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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(dao)體，如銅、鋁等(deng)，其典型制品是電(dian)(dian)線、電(dian)(dian)纜(lan)的(de)(de)導(dao)電(dian)(dian)線心。屬于導(dao)電(dian)(dian)材(cai)料(liao)的(de)(de)還有(you)用(yong)于制造(zao)電(dian)(dian)觸(chu)(chu)頭(tou)、溫(wen)差電(dian)(dian)偶、熔(rong)絲(si)等(deng)的(de)(de)材(cai)料(liao)。這些材(cai)料(liao)除電(dian)(dian)導(dao)率高外(wai)，還有(you)一(yi)些另外(wai)的(de)(de)特殊性能(neng)，例如制造(zao)熔(rong)絲(si)的(de)(de)材(cai)料(liao)需要具(ju)有(you)相對低的(de)(de)熔(rong)點；觸(chu)(chu)頭(tou)材(cai)料(liao)需要高的(de)(de)耐電(dian)(dian)弧性能(neng)等(deng)。

高電(dian)阻(zu)合金如鎳(nie)鉻(ge)、鉻(ge)鎳(nie)鐵、錳銅(tong)、康(kang)銅(tong)也(ye)屬于導電(dian)材料，可(ke)用作加熱(re)元件，將電(dian)能轉化為熱(re)能，或用于制造(zao)電(dian)阻(zu)器。

石(shi)墨是一種特殊(shu)的(de)導(dao)體，雖然電(dian)導(dao)率低，但由于它的(de)化(hua)學(xue)惰性和高(gao)熔(rong)點，以(yi)及(ji)它的(de)制品具有低的(de)摩擦(ca)系數、一定的(de)機械強(qiang)度，被廣泛地用(yong)作(zuo)電(dian)刷(shua)、電(dian)極(ji)等。

屬(shu)于導(dao)(dao)(dao)電(dian)材(cai)料的(de)還有低溫(wen)導(dao)(dao)(dao)電(dian)材(cai)料和超(chao)導(dao)(dao)(dao)材(cai)料。例如，純鋁在(zai)(zai)20K下(xia)(xia),即液(ye)氫溫(wen)度范圍中是最好的(de)低溫(wen)導(dao)(dao)(dao)電(dian)材(cai)料；而(er)鈹在(zai)(zai)77K左右(you),即液(ye)氮(dan)溫(wen)度下(xia)(xia)電(dian)阻率也(ye)只有常溫(wen)下(xia)(xia)的(de)千分之一到萬分之一以下(xia)(xia)。超(chao)導(dao)(dao)(dao)材(cai)料一般在(zai)(zai)接近0K的(de)溫(wen)度下(xia)(xia)工作，其電(dian)阻率已測不出。80年(nian)代已發(fa)現上(shang)千種超(chao)導(dao)(dao)(dao)材(cai)料，其中有元素類，也(ye)有化合物。較為實(shi)用的(de)是Nb3Sn、Nb3Al 等。 1986年(nian)發(fa)現的(de)鋇(bei)、釔(yi)、銅、氧化物陶(tao)瓷在(zai)(zai)液(ye)氮(dan)溫(wen)度(77K)即具有超(chao)導(dao)(dao)(dao)性， 這將對超(chao)導(dao)(dao)(dao)電(dian)技術(shu)的(de)普(pu)及，甚至對人(ren)類文明產生深遠(yuan)影(ying)響。

2、半導體材料

電(dian)(dian)導率(lv)介于(yu)導電(dian)(dian)材料和絕緣材料之間，約(yue)為(wei)105～10-7西(xi)/米的(de)(de)材料。對(dui)于(yu)電(dian)(dian)子(zi)(zi)（空穴）電(dian)(dian)導也可按(an)能帶(dai)理論(lun)的(de)(de)禁帶(dai)寬(kuan)度來定義,其值(zhi)約(yue)為(wei)0.08～3電(dian)(dian)子(zi)(zi)伏(fu)（也有人認(ren)為(wei)其上限應為(wei)1.5或2電(dian)(dian)子(zi)(zi)伏(fu)）。半導體與導體相比，除電(dian)(dian)導率(lv)小外，其電(dian)(dian)導率(lv)隨(sui)溫度升(sheng)高而(er)增大，而(er)導體的(de)(de)電(dian)(dian)導率(lv)隨(sui)溫度升(sheng)高而(er)下降(jiang)。

