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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(bei)中用作導(dao)體(ti)，如(ru)銅、鋁等(deng)，其典型制品是電線、電纜的(de)(de)導(dao)電線心。屬于導(dao)電材料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)還有用于制造電觸頭、溫差(cha)電偶(ou)、熔絲等(deng)的(de)(de)材料(liao)(liao)(liao)。這(zhe)些材料(liao)(liao)(liao)除電導(dao)率高外，還有一(yi)些另外的(de)(de)特殊性能(neng)，例如(ru)制造熔絲的(de)(de)材料(liao)(liao)(liao)需要(yao)(yao)具(ju)有相對低的(de)(de)熔點；觸頭材料(liao)(liao)(liao)需要(yao)(yao)高的(de)(de)耐電弧性能(neng)等(deng)。

高電阻合金如(ru)鎳鉻(ge)、鉻(ge)鎳鐵、錳銅、康銅也屬于導電材(cai)料，可用作(zuo)加熱元件，將電能(neng)轉化(hua)為熱能(neng)，或用于制造電阻器。

石墨是(shi)一種特殊(shu)的導(dao)體(ti)，雖(sui)然(ran)電導(dao)率(lv)低，但由(you)于它的化(hua)學惰性和(he)高(gao)熔點，以及它的制(zhi)品具(ju)有低的摩(mo)擦系數、一定(ding)的機(ji)械(xie)強度(du)，被廣泛(fan)地(di)用作電刷、電極(ji)等。

屬于導電材(cai)料(liao)(liao)的(de)還有(you)低溫導電材(cai)料(liao)(liao)和超(chao)導材(cai)料(liao)(liao)。例如(ru)，純鋁在(zai)20K下(xia)(xia),即(ji)液(ye)氫(qing)溫度范圍中是最(zui)好的(de)低溫導電材(cai)料(liao)(liao)；而(er)鈹在(zai)77K左(zuo)右,即(ji)液(ye)氮(dan)溫度下(xia)(xia)電阻(zu)率也(ye)只有(you)常溫下(xia)(xia)的(de)千分(fen)(fen)之(zhi)一到(dao)萬(wan)分(fen)(fen)之(zhi)一以下(xia)(xia)。超(chao)導材(cai)料(liao)(liao)一般(ban)在(zai)接近0K的(de)溫度下(xia)(xia)工作(zuo)，其電阻(zu)率已測不出。80年(nian)代已發現(xian)上千種超(chao)導材(cai)料(liao)(liao)，其中有(you)元素類，也(ye)有(you)化合物。較(jiao)為(wei)實用的(de)是Nb3Sn、Nb3Al 等(deng)。 1986年(nian)發現(xian)的(de)鋇、釔(yi)、銅、氧化物陶瓷在(zai)液(ye)氮(dan)溫度(77K)即(ji)具(ju)有(you)超(chao)導性， 這將對超(chao)導電技術的(de)普及(ji)，甚(shen)至對人類文明產(chan)生深遠影響。

2、半導體材料

電(dian)(dian)(dian)導(dao)率(lv)介于(yu)導(dao)電(dian)(dian)(dian)材(cai)料(liao)和絕緣材(cai)料(liao)之間，約為105～10-7西/米的材(cai)料(liao)。對于(yu)電(dian)(dian)(dian)子(zi)（空穴）電(dian)(dian)(dian)導(dao)也(ye)(ye)可按能帶理論的禁帶寬度(du)來定(ding)義,其值約為0.08～3電(dian)(dian)(dian)子(zi)伏(fu)（也(ye)(ye)有人(ren)認為其上限(xian)應為1.5或2電(dian)(dian)(dian)子(zi)伏(fu)）。半(ban)導(dao)體與(yu)導(dao)體相(xiang)比，除電(dian)(dian)(dian)導(dao)率(lv)小(xiao)外(wai)，其電(dian)(dian)(dian)導(dao)率(lv)隨(sui)(sui)溫度(du)升(sheng)高而增大(da)，而導(dao)體的電(dian)(dian)(dian)導(dao)率(lv)隨(sui)(sui)溫度(du)升(sheng)高而下(xia)降(jiang)。

