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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(zhong)用作導(dao)(dao)體，如銅、鋁等，其典型制(zhi)(zhi)品(pin)是電(dian)(dian)(dian)線(xian)、電(dian)(dian)(dian)纜的(de)(de)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)線(xian)心。屬于(yu)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)材(cai)(cai)料的(de)(de)還有(you)用于(yu)制(zhi)(zhi)造電(dian)(dian)(dian)觸(chu)頭(tou)(tou)、溫差電(dian)(dian)(dian)偶、熔絲等的(de)(de)材(cai)(cai)料。這些材(cai)(cai)料除電(dian)(dian)(dian)導(dao)(dao)率(lv)高(gao)外(wai)，還有(you)一些另外(wai)的(de)(de)特殊性(xing)(xing)能(neng)，例如制(zhi)(zhi)造熔絲的(de)(de)材(cai)(cai)料需(xu)要(yao)具有(you)相(xiang)對低(di)的(de)(de)熔點；觸(chu)頭(tou)(tou)材(cai)(cai)料需(xu)要(yao)高(gao)的(de)(de)耐(nai)電(dian)(dian)(dian)弧性(xing)(xing)能(neng)等。

高(gao)電(dian)阻(zu)(zu)合(he)金(jin)如鎳(nie)(nie)鉻、鉻鎳(nie)(nie)鐵、錳銅(tong)、康銅(tong)也屬于導(dao)電(dian)材料(liao)，可用作加熱(re)元件，將電(dian)能轉化為熱(re)能，或用于制造電(dian)阻(zu)(zu)器。

石墨是一種特(te)殊的(de)(de)導體，雖然電導率低，但由于(yu)它(ta)的(de)(de)化學惰性和高熔(rong)點(dian)，以及它(ta)的(de)(de)制品具有(you)低的(de)(de)摩擦系(xi)數、一定的(de)(de)機械強度(du)，被(bei)廣泛地(di)用(yong)作電刷(shua)、電極等。

屬于導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)材(cai)料(liao)的(de)還有(you)低溫導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)材(cai)料(liao)和(he)超(chao)導(dao)(dao)(dao)材(cai)料(liao)。例(li)如，純(chun)鋁在20K下,即(ji)液氫(qing)溫度(du)范圍中是(shi)最好的(de)低溫導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)材(cai)料(liao)；而鈹在77K左右,即(ji)液氮(dan)溫度(du)下電(dian)(dian)阻率(lv)也只有(you)常(chang)溫下的(de)千分之一到萬(wan)分之一以下。超(chao)導(dao)(dao)(dao)材(cai)料(liao)一般在接近0K的(de)溫度(du)下工作，其(qi)電(dian)(dian)阻率(lv)已(yi)測不出。80年代已(yi)發(fa)現上千種超(chao)導(dao)(dao)(dao)材(cai)料(liao)，其(qi)中有(you)元(yuan)素(su)類，也有(you)化合物。較為實(shi)用的(de)是(shi)Nb3Sn、Nb3Al 等。 1986年發(fa)現的(de)鋇(bei)、釔(yi)、銅、氧化物陶瓷在液氮(dan)溫度(du)(77K)即(ji)具有(you)超(chao)導(dao)(dao)(dao)性， 這將對超(chao)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)技術(shu)的(de)普(pu)及(ji)，甚至對人類文明產生深(shen)遠影響。

2、半導體材料

電(dian)(dian)導率介于導電(dian)(dian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和絕(jue)緣材(cai)(cai)料(liao)(liao)之(zhi)間，約為105～10-7西(xi)/米的材(cai)(cai)料(liao)(liao)。對于電(dian)(dian)子（空穴）電(dian)(dian)導也可按能帶理論的禁帶寬度來(lai)定義,其值約為0.08～3電(dian)(dian)子伏（也有人認為其上限應為1.5或2電(dian)(dian)子伏）。半導體(ti)與(yu)導體(ti)相(xiang)比(bi)，除電(dian)(dian)導率小(xiao)外，其電(dian)(dian)導率隨溫度升高而(er)增大，而(er)導體(ti)的電(dian)(dian)導率隨溫度升高而(er)下降。

