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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)作導體(ti)，如銅(tong)、鋁等，其典型制品(pin)是(shi)電(dian)線、電(dian)纜的(de)(de)導電(dian)線心。屬于(yu)導電(dian)材(cai)料(liao)的(de)(de)還(huan)有(you)用(yong)于(yu)制造(zao)電(dian)觸(chu)頭、溫(wen)差電(dian)偶(ou)、熔(rong)絲等的(de)(de)材(cai)料(liao)。這些材(cai)料(liao)除(chu)電(dian)導率高外，還(huan)有(you)一(yi)些另外的(de)(de)特殊性能，例如制造(zao)熔(rong)絲的(de)(de)材(cai)料(liao)需要具(ju)有(you)相對低的(de)(de)熔(rong)點；觸(chu)頭材(cai)料(liao)需要高的(de)(de)耐電(dian)弧性能等。

高(gao)電(dian)(dian)阻(zu)合金如鎳(nie)鉻、鉻鎳(nie)鐵、錳銅、康銅也屬于導電(dian)(dian)材料，可(ke)用作加熱(re)元件，將電(dian)(dian)能(neng)轉(zhuan)化為(wei)熱(re)能(neng)，或用于制造電(dian)(dian)阻(zu)器(qi)。

石墨是一種特殊的導體，雖然電導率低，但由(you)于它(ta)的化學(xue)惰性和高熔(rong)點，以及它(ta)的制品具有(you)低的摩擦系數、一定的機(ji)械強度，被廣泛地用作(zuo)電刷、電極等。

屬于導(dao)(dao)電(dian)材(cai)(cai)料的(de)(de)還有低溫(wen)(wen)(wen)導(dao)(dao)電(dian)材(cai)(cai)料和超(chao)導(dao)(dao)材(cai)(cai)料。例如，純(chun)鋁在(zai)20K下(xia)(xia)(xia),即(ji)(ji)液(ye)氫溫(wen)(wen)(wen)度范(fan)圍中是最(zui)好的(de)(de)低溫(wen)(wen)(wen)導(dao)(dao)電(dian)材(cai)(cai)料；而(er)鈹在(zai)77K左右,即(ji)(ji)液(ye)氮溫(wen)(wen)(wen)度下(xia)(xia)(xia)電(dian)阻(zu)率也只有常溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)千分之一到萬分之一以(yi)下(xia)(xia)(xia)。超(chao)導(dao)(dao)材(cai)(cai)料一般在(zai)接(jie)近0K的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度下(xia)(xia)(xia)工作，其電(dian)阻(zu)率已(yi)測不(bu)出。80年(nian)代已(yi)發現上(shang)千種(zhong)超(chao)導(dao)(dao)材(cai)(cai)料，其中有元(yuan)素(su)類(lei)，也有化(hua)(hua)合物(wu)(wu)。較為實用的(de)(de)是Nb3Sn、Nb3Al 等。 1986年(nian)發現的(de)(de)鋇、釔、銅、氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)陶瓷在(zai)液(ye)氮溫(wen)(wen)(wen)度(77K)即(ji)(ji)具有超(chao)導(dao)(dao)性(xing)， 這將對(dui)超(chao)導(dao)(dao)電(dian)技術的(de)(de)普(pu)及，甚至對(dui)人類(lei)文明產生深遠影響。

2、半導體材料

電(dian)(dian)導(dao)(dao)率介(jie)于導(dao)(dao)電(dian)(dian)材料和(he)絕緣材料之間，約為(wei)(wei)105～10-7西/米的材料。對于電(dian)(dian)子(zi)（空穴）電(dian)(dian)導(dao)(dao)也可按(an)能帶(dai)理(li)論的禁帶(dai)寬度來定義,其值約為(wei)(wei)0.08～3電(dian)(dian)子(zi)伏(fu)(fu)（也有人認為(wei)(wei)其上(shang)限應為(wei)(wei)1.5或2電(dian)(dian)子(zi)伏(fu)(fu)）。半導(dao)(dao)體(ti)與導(dao)(dao)體(ti)相比(bi)，除電(dian)(dian)導(dao)(dao)率小外，其電(dian)(dian)導(dao)(dao)率隨溫度升(sheng)高(gao)而(er)增(zeng)大(da)，而(er)導(dao)(dao)體(ti)的電(dian)(dian)導(dao)(dao)率隨溫度升(sheng)高(gao)而(er)下降(jiang)。