半(ban)導(dao)體的(de)性質(zhi)隨缺陷和雜質(zhi)含量而顯著(zhu)變化，所以可(ke)(ke)利(li)用摻雜來控(kong)制(zhi)其性能。例(li)如硅、鍺中(zhong)摻入(ru)磷、砷、銻等元(yuan)素可(ke)(ke)制(zhi)成(cheng)電(dian)子型(xing)(xing)(N型(xing)(xing))半(ban)導(dao)體， 摻入(ru)硼、鋁(lv)、鎵、銦等元(yuan)素可(ke)(ke)制(zhi)成(cheng)空穴型(xing)(xing)（P型(xing)(xing)）半(ban)導(dao)體。利(li)用 N型(xing)(xing)和P型(xing)(xing)的(de)不同組合，可(ke)(ke)獲得整流和放大作用，在電(dian)工中(zhong)作為電(dian)源和控(kong)制(zhi)、調節之(zhi)用。

半導(dao)(dao)體的電(dian)導(dao)(dao)率對外界因素極為敏感，在其作用下可(ke)觀察到一(yi)系列物理現(xian)象。例如在不同波長的光(guang)(guang)照下能(neng)產生光(guang)(guang)電(dian)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)，這(zhe)時電(dian)子吸(xi)收光(guang)(guang)能(neng)，導(dao)(dao)致自由載(zai)流子濃(nong)度(du)增大，從而電(dian)導(dao)(dao)率增大，稱為光(guang)(guang)電(dian)導(dao)(dao)性。利(li)用這(zhe)一(yi)性質，可(ke)制(zhi)成光(guang)(guang)敏元件(jian)。此外，還有熱電(dian)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)、霍耳(er)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)、磁阻效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)、壓(ya)電(dian)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)、場效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)和隧道效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)等都可(ke)加(jia)以利(li)用。

半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)可(ke)以(yi)按化學組分(fen)(fen)分(fen)(fen)為(wei)有機的和無機的兩類，主(zhu)要使(shi)用(yong)無機半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)。無機半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)可(ke)進一步(bu)分(fen)(fen)為(wei)元素(su)型(xing)(xing)和化合物(wu)型(xing)(xing)。后者按組分(fen)(fen)元素(su)又可(ke)分(fen)(fen)為(wei)二(er)元、三元等(deng)發展迅速。半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)也可(ke)按其結(jie)構形態分(fen)(fen)為(wei)結(jie)晶半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)和非晶態半(ban)(ban)導(dao)(dao)體(ti)。一般多(duo)使(shi)用(yong)前者，但70年(nian)代以(yi)來正在大力(li)開發后者。

3、電絕緣或電介質材料

電(dian)(dian)阻率約為 1010歐米以上的材(cai)料(liao)。實用(yong)中優(you)良絕(jue)緣材(cai)料(liao)的電(dian)(dian)阻率在室溫下都大于(yu)1012歐米。通常(chang)所用(yong)的絕(jue)緣材(cai)料(liao)都含有雜質，在工作溫度(du)下的電(dian)(dian)阻或電(dian)(dian)導屬(shu)離子(zi)(zi)(zi)型。對(dui)于(yu)電(dian)(dian)導屬(shu)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)型的絕(jue)緣材(cai)料(liao)，一般認為禁(jin)帶寬(kuan)度(du)在2～3電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)伏以上。

電(dian)介質(zhi)材(cai)(cai)料(liao)的特點是其在電(dian)場(chang)中能發生極(ji)化。由于電(dian)介質(zhi)多(duo)數是優良的絕緣材(cai)(cai)料(liao)，兩者經常作為(wei)同義詞使用(yong)。

絕(jue)(jue)緣(yuan)材(cai)料常(chang)按其(qi)聚集狀(zhuang)態而分為(wei)固態、液(ye)態和(he)(he)氣(qi)態。絕(jue)(jue)緣(yuan)材(cai)料多數屬于(yu)固體。液(ye)態和(he)(he)氣(qi)態絕(jue)(jue)緣(yuan)材(cai)料一般(ban)不能(neng)起力學上的支撐作用，所以較少單獨使用。

