Giáo trình vật liệu điệnGiáo trình vật liệu điệnGiáo trình vật liệu điệnGiáo trình vật liệu điệnGiáo trình vật liệu điệnGiáo trình vật liệu điệnGiáo trình vật liệu điệnGiáo trình vật liệu điệnGiáo trình vật liệu điện
Trong baát kì ngaønh saûn xuaát naøo, nguyeân vaät lieäu cuõng giöõ vai troø
quan troïng.
Ñieän moâi hay vaät lieäu caùch ñieän ñöôïc hieåu laø vaät lieäu maø trong ñoù coù
theå toàn taïi laâu daøi tröôøng tónh ñieän. Caùc vaät lieäu naøy coù ñieän trôû raát lôùn.
Doøng ñieän ñi qua chuùng döôùi taùc duïng cuûa ñieän aùp moät chieàu coù tính chaát
khaùc haún so vôùi daây daãn.
Khoâng theå coù moät maïch ñieän naøo duø ñôn giaûn nhaát cuõng khoâng theå
thöïc hieän ñöôïc neáu khoâng coù daây daãn vaø chaát caùch ñieän. Coâng duïng cuûa
chaát caùch ñieän laø khoâng cho doøng ñieän ñi qua nhöõng con ñöôøng maø sô ñoà
ñieän khoâng cho pheùp.
Moät vaøi chuïc naêm tröôùc ñaây veà vieäc löïa choïn vaät lieäu caùch ñieän cho
thieát bò raát ñôn giaûn. Thoâng thöôøng vaät lieäu caùch ñieän ñöôïc söû duïng laø vaät
lieäu thieân nhieân: goã, giaáy, daàu thöïc vaät, cao su thieân nhieân, nhöïa thieân nhieân
v.v…
Nhöõng naêm gaàn ñaây yeâu caàu cuûa vaät lieäu ñieän- ñieän töû ngaøy caøng
khaét khe hôn. Vieäc taêng ñieän aùp laøm vieäc cho maùy moùc thieát bò, taêng coâng
suaát,…laøm cho kích thöôùc cuûa caùch ñieän taêng theo, ñoàng thôøi taêng coâng suaát
treân ñôn vò theå tích. Ñieàu naøy raát quan troïng cho caùc thieát bò chuyeån ñoäng.
Trong tröôøng hôïp khaùc laïi taêng nhieät ñoä laøm vieäc cuûa caùch ñieän. Ngoaøi ra
trong kyõ thuaät ñieän töû ôû taàn soá cao caàn chính xaùc vaø oån ñònh theo taàn soá cuûa
vaät lieäu caùch ñieän. Raát nhieàu tröôøng hôïp khaùc thieát bò ñieän laïi hoaït ñoäng ôû
nhieät ñoä raát thaáp hoaëc nhieät ñoä laøm vieäc cuûa thieát bò thay ñoåi ñoät ngoät, löïc
taùc ñoäng cô hoïc cao, aùp suaát lôùn hay coù nhieàu tia böùc xaï cao,…Nhöõng taùc
ñoäng gaây ra laøm xaáu tính caùch ñieän cuûa thieát bò vaø ñaåy chuùng vaøo ñieàu kieän
hoaït ñoäng khoù khaên hôn daãn ñeán vieäc tìm kieám, cheá taïo caùc vaät lieäu coù tính
chaát toát hôn, ñieàu naøy ñoøi hoûi coâng ngheä cheá taïo caùc vaät lieäu coù tính chaát toát
hôn, ñieàu naøy ñoøi hoûi coâng ngheä cheá taïo vaät lieäu môùi. Theo caùc coâng trình
nghieân cöùu caùc vaät lieäu caùch ñieän coù tính chaát toát nhaát laø caùc vaät lieäu toång
hôïp nhaân taïo-vaät lieäu polyme cao phaân töû. Ngoaøi ra coøn söû duïng moät soá vaät
lieäu voâ cô nhö thuûy tinh, goám söù,…
Ñeå cheá taïo vaät lieäu ñieän trong soá ñoù coù baùn daãn vaø ñieän moâi, trong
thôøi gian hieän nay söû duïng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau hoaëc ñieàu cheá hoùa
hoïc hay gia coâng nhieät, ñieän phaân,…ñaõ taïo ra nhöõng vaät lieäu môùi coù caáu truùc
raát ña daïng vaø coù nhöõng tính chaát cöïc kyø quí baùu.
Ñeå coù theå hieåu bieát caën keõ hôn veà tính chaát cuûa vaät lieäu, ñaàu tieân
chuùng ta phaûi nghieân cöùu hieän töôïng vaät lyù trong ñieän moâi döôùi taùc duïng cuûa
ñieän tröôøng cuøng caùc tham soá khaùc cuûa ñieän moâi. Ngoaøi tính chaát ñieän cuûa
vaät lieäu caàn hieåu bieát veà tính chaát cô hoïc, tính chaát hoùa lyù, tính chòu nhieät,
1
tính huùt aåm vaø tính beàn vöõng cuûa vaät lieäu vôùi dung dòch hoùa hoïc vaø caùc tia
böùc xaï,…
Nghieân cöùu tính chaát cuûa vaät lieäu vaø caáu taïo hoùa hoïc cuûa vaät lieäu laø
cô sôû ñeå cheá taïo nhöõng vaät lieäu môùi coù tính chaát caùch ñieän hoaëc daãn ñieän toát
hôn.
2
CHÖÔNG 1
NHÖÕNG VAÁN ÑEÀ CÔ BAÛN
1.1.Kim loaïi :
- Ñeán nay , ngöôøi ta ñaõ bieát ñöôïc treân moät traêm nguyeân toá hoùa hoïc, taát caû
ñeàu chia laøm hai loïai : Kim loaïi vaø khoâng kim loïai, trong ñoù kim loïai chieám tôùi
79 nguyeân toá. Kim loïai chöùa nhieàu nhaát trong quûa ñaát laø nhoâm (7%), sau ñoù laø
saét (5%).
1.2. Caáu taïo cuûa kim loaïi vaø hôïp kim .
1. Caáu taïo nguyeân töû cuûa kim loaïi .
- Kim loaïi coù caùc tính chaát khaùc nhau laø do toå chöùc beân trong cuûa chuùng
khaùc nhau .
- Moãi nguyeân töû laø moät heä thoáng phöùc taïp bao goàm : haït nhaân mang ñieän
duông ôû giöõa vaø caùc ñieän töû mang ñieän aâm quay xung quanh haït nhaân ñoù . Haït
nhaân bao goàm : proâtoân vaø nôtroân.
- Caùc ñieän töû quay xung quanh haït nhaân vôùi vaän toác raát lôùn vaø theo quyõ
ñaïo hình Elip, soá ñieän töû ôû quõy ñaïo naøy coù soá löôïng khaùc nhau töø 0 ñeán 8 ñieän
töû.
3
- Ñoái vôùi kim loaïi, ôû quõy ñaïo ngoaøi cuøng thöôøng coù 1÷2 ñieän töû , caùc ñieän töû
naøy deã bò ñi khoûi quyõ ñaïo ñeå cho nguyeân töû trôû thaønh ion döông, vaø ñoù chính laø
choã khaùc nhau chuû yeáu giöõa kim loaïi vaø chaát phi lim loaïi .
- Nhö vaäy , kim loaïi coù caáu taïo nhö laø caùc ion döông , coù caùc ñieän töû töï do
chaïy xung quanh vaø caùc ñieän töû naøy deã baät ra khoûi quyõ ñaïo cuûa noù.
- Caùc ñieän töû töï do naøy laø nguyeân nhaân taïo neân tính chaát daãn ñieän vaø daãn
nhieät cuõng nhö tính deõo dai cuûa kim loaïi .
2. Caáu taïo tinh theå cuûa kim loaïi .
- Kim loaïi ôû traïng thaùi raén coù caáu taïo beân trong theo maïng tinh theå , töùc laø
caùc nguyeân töû cuûa noù saép xeáp trong khoâng gian theo moät vò trí hình hoïc nhaát
ñònh chöù khoâng hoãn ñoän nhö caùc vaät phi kim loaïi khaùc . Phaàn nhoû nhaát vaø ñaëc
tröng cho moät loaïi maïng tinh theå ñöôïc goïi laø oâ cô baûn.