半導體的性(xing)質(zhi)隨缺陷和(he)(he)雜(za)質(zhi)含量而顯著變化，所以可利(li)用摻(chan)雜(za)來控制其(qi)性(xing)能。例如(ru)硅、鍺中摻(chan)入(ru)磷、砷、銻等元素可制成(cheng)電(dian)子(zi)型(xing)(xing)(N型(xing)(xing))半導體， 摻(chan)入(ru)硼(peng)、鋁、鎵、銦等元素可制成(cheng)空穴型(xing)(xing)（P型(xing)(xing)）半導體。利(li)用 N型(xing)(xing)和(he)(he)P型(xing)(xing)的不同組合，可獲得整(zheng)流和(he)(he)放大作用，在電(dian)工中作為電(dian)源和(he)(he)控制、調節之(zhi)用。

半(ban)導(dao)(dao)體的(de)電(dian)(dian)導(dao)(dao)率(lv)對外界因素極為(wei)敏(min)感，在其作用下可觀(guan)察到一系列物理現(xian)象。例如在不同波長的(de)光(guang)照下能(neng)產生光(guang)電(dian)(dian)效(xiao)應(ying)，這(zhe)時電(dian)(dian)子吸收光(guang)能(neng)，導(dao)(dao)致自由載流子濃度(du)增大(da)，從而電(dian)(dian)導(dao)(dao)率(lv)增大(da)，稱為(wei)光(guang)電(dian)(dian)導(dao)(dao)性(xing)。利用這(zhe)一性(xing)質，可制成(cheng)光(guang)敏(min)元件。此(ci)外，還有熱(re)電(dian)(dian)效(xiao)應(ying)、霍耳(er)效(xiao)應(ying)、磁阻效(xiao)應(ying)、壓電(dian)(dian)效(xiao)應(ying)、場效(xiao)應(ying)和隧道(dao)效(xiao)應(ying)等都可加以(yi)利用。

半(ban)導(dao)(dao)體可(ke)以(yi)按(an)化學組分(fen)分(fen)為(wei)有機的(de)和無機的(de)兩類，主(zhu)要使用無機半(ban)導(dao)(dao)體。無機半(ban)導(dao)(dao)體可(ke)進(jin)一步分(fen)為(wei)元(yuan)素(su)型(xing)和化合物型(xing)。后(hou)者按(an)組分(fen)元(yuan)素(su)又可(ke)分(fen)為(wei)二元(yuan)、三元(yuan)等發(fa)展迅(xun)速。半(ban)導(dao)(dao)體也可(ke)按(an)其結構形態(tai)分(fen)為(wei)結晶半(ban)導(dao)(dao)體和非晶態(tai)半(ban)導(dao)(dao)體。一般多使用前者，但70年(nian)代以(yi)來正在(zai)大力開發(fa)后(hou)者。

3、電絕緣或電介質材料

電阻(zu)率約為 1010歐(ou)米以(yi)上(shang)的(de)材(cai)料。實用中優良(liang)絕(jue)緣材(cai)料的(de)電阻(zu)率在室溫下(xia)都(dou)大于1012歐(ou)米。通常所(suo)用的(de)絕(jue)緣材(cai)料都(dou)含有雜質(zhi)，在工作(zuo)溫度下(xia)的(de)電阻(zu)或電導屬離子(zi)型。對于電導屬電子(zi)型的(de)絕(jue)緣材(cai)料，一般認(ren)為禁帶寬度在2～3電子(zi)伏以(yi)上(shang)。