氣體(ti)絕緣(yuan)(yuan)材料(liao)的特(te)點是電導率、介電常(chang)數和(he)介質損耗均低(di)，擊(ji)(ji)穿(chuan)強度一般比液體(ti)和(he)固體(ti)絕緣(yuan)(yuan)材料(liao)也(ye)低(di)得多，但(dan)擊(ji)(ji)穿(chuan)后(hou)能自行(xing)恢(hui)復絕緣(yuan)(yuan)狀(zhuang)態，具有(you)(you)自愈性。六氟(fu)化硫氣體(ti)(SF6)具有(you)(you)較(jiao)高(gao)的擊(ji)(ji)穿(chuan)強度,廣(guang)泛(fan)用作封(feng)閉式電器的絕緣(yuan)(yuan)。

液體(ti)絕(jue)(jue)(jue)緣材(cai)料(liao)一(yi)般(ban)用(yong)來替代空氣，填充(chong)電(dian)氣設備(bei)(bei)中的(de)(de)空間，或浸(jin)漬設備(bei)(bei)絕(jue)(jue)(jue)緣結(jie)構中的(de)(de)孔隙。除了絕(jue)(jue)(jue)緣作(zuo)(zuo)用(yong)，它還可以起散(san)熱或滅(mie)弧作(zuo)(zuo)用(yong)。在選擇液體(ti)絕(jue)(jue)(jue)緣材(cai)料(liao)時應考(kao)慮(lv)它在電(dian)場作(zuo)(zuo)用(yong)下的(de)(de)穩(wen)定(ding)(ding)性、熱穩(wen)定(ding)(ding)性、粘度、閃點、酸值、堿(jian)值、雜質(zhi)含量、水含量、熱膨脹系數以及(ji)(ji)與其(qi)他絕(jue)(jue)(jue)緣和結(jie)構材(cai)料(liao)的(de)(de)相容性等(deng)。應用(yong)最多的(de)(de)液體(ti)絕(jue)(jue)(jue)緣材(cai)料(liao)是礦物絕(jue)(jue)(jue)緣油(you)(you)。為了保證(zheng)液體(ti)材(cai)料(liao)成(cheng)分的(de)(de)純凈(jing)，發展多種合(he)成(cheng)絕(jue)(jue)(jue)緣油(you)(you)，如高溫下使用(yong)的(de)(de)硅油(you)(you)以及(ji)(ji)十(shi)二烷基苯等(deng)。

固(gu)體絕緣材料(liao)(liao)可(ke)以分(fen)(fen)(fen)成天(tian)(tian)然的(de)(de)和(he)(he)合(he)(he)成的(de)(de)。天(tian)(tian)然的(de)(de)有棉紗、絲綢、紙、蟲膠、瀝青、礦物油、橡膠、石棉、云母等,在19世(shi)紀已開始用于電(dian)工設備。合(he)(he)成材料(liao)(liao),特別是高(gao)分(fen)(fen)(fen)子材料(liao)(liao)，在20世(shi)紀得到迅速(su)發(fa)展。原因在于高(gao)分(fen)(fen)(fen)子材料(liao)(liao)的(de)(de)絕大多數具有高(gao)電(dian)阻率(lv)，并且高(gao)分(fen)(fen)(fen)子材料(liao)(liao)（包括塑料(liao)(liao)、合(he)(he)成橡膠和(he)(he)合(he)(he)成纖維等許多品種）能(neng)滿足多種使用場合(he)(he)的(de)(de)要求。高(gao)分(fen)(fen)(fen)子材料(liao)(liao)與(yu)相應(ying)的(de)(de)天(tian)(tian)然材料(liao)(liao)相比有著更為優異(yi)的(de)(de)介電(dian)性能(neng)、力學性能(neng)和(he)(he)耐(nai)高(gao)溫性能(neng)，在絕緣材料(liao)(liao)中占有重要地(di)位。重要的(de)(de)高(gao)分(fen)(fen)(fen)子材料(liao)(liao)有聚(ju)(ju)乙(yi)烯、聚(ju)(ju)苯乙(yi)烯、聚(ju)(ju)丙烯、聚(ju)(ju)四氯乙(yi)烯、聚(ju)(ju)酯和(he)(he)不飽和(he)(he)聚(ju)(ju)酯、環(huan)氧樹脂(zhi)、有機硅樹脂(zhi)，以及聚(ju)(ju)酰亞胺為代表的(de)(de)芳(fang)雜環(huan)高(gao)分(fen)(fen)(fen)子材料(liao)(liao)等。