- VD: Maïng tinh theå laäp phöông ñôn giaûn laø goàm voâ soá nhöõng oâ laäp phöông
cô baûn ( oâ cô baûn) Lieân tieáp nhau maø hôïp thaønh .
- Caùc kieåu maïng tinh theå thöôøng giaëp cuûa kim loaïi laø : laäp phöông theå taâm
, laäp phöông dieän taâm vaø luïc phöông daøy ñaëc .
a. Laäp Phöông Theå Taâm :
- Trong oâ cô baûn cuûa kieåu maïng naøy coù caùc nguyeân töû naèm ôû caùc nuùt ( ñænh)
cuûa hình laäp phöông vaø ôû giöõa moãi hình laäp phöônh coù moät nguyeân töû. khoaûng
caùch A giöõa taâm nguyeân töû keà nhau cuûa oâ cô baûn maïng tinh theå ñöôïc goïi laø
thoâng soá maïng , ñoä lôùn ño baèng Ao (ñoïc laø Aêng troân , moät ñôn vò A daøi baèng
0.00000001cm . Caùc kim loaïi coù kieåu maïng tinh theå naøy laø; saét , croâm ,
vonfram moâlipñen , vanañi …
b. Laäp Phöông Dieän Taâm:
4
- Trong oâ cô baûn cuûa kieåu maïng naøy , caùc nguyeân töû naèm ôû caùc nuùt (ñænh)
cuûa hình laäp phöông vaø naèm ôû trung taâm caùc maët cuûa hình laäp phöông. Caùc
kieåu kim loaïi naøy laø saét γ , ñoàng , niken , coâban β , chì , baïc vaøng …
c. Luïc phöông daøy ñaëc :
- Trong oâ cô baûn cuûa kieåu maïng naøy goàm caùc nguyeân töû naèm ôû caùc nuùt
(ñænh) cuûa hình luïc laêng , hai nguyeân töû naèm ôû trung taâm hai maët ñaùy , vaø ba
nguyeân töû naèm ôû trung taâm cuûa ba khoái laêng truï tam giaùc caùch nhau . Caùc kim
loaïi coù maïng naøy goàm coù keõm , coâban α , magie , catñimi
3.Caáu taïo cuûa hôïp kim .
- Hôïp kim laø saûn phaåm cuûa söï naáu chaûy 2 hay nhieàu nguyeân toá maø nguyeân
toá chuû yeáu laø kim loaïi vaø hôïp kim coù tính chaát cuûa kim loaïi . Hôïp kim ñöôïc cheá
taïo chuû yeáu baèng caùch naáu chaûy, ngoaøi ra cuõng coù theå baèng caùc phöông phaùp
khaùc nhö: ñieän phaân , thieâu keát …
1.3. Tính chaát chung cuûa kim loaïi vaø hôïp kim .
- Caùc tính chaát cuûa vaät lieäu coù theå chia thaønh: tính chaát vaät lyù, tính chaát hoùa
hoïc , tính chaät cô hoïc vaø tính chaát coâng ngheä .
1. Tính chaát lyù hoïc .
5
- Veõ saùng maët ngoaøi, maät ñoä tính chaûy loaõng ,tính giaõn daøi khi ñoát noùng ,
tính daãn nhieät , nhieät dung ñoä daãn ñieän, ñoä thaám töø .
-Veû saùng cuûa kim loaïi : theo veû saùng beà ngoaøi cuûa kim loaïi coù theå chia thaønh
kim loaïi ñen vaø kim loaïi maøu . Kim loaïi ñen laø goàm caùc hôïp kim cuûa saét töùc laø
gang vaø theùp, coøn kim loaïi maùu laø taát caû caùc kim loaïi vaø hôïp kim coøn laïi .
- Tính noùng chaûy: kim loaïi coù tính chaûy loaõng khi ñoát noùng vaø ñoâng ñaëc laïi
khi laøm nguoäi . nhieät ñoä öùng vôùi kim loaïi chuyeån töø theå ñaëc sang theå loûng hoaøn
toaøn goïi laø ñieåm noùng chaûy .
- Tính daãn nhieät : laø tính chaát truyeàn nhieät cuûa kim loaïi khi bò ñoát noùng hoaëc
laøm laïnh.
Caùc vaät coù tính daãn nhieät keùm , muoán ñoát noùng hoaøn toaøn phaûi maát nhieàu thôøi
gian , vaø neáu laøm nguoäi quaù nhanh coù theå gaây neân nöùt , vôõ .
- Tính giaûn nôû nhieät : khi ñoát noùng , caùc kim loaïi giaûn nôû ra vaø khi nguoäi
laïnh noù co laïi.
- Tính nhieãm töø : chæ coù moät soá kim loaïi coù tính nhieãm töø. Saét vaø haàu heát
caùc hôïp kim cuûa saét ñeàu coù tính nhieãm töø. Niken vaø Coâban cuõng coù tính nhieãm
töø.
2. tính chaát hoaù hoïc: Tính chaát hoùa hoïc cuûa kim loaïi vaø hôïp kim bieåu thò ôû hai
daïng chuû yeáu:
- Tính choáng aên moøn: laø khaû naêng choáng laïi söï aên moøn cuûa hôi
nöôùc hay oâxy cuûa khoâng khí ôû nhieät ñoä thöôøng hoaëc nhieät ñoä cao.
- Tính chòu axit laø khaû naêng choáng laïi moâi tröôøng cuûa axit.
3. Tính chaát cô hoïc:
- Laø khaû naêng choáng laïi taùc duïng cuûa löïc beân ngoaøi bao goàm: ñoä ñaøn hoài,
ñoä beàn, ñoä deûo, ñoä cöùng , ñoä dai, va chaïm, ñoä chiuï moõi…
4.Tính chaát coâng ngheä:
- Tính coâng ngheä cuûa kim loaïi: laø khaû naêng cuûa kim loaïi thöïc hieän ñöôïc caùc
phöông phaùp coâng ngheä ñeå saûn xuaát caùc saûn phaåm. Tính coâng ngheä bao goàm:
tính caét goït, tính haøn, tính reøn, tính ñuùc, tính nhieät luyeän.
- Tính nhieät luyeän: laø khaêû naêng laøm thay ñoåi ñoä cöùng, ñoä beàn, ñoä deûo… cuûa
kim loaïi.
- Sau khi nhieät luyeän, möùc ñoä thay ñoåi cuûa kim loaïi cuõng khaùc nhau, coù kim
loaïi haàu nhö khoâng thay ñoåi, hoaëc thay ñoåi raát ít, nhöng cuõng coù kim loaïi laïi
thay ñoåi raát nhieàu sau nhieät luyeän.
1.4. Moät Soá Phöông Phaùp Thöû Kim Loaïi Vaø Hôïp Kim:
1. Thöû Keùo:
- Thöû keùo laø quaù trình thöû quan troïng ñeå xaùc ñònh cô tính cuûa kim loaïi . Khi
thöû keùo , ta coù theå xaùc ñònh ñoä beàn , ñoä ñaøn hoài vaø ñoä deûo cuûa kim loaïi .
a. Ñoä Beàn:
- Laø khaû naêng cuûa kim loaïi choáng laïi taùc duïng cuûa löïc beân ngoaøi maø khoâng
bò phaù hoûng . Daïng phaù hoûng cuûa kim loaïi khi thöû keùo laø bò ñöùt .
6
b. Ñoä Ñaøn Hoài :
- Laø khaû naêng cuûa kim loaïi coù theå thay ñoåi hình daïng döôùi taùc duïng cuûa löïc
beân ngoaøi , roài trôû laïi nhö cuõ khi boû löïc taùc duïng.
a. Ñoä Deõo:( δs )
- Laø khaú naêng bieán daïng cuûa kim loaïi döôùi löïc taùc duïng beân ngoaøi maø
khoâng bò phaù hoûng, ñoàng thôøi vaãn giöõ ñöôïc bieán daïng ñoù khi boû löïc ra .
L −L
δs = 1 0 × 100 0 0
L0
Trong ñoù: L0 laø chieàu daøi tính toaùn ban ñaàu
L1 chieàu daøi tính toaùn sau cuûa maãu thöû
2.Thöû Ñoä Cöùng (ñoä raén) .
