材(cai)(cai)(cai)料均具有一定的電學(xue)或磁(ci)學(xue)性能。具體(ti)(ti)的電工(gong)材(cai)(cai)(cai)料一般按用途分類。例如鐵氧體(ti)(ti)，若按磁(ci)導(dao)率(lv)分，用于磁(ci)路時是(shi)磁(ci)性材(cai)(cai)(cai)料；但按電阻率(lv)分，用于電路時屬于半導(dao)體(ti)(ti)材(cai)(cai)(cai)料。

電工材料的用途

工程技術領(ling)域中，材(cai)料(liao)占有重要的(de)地(di)位。各種技術都(dou)要通過一定的(de)設備來實(shi)現，設備則(ze)需(xu)用(yong)具體的(de)材(cai)料(liao)制(zhi)作。沒有相應(ying)的(de)材(cai)料(liao)，即使是原理上可行的(de)技術和(he)(he)產(chan)品，也都(dou)無(wu)法實(shi)現。新(xin)材(cai)料(liao)的(de)出(chu)(chu)現常能帶來技術上的(de)重大進展。電工領(ling)域的(de)情況也是如此。例如硅鋼片的(de)出(chu)(chu)現使旋(xuan)轉電機(ji)(ji)和(he)(he)變壓器的(de)效率大大提高(gao)，容量也更(geng)大，從而促(cu)進了電能的(de)遠(yuan)距離輸送和(he)(he)廣泛應(ying)用(yong)；高(gao)矯頑力、高(gao)剩磁(ci)的(de)釹鐵硼等材(cai)料(liao)的(de)出(chu)(chu)現，滿足了永磁(ci)同步電動機(ji)(ji)對強磁(ci)體的(de)需(xu)要,使這類電機(ji)(ji)在驅動微(wei)電機(ji)(ji)中占有重要地(di)位,并(bing)仍在擴大其應(ying)用(yong)范(fan)圍。1986年以來，高(gao)臨界溫(wen)度超導材(cai)料(liao)所實(shi)現的(de)突破(po)，展現了低(di)耗(或無(wu)損耗)輸電和(he)(he)電能的(de)工業規模儲存的(de)前景，引起世界各國物理界、電工界的(de)注意(yi)。研制(zhi)各種適用(yong)電工新(xin)材(cai)料(liao)仍是電工領(ling)域的(de)重要任務。