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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，在電工設備中用作導(dao)(dao)體，如銅、鋁等，其(qi)典型(xing)制(zhi)品是電(dian)線(xian)、電(dian)纜的(de)(de)導(dao)(dao)電(dian)線(xian)心。屬(shu)于導(dao)(dao)電(dian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)還有用于制(zhi)造電(dian)觸頭、溫差(cha)電(dian)偶、熔絲(si)等的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。這些材(cai)(cai)料(liao)(liao)除電(dian)導(dao)(dao)率高外，還有一些另(ling)外的(de)(de)特殊性能，例如制(zhi)造熔絲(si)的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)需(xu)要(yao)具有相對低的(de)(de)熔點；觸頭材(cai)(cai)料(liao)(liao)需(xu)要(yao)高的(de)(de)耐電(dian)弧性能等。

高電(dian)阻(zu)合金如鎳鉻、鉻鎳鐵、錳(meng)銅、康(kang)銅也屬(shu)于導電(dian)材(cai)料，可用作(zuo)加熱元件，將電(dian)能(neng)轉化為熱能(neng)，或用于制(zhi)造(zao)電(dian)阻(zu)器。

石墨是一種特殊(shu)的導體，雖然電(dian)導率低(di)，但(dan)由于它(ta)的化學(xue)惰性和高熔(rong)點(dian)，以及它(ta)的制品(pin)具有低(di)的摩擦(ca)系數、一定的機械強度，被廣泛地(di)用作(zuo)電(dian)刷、電(dian)極等(deng)。

屬于(yu)導(dao)電(dian)材(cai)料的還有(you)(you)(you)低溫(wen)(wen)導(dao)電(dian)材(cai)料和超導(dao)材(cai)料。例如，純鋁在(zai)20K下(xia),即液(ye)氫溫(wen)(wen)度范圍中是最好的低溫(wen)(wen)導(dao)電(dian)材(cai)料；而鈹在(zai)77K左(zuo)右,即液(ye)氮溫(wen)(wen)度下(xia)電(dian)阻率也只(zhi)有(you)(you)(you)常溫(wen)(wen)下(xia)的千分(fen)之一到(dao)萬(wan)分(fen)之一以(yi)下(xia)。超導(dao)材(cai)料一般在(zai)接近0K的溫(wen)(wen)度下(xia)工作，其(qi)電(dian)阻率已測不出。80年代已發現(xian)上千種超導(dao)材(cai)料，其(qi)中有(you)(you)(you)元素類(lei)，也有(you)(you)(you)化(hua)合物。較為實用的是Nb3Sn、Nb3Al 等(deng)。 1986年發現(xian)的鋇、釔、銅、氧(yang)化(hua)物陶(tao)瓷在(zai)液(ye)氮溫(wen)(wen)度(77K)即具有(you)(you)(you)超導(dao)性， 這(zhe)將對(dui)超導(dao)電(dian)技(ji)術(shu)的普及，甚至對(dui)人類(lei)文明產生深(shen)遠(yuan)影(ying)響。

2、半導體材料

電(dian)導(dao)率(lv)介(jie)于導(dao)電(dian)材(cai)料(liao)和(he)絕(jue)緣材(cai)料(liao)之間，約(yue)為(wei)105～10-7西/米的(de)材(cai)料(liao)。對(dui)于電(dian)子(zi)（空穴）電(dian)導(dao)也可按能(neng)帶(dai)理論(lun)的(de)禁(jin)帶(dai)寬度來定(ding)義(yi),其值(zhi)約(yue)為(wei)0.08～3電(dian)子(zi)伏（也有人(ren)認為(wei)其上限應(ying)為(wei)1.5或2電(dian)子(zi)伏）。半(ban)導(dao)體(ti)(ti)與導(dao)體(ti)(ti)相比，除電(dian)導(dao)率(lv)小外，其電(dian)導(dao)率(lv)隨溫度升(sheng)高(gao)而(er)增大，而(er)導(dao)體(ti)(ti)的(de)電(dian)導(dao)率(lv)隨溫度升(sheng)高(gao)而(er)下降。

半導(dao)體(ti)的(de)性質(zhi)隨缺陷和(he)(he)雜質(zhi)含量而(er)顯著變化，所以可(ke)利用摻(chan)雜來控(kong)制其性能。例(li)如硅(gui)、鍺中摻(chan)入磷、砷、銻等元素可(ke)制成電子(zi)型(N型)半導(dao)體(ti)， 摻(chan)入硼、鋁(lv)、鎵(jia)、銦等元素可(ke)制成空穴型（P型）半導(dao)體(ti)。利用 N型和(he)(he)P型的(de)不同(tong)組合，可(ke)獲得(de)整流和(he)(he)放大作用，在(zai)電工中作為電源和(he)(he)控(kong)制、調節之用。