-Coù nhieàu phöông phaùp thöû ñoä cöùng , nhöng noùi chung caùc phöông phaùp ñeàu
döïa treân nguyeân taéc aán vaøo beà maët kim loaïi caàn thöû moät vaät cöùng hôn vaø sau
ñoù ño kích thöôùc cuûa veát loõm . Tuøy theo kích thöôùc cuûa veát loõm maø ta xaùc ñònh
ñöôïc ñoä cöùng cuûa kim loaïi .
• Thöû ñoä cöùng theo phöông phaùp Brinell .
-Duøng moät vieân bi caàu baèng theùp ñaõ toâi cöùng coù ñöôøng kính 2,5; 5; hoaëc
10mm , aán vaøo beà maët vaät caàn thöû vôùi moät löïc nhaát ñònh P. Tæ soá giöõa löïc P vaø
dieän tích cuûa veát loõm F goïi laø ñoä cöùng Brinell cuûa vaät . Kyù hieäu laø : HB
p
HB = kG/mm2
F
Trong ñoù : P laø löïc ñaët vaøo vieân bi
F laø dieän tích cuûa maët loõm coù hình choõm caàu.
Löïc P phuï thuoäc vaøo ñöôøng kính vieân bi vaø loaïi vaät lieäu maø ta caàn thöû . F laø
dieän tích cuûa choõm caàu , tính theo coâng thöùc :
HB =
(
2P
)(
KG
πD D − D 2 − d 2
Trong ñoù : D laø ñöôøng kính vieân bi ,(mm)
h laø chieàu saâu cuûa veát loõm ,(mm)
d laø ñöôøng kính cuûa veát loõm ,(mm)
mm 2
)
1.5 Moät soá ñònh nghóa hay gaëp trong vaät lieäu kyõ thuaät ñieän.
1. Nhieät löôïng vaø nhieät ñoä noùng chaûy .
- Nhieät ñoä noùng chaûy (ñieåm noùng chaûy ) bình thöôøng laø giaù trò nhieät ñoä , tính
baèng 0C, maø ôû ñaây vaät lieäu chuyeån töø traïng thaùi raén sang traïng thaùi loûng trong
ñieàu kieän aùp suaát bình thöôøng.
- Nhieät löôïng noùng chaûy tieàm taøng rieâng laø nhieät löôïng nhaän ñöôïc cuûa moät
ñôn vò khoái löôïng trong vaät theå chuyeån töø traïng thaùi raén sang traïng thaùi loûng khi
nhieät ñoä aùp suaát khoâng ñoåi .
Ñôn vò : J/kg hay Kcal/kg .
7
2. Nhieät löôïng rieâng .
- Nhieät löôïng rieâng cuûa moät vaät theå laø soá löôïng caàn thieát cho moät ñôn vò
khoái löôïng cuûa vaät theå ñoù ñeå naâng nhieät ñoä leân moät ñoä Celcius .
Ñôn vò : J/kg.grd hay kcal/kg.grd .
2. Tính reøn nguoäi :
- Laø tính chaát cuûa vaät lieäu coù ñöôïc do gia coâng cô khí , daãn ñeán
laøm taêng söùc beàn, cöùng hôn nhöng nhöng doøn hôn vaø deã vôõ.
4. Tính Giaø Hoùa:
- Laø söï thay ñoåi theo thôøi gian cuûa tính chaát kim loïai hay hôïp kim. ÔÛ
nhieät ñoä moâi tröôøng xung quanh, thoâng thöôøng sau moät thôøi gian keùo daøi noù seõ
taïo neân söï giaø hoùa ( tính giaø hoùa töï nhieân) ; Coøn khi nhieät ñoä taêng leân thì tính
giaø hoùa nhanh hôn ( tính giaø hoùa nhaân taïo).
- Tính giaø hoùa cô khí ( tính giaø hoùa khi reøn nguoäi) : Laø söï bieán ñoåi tính
chaát cô ñaëc bieät cuûa moät soá kim loïai do reøn nguoäi.
5. Tính Raõo:
- Laø tính chaát cuûa kim loïai ñoái vôùi söï bieán daïng chaäm vaø lieân tuïc theo
thôøi gian , döôùi taùc ñoäng cuûa löïc khoâng ñoåi chöa ñaït ñeán giôùi haïn ñaøn hoài. Tính
chaát naøy ñöôïc bieán ñoåi theo nhieät ñoä.
6. Söùc Beàn Ñöùt (ÖÙng suaát ñöùt khi keùo):
- Laø söùc beàn tuöông öùng vôùi giaù trò lôùn nhaát cuûa löïc (Pmax) taïo neân söï
keùo ñöùt cuûa maãu vaät lieäu coù tieát dieän A0.
P
δ rt = max = kg/mm2
A0
7. Tính Deã Daùt:
- Laø tính chaát rieâng cuûa kim loïai vaø hôïp kim ñoái vôùi söï bieán daïng maø
khoâng bò nöùt neû khi coù löïc beân ngoøai taùc ñoäng.Söï bieán daïng naøy ñöôïc thöïc hieän
qua coâng ngheä reøn, daùt moûng.v.v…
8. Tính Vuoát Giaõn:
- Laø tính chaát cuûa vaät lieäu coù theå gia coâng ñöôïc thaønh sôïi. Yeâu caàu vaät
lieäu phaûi coù caáu truùc dính chaéc vaø deã daùt.
8
CHÖÔNG 2
VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
2.1. Ñònh Nghóa:
- Vaät lieäu daãn ñieän laø vaät chaát maø ôû trang thaùi bình thöôøng coù caùc ñieän
tích töï do. Neáu ñaët nhöõng vaät naøy vaøo trong moät tröôøng ñieän, caùc ñieän tích seõ
chuyeãn ñoäng theo höôùng nhaát ñònh cuûa ñieän tröôøng vaø taïo thaønh doøng ñieän.
- Vaät daãn ñieän coù theå laø chaát raén, chaát loûng vaø trong moät soá ñieàu kieän
phuø hôïp coù theå laø chaát khí.
2.2 Phaân loaïi:
1. Vaät lieäu vôùi tính daãn ñieän töû hay coøn goïi vaät daãn loaïi 1 (vaät daãn kim
loaïi): Laø vaät chaát maø söï hoaït ñoäng cuûa caùc ñieän tích khoâng laøm bieán
ñoåi thöïc theå ñaõ laøm neân vaät theå ñoù. Bao goàm nhöõng kim loaïi ôû traïng
thaùi raén hay loûng, hôïp kim vaø moät soá chaát khoâng phaûi laø kim loaïi.
2. Vaät lieäu vôùi tính daãn ion hay coøn goïi laø vaät daãn loaïi 2 (vaät daãn ñieän
phaân) Laø vaät chaát maø doøng ñieän ñi qua seõ taïo neân söï bieán ñoåi hoùa
hoïc. Ñoù laø caùc dung dòch Axít, kieàm vaø muoái.
2.3. Caùc ñaëc tính cuûa vaät lieäu daãn ñieän:
1. Ñieän Trôû R:
- Laø quan heä giöõa hieäu ñieän theá khoâng ñoåi ñaët ôû hai ñaàu cuûa daây daãn vaø
cöôøng ñoä doøng ñieän 1 chieàu taïo neân trong daây daãn ñoù.
Ñieän trôû cuûa daây daãn ñöôïc tính theo coâng thöùc:
R=ρ
L
S
Trong ñoù R laø ñieän trôû : Ω
ρ laø ñieän trôû suaát : Ω.mm2 / m
L laø chieàu daøi daây daãn: m
S laø tieát dieän cuûa aây daãn: mm2
Ñieän daãn G cuûa moät daây daãn laø ñaïi löôïng nghòch ñaûo cuûa ñieän trôû:
1
G=
R
1
Ñieän daãn ñöôïc tính vôùi ñôn vò Ω -1 =
Ω
2. Ñieän trôû suaát ρ:
- Laø ñieän trôû cuûa daây daãn coù chieàu daøi laø moät ñôn vò chieàu daøi vaø tieát dieän
laø moät ñôn vò dieän tích.