電介(jie)質材料的特點是其在(zai)電場中能發(fa)生極化。由于電介(jie)質多數是優良的絕緣材料，兩(liang)者經常(chang)作為同義(yi)詞使用。

絕緣(yuan)(yuan)材料常按其聚集狀態(tai)(tai)而分為固態(tai)(tai)、液態(tai)(tai)和(he)氣(qi)態(tai)(tai)。絕緣(yuan)(yuan)材料多數屬于固體。液態(tai)(tai)和(he)氣(qi)態(tai)(tai)絕緣(yuan)(yuan)材料一(yi)般不能起力學(xue)上(shang)的(de)支撐作用，所(suo)以(yi)較少單獨使用。

氣體絕(jue)緣材料(liao)的特點(dian)是電(dian)導率、介電(dian)常數和介質損耗均低，擊穿強(qiang)度一般比液體和固(gu)體絕(jue)緣材料(liao)也低得多，但擊穿后能自(zi)行恢復絕(jue)緣狀態，具(ju)有自(zi)愈性。六氟(fu)化硫氣體(SF6)具(ju)有較高的擊穿強(qiang)度,廣泛(fan)用作封閉式(shi)電(dian)器(qi)的絕(jue)緣。

液體(ti)絕(jue)緣(yuan)(yuan)材(cai)料一般用(yong)來替代空(kong)氣(qi)，填充電氣(qi)設(she)備中(zhong)的(de)空(kong)間，或浸(jin)漬(zi)設(she)備絕(jue)緣(yuan)(yuan)結構中(zhong)的(de)孔隙。除了(le)絕(jue)緣(yuan)(yuan)作(zuo)用(yong)，它還可(ke)以(yi)(yi)起散熱(re)或滅弧作(zuo)用(yong)。在選擇液體(ti)絕(jue)緣(yuan)(yuan)材(cai)料時應考慮它在電場作(zuo)用(yong)下的(de)穩(wen)定性(xing)、熱(re)穩(wen)定性(xing)、粘度、閃點(dian)、酸值(zhi)、堿值(zhi)、雜質含量(liang)、水含量(liang)、熱(re)膨脹系數以(yi)(yi)及與(yu)其(qi)他絕(jue)緣(yuan)(yuan)和結構材(cai)料的(de)相容性(xing)等(deng)。應用(yong)最多的(de)液體(ti)絕(jue)緣(yuan)(yuan)材(cai)料是礦物絕(jue)緣(yuan)(yuan)油(you)。為了(le)保證液體(ti)材(cai)料成分的(de)純凈，發(fa)展多種合成絕(jue)緣(yuan)(yuan)油(you)，如高(gao)溫下使用(yong)的(de)硅油(you)以(yi)(yi)及十二烷(wan)基苯等(deng)。

固體絕(jue)緣材(cai)料(liao)(liao)可以(yi)分成天(tian)然的和(he)(he)合(he)成的。天(tian)然的有棉紗、絲綢、紙、蟲(chong)膠(jiao)、瀝青、礦物油(you)、橡(xiang)膠(jiao)、石棉、云母等(deng),在(zai)19世(shi)(shi)紀已開(kai)始(shi)用于電工(gong)設備。合(he)成材(cai)料(liao)(liao),特別是高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)分子材(cai)料(liao)(liao)，在(zai)20世(shi)(shi)紀得到迅速(su)發展。原因在(zai)于高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)分子材(cai)料(liao)(liao)的絕(jue)大(da)多數具有高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)電阻率(lv)，并且高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)分子材(cai)料(liao)(liao)（包括塑料(liao)(liao)、合(he)成橡(xiang)膠(jiao)和(he)(he)合(he)成纖維等(deng)許多品種）能(neng)滿(man)足多種使用場合(he)的要求。高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)分子材(cai)料(liao)(liao)與相應(ying)的天(tian)然材(cai)料(liao)(liao)相比有著更為(wei)(wei)優異(yi)的介電性(xing)能(neng)、力(li)學性(xing)能(neng)和(he)(he)耐高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫性(xing)能(neng)，在(zai)絕(jue)緣材(cai)料(liao)(liao)中占有重要地位。重要的高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)分子材(cai)料(liao)(liao)有聚乙烯(xi)、聚苯乙烯(xi)、聚丙烯(xi)、聚四氯乙烯(xi)、聚酯和(he)(he)不飽和(he)(he)聚酯、環(huan)氧樹(shu)脂、有機(ji)硅樹(shu)脂，以(yi)及聚酰亞胺為(wei)(wei)代(dai)表的芳雜環(huan)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)分子材(cai)料(liao)(liao)等(deng)。