半(ban)導(dao)(dao)體的性質隨缺陷和(he)雜(za)質含量而顯著變化，所(suo)以可利用(yong)(yong)摻(chan)雜(za)來控制(zhi)其(qi)性能。例如硅、鍺(zang)中(zhong)摻(chan)入磷、砷、銻等元素(su)可制(zhi)成電子型(xing)(N型(xing))半(ban)導(dao)(dao)體， 摻(chan)入硼、鋁、鎵、銦等元素(su)可制(zhi)成空穴型(xing)（P型(xing)）半(ban)導(dao)(dao)體。利用(yong)(yong) N型(xing)和(he)P型(xing)的不同(tong)組(zu)合，可獲得整(zheng)流和(he)放大作用(yong)(yong)，在電工中(zhong)作為(wei)電源(yuan)和(he)控制(zhi)、調節(jie)之(zhi)用(yong)(yong)。

半導體的(de)電(dian)(dian)導率對外(wai)界因素極為敏感(gan)，在其作用下(xia)可觀(guan)察到一系列物理現象。例(li)如在不同波長的(de)光照下(xia)能產生(sheng)光電(dian)(dian)效(xiao)(xiao)應(ying)，這時電(dian)(dian)子(zi)吸收光能，導致自由載(zai)流子(zi)濃度增(zeng)大，從而電(dian)(dian)導率增(zeng)大，稱(cheng)為光電(dian)(dian)導性。利(li)用這一性質，可制成(cheng)光敏元件。此外(wai)，還有熱電(dian)(dian)效(xiao)(xiao)應(ying)、霍耳(er)效(xiao)(xiao)應(ying)、磁(ci)阻效(xiao)(xiao)應(ying)、壓(ya)電(dian)(dian)效(xiao)(xiao)應(ying)、場效(xiao)(xiao)應(ying)和(he)隧道效(xiao)(xiao)應(ying)等(deng)都(dou)可加(jia)以利(li)用。

半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)可以按(an)化學組(zu)分(fen)(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)(fen)為(wei)有機的和(he)無(wu)機的兩類，主要使用(yong)無(wu)機半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)。無(wu)機半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)可進一步分(fen)(fen)(fen)(fen)為(wei)元素型和(he)化合物型。后(hou)者(zhe)按(an)組(zu)分(fen)(fen)(fen)(fen)元素又可分(fen)(fen)(fen)(fen)為(wei)二元、三元等(deng)發(fa)展迅速。半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)也(ye)可按(an)其結構形態分(fen)(fen)(fen)(fen)為(wei)結晶(jing)半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)和(he)非晶(jing)態半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)。一般多使用(yong)前者(zhe)，但70年代以來正在大力開發(fa)后(hou)者(zhe)。

3、電絕緣或電介質材料

電阻(zu)率約(yue)為(wei) 1010歐米以上的材(cai)料。實用中優(you)良絕(jue)緣材(cai)料的電阻(zu)率在(zai)室溫下(xia)都大于1012歐米。通常所(suo)用的絕(jue)緣材(cai)料都含有雜質，在(zai)工作溫度下(xia)的電阻(zu)或(huo)電導屬(shu)離子(zi)(zi)型(xing)。對(dui)于電導屬(shu)電子(zi)(zi)型(xing)的絕(jue)緣材(cai)料，一(yi)般(ban)認為(wei)禁帶寬度在(zai)2～3電子(zi)(zi)伏以上。

電(dian)介(jie)質材料(liao)(liao)的特點是(shi)其在電(dian)場中能(neng)發(fa)生(sheng)極(ji)化。由(you)于(yu)電(dian)介(jie)質多數是(shi)優(you)良的絕緣材料(liao)(liao)，兩(liang)者(zhe)經常作為同義詞使用(yong)。