- Treân thöïc teá, ñieän trôû suaát cuûa daây daãn ñöôïc tính theo Ω .mm2/m vaø
trong moät soá tröôøng hôïp ñöôïc tính baèng Ω.cm . Trong heä CGS ñieän, ñieän trôû
suaát ñöôïc tính baèng Ωcm; coøn ôû heä MKSA, tính baèng Ω .m
- Nhöõng ñôn vò neâu treân, chuùng ñöôïc lieân heä qua bieåu thöùc sau ñaây:
1Ω.cm = 104 Ω.mm2 / m = 106µΩ.cm = 10-2 Ω.m
9
- Ñieän daãn suaát γ: laø ñaïi löôïng nghòch ñaûo cuûa ñieän trôû suaát.
1
γ=
ρ
- Ñieän daãn suaát ρ ñöôïc tính theo:m/ Ω.mm2, Ω-1cm-1,Ω-1m-1.
a Heä soá thay ñoåi ñieän trôû suaát theo nhieät ñoä(α)
- Ñieän trôû suaát cuûa kim loaïi vaø cuûa raát nhieàu hôïp kim taêng theo nhieät ñoä,
ñieän trôû suaát cuûa Cacbon vaø cuûa dung dòch ñieän phaân giaûm theo nhieät ñoä.
- Thoâng thöôøng, ñieä trôû suaát cuûa kim loaïi taêng theo nhieät ñoä theo quy luaät
sau:
ρt = ρo (1+ αt + βt2 + γt3 +…)
- ÔÛ nhieät ñoä söû duïng t2 ñieän trôû suaát seõ ñöôïc tính toaùn suaát phaùt töø nhieät ñoä
t1 theo coâng thöùc:
ρt 2 = ρt1 [1+α(t2 - t1 )]
- Trong ñoù, α laø soá thay ñoåi ñieän trôû suaát theo nhieät ñoä ñoái vôùi vaät lieäu
töông öùng vaø öùng vôùi nhöõng khoaûng nhieät ñoä ñöôïc nghieân cöùu.
- Heä soá α gaàn nhö gioáng nhau ñoái vôùi caùc kim loaïi tinh khieát vaø coù trò soá
gaàn ñuùng baèng
-3
4.10 1/ oC.
- Ñoái vôùi khoaûng cheânh leäch nhieät ñoä (t2 - t1 ), thì heä soá α trung bình seõ laø
ρt 2 - ρ t 1
α=
ρt 1 (t 1 − t 2 )
Giaù trò α vaø ρ theo nhieät ñoä ñoái vôùi nhöõng kim loaïi duøng trong kyõ thuaät ñieän
ñöôïc tình baøy ôû baûng sau:
Kim Ñieän trôû suaát Heä soá thay ñoåi Kim
Ñieän trôû suaát Heä soá thay
0
cuûa ñieän trôû loaïi
ρ ôû 200C ñoåi cuûa ñieän
Loaïi
ρ ôû 20 C
Ω.mm2 / m suaát theo nhieät
trôû suaát theo
Ω.mm2 / m
ñoä
nhieät ñoä
Baïc 0.0160
– 0.0034
– Keõm
0.0535
– 0.0035
–
0.0165
0.00492
0.0630
0.00419
Ñoàn 0.0168
– 0.00392
– Niken 0.06141
– 0.0044
–
g
0.0182
0.00445
0.138
0.00692
Vaøn 0.0220
– 0.00350
– Theùp 0.0918
– 0.0045
–
g
0.0240
0.00398
101500
0.00657
Al
0.0262
– 0.0040
– Platin 0.0866
– 0.00247–
0.0400
0.0049
0.116
0.00398
- Veà phöông dieän lyù thuyeát, ôû ñoä khoâng tuyeät ñoái , kim loaïi tinh khieát
khoâng coøn ñieän trôû.
- Söï bieán daïng ñaøn hoài , möùc ñoä tinh khieát cuûa kim loaïi seõ aûnh höôûng
ñeán giaù trò cuûa ñieän trôû suaát.
- Khi noùng chaûy , ñieän trôû suaát cuûa kim loaïi bieán ñoåi, Thoâng thöôøng, giaù
trò taêng leân (ngoaïi tröø: aêng –ti-moan , Gali vaø bitmut . Khi noùng chaûy , ñieän trôû
suaát giaûm)
10
-Söï khoâng tinh khieát cuûa kim loaïi daãn ñeán laøm taêng ñieän trôû suaát.
b. Heä soá thay ñoåi cuûa ñieän trô suaát theo aùp suaát :
- Khi keùo hoaëc neùn ñaøn hoài , ñieän trôû xuaát cuûa kim loaïi bieán ñoåi theo
coâng thöùc
ρ = ρo (1± kσ ).
- Daáu “+” öùng vôùi bieán daïng do keùo ; daáu “−” do neùn .
- ÔÛ ñaây , σ -öùng suaát cô khí cuûa maãu, ñôn vò kG/ mm2
K – heä soá cho ôû baûng 11
Kim loaïi
Heä soá thay ñoåi cuûa ñieän Nhaän Xeùt
trôû suaát theo aùp suaát :k
Nhoâm
Töø
3.81510-6
3,766.10-6
Wolfram
Töø – 1,346. 10-6 ñeán – Daønh cho nhieät ñoä bao goàm giöõa
1,368. 10-6
0o vaø 100oC
Thieác
- 9,79. 10-6
Magie
- 3,9. 10-6
ñeán Daønh cho nhieät ñoä bao goàm giöõa
oo vaø 100oC
ÔÛ 0oC vaø aùp xuaát giöõa 0 vaø
12000 kG/cm2
Baûng 11: Heä soá thay ñoåi cuûa ñieän trôû suaát theo aùp suaát
2.4 Vaät lieäu coù tính daãn ñieän cao
2.4.3 Ñoàng
Ñoàng ñöôïc söû duïng roäng raõi trong kyõ thuaät ñieän do coù nhöõng ñaëc
ñieåm sau:
- Ñieän trôû suaát nhoû
- Ñoä beàn vöõng cô hoïc cao
- Beàn vöõng hoaù hoïc
- Deã gia coâng caùn, keùo thaønh caùc kích thöôùc khaùc nhau theo yù muoán
- Deã haøn noái.
Tính chaát cuûa ñoàng
- Ñieän trôû suaát cuûa ñoàng nhaïy caûm vôùi taïp chaát.
- Söùc beàn côù khí töông ñoái lôùn, deã daùt, deã vuoát giaõn, gia coâng deã daøng khi
noùng vaø khi nguoäi.
- Beà maët tieáp xuùc vôùi khoâng khí deã bò aên moøn vaø hình thaønh maøng
sunphit.Toác ñoä aên moøn nhanh khi bò ñoát noùng.
ÖÙng duïng cuûa ñoàng.
11
-
Ñoàng söû duïng trong kyõ thuaät ñieän ñeå saûn xuaát daây daãn, caùp, caùc thieát bò
phaân phoái…
Ñoàng cöùng ñöôïc söû duïng trong caùc tröôøng hôïp caàn coù ñoä beàn cô hoïc cao,
coù ñoä cöùng vaø choáng maøi moøn.
Ñoàng meàm ñöôïc söû duïng khi caàn coù ñoä deûo, ñoä beàn keùo daõn.
2.2.2 Nhoâm (Al)
Nhoâm laø vaät lieäu thöù hai sau ñoàng ñöôïc söû duïng roäng raõi. Nhoâm laø kim
loaïi maøu coù ñaëc ñieåm raát nheï.
- Ñieän trôû suaát Al gaáp 1,6 laàn Cu, nhöng coù khoái löôïng rieâng nhoû hôn 3,5
laàn Cu.
- Nhoâm laø vaät lieäu coù nhieàu trong thieân nhieân, do ñoù giaù thaønh thaáp.
- Nhöôïc ñieåm cuûa Al laø söùc beàn cô khí thaáp vaø gaëp khoù khaên trong vieäc
thöïc hieän tieáp xuùc ñieän toát khi noái nhau.
Tính chaát cuûa Al
- Deã daùt moûng, vuoát giaõn ñöôïc, coù theå gia coâng deã daøng khi noùng vaø khi
nguoäi.
- Coù söùc beàn ñoái vôùi söï aên moøn
- Khoù khaên trong vieäc haøn vaø dính keát daây daãn.
ÖÙng duïng
- Nhoâm ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong kyõ thuaät laøm daây daãn, laøm duïng cuï
gia ñình.