在無機絕(jue)緣(yuan)材料方(fang)面，也有(you)重(zhong)(zhong)大(da)的(de)(de)進展(zhan)(zhan)。例如，制(zhi)成了(le)粉云母(mu)紙，解決了(le)云母(mu)資源的(de)(de)不足；玻璃纖維布的(de)(de)出現(xian)，使纖維的(de)(de)耐(nai)熱等(deng)級大(da)大(da)提高；陶瓷(ci)品種的(de)(de)發展(zhan)(zhan)滿(man)足了(le)高機械(xie)強度、高溫度和高介電常數的(de)(de)要求。由于超(chao)導(dao)技術的(de)(de)迅(xun)速發展(zhan)(zhan)，低溫電工(gong)材料也相應取(qu)得重(zhong)(zhong)大(da)進展(zhan)(zhan)。低溫電絕(jue)緣(yuan)漆膠(jiao)和粘合(he)劑，電工(gong)薄膜和層(ceng)壓制(zhi)品以及低溫無機絕(jue)緣(yuan)材料，如玻璃、石英(ying)、陶瓷(ci)等(deng)，都有(you)很大(da)發展(zhan)(zhan)。

4、磁性材料

電工中應用的(de)磁(ci)(ci)性材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)主要有鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)性材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)和(he)鐵(tie)(tie)氧體(ti)。按其(qi)矯頑力可分(fen)為軟磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)和(he)永磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)兩大類(lei)。軟磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)用于交變(bian)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)，而永磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)用于靜態磁(ci)(ci)場(chang)(chang)。按材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)組成可分(fen)成金(jin)屬和(he)非(fei)(fei)金(jin)屬兩種(zhong)。前(qian)者有Fe、Co、Ni、Gd及其(qi)合金(jin)，也(ye)(ye)(ye)可包括稀土(tu)(tu)類(lei)元素(su),如RCO5,其(qi)中 R為稀土(tu)(tu)元素(su)Sm、Ce和(he)Pr。非(fei)(fei)鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)元素(su)的(de)合金(jin)也(ye)(ye)(ye)可以(yi)成為鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，例如Mn、Cu和(he)Al等。非(fei)(fei)金(jin)屬型材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)有鐵(tie)(tie)氧體(ti)，它具有磁(ci)(ci)疇(chou)結構，能自發(fa)磁(ci)(ci)化(hua)而具有鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)性。鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)性材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)具有磁(ci)(ci)滯回線(xian)，在(zai)(zai)交變(bian)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)中造成損耗(hao)，必須設法降(jiang)低。交流磁(ci)(ci)場(chang)(chang)作用下引起(qi)的(de)渦(wo)電流，也(ye)(ye)(ye)會造成損耗(hao)。兩種(zhong)損耗(hao)統稱(cheng)鐵(tie)(tie)耗(hao)，都造成設備發(fa)熱(re)，這在(zai)(zai)高頻(pin)率下特(te)別突出。鐵(tie)(tie)氧體(ti)的(de)鐵(tie)(tie)耗(hao)在(zai)(zai)高頻(pin)下特(te)別小，成為適(shi)用于高頻(pin)的(de)磁(ci)(ci)性材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。