絕(jue)緣材料常按其(qi)聚集狀態而分(fen)為固態、液(ye)態和(he)氣態。絕(jue)緣材料多數屬于(yu)固體。液(ye)態和(he)氣態絕(jue)緣材料一般不能起(qi)力學上的支(zhi)撐作用(yong)，所以較少單(dan)獨使用(yong)。

氣體絕(jue)(jue)緣材料的特點是電導率(lv)、介電常數(shu)和介質損耗均(jun)低(di)，擊(ji)(ji)穿(chuan)強(qiang)(qiang)度一般比(bi)液體和固體絕(jue)(jue)緣材料也(ye)低(di)得多，但擊(ji)(ji)穿(chuan)后能(neng)自(zi)行恢復絕(jue)(jue)緣狀態，具有(you)自(zi)愈性。六(liu)氟化硫氣體(SF6)具有(you)較高的擊(ji)(ji)穿(chuan)強(qiang)(qiang)度,廣泛用作(zuo)封閉式電器的絕(jue)(jue)緣。

液(ye)體絕(jue)緣(yuan)(yuan)材(cai)料一般用(yong)(yong)來替代空氣(qi)，填充電氣(qi)設備(bei)中(zhong)的(de)空間(jian)，或(huo)浸漬(zi)設備(bei)絕(jue)緣(yuan)(yuan)結構(gou)中(zhong)的(de)孔隙。除(chu)了絕(jue)緣(yuan)(yuan)作用(yong)(yong)，它(ta)還可以(yi)(yi)起散熱(re)或(huo)滅弧作用(yong)(yong)。在選擇液(ye)體絕(jue)緣(yuan)(yuan)材(cai)料時應考慮它(ta)在電場(chang)作用(yong)(yong)下(xia)的(de)穩(wen)定(ding)性、熱(re)穩(wen)定(ding)性、粘(zhan)度、閃點、酸值、堿值、雜(za)質含(han)(han)量(liang)(liang)、水含(han)(han)量(liang)(liang)、熱(re)膨脹系數以(yi)(yi)及與其他絕(jue)緣(yuan)(yuan)和結構(gou)材(cai)料的(de)相(xiang)容性等(deng)。應用(yong)(yong)最多(duo)的(de)液(ye)體絕(jue)緣(yuan)(yuan)材(cai)料是(shi)礦物絕(jue)緣(yuan)(yuan)油(you)。為(wei)了保證液(ye)體材(cai)料成分的(de)純凈，發展多(duo)種合成絕(jue)緣(yuan)(yuan)油(you)，如高溫下(xia)使用(yong)(yong)的(de)硅(gui)油(you)以(yi)(yi)及十二烷基苯等(deng)。

固體(ti)絕緣(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)可以(yi)分(fen)成天(tian)然(ran)的(de)(de)(de)和合成的(de)(de)(de)。天(tian)然(ran)的(de)(de)(de)有(you)(you)棉(mian)紗、絲(si)綢、紙(zhi)、蟲膠(jiao)(jiao)、瀝青、礦物油、橡膠(jiao)(jiao)、石(shi)棉(mian)、云母等(deng),在(zai)19世紀已開始用于(yu)電(dian)工設備。合成材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao),特別是高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)，在(zai)20世紀得到迅速(su)發展。原因在(zai)于(yu)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)絕大多(duo)數具有(you)(you)高(gao)電(dian)阻率，并且(qie)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)（包括塑料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)、合成橡膠(jiao)(jiao)和合成纖維等(deng)許多(duo)品(pin)種）能滿(man)足多(duo)種使用場合的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)。高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)與相應(ying)的(de)(de)(de)天(tian)然(ran)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)相比有(you)(you)著更為優異的(de)(de)(de)介電(dian)性能、力學性能和耐高(gao)溫性能，在(zai)絕緣(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)中占有(you)(you)重要(yao)地位。重要(yao)的(de)(de)(de)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)有(you)(you)聚(ju)乙(yi)烯、聚(ju)苯乙(yi)烯、聚(ju)丙烯、聚(ju)四氯乙(yi)烯、聚(ju)酯和不飽和聚(ju)酯、環氧樹脂(zhi)、有(you)(you)機硅(gui)樹脂(zhi)，以(yi)及聚(ju)酰亞胺為代表的(de)(de)(de)芳(fang)雜環高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)等(deng)。