2.2.3 Hôïp kim
a/ Hôïp kim coù ñieän trôû cao
Hôïp kim coù ñieän trôû cao laø hôïp kim ôû nhieät ñoä bình thöôøng coùρ≥
0,03µΩ.m. Ñöôïc söû duïng ñeå saûn xuaát duïng cuï ño löôøng, ñieän trôû maãu, thieát
bò ñoát noùng. Khi söû duïng hôïp kim laøm thieát bò ño khoâng chæ yeâu caàu ñieän trôû
12
suaát cao maø coùn phaûi coù heä soá nôû daøi nhoû, vaø söùc nhieät ñieän ñoäng nhoû so vôùi
ñoàng. Daây ñieän trôû phaûi coù khaû naêng hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä 10000C trong
khoâng khí ôû thôøi gian daøi. Nhöõng vaät lieäu coù ñieän trôû suaát cao ñöôïc söû duïng
roäng raõi trong thöïc teá laø Mn vôùi Cu vaø Ni, Constantan vaø Crom-Niken
b/ Hôïp kim duøng laøm caëp nhieät ngaãu
Khi tieáp xuùc hai kim loaïi khaùc nhau thì giöõa chuùng xuaát hieän hieäu ñieän
theá tieáp xuùc, hieäu ñieän theá naøy khoâng phuï thuoäc vaøo hình daùng hay kích thöôùc
maø chæ phuï thuoäc vaøobaûn chaát cuûa chuùng.
Hieäu ñieän theá tieáp xuùc ñoái vôùi nhöõng kim loaïi khaùc nhau, phuï thuoäc vaøo
möùc ñoä tinh khieát cuûa chuùng vaø ñaëc bieätmöùc ñoä tinh khieát cuûa caùc beà maët tieáp
xuùc.
Nhieät ngaãu ñöôïc söû duïng trong caùc keát caáu nhieät keá duøng ñeå ño nhieät
ñoä, ñöôïc söû duïng ôû nhöõng duïng cuï ño ñieän ñoái vôùi doøng ñieän xoay chiì©u
khoâng sin coù taàn soá lôùn ñeán 107Hz.
2.3 Kim loaïi vaø hôïp kim coù coâng duïng khaùc
2.3.1 Kim loaïi khoù noùng chaûy
Nhöõng kim loaïi coù nhieät ñoä noùng chaûy lôùn hôn 17000C thì ñöôïc goïi laø
kim loaïi khoù noùng chaûy.Ñeå söû duïng ôû nhieät ñoä cao phaûi ñaët vaøo moâi tröôøng khí
trô hoaëc chaân khoâng
Nhöõng kim loaïi khoù noùng chaûy: volfram, molipden, tantal, crom, reni.
2.3.2 Nhöõng kim loaïi quí.
Laø nhöõng kim loaïi coù ñoä beàn vöõng hoaù hoïc cao nhaát goàm coù: vaøng, baïc,
platin, paladin.Thöôøng gaëp trong töï nhieân ôû daïng nguyeân chaát hoaëc trong caùc
quaëng.Caùc kim loaïi naøy nhaän döôïc töø loø luyeän baèng phöông phaùp ñieän hoaù,
ñieän phaân vaø ñaït ñöôïc ñoä tinh khieát cao.
2.3.3 Kim loaïi coù ñoä noùng chaûy trung bình
Kim loaïi coù nhieät ñoä noùng chaûy trung bình goàm coù saét, nikel vaø
coban.Chuùng laø vaät lieäu saét töø, ngoaøi ra coù heä soá nhieät ñieän trôû cao.
2.4 Vaät lieäu daãn ñieän khoâng phaûi laø kim loaïi
Ngoaøi caùc kim loaïi vaø hôïp kim duøng ñeå cheá taïo ñieän trôû, caùc boä phaän
tieáp xuùc, daây daãn coøn söû duïng caùc vaät lieäu khoâng kim loaïi.Theo nguyeân taéc caùc
vaät lieäu naøy coù giaù trò söû duïng trong lónh vöïc heïp.
- Vaät lieäu coù nguoàn goác cacbon: daây daãn khoâng kim loaïi ñöôïc söû duïng
roäng raõi trong kyõ thuaät ñieän laø grafit (moät trong soá daïng cacbon saïch).Coù
ñieän trôû suaát nhoû, coù ñoä chòu nhieät cao, tính daãn nhieät, beàn vöõng vôùi moâi
tröôøng hoaù hoïc raát maïnh.
- Grafit thieân nhieân: laø vaät lieäu coù tinh theå lôùn, nhieät ñoä noùng chaûy cao
(khoaûng 39000C).ÔÛ nhieät ñoä cao keát hôïp vôùi oxy taïo thaønh CO hoaëc CO2.
- Cacbon nhieät phaân: nhaän ñöôïc baèng phöông phaùp nhieät taùch hôi Cacbon
trong chaân khoâng hoaëc moâi tröôøng khí trô.Vaät chaát duøng ñeå nhieät phaân
thöôøng ñöôïc duøng laø khí metan.Ñeå coù caáu truùc chaët caàn nhieät ñoä phaân
tích khoâng döôùi 9000C.
13
CHÖÔNG 3
KIM LOÏAI VAØ HÔÏP KIM COÙ ÑIEÄN DAÃN
SUAÁT LÔÙN
3.1. Ñoàng (Cu):
3.1.1. Khaùi Quaùt:
1. Taàm Quan Troïng Trong Kyõ Thuaät Ñieän:
- Ñoàng laø loïai vaät lieäu quan troïng nhaát trong taát caû nhöõng vaät lieäu daãn
ñieän ñöôïc duøng trong kyõ thuaät ñieän. Noù coù ñieän daãn suaát lôùn, chæ sau baïc. Coù
söùc beàn cô khí lôùn, choáng ñöôïc söï aên moøn cuûa khí quyeån, tính ñaøn hoài cao vaø
ñaëc bieät coù tính daãn ñieän cao, ñaõ laøm cho ñoàng trôû thaønh vaät lieâu quan troïng ñeå
saûn xuaát daây ñieän.
- Ñoàng laø moät kim loïai hieám, chæ chieám tyû leä 0,01% trong loøng traùi ñaát.
2. Phaân Loïai:
- Ñoàng ñöôïc söû duïng trong coâng nghieäp laø loaïi ñoàng tinh cheá. Tuøy vaøo
löôïng taïp chaát coù trong ñoàng maø ñoàng ñöôïc phaân loaïi nhö sau:
@ Ñoàng E (CuE) :Haøm löôïng ñoàng toái thieåu laø 99,95%. Duøng laøm ñoàng
ñieän phaân, daây daãn ñieän.
@ Ñoàng 9 (Cu9) : Haøm löôïng ñoàng toái thieåu laø 99,90%. Duøng laøm daây
daãn ñieän, hôïp kim mòn deã daùt moûng.
@ Ñoàng 5 (Cu5) : Haøm löôïng ñoàng toái thieåu laø 99,5%. Duøng laøm ñoàng
taám, thanh, oáng vaø laøm ñoàng thau daùt moûng vôùi tyû leä döôùi 60% Cu.
@ Ñoàng 0 (Cu 0) : Haøm löôïng ñoàng toái thieåu laø 99,0%. Duøng ñeå daùt
moûng vaø roùt.v.v..
- Trong kyõ thuaät ñieän, ngöôøi ta thöôøng duøng ñoàng E vaø Ñoàng 9.
3. Saûn Xuaát vaø Cheá Taïo:
- Ñoàng ñöôïc tìm thaáy trong thieân nhieân khoâng nhieàu vaø ñöôïc saûn xuaát töø
caùc moõ: Can- copirit (CuFeS2), Cancozin (Cu2S), cupric (Cu2O), malasit
[CuCO3(OH2)2].v.v…
- Töø caùc moû treân, ngöôøi ta thu ñöôïc sunfua vaø xæ thoâng qua phöông phaùp
naáu chaûy trong loø chuyeån hay sunfua hoùa.
- Tuøy theo phaàn traêm cuûa ñoàng vaø taïp chaát, ngöôøi ta chia ra laøm 2 loaïi
sau:
• Loaïi A: Phaàn traêm ñoàng toái ña laø 98%, duøng ñeå cheá taïo Cu 0, Cu 5, Cu
9 vaø CuE.
• Loaïi B: Phaàn traêm ñoàng toái thieåu laø 97,5%, duøng döôùi daïng caùc ñieän
cöïc döôngñeå tinh luyeän theo phöông phaùp ñieän phaân ñeå cho ra ñoàng ñieän phaân
vaø tinh luyeän moät soá loaïi ñoàng thanh.