半導(dao)體的(de)電導(dao)率對外界因素極為敏(min)感，在其作用下(xia)可觀察(cha)到一系(xi)列物理現(xian)象。例如在不同波長的(de)光照下(xia)能產生光電效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)，這時電子吸(xi)收光能，導(dao)致自由載(zai)流(liu)子濃度(du)增大(da)，從而電導(dao)率增大(da)，稱為光電導(dao)性。利用這一性質，可制(zhi)成光敏(min)元件。此外，還(huan)有(you)熱電效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)、霍耳效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)、磁阻(zu)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)、壓電效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)、場(chang)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)和隧道(dao)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)等都可加以利用。

半(ban)導體(ti)可(ke)(ke)以按化(hua)學組(zu)分(fen)分(fen)為(wei)有機的和無(wu)機的兩類，主要使用無(wu)機半(ban)導體(ti)。無(wu)機半(ban)導體(ti)可(ke)(ke)進一步(bu)分(fen)為(wei)元素型和化(hua)合物型。后者按組(zu)分(fen)元素又可(ke)(ke)分(fen)為(wei)二元、三元等發展迅速(su)。半(ban)導體(ti)也可(ke)(ke)按其結(jie)(jie)構形態(tai)分(fen)為(wei)結(jie)(jie)晶半(ban)導體(ti)和非晶態(tai)半(ban)導體(ti)。一般(ban)多使用前者，但70年代以來(lai)正在大力開發后者。

3、電絕緣或電介質材料

電(dian)(dian)阻(zu)率約為(wei)(wei) 1010歐米(mi)以(yi)上的材料。實用中優良絕(jue)緣材料的電(dian)(dian)阻(zu)率在室溫下(xia)(xia)都(dou)大于(yu)1012歐米(mi)。通常所用的絕(jue)緣材料都(dou)含有雜質，在工作溫度下(xia)(xia)的電(dian)(dian)阻(zu)或電(dian)(dian)導屬離子(zi)型(xing)。對(dui)于(yu)電(dian)(dian)導屬電(dian)(dian)子(zi)型(xing)的絕(jue)緣材料，一(yi)般認為(wei)(wei)禁帶寬度在2～3電(dian)(dian)子(zi)伏(fu)以(yi)上。

電(dian)介質(zhi)材料(liao)的特點(dian)是其(qi)在電(dian)場中能發生極化。由于電(dian)介質(zhi)多數是優良的絕緣材料(liao)，兩者經常作(zuo)為同義(yi)詞使用。

絕緣(yuan)材料常(chang)按其聚集狀態(tai)(tai)而分為固態(tai)(tai)、液態(tai)(tai)和(he)氣態(tai)(tai)。絕緣(yuan)材料多數屬(shu)于固體。液態(tai)(tai)和(he)氣態(tai)(tai)絕緣(yuan)材料一(yi)般(ban)不能起(qi)力(li)學上的支撐(cheng)作用(yong)(yong)，所以較少單獨使用(yong)(yong)。

氣(qi)體絕(jue)(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料的(de)特點是電導(dao)率、介電常數和(he)介質損耗均低(di)，擊(ji)穿強度一般比(bi)液體和(he)固(gu)體絕(jue)(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料也低(di)得多，但擊(ji)穿后能自(zi)行恢(hui)復絕(jue)(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)狀(zhuang)態(tai)，具有自(zi)愈性(xing)。六(liu)氟化(hua)硫氣(qi)體(SF6)具有較(jiao)高的(de)擊(ji)穿強度,廣(guang)泛用作封閉(bi)式電器(qi)的(de)絕(jue)(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)。

液體絕緣(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)一(yi)般用(yong)來替(ti)代(dai)空(kong)氣(qi)，填充(chong)電氣(qi)設備中的(de)(de)空(kong)間，或(huo)浸漬設備絕緣(yuan)(yuan)(yuan)結構(gou)中的(de)(de)孔(kong)隙。除了(le)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)作用(yong)，它還可以起散熱或(huo)滅弧(hu)作用(yong)。在選擇(ze)液體絕緣(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)時應考慮(lv)它在電場(chang)作用(yong)下(xia)的(de)(de)穩定性、熱穩定性、粘度(du)、閃點、酸值、堿(jian)值、雜質含量(liang)、水(shui)含量(liang)、熱膨脹(zhang)系(xi)數以及與其他(ta)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)和結構(gou)材(cai)料(liao)的(de)(de)相容性等(deng)。應用(yong)最(zui)多的(de)(de)液體絕緣(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)是(shi)礦物(wu)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)油(you)(you)。為了(le)保證液體材(cai)料(liao)成分(fen)的(de)(de)純凈，發展(zhan)多種合成絕緣(yuan)(yuan)(yuan)油(you)(you)，如(ru)高溫下(xia)使用(yong)的(de)(de)硅油(you)(you)以及十二(er)烷基苯等(deng)。