在無機(ji)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料方(fang)面，也(ye)有(you)重大的(de)(de)進展(zhan)。例如，制成了(le)粉云母紙，解決了(le)云母資源的(de)(de)不足；玻(bo)璃纖維布(bu)的(de)(de)出現，使(shi)纖維的(de)(de)耐熱等級(ji)大大提(ti)高(gao)；陶瓷(ci)(ci)品(pin)種的(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)滿(man)足了(le)高(gao)機(ji)械強度、高(gao)溫度和(he)高(gao)介電(dian)(dian)常數的(de)(de)要求。由于超導技術的(de)(de)迅(xun)速發(fa)(fa)展(zhan)，低(di)溫電(dian)(dian)工(gong)材(cai)料也(ye)相應(ying)取得重大進展(zhan)。低(di)溫電(dian)(dian)絕(jue)緣(yuan)漆膠(jiao)和(he)粘合劑，電(dian)(dian)工(gong)薄膜和(he)層壓制品(pin)以及低(di)溫無機(ji)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料，如玻(bo)璃、石英、陶瓷(ci)(ci)等，都有(you)很大發(fa)(fa)展(zhan)。

4、磁性材料

電(dian)工(gong)中應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)主要有(you)鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)和(he)鐵(tie)(tie)(tie)氧體(ti)。按(an)其(qi)矯(jiao)頑(wan)力可分為軟(ruan)磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)和(he)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)兩(liang)大(da)類(lei)。軟(ruan)磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)交(jiao)變磁(ci)(ci)(ci)(ci)場，而永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)靜態磁(ci)(ci)(ci)(ci)場。按(an)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)組成(cheng)(cheng)可分成(cheng)(cheng)金屬(shu)和(he)非金屬(shu)兩(liang)種。前者有(you)Fe、Co、Ni、Gd及其(qi)合金，也可包括稀土類(lei)元(yuan)素,如RCO5,其(qi)中 R為稀土元(yuan)素Sm、Ce和(he)Pr。非鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)元(yuan)素的(de)合金也可以成(cheng)(cheng)為鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，例如Mn、Cu和(he)Al等。非金屬(shu)型材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)有(you)鐵(tie)(tie)(tie)氧體(ti)，它具有(you)磁(ci)(ci)(ci)(ci)疇結構(gou)，能(neng)自發磁(ci)(ci)(ci)(ci)化而具有(you)鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)。鐵(tie)(tie)(tie)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)具有(you)磁(ci)(ci)(ci)(ci)滯回(hui)線，在交(jiao)變磁(ci)(ci)(ci)(ci)場中造成(cheng)(cheng)損耗(hao)，必須設(she)法降低。交(jiao)流磁(ci)(ci)(ci)(ci)場作用(yong)(yong)(yong)(yong)下引起的(de)渦電(dian)流，也會(hui)造成(cheng)(cheng)損耗(hao)。兩(liang)種損耗(hao)統稱鐵(tie)(tie)(tie)耗(hao)，都(dou)造成(cheng)(cheng)設(she)備發熱，這在高頻(pin)(pin)率下特別(bie)突(tu)出(chu)。鐵(tie)(tie)(tie)氧體(ti)的(de)鐵(tie)(tie)(tie)耗(hao)在高頻(pin)(pin)下特別(bie)小，成(cheng)(cheng)為適(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)高頻(pin)(pin)的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。