在無(wu)機絕(jue)緣材料(liao)方面(mian)，也(ye)有(you)重大(da)的(de)進(jin)展。例如(ru)(ru)，制成(cheng)了(le)粉云母紙，解決了(le)云母資源的(de)不足；玻璃纖維布的(de)出現，使纖維的(de)耐熱等級大(da)大(da)提高；陶瓷(ci)品種的(de)發展滿(man)足了(le)高機械強度(du)(du)、高溫(wen)度(du)(du)和(he)(he)高介電常數的(de)要求。由于超導技術(shu)的(de)迅速發展，低(di)溫(wen)電工材料(liao)也(ye)相(xiang)應取(qu)得重大(da)進(jin)展。低(di)溫(wen)電絕(jue)緣漆膠和(he)(he)粘(zhan)合(he)劑(ji)，電工薄膜和(he)(he)層壓(ya)制品以及低(di)溫(wen)無(wu)機絕(jue)緣材料(liao)，如(ru)(ru)玻璃、石(shi)英、陶瓷(ci)等，都有(you)很(hen)大(da)發展。

4、磁性材料

電工(gong)中應用的(de)(de)磁(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)主要有(you)(you)鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)和(he)(he)鐵(tie)(tie)(tie)氧(yang)體(ti)。按其矯頑力可分為軟(ruan)磁(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)和(he)(he)永磁(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)兩大類(lei)。軟(ruan)磁(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)用于交變磁(ci)(ci)場，而(er)永磁(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)用于靜態磁(ci)(ci)場。按材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)組成可分成金屬和(he)(he)非(fei)金屬兩種(zhong)。前者有(you)(you)Fe、Co、Ni、Gd及其合(he)金，也可包括稀(xi)土類(lei)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su),如RCO5,其中 R為稀(xi)土元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)Sm、Ce和(he)(he)Pr。非(fei)鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)的(de)(de)合(he)金也可以成為鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)，例如Mn、Cu和(he)(he)Al等。非(fei)金屬型(xing)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)有(you)(you)鐵(tie)(tie)(tie)氧(yang)體(ti)，它具(ju)有(you)(you)磁(ci)(ci)疇結(jie)構，能(neng)自發(fa)(fa)磁(ci)(ci)化而(er)具(ju)有(you)(you)鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)。鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)具(ju)有(you)(you)磁(ci)(ci)滯回線，在交變磁(ci)(ci)場中造(zao)(zao)成損耗(hao)(hao)，必(bi)須設法降低。交流(liu)磁(ci)(ci)場作用下(xia)引起(qi)的(de)(de)渦(wo)電流(liu)，也會造(zao)(zao)成損耗(hao)(hao)。兩種(zhong)損耗(hao)(hao)統稱鐵(tie)(tie)(tie)耗(hao)(hao)，都造(zao)(zao)成設備發(fa)(fa)熱(re)，這在高頻(pin)(pin)率下(xia)特別(bie)突出。鐵(tie)(tie)(tie)氧(yang)體(ti)的(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)耗(hao)(hao)在高頻(pin)(pin)下(xia)特別(bie)小，成為適(shi)用于高頻(pin)(pin)的(de)(de)磁(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)。