3.1.2. Caùc ñaëc tính:
14
1. Ñaëc Tính Chung:
- Ñoàng coù maøu ñoû nhaït saùng röïc, coù ñieän daãn vaø ñieän trôû suaát lôùn, söùc
beàn cô khí töông ñoái lôùn, deã daùt moûng, deã vuoát giaûn, coù söùc beàn khi va ñaäp vaø
aên moøn, söùc ñeà khaùng cao khi thôøi tieát saáu.
- Ñoàng coù toå chöùc tinh theå laäp phöông theå taâm vaø toå chöùc naøy ñöôïc giöõ
nguyeân cho ñeán khi laøm nguoäi ñeán nhieät ñoä thöôøng. Töùc laø ñoàng khoâng bò bieán
ñoåi hình thuø.
- ÔÛ 200C, ñoàng coù caùc tính chaát vaät lyù sau:
ρ=
0,01748Ωmm2/m daây meàm
0,01786Ωmm2/m daây cöùng
Ñieåm noùng chaûy: 10830C
Söùc beàn ñöùt khi keùo: 21kg/mm2 daây meàm
45kg/mm2 daây cöùng.
Troïng löôïng rieâng D = 7,4 - 8,9kg/dm3
Heä soá thay ñoåi ñieän trôû suaát theo nhieät ñoä: 0,003931/ 0C
2. Ñieän Trôû Suaát Vaø Caùc Yeáu Toá Aûnh Höôûng Ñeán Ñieän Trôû Suaát:
- Sau Baïc, ñoàng thuaàn khieát coù ñieän trôû suaát raát beù
ρ = 0,01682Ωmm2/m vaø heä soá thay ñoåi ñieän trôû theo nhieät ñoä α = 0,0041151.
0,01748Ωmm2/m
- Ñoàng ñieän phaân ôû 200C caàn coù ñieän trôû suaát ρ =
- Ñoàng ñöôïc chuaån hoaù treân thò tröôøng quoác teá ôû 200C coù ρ =
0,017241Ωmm2/m
- AÛnh höôûng cuûa taïp chaát ñoái vôùi ñieän trôû suaát cuûa ñoàng ñieän phaân : Vieäc
theâm cadmi vaøo ñoàng ñieän phaân seõ laøm giaûm raát ít ñieän trôû suaát vaø taêng theâm
ñoä cöùng. Do ñoù , trong cheá taïo coå goùp maùy ñieän laøm baèng ñoàng , ngöôøi ta pha
theâm cadmi vaøo ñoàng.
- AÛnh höôûng cuûa gia coâng cô khí: Söï daùt moûng vaø ñaëc bieät laø söï keùo khi
nguoäi seõ laøm giaûm ñieän trôû suaát cuûa ñoàng.
- AÛnh höôûng cuûa vieäc xöû lyù nhieät:
Söï thay ñoåi ñieän daãn suaát tuøy theo vieäc nung noùng trôû laïi (uû nhieät). Ñeå
nhaän ñöôïc ñoàng meàm duøng laøm daây quaán vaø caùp , thì caàn phaûi nung trôû laïi vôùi
nhieät ñoä giöõa 4000 vaø 5000C. Nhöng khi nung noùng giöõa 2000C vaø 3000C thì laïi
coù ñieän daãn suaát nhoû hôn nhieàu so vôùi giöõa 4000 vaø 5000C.
3.1.3. Tính chaát cô hoïc vaø caùc yeáu toá aûnh höôûng:
- Tính chaát cô hoïc cuûa ñoàng phuï thuoäc vaøo tính chaát tinh khieát cuûa ñoàng
, phöông phaùp gia coâng, xöû lyù nhieät vaø nhieät ñoä laøm vieäc.
- AÛnh höôûng cuûa caùc chaát theâm vaøo:
Vieäc theâm vaøo moät soá kim loaïi nhö cadimi (Cd), Al, Sn, Ni vaø Zn seõ laøm
taêng söùc beàn ñöùt khi keùo.
15
Do hôïp kim ñoàng laøm taêng ñieän trôû suaát cuûa ñoàng, neân vieäc söû duïng hôïp
kim ñoàng ñöôïc haïn cheá, vaø chæ duøng cho nhöõng chi tieát caàn coù yeâu caàu cô khí
cao vaø ñieän trôû ñoùng vai troø khoâng quan troïng.
- AÛnh huôûng cuûa gia coâng cô khí: Söï daùt moûng hay keùo sôïi khi nguoäi seõ
laøm taêng söùc beà ñöùt khi keùo ñeán 40÷45mm2 (ñoàng cöùng).
-AÛnh höôûng cuûa söû lyù nhieät ñoä vaø cuûa nhieät ñoä:
Söû lyù nhieät seõ aûnh höôûng ñeán tính chaát cô cuûa ñoàng . Aûnh höôûng naøy
caøng roõ reät khi kim loaïi caøng tinh khieát.
3.1.4. Haøn ñoàng:
- Vieäc haøn caùc chi tieát baèng ñoàng coù khoù khaên, vì ñoàng bò oxyùt hoùa
nhanh ôû nhieät ñoä 10830 vaø cho ta boït khí, tính loã choã, xæ.v.v… Nhöõng chi tieát lôùn
caàn phaûi thöïc hieän nung noùng tröôùc khi haøn (ñeå nhaän ñöôïc nhieät ñoä ñoàng nhaát),
vì ñoàng deã daøng toûa nhieät hanh.
- Khoâng neân haøn caùc chi tieát ñoàng cöùng khi chuùng laøm vieäc ôû tình traïng
keùo (daây daãn ñieän cuûa ñöôøng daây treân khoâng). Vì raèng sau khi nung noùng trong
quaù trình haøn thì phaàn ñoàng ôû phaàn caïnh moái haøn seõ bò giaûm söùc beàn ñöùt cô khí
khi keùo.
- Haøn ñoàng coù theå thöïc hieän baèng caùch : Reøn, ñieän vaø baèng löûa oxy
axetylen.
1. Haøn baèng caùch reøn:
- Coù theå thöïc hieän sau khi laøm saïch ñoaïn töông öùng caàn haøn. Treân ñoaïn
ñaõ laøm saïch, ngöôøi ta seõ nhuùng haøn the, sau ñoù ngöôøi ta ñaët caùc chi tieát leân
nhau vaø nung noùng ñeán möùc ñoàng ñoû leân, caàn löu yù traùnh doøng khoâng khí, vaø
ñaäp maïnh baènh buùa.
2. Haøn ñieän thoâng qua ñieän trôû:
- Thöïc hieän ôû daây maûnh hay ôû ñoàng taám( haøn noái tieáp ñaàu naøy vôùi ñaàu
kia).
- ÔÛ caùc taám ñöôïc haøn, nhöõng ñoaïn ñöôïc haøn phaûi ñöôïc laøm saïch.
Ngöôøi ta ñaët caùc taám choàng leân nhau treân moät ñieän cöïc coá ñònh. Sau
ñoù eùp chuùng laïi vôùi nhau nhôø moät ñieän cöïc di ñoäng vôùi moät aùp suaát
caàn thieát. Sau ñoù cho doøng ñieän ñi qua hai ñieän cöïc naøy ñeå cho doøng
ñieän ñi qua caùc chi tieát haøn
3. Haøn baèng ngoïn löûa oxy axetylen:
- Laø quaù trình thöïc hieän yeâu caàu kheùo leùo ñaëc bieät. Vì khuynh höôùng
cuûa ñoàng deã bò oxyùt hoùa ôû nhieät ñoä haøn (10830C ) vaø vì söï hoaït ñoäng cuûa
Hydrogen cuûa ngoïn löûa seõ coù theå laøm naåy sinh “Tính thaát thöôøng cuûa
hydrogen”.
- Ñeå traùnh oxyùt hoùa maïnh , vieäc nung noùng ôû nhieät ñoä haøn, caàn ñöôïc
tieán haønh trong ñieàu kieän khoâng coù luoàng khoâng khí hoaëc coù moät loïai khí baûo
veä.