磁(ci)(ci)性(xing)(xing)材料(liao)(liao)的(de)某些特殊(shu)性(xing)(xing)能還可用(yong)于特殊(shu)場合(he)。例如具有直(zhi)角(jiao)磁(ci)(ci)滯(zhi)回(hui)線的(de)材料(liao)(liao)可以用(yong)作磁(ci)(ci)記憶材料(liao)(liao)。某些磁(ci)(ci)性(xing)(xing)材料(liao)(liao)在磁(ci)(ci)場強度變(bian)化時其幾何尺寸(cun)發生變(bian)化，稱為磁(ci)(ci)致伸縮材料(liao)(liao)，可用(yong)于超(chao)聲發生器(qi)和接收(shou)器(qi)及(ji)機電(dian)換能器(qi)中，用(yong)以測(ce)量海洋深(shen)度、探測(ce)材料(liao)(liao)的(de)缺陷等。

電工材料的結構

電(dian)工(gong)領(ling)域應用的各類(lei)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的統稱。包(bao)括導電(dian)材(cai)(cai)(cai)料(liao)、半導體(ti)(ti)材(cai)(cai)(cai)料(liao)、絕緣材(cai)(cai)(cai)料(liao)和(he)其他(ta)電(dian)介質(zhi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)、磁性材(cai)(cai)(cai)料(liao)。這些材(cai)(cai)(cai)料(liao)均具(ju)有(you)一定的電(dian)學或(huo)磁學性能。具(ju)體(ti)(ti)的電(dian)工(gong)材(cai)(cai)(cai)料(liao)一般按(an)用途分類(lei)。例如鐵(tie)氧體(ti)(ti)，若按(an)磁導率(lv)分，用于磁路時是磁性材(cai)(cai)(cai)料(liao)；但按(an)電(dian)阻率(lv)分，用于電(dian)路時屬于半導體(ti)(ti)材(cai)(cai)(cai)料(liao)。

電工材料的用途

工(gong)(gong)(gong)(gong)程技術領域中，材(cai)(cai)(cai)料(liao)占(zhan)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)地位(wei)。各種技術都要(yao)通過一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)(she)備(bei)(bei)來(lai)實(shi)現(xian)，設(she)(she)備(bei)(bei)則需用具體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)制作。沒有(you)相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)，即(ji)使是原理(li)上可行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技術和(he)(he)產品，也都無(wu)法實(shi)現(xian)。新材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)常能(neng)帶(dai)來(lai)技術上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)大(da)進展(zhan)(zhan)。電(dian)工(gong)(gong)(gong)(gong)領域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況也是如(ru)此。例如(ru)硅鋼(gang)片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)使旋轉電(dian)機和(he)(he)變壓器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)率大(da)大(da)提高(gao)，容量也更(geng)大(da)，從而促進了電(dian)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)遠(yuan)距離(li)輸送和(he)(he)廣泛(fan)應用；高(gao)矯頑力、高(gao)剩磁的(de)(de)(de)(de)(de)(de)釹鐵硼等材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)，滿(man)足(zu)了永磁同步電(dian)動機對強磁體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需要(yao),使這類電(dian)機在驅動微(wei)電(dian)機中占(zhan)有(you)重(zhong)要(yao)地位(wei),并(bing)仍在擴大(da)其應用范圍。1986年(nian)以(yi)來(lai)，高(gao)臨界溫度超導材(cai)(cai)(cai)料(liao)所實(shi)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)突破，展(zhan)(zhan)現(xian)了低耗(或無(wu)損耗)輸電(dian)和(he)(he)電(dian)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)業規模儲存(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)前景，引(yin)起世界各國物(wu)理(li)界、電(dian)工(gong)(gong)(gong)(gong)界的(de)(de)(de)(de)(de)(de)注意。研制各種適用電(dian)工(gong)(gong)(gong)(gong)新材(cai)(cai)(cai)料(liao)仍是電(dian)工(gong)(gong)(gong)(gong)領域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)任務(wu)。