磁性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)料的(de)(de)某(mou)些特(te)殊性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)還(huan)可用(yong)于(yu)(yu)特(te)殊場合(he)。例如(ru)具有(you)直角磁滯回線的(de)(de)材(cai)(cai)料可以(yi)用(yong)作磁記(ji)憶材(cai)(cai)料。某(mou)些磁性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)料在磁場強度變化時其幾(ji)何尺寸(cun)發(fa)生變化，稱(cheng)為磁致伸縮(suo)材(cai)(cai)料，可用(yong)于(yu)(yu)超(chao)聲發(fa)生器(qi)和接收器(qi)及機(ji)電換能(neng)(neng)器(qi)中，用(yong)以(yi)測量海洋深度、探測材(cai)(cai)料的(de)(de)缺陷等(deng)。

電工材料的結構

電(dian)(dian)工領域應用(yong)(yong)的各類(lei)材料(liao)的統(tong)稱。包括導(dao)(dao)電(dian)(dian)材料(liao)、半導(dao)(dao)體材料(liao)、絕緣(yuan)材料(liao)和其他電(dian)(dian)介(jie)質材料(liao)、磁(ci)性(xing)(xing)材料(liao)。這(zhe)些材料(liao)均具有一定(ding)的電(dian)(dian)學或(huo)磁(ci)學性(xing)(xing)能。具體的電(dian)(dian)工材料(liao)一般按(an)用(yong)(yong)途(tu)分(fen)類(lei)。例如鐵氧體，若(ruo)按(an)磁(ci)導(dao)(dao)率分(fen)，用(yong)(yong)于(yu)(yu)磁(ci)路時是磁(ci)性(xing)(xing)材料(liao)；但(dan)按(an)電(dian)(dian)阻率分(fen)，用(yong)(yong)于(yu)(yu)電(dian)(dian)路時屬于(yu)(yu)半導(dao)(dao)體材料(liao)。

電工材料的用途

工程(cheng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)領域中，材(cai)料(liao)(liao)占有重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)地位。各(ge)種技(ji)(ji)(ji)術(shu)都要(yao)(yao)通過一定的(de)(de)(de)(de)設備(bei)來(lai)實(shi)(shi)現(xian)(xian)(xian)，設備(bei)則需用具體的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)制(zhi)作。沒有相應的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)，即使(shi)是(shi)原理上可行(xing)的(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)(ji)術(shu)和產品，也(ye)都無(wu)法實(shi)(shi)現(xian)(xian)(xian)。新材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)出現(xian)(xian)(xian)常(chang)能(neng)(neng)帶來(lai)技(ji)(ji)(ji)術(shu)上的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)大進(jin)展(zhan)。電(dian)(dian)(dian)工領域的(de)(de)(de)(de)情況也(ye)是(shi)如(ru)此。例如(ru)硅鋼(gang)片的(de)(de)(de)(de)出現(xian)(xian)(xian)使(shi)旋轉電(dian)(dian)(dian)機和變(bian)壓器的(de)(de)(de)(de)效率大大提高，容(rong)量也(ye)更大，從(cong)而促(cu)進(jin)了(le)電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)遠距離輸送和廣(guang)泛應用；高矯頑力、高剩磁(ci)的(de)(de)(de)(de)釹鐵硼(peng)等(deng)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)出現(xian)(xian)(xian)，滿足了(le)永磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)(dian)(dian)動機對強磁(ci)體的(de)(de)(de)(de)需要(yao)(yao),使(shi)這類電(dian)(dian)(dian)機在驅動微電(dian)(dian)(dian)機中占有重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)地位,并仍(reng)在擴大其應用范圍(wei)。1986年以來(lai)，高臨界(jie)溫度超導材(cai)料(liao)(liao)所實(shi)(shi)現(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)突破，展(zhan)現(xian)(xian)(xian)了(le)低耗(hao)(或無(wu)損耗(hao))輸電(dian)(dian)(dian)和電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)工業規模儲(chu)存(cun)的(de)(de)(de)(de)前景，引起世界(jie)各(ge)國物理界(jie)、電(dian)(dian)(dian)工界(jie)的(de)(de)(de)(de)注意。研(yan)制(zhi)各(ge)種適用電(dian)(dian)(dian)工新材(cai)料(liao)(liao)仍(reng)是(shi)電(dian)(dian)(dian)工領域的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)任務。