3.2 Hôïp kim cuûa ñoàng :
16
3.2.1. Ñaëc ñieåm vaø phaân loaïi:
- Hôïp kim trong ñoù vaät lieäu ñoàng laø chuû yeáu, coù caùc ñaëc ñieåm laø söùc beàn
cô khí lôùn, ñoä cöùng cao, ñoä dai toát, maøu ñeïp vaø deã noùng chaûy. Hôïp kim cuûa
ñoàng coù theå ñuùc thaønh caùc hình phöùc taïp, deã gia coâng treân maùy caét goït vaø deã
maï v.v…
- Nhöõng hôïp kim chính cuûa ñoàng trong kyõ thuaät ñieän laø Ñoàng thau, Ñoàng
thanh vaø caùc hôïp kim duøng laøm ñieän trôû
3.2.2. Ñoàng thanh:
3.2.2.1.Thaønh phaàn vaø tính chaát:
- Ñoàng thanh laø thaønh phaàn hôïp kim cuûa ñoàng, coù theâm 1 soá kim loaïi
khaùc ñeå taêng cöôøng ñoä cöùng, taêng söùc beàn vaø deã noùng chaûy.Tuøy theo caùc chaát
theâm vaøo, ta coù caùc loaïi sau:
Ñoàng thanh vôùi thieác: Laø hôïp kim cuûa ñoàng thanh vôùi thieác vaø ñoâi khi
theâm vaøo moät soá chaát khaùc ñeå laøm thay ñoåi tính chaát cô vaø hoùa hoïc v.v… chuùng
taïo neân söùc choáng aên moøn.
Ñoàng Thanh vôùi Thieác vaø Keõm: Laø hôïp kim ñoàng vaø keõm (3 ÷ 9%), Keõm
(4 ÷ 10%) vaø ñoâi khi vôùi Chì (4 ÷10%).
Ñoàng thanh khoâng coù thieác: Hôïp kim vôùi ít nhaát 78% Cu vaø theâm moät soá
chaát khaùc nhö: Nhoâm (Al), Beri (Be), Maêng Gang (Mn), Cadimi (Cd), Niken
(Ni) v.v…
- ÔÛ 200C, ñoàng thanh coù caùc tính chaát vaät lyù sau:
ρ = 1,92 - 11,1Ωcm.10-6
γ = 0,52 - 0,09Ω-1cm-1.106
Ñieåm noùng chaûy: 900 - 12000C
Söùc beàn ñöùt khi keùo: 50 - 85kg/mm2
Troïng löôïng rieâng D = 7,4 - 8,9kg/dm3
Heä soá bieán ñoåi ñieän trôû suaát theo nhieät ñoä: α = 0,0041/ñoä C
3.2.2.2 ÖÙng duïng:
- Ñoàng thanh ñöôïc duøng ñeå cheá taïo maùy vaø khí cuï ñieän, caùc chi tieát noái
daây, giöõ daây, ñai oác cho heä thoáng noái ñaát v.v.. trong kyõ thuaät ñieän , ngöôøi ta
duøng ñoàng thanh Bz10T, Bz6, BzAl5 vaø BzAl10T. Ngoaøi ra ñoàng thanh coøn
duøng laøm caùc tieáp dieåm ñieän, Coå Goùp ñieän, caùc ñieän cöïc haøn, oå caém, phích caém
v.v…
- Ñoàng thanh duøng laøm daây daãn ñieän chöùa 97÷99,9% Cu, coøn laïi laø
Thieác (Sn), Magieâ (Mg), Cadimi (Cd), Keõm (Zn), Silic (Si) vaø Maêng gang (Mn)
vaø phaûi chòu ñöôïc söùc beàn khi aên moøn. Nhöõng ñaëc tính cuûa daây daãn ñieän cho
ñöôøng daây treân khoâng ñöôïc trình baøy ôû baûng 11
3.2.3. Ñoàng thau:
3.2.3.1 .Thaønh phaàn vaø tính chaát:
- Laø hôïp kim giöõa Ñoàng vôùi Keõm, vôùi löôïng keõm khoâng quaù 46%. Neáu
tyû leä phaàn traêm cuûa Keõm lôùn hôn 25%, thì lôùp baûo veä cuûa Oxyùt keõm seõ taïo neân
treân beà maët cuûa vaät lieäu caøng nhanh khi nhieät ñoä caøng lôùn. Neáu tyû leä phaàn traêm
17
cuûa Keõm caøng nhoû thì treân lôùp beà maët cuûa vaät lieäu seõ taïo moät lôùp hôi ñen giaøu
Oxyùt ñoàng. Tính chaát naøy cuûa ñoàng thau vôùi tyû leä hôn 20% Zn, taïo neân lôùp baûo
veä ôû 300o C vaø choáng aên moøn cuûa khoâng khí khi coù Amoniac.
- ÔÛ 200C , ñoàng thau coù caùc tính chaát vaät lyù sau:
ρ = 7,1Ωcm.10-6
γ = 0,14 ÷ 0,2Ω-1cm-1.106
Ñieåm noùng chaûy: 890 ÷ 9200C
Söùc beàn ñöùt khi keùo: 18 ÷88 kg/mm2
Troïng löôïng rieâng D = 8,2 ÷ 8,73kg/dm3
Heä soá bieán ñoåi ñieän trôû suaát theo nhieät ñoä:
α = 0,0013 – 0,0021/ñoä C
3.2.3.2 ÖÙng duïng:
- Ñoàng thau ñöôïc öùng duïng trong nghaønh ñieän gioáng nhö ñoàng thanh
3.3 Nhoâm (Al):
3.3.1.Taàm quan troïng trong kyõ thuaät ñieän:
- Sau ñoàng, Nhoâm ñöôïc xeáp thöù hai trong trong kyõ thuaät ñieän, nhoâm coù
ñieän daãn suaát cao, troïng löôïng rieâng giaûm. Nhoâm coù caáu truùc tinh theå laø laäp
phöông dieän taâm, hình thuø khoâng bò thay ñoåi cho ñeán khi nguoäi ôû nhieät ñoä
thöôøng.
3.3.2. Söï taïo thaønh:
- Nhoâm duøng laøm daây daãn ñieän phaûi goàm:
- Nhoâm tinh khieát, toái thieåu 99,5%
- Saét vaø Silic, toái ña 0,05%
- Ñoàng vaø keõm toái ña 0,05%
- Nhoâm duøng ñeå cheá taïo caùc ñieän cöïc cho caùc tuï ñieän phaân , taïp chaát
khoâng ñöôïc quaù 0,05%
3.3.3. Caùc haèng soá vaät lyù vaø hoùa hoïc:
- ÔÛ 200C , Nhoâm coù caùc tính chaát vaät lyù sau:
ρ = 2,941Ωcm.10-6
γ = 0,34 Ω-1cm-1.106
Ñieåm noùng chaûy: 6570C
Söùc beàn ñöùt khi keùo: 17 kg/mm2
Troïng löôïng rieâng D = 2.7kg/dm3
Heä soá thay ñoåi ñieän trôû suaát theo nhieät ñoä 0,0041/ñoä C
3.3.4. Caùc ñaëc ñieåm chung:
- Nhoâm coù maøu traéng baïc, deã daùt moûng, deã gia coâng khi noùng vaø nguoäi.
Nhoâm ñuùc coù caáu truùc tinh theå, Nhoâm coù tính ñeà khaùng keùm khi va chaïm, coù
söùc beàn vôùi söï aên moøn do coù lôùp maøng Oxyùt raát moûng ôû maët ngoaøi khi tieáp xuùc
vôùi khoâng khí. Lôùp maøng naøy coù ñieän trôû lôùn neân nhoâm khoù tieáp xuùc toát giöõa
caùc daây daãn vaø haøn dính caùc daây daãn.
3.3.5. Ñieän trôû suaát vaø caùc yeáu toá aûnh höôûng:
18
- Nhoâm laøm daây daãn ñieän ôû 200C phaûi coù ñieän trôû suaát laø 0,02941Ω.mm2
/ m , ñieän daãn suaát phaûi ñaït 34m/Ω.mm2 . So vôùi ñoàng , nhoâm coù tính chaát cô vaø
ñieän ít thuaän lôïi hôn, ñieän trôû cuûa nhoâm gaáp 1,68 laàn so vôùi ñoàng
0,02941
= 1,68
0,0175
- Vaäy, ñeå coù 1 daây daãn nhoâm coù cuøng chieàu daøi vaø cuøng ñieän trôû nhö
daây daãn ñoàng thì ôû nhoâm phaûi coù tieát dieän lôùn gaáp 1,68 laàn so vôùi daây daãn
ñoàng, töùc ñöôøng kính lôùn gaáp 1,68 = 1,3 laàn daây daãn ñoàng
AÛnh höôûng cuûa caùc chaát coù trong nhoâm:
- Nhöõng chaát nhö : Ñoàng (Cu), Baïc (Ag), Magieâ (Mg), Titan (Ti), Crom
(Cr) vaø Maêng gang (Mn), aûnh höôûng raát nhieàu ñeán ñieän trôû suaát cuûa ñoàng.