固體絕(jue)緣材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)可以分(fen)(fen)成(cheng)天然的(de)和合成(cheng)的(de)。天然的(de)有(you)(you)棉(mian)紗、絲綢、紙、蟲(chong)膠、瀝青、礦物油、橡(xiang)膠、石棉(mian)、云(yun)母等,在19世紀已開始用(yong)于電工設備(bei)。合成(cheng)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao),特別是高(gao)(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)，在20世紀得到迅速(su)發展。原(yuan)因在于高(gao)(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)絕(jue)大(da)多(duo)數具有(you)(you)高(gao)(gao)電阻率(lv)，并且高(gao)(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)（包括塑(su)料(liao)(liao)、合成(cheng)橡(xiang)膠和合成(cheng)纖維等許(xu)多(duo)品種）能滿足(zu)多(duo)種使用(yong)場(chang)合的(de)要(yao)求。高(gao)(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)與相應的(de)天然材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)相比有(you)(you)著(zhu)更為(wei)優異的(de)介(jie)電性(xing)能、力學性(xing)能和耐高(gao)(gao)溫性(xing)能，在絕(jue)緣材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)中占(zhan)有(you)(you)重要(yao)地位。重要(yao)的(de)高(gao)(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)有(you)(you)聚(ju)乙(yi)烯(xi)、聚(ju)苯(ben)乙(yi)烯(xi)、聚(ju)丙烯(xi)、聚(ju)四氯乙(yi)烯(xi)、聚(ju)酯和不飽和聚(ju)酯、環(huan)氧樹(shu)脂、有(you)(you)機硅樹(shu)脂，以及聚(ju)酰(xian)亞胺為(wei)代表的(de)芳雜(za)環(huan)高(gao)(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)等。

在無(wu)機(ji)絕緣(yuan)材(cai)料(liao)方面，也有重大(da)的(de)(de)進(jin)展(zhan)。例如，制成了粉云母(mu)紙，解決了云母(mu)資(zi)源的(de)(de)不足(zu)；玻(bo)璃(li)纖維(wei)(wei)布的(de)(de)出現，使纖維(wei)(wei)的(de)(de)耐(nai)熱(re)等級大(da)大(da)提高(gao)(gao)；陶(tao)(tao)瓷品種的(de)(de)發展(zhan)滿(man)足(zu)了高(gao)(gao)機(ji)械強度、高(gao)(gao)溫度和高(gao)(gao)介電常數的(de)(de)要(yao)求。由于超(chao)導技(ji)術的(de)(de)迅速(su)發展(zhan)，低溫電工(gong)材(cai)料(liao)也相(xiang)應取得重大(da)進(jin)展(zhan)。低溫電絕緣(yuan)漆膠(jiao)和粘(zhan)合劑(ji)，電工(gong)薄膜和層壓制品以及低溫無(wu)機(ji)絕緣(yuan)材(cai)料(liao)，如玻(bo)璃(li)、石英、陶(tao)(tao)瓷等，都有很大(da)發展(zhan)。

4、磁性材料

電(dian)工中應用的(de)磁(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)主要有(you)鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)和(he)鐵(tie)(tie)氧(yang)體(ti)。按(an)(an)其矯(jiao)頑力可(ke)分為(wei)(wei)軟(ruan)(ruan)磁(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)和(he)永磁(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)兩大類(lei)。軟(ruan)(ruan)磁(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)用于交變磁(ci)(ci)場，而永磁(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)用于靜態磁(ci)(ci)場。按(an)(an)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)組成(cheng)(cheng)可(ke)分成(cheng)(cheng)金(jin)(jin)(jin)屬和(he)非金(jin)(jin)(jin)屬兩種。前者(zhe)有(you)Fe、Co、Ni、Gd及其合(he)金(jin)(jin)(jin)，也(ye)可(ke)包括稀土類(lei)元素,如RCO5,其中 R為(wei)(wei)稀土元素Sm、Ce和(he)Pr。非鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)元素的(de)合(he)金(jin)(jin)(jin)也(ye)可(ke)以成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)，例如Mn、Cu和(he)Al等。非金(jin)(jin)(jin)屬型材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)有(you)鐵(tie)(tie)氧(yang)體(ti)，它具(ju)有(you)磁(ci)(ci)疇(chou)結構，能自發磁(ci)(ci)化而具(ju)有(you)鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)性(xing)。鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)具(ju)有(you)磁(ci)(ci)滯(zhi)回線，在交變磁(ci)(ci)場中造(zao)成(cheng)(cheng)損耗(hao)(hao)，必須設法降低。交流(liu)磁(ci)(ci)場作用下引起的(de)渦電(dian)流(liu)，也(ye)會造(zao)成(cheng)(cheng)損耗(hao)(hao)。兩種損耗(hao)(hao)統稱鐵(tie)(tie)耗(hao)(hao)，都造(zao)成(cheng)(cheng)設備發熱(re)，這在高頻率下特別突出(chu)。鐵(tie)(tie)氧(yang)體(ti)的(de)鐵(tie)(tie)耗(hao)(hao)在高頻下特別小(xiao)，成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)適用于高頻的(de)磁(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)。