半導體(ti)的(de)性質隨缺陷和(he)(he)雜質含量而顯著變化(hua)，所(suo)以可(ke)利用(yong)摻雜來控(kong)制(zhi)其(qi)性能。例如硅、鍺中摻入磷(lin)、砷、銻等元素可(ke)制(zhi)成電子(zi)型(xing)(xing)(N型(xing)(xing))半導體(ti)， 摻入硼、鋁、鎵、銦等元素可(ke)制(zhi)成空穴型(xing)(xing)（P型(xing)(xing)）半導體(ti)。利用(yong) N型(xing)(xing)和(he)(he)P型(xing)(xing)的(de)不(bu)同組合，可(ke)獲得(de)整流和(he)(he)放(fang)大(da)作(zuo)用(yong)，在電工中作(zuo)為電源(yuan)和(he)(he)控(kong)制(zhi)、調節之用(yong)。

半導(dao)體(ti)的(de)電(dian)導(dao)率對外界因素極(ji)為(wei)敏感，在(zai)其作用下可觀察到一系列物理現象。例如在(zai)不同波(bo)長的(de)光(guang)(guang)照下能產生光(guang)(guang)電(dian)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)，這時電(dian)子吸(xi)收光(guang)(guang)能，導(dao)致自由(you)載流(liu)子濃度(du)增大(da)，從而電(dian)導(dao)率增大(da)，稱(cheng)為(wei)光(guang)(guang)電(dian)導(dao)性。利用這一性質，可制(zhi)成光(guang)(guang)敏元件。此(ci)外，還有(you)熱(re)電(dian)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)、霍耳效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)、磁阻效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)、壓電(dian)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)、場(chang)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)和(he)隧(sui)道效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)等(deng)都(dou)可加以利用。

半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)可(ke)以按(an)化學組(zu)分(fen)分(fen)為(wei)有機(ji)的和(he)無機(ji)的兩類，主要使(shi)(shi)用(yong)無機(ji)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)。無機(ji)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)可(ke)進一步分(fen)為(wei)元(yuan)素(su)型和(he)化合物型。后者按(an)組(zu)分(fen)元(yuan)素(su)又可(ke)分(fen)為(wei)二(er)元(yuan)、三元(yuan)等發(fa)展(zhan)迅速(su)。半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)也可(ke)按(an)其(qi)結(jie)構形態(tai)分(fen)為(wei)結(jie)晶半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)和(he)非晶態(tai)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)(ti)。一般多使(shi)(shi)用(yong)前(qian)者，但70年(nian)代(dai)以來正(zheng)在大力(li)開發(fa)后者。

3、電絕緣或電介質材料

電(dian)阻(zu)率約為 1010歐米以(yi)上(shang)(shang)的(de)(de)材料(liao)。實用中優良絕(jue)緣材料(liao)的(de)(de)電(dian)阻(zu)率在室溫下(xia)都大于1012歐米。通常所用的(de)(de)絕(jue)緣材料(liao)都含有雜(za)質(zhi)，在工作溫度下(xia)的(de)(de)電(dian)阻(zu)或電(dian)導屬離子型。對于電(dian)導屬電(dian)子型的(de)(de)絕(jue)緣材料(liao)，一般認為禁帶寬度在2～3電(dian)子伏以(yi)上(shang)(shang)。

電介(jie)質(zhi)材料(liao)的特點是其(qi)在電場中能發生極化。由于(yu)電介(jie)質(zhi)多(duo)數是優良(liang)的絕緣材料(liao)，兩者經常作為(wei)同義(yi)詞使用。

絕緣(yuan)材料(liao)常按(an)其聚集(ji)狀態(tai)而分為固態(tai)、液態(tai)和氣(qi)態(tai)。絕緣(yuan)材料(liao)多數屬于固體(ti)。液態(tai)和氣(qi)態(tai)絕緣(yuan)材料(liao)一(yi)般(ban)不(bu)能起力學上(shang)的支撐作用，所以(yi)較少單獨使(shi)用。