- Ñieän daãn suaát seõ giaûm khi taêng tyû leä phaàn traêm cuûa caùc chaát coù trong
nhoâm. Ñieän trôû suaát cuûa nhoâm chòu aûnh höôûng cuûa saét vaø nhoâm ñöôïc trình baøy
ôû baûng sau
Caùc chaát theâm
Nhoâm ñaõ ñöôïc söû
Ñieän
trôû Heä soá thay ñoåi
vaøo , %
lyù (uû nhieät )
suaát ôû 200c cuûa ñieän trôû suaát
Ω.cm.10-6
ôû 200C
Fe
Si
Nhoâm tinh khieát
0,0005 0,0023
2,63
4,33.10-3
Nhoâm 99,5%
0,34
0,1
2,767
4,10.10-3
Nhoâm 99%
0,56
0,32
2,78
4,13.10-3
Nhoâm 98,5%
0,96
4,10.10-3
0,41
2,835
AÛnh höôûng cuûa gia coâng cô khí:
- Gia coâng cô khí ít aûnh höôûng ñeán ñieän trôû suaát cuûa nhoâm. Vieäc keùo
thaønh sôïi khi nguoäi duøng ñeå taêng söùc beàn cô khí cuûa nhoâm , nhöng cuõng laûm
ñieän daãn suaát cuûa nhoâm khoaûng 1,2% vaø laøm taêng troïng löôïng rieâng ñeán möùc
toái ña 0,2%.
AÛnh höôûng cuûa söû lyù nhieät:
- Ñieän trôû suaát cuûa nhoâm khoâng aûnh höôûng nhieàu khi gia nhieät. ÔÛ 200C
,nhoâm meàm coù ñieän trôû suaát laø 0,02788Ω.mm2/m, vaø nhoâm cöùng ñoái vôùi daây
daãn treân khoâng laø 0,02941Ω.mm2/m. Vieäc söû lyù nhieät chæ aûnh höôûng ñeán ñieän
trôû suaát cuûa nhoâm, neáu nhoâm coù nhieàu taïp chaát.
3.3.6. Caùc ñaëc tính cô hoïc vaø caùc yeáu toá aûnh höôûng:
- Söùc beàn cuûa nhoâm thaáp hôn cuûa ñoàng 3 laàn vaø phuï thuoäc vaøo:
- Möùc ñoä tinh khieát
- Phöông thöùc gia coâng
- Söû lyù nhieät
- Nhieät ñoä laøm vieäc
AÛnh höôûng cuûa caùc taïp chaát coù trong nhoâm:
Nhoâm seõ ñöôïc taêng söùc beà cô hoïc khi keùo laø do söï coù maët caùc chaát nhö:
Zn, Fe, Si, Cu vaø Mg coù maët trong nhoâm.
19
AÛnh höôûng cuûa gia coâng cô khí:
Nhoâm tinh khieát ñöôïc gia coâng vaø uû nhieät , coù söùc beàn ñöùt khi keùo laø
6kg/mm2, nhoâm duøng laøm daây daãn ñieän vôùi 0,5% taïp chaát, oû traïng thaùi meàm uû
nhieät coù söùc beàn ñöùt töø 8 ñeán 11kg/mm2.
AÛnh höôûng cuûa söû lyù nhieät:
Söùc beàn cô hoïc cuûa nhoâm seõ giaûm khi nhieät ñoä taêng . Söùc beàn cô cuûa
nhoâm baét ñaàu giaûm seõ xaûy ra giöõa nhieät ñoä töø 160 - 1800C. ÔÛ 2000C, söùc beàn
ñöùt cuûa nhoâm daùt moûng laø 9Kg/mm2, ôû 4000C söùc beàn ñöùt cuûa nhoâm daùt moûng
laø 2kg/mm2, coøn cuûa nhoâm nung noùng laø 1,5kg/mm2
3.3.7. Tính chaát hoùa hoïc vaø söùc beàn ñoái vôùi aên moøn:
Trong khoâng khí, ôû nhieät ñoä thoâng thöôøng, nhoâm ñöôïc boïc moät lôùp moûng
oxyùt, lôùp naøy coù ñieän trôû lôùn vaø ngaên caûn vieäc oâxyùt hoùa tieáp tuïc, do vaäy noù baûo
veä toát ñoái vôùi söï aên moøn, ngay caû trong moâi tröôøng aåm öôùt. Nhoâm tinh khieát
99,5% vaãn bò aên moøn nhieàu hôn ñoàng.Neáu ñoä tinh khieát döôùi 99%, nhoâm seõ bò
aên moøn raát nhieàu vaø gaây giaûm ñoä beàn cô hoïc cuûa nhoâm raát nhieàu.
3.3.8.Caùc baùn thaønh phaåm vaø coâng ngheä gia coâng:
- Trong kyõ thuaät ñieän ngöôøi ta söû duïng nhoâm ñuùc döôùi daïng hôïp kim,
nhoâm daùt moûng vaø nhoâm keùo sôïi.
- Nhoâm ñuùc khoâng ñöôïc söû duïng ôû traïng thaùi tinh khieát, do vì noù bò co
nhieàu khi ñuùc. Ñoàng thôøi vì tính cô hoïc bò giôùi haïn (ñoä cöùng Brinell töø 24 ÷
32kg/mm2 , söùc beàn ñöùt töø 9 ÷ 12kg/mm2). Hôïp kim cuûa nhoâmvôùi saûn phaåm ñuùc
thuoøng coù troïng löôïng rieâng 2,6kg/dm3 ñieän trôû suaát ρ= 0,06÷0,0847Ωmm2 / m.
- Ñoái vôùi caùc rotor loàng soùc cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä, ñoøi hoûi söû duïng
hôïp kim vôùi mangang, vì chuùng coù ñieän trôû taêng (ρ = 0,03 Ωmm2 / m), vaø oån
ñònh ñeán nhieät ñoä quaù 2000C
- Nhoâm daùt moûng ñöôïc cung caáp döôùi daïng taám, thanh vaø oáng, coù thaønh
phaàn taïp chaát khoâng quaù 0,05%, söùc beàn ñöùt laø 7kg/mm2.
- Nhoâm keùo thaønh sôïi : Nhoâm duøng laøm daây daãn ñöôïc keùo khi nguoäi qua
khuoân theùp,
3.3.9.haøn nhoâm:
Vieäc haøn caùc chi tieát baèng nhoâm caàn löu yù :
+ Nhoâm coù ñieåm noùng chaûy töông ñoái thaáp (6570C)
+ Söï noùng chaûy cuûa nhoâm tieán haønh ñoät ngoät
+ Coù ñoä daãn nhieät lôùn , deã maát nhieät khi haøn
+ Bò oxy hoùa maïnh , taïo neân lôùp oxyùt khoù noùng chaûy, coù ñieåm noùng
chaûy cao (20300C ).
Nhoâm coù theå vöøa ñöôïc haøn theo caùch noùng chaûy, vöøa ñöôïc haøn baèng
caùch eùp treân maùy haøn ñieän trôû. Tröôùc khi haøn, caùc beà maët caàn phaûi ñöôïc laøm
saïch baèng caùch phun caùt, duõa hay lau baèng dung dòch suùt aên da. Sau khi lau
baèng suùt, caàn röûa laïi baèng nöôùc thoâng ñeå traùnh hieän töôïng aên moøn veà sau
- ÔÛ haøn nhoâm , vaät lieäu theâm vaøo thoâng thöôøng töø nhöõng ñuõa nhoâm
(99% Al) hay nhöõng ñuõa hôïp kim 92%Al vaø 8%Cu coù ñöôøng kính töø 2-3mm,
20
- Xem thêm -