磁(ci)性(xing)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)某些(xie)特(te)(te)殊(shu)性(xing)能(neng)還可(ke)用(yong)于特(te)(te)殊(shu)場合。例如具有直角磁(ci)滯回線的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)可(ke)以用(yong)作磁(ci)記憶材(cai)料(liao)(liao)(liao)。某些(xie)磁(ci)性(xing)材(cai)料(liao)(liao)(liao)在磁(ci)場強度(du)變化(hua)時其幾何尺(chi)寸發生變化(hua)，稱為(wei)磁(ci)致伸縮(suo)材(cai)料(liao)(liao)(liao)，可(ke)用(yong)于超聲發生器(qi)和接收器(qi)及機電換(huan)能(neng)器(qi)中，用(yong)以測量海洋深度(du)、探(tan)測材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)缺陷等。

電工材料的結構

電(dian)(dian)(dian)工領(ling)域應用的各類材料(liao)(liao)(liao)的統(tong)稱(cheng)。包(bao)括導電(dian)(dian)(dian)材料(liao)(liao)(liao)、半導體材料(liao)(liao)(liao)、絕(jue)緣材料(liao)(liao)(liao)和其他電(dian)(dian)(dian)介(jie)質材料(liao)(liao)(liao)、磁性(xing)材料(liao)(liao)(liao)。這些材料(liao)(liao)(liao)均具(ju)有一定的電(dian)(dian)(dian)學或磁學性(xing)能(neng)。具(ju)體的電(dian)(dian)(dian)工材料(liao)(liao)(liao)一般按(an)用途分類。例如鐵氧體，若按(an)磁導率分，用于磁路時是(shi)磁性(xing)材料(liao)(liao)(liao)；但按(an)電(dian)(dian)(dian)阻率分，用于電(dian)(dian)(dian)路時屬于半導體材料(liao)(liao)(liao)。

電工材料的用途

工(gong)程技(ji)(ji)術(shu)領(ling)域中，材(cai)料(liao)(liao)(liao)占(zhan)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)地位。各種技(ji)(ji)術(shu)都要(yao)通過一定的(de)(de)(de)(de)(de)設備來實現(xian)，設備則需(xu)用具體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)制作。沒有(you)相應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)，即使是(shi)原理(li)上可(ke)行的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)和(he)(he)產品，也(ye)都無法實現(xian)。新材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)常能帶(dai)來技(ji)(ji)術(shu)上的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)大(da)進展。電工(gong)領(ling)域的(de)(de)(de)(de)(de)情況也(ye)是(shi)如(ru)此。例如(ru)硅鋼片的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)使旋轉電機(ji)(ji)和(he)(he)變壓(ya)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)效率大(da)大(da)提高(gao)(gao)，容量(liang)也(ye)更大(da)，從而促進了電能的(de)(de)(de)(de)(de)遠距離輸(shu)送和(he)(he)廣(guang)泛(fan)應(ying)用；高(gao)(gao)矯頑力、高(gao)(gao)剩(sheng)磁的(de)(de)(de)(de)(de)釹鐵硼等材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)，滿足了永磁同步電動(dong)(dong)機(ji)(ji)對強磁體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)要(yao),使這類電機(ji)(ji)在(zai)驅動(dong)(dong)微電機(ji)(ji)中占(zhan)有(you)重(zhong)要(yao)地位,并(bing)仍在(zai)擴大(da)其應(ying)用范(fan)圍。1986年以來，高(gao)(gao)臨界溫度超導材(cai)料(liao)(liao)(liao)所實現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)突破，展現(xian)了低耗(或無損耗)輸(shu)電和(he)(he)電能的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)業規模儲存的(de)(de)(de)(de)(de)前景，引起(qi)世界各國(guo)物理(li)界、電工(gong)界的(de)(de)(de)(de)(de)注(zhu)意。研制各種適用電工(gong)新材(cai)料(liao)(liao)(liao)仍是(shi)電工(gong)領(ling)域的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)任務。