氣體絕緣(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的特點是電導(dao)率、介(jie)電常數和(he)介(jie)質損耗均(jun)低，擊穿強度一(yi)般比液體和(he)固體絕緣(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)也(ye)低得(de)多，但擊穿后能自行(xing)恢復絕緣(yuan)(yuan)狀(zhuang)態，具有(you)自愈性。六氟(fu)化硫(liu)氣體(SF6)具有(you)較高的擊穿強度,廣(guang)泛(fan)用作封閉式電器的絕緣(yuan)(yuan)。

液(ye)體(ti)絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料一般用(yong)來(lai)替代空(kong)氣，填充電氣設備中的空(kong)間，或浸漬設備絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)結構(gou)中的孔(kong)隙(xi)。除了絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)作(zuo)用(yong)，它還可以起散熱或滅(mie)弧作(zuo)用(yong)。在選擇液(ye)體(ti)絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料時(shi)應考慮它在電場作(zuo)用(yong)下的穩(wen)(wen)定性、熱穩(wen)(wen)定性、粘度(du)、閃點、酸值(zhi)、堿值(zhi)、雜質含量、水含量、熱膨(peng)脹(zhang)系數以及與其他絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)和結構(gou)材(cai)料的相容性等(deng)。應用(yong)最多(duo)的液(ye)體(ti)絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料是礦物(wu)絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)油(you)。為(wei)了保證液(ye)體(ti)材(cai)料成(cheng)分的純(chun)凈，發(fa)展多(duo)種合成(cheng)絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)油(you)，如高溫下使用(yong)的硅油(you)以及十(shi)二(er)烷基苯等(deng)。

固體絕緣(yuan)材(cai)(cai)料(liao)可以分成(cheng)(cheng)天然的(de)(de)(de)和合成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)。天然的(de)(de)(de)有(you)(you)棉紗(sha)、絲綢、紙、蟲膠、瀝青、礦(kuang)物油、橡膠、石(shi)棉、云母等,在(zai)(zai)19世紀已(yi)開始用于電工(gong)設備(bei)。合成(cheng)(cheng)材(cai)(cai)料(liao),特別(bie)是(shi)高(gao)(gao)(gao)分子(zi)材(cai)(cai)料(liao)，在(zai)(zai)20世紀得到迅(xun)速發展(zhan)。原因在(zai)(zai)于高(gao)(gao)(gao)分子(zi)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)絕大多數具(ju)有(you)(you)高(gao)(gao)(gao)電阻率，并且高(gao)(gao)(gao)分子(zi)材(cai)(cai)料(liao)（包(bao)括塑料(liao)、合成(cheng)(cheng)橡膠和合成(cheng)(cheng)纖維等許多品種）能滿足多種使用場合的(de)(de)(de)要(yao)求。高(gao)(gao)(gao)分子(zi)材(cai)(cai)料(liao)與(yu)相應(ying)的(de)(de)(de)天然材(cai)(cai)料(liao)相比有(you)(you)著更為優異(yi)的(de)(de)(de)介電性能、力學(xue)性能和耐高(gao)(gao)(gao)溫性能，在(zai)(zai)絕緣(yuan)材(cai)(cai)料(liao)中占有(you)(you)重要(yao)地位(wei)。重要(yao)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)分子(zi)材(cai)(cai)料(liao)有(you)(you)聚乙烯(xi)(xi)(xi)、聚苯乙烯(xi)(xi)(xi)、聚丙烯(xi)(xi)(xi)、聚四氯(lv)乙烯(xi)(xi)(xi)、聚酯和不飽(bao)和聚酯、環氧樹脂、有(you)(you)機硅樹脂，以及聚酰亞胺為代表(biao)的(de)(de)(de)芳雜環高(gao)(gao)(gao)分子(zi)材(cai)(cai)料(liao)等。