磁(ci)(ci)(ci)性材料的某些特殊性能(neng)還(huan)可(ke)用于(yu)特殊場(chang)合。例如(ru)具有直角磁(ci)(ci)(ci)滯(zhi)回線(xian)的材料可(ke)以用作磁(ci)(ci)(ci)記憶材料。某些磁(ci)(ci)(ci)性材料在磁(ci)(ci)(ci)場(chang)強度變(bian)化(hua)時其幾何尺寸發生(sheng)變(bian)化(hua)，稱為(wei)磁(ci)(ci)(ci)致伸縮材料，可(ke)用于(yu)超聲發生(sheng)器和接收器及機電(dian)換(huan)能(neng)器中，用以測量海(hai)洋(yang)深(shen)度、探測材料的缺陷等。

電工材料的結構

電(dian)工(gong)領域應用(yong)的(de)各類(lei)(lei)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)統稱(cheng)。包括導電(dian)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、半導體材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、絕緣(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)和其他(ta)電(dian)介質材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、磁(ci)(ci)性材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)。這些材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)均具(ju)(ju)有一定的(de)電(dian)學或磁(ci)(ci)學性能。具(ju)(ju)體的(de)電(dian)工(gong)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)一般按(an)用(yong)途分類(lei)(lei)。例如(ru)鐵氧體，若按(an)磁(ci)(ci)導率分，用(yong)于(yu)磁(ci)(ci)路(lu)時是磁(ci)(ci)性材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)；但按(an)電(dian)阻(zu)率分，用(yong)于(yu)電(dian)路(lu)時屬于(yu)半導體材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)。

電工材料的用途

工(gong)程技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)領(ling)域(yu)中，材(cai)(cai)(cai)料占有(you)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)地位。各(ge)種技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)都(dou)要(yao)通過一(yi)定的(de)(de)(de)(de)設備(bei)來(lai)實現(xian)(xian)，設備(bei)則需用具體(ti)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料制作。沒有(you)相應的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料，即使是(shi)原理(li)上(shang)可行的(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)和(he)產品，也都(dou)無法實現(xian)(xian)。新(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)出現(xian)(xian)常能(neng)帶來(lai)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)上(shang)的(de)(de)(de)(de)重大(da)進(jin)展。電(dian)(dian)(dian)工(gong)領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)(de)情況也是(shi)如此(ci)。例如硅鋼片的(de)(de)(de)(de)出現(xian)(xian)使旋轉電(dian)(dian)(dian)機(ji)和(he)變壓器的(de)(de)(de)(de)效率(lv)大(da)大(da)提高(gao)，容量也更大(da)，從而促(cu)進(jin)了(le)電(dian)(dian)(dian)能(neng)的(de)(de)(de)(de)遠距離輸送和(he)廣(guang)泛應用；高(gao)矯(jiao)頑力、高(gao)剩磁的(de)(de)(de)(de)釹鐵硼等材(cai)(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)出現(xian)(xian)，滿足了(le)永磁同步電(dian)(dian)(dian)動機(ji)對(dui)強磁體(ti)的(de)(de)(de)(de)需要(yao),使這類電(dian)(dian)(dian)機(ji)在驅動微電(dian)(dian)(dian)機(ji)中占有(you)重要(yao)地位,并仍在擴大(da)其應用范圍。1986年以來(lai)，高(gao)臨界(jie)溫度超導材(cai)(cai)(cai)料所實現(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)突(tu)破，展現(xian)(xian)了(le)低耗(hao)(或無損耗(hao))輸電(dian)(dian)(dian)和(he)電(dian)(dian)(dian)能(neng)的(de)(de)(de)(de)工(gong)業規(gui)模儲存的(de)(de)(de)(de)前景，引起世界(jie)各(ge)國物理(li)界(jie)、電(dian)(dian)(dian)工(gong)界(jie)的(de)(de)(de)(de)注意(yi)。研制各(ge)種適用電(dian)(dian)(dian)工(gong)新(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)料仍是(shi)電(dian)(dian)(dian)工(gong)領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)(de)重要(yao)任務。