在無機絕(jue)緣(yuan)材料(liao)方面，也有重大(da)的進(jin)展。例如，制成了粉云母(mu)紙，解決了云母(mu)資源的不(bu)足；玻(bo)璃(li)(li)纖(xian)維(wei)布的出(chu)現，使纖(xian)維(wei)的耐(nai)熱等(deng)級大(da)大(da)提高(gao)(gao)；陶瓷品(pin)種的發展滿(man)足了高(gao)(gao)機械強度、高(gao)(gao)溫度和高(gao)(gao)介電(dian)常數的要求。由于超導技術的迅速發展，低溫電(dian)工(gong)材料(liao)也相應取得重大(da)進(jin)展。低溫電(dian)絕(jue)緣(yuan)漆膠和粘(zhan)合劑(ji)，電(dian)工(gong)薄膜和層壓制品(pin)以及(ji)低溫無機絕(jue)緣(yuan)材料(liao)，如玻(bo)璃(li)(li)、石(shi)英、陶瓷等(deng)，都有很大(da)發展。

4、磁性材料

電工(gong)中(zhong)應用(yong)的(de)磁(ci)(ci)性材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)主要有(you)(you)鐵磁(ci)(ci)性材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)和鐵氧體(ti)。按其(qi)(qi)矯頑力可(ke)分為軟磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)和永磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)兩大(da)類。軟磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)用(yong)于交(jiao)變磁(ci)(ci)場，而永磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)用(yong)于靜態(tai)磁(ci)(ci)場。按材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)組成(cheng)可(ke)分成(cheng)金屬(shu)和非金屬(shu)兩種。前者(zhe)有(you)(you)Fe、Co、Ni、Gd及其(qi)(qi)合(he)(he)金，也(ye)可(ke)包(bao)括稀(xi)土類元素(su),如RCO5,其(qi)(qi)中(zhong) R為稀(xi)土元素(su)Sm、Ce和Pr。非鐵磁(ci)(ci)元素(su)的(de)合(he)(he)金也(ye)可(ke)以成(cheng)為鐵磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，例(li)如Mn、Cu和Al等。非金屬(shu)型材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)有(you)(you)鐵氧體(ti)，它具有(you)(you)磁(ci)(ci)疇結構，能自發(fa)磁(ci)(ci)化而具有(you)(you)鐵磁(ci)(ci)性。鐵磁(ci)(ci)性材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)具有(you)(you)磁(ci)(ci)滯(zhi)回(hui)線(xian)，在交(jiao)變磁(ci)(ci)場中(zhong)造成(cheng)損(sun)耗(hao)，必須設法降低(di)。交(jiao)流磁(ci)(ci)場作用(yong)下(xia)引起(qi)的(de)渦電流，也(ye)會造成(cheng)損(sun)耗(hao)。兩種損(sun)耗(hao)統稱(cheng)鐵耗(hao)，都(dou)造成(cheng)設備(bei)發(fa)熱(re)，這在高頻率下(xia)特(te)別突出。鐵氧體(ti)的(de)鐵耗(hao)在高頻下(xia)特(te)別小，成(cheng)為適(shi)用(yong)于高頻的(de)磁(ci)(ci)性材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)。

磁(ci)性材(cai)(cai)(cai)料(liao)的某些特殊(shu)性能還可(ke)用(yong)(yong)于(yu)特殊(shu)場合。例(li)如具有直角磁(ci)滯回線(xian)的材(cai)(cai)(cai)料(liao)可(ke)以(yi)用(yong)(yong)作(zuo)磁(ci)記憶材(cai)(cai)(cai)料(liao)。某些磁(ci)性材(cai)(cai)(cai)料(liao)在磁(ci)場強度(du)變(bian)化(hua)時其幾何尺寸發(fa)生變(bian)化(hua)，稱為磁(ci)致伸縮材(cai)(cai)(cai)料(liao)，可(ke)用(yong)(yong)于(yu)超聲發(fa)生器和(he)接收器及機電換(huan)能器中，用(yong)(yong)以(yi)測量海洋深度(du)、探測材(cai)(cai)(cai)料(liao)的缺陷(xian)等(deng)。

電工材料的結構

電(dian)工領域應用(yong)的各類材(cai)(cai)料的統稱。包括導(dao)(dao)電(dian)材(cai)(cai)料、半導(dao)(dao)體(ti)材(cai)(cai)料、絕緣材(cai)(cai)料和(he)其他電(dian)介質材(cai)(cai)料、磁(ci)性(xing)材(cai)(cai)料。這(zhe)些材(cai)(cai)料均具(ju)有一定的電(dian)學或(huo)磁(ci)學性(xing)能。具(ju)體(ti)的電(dian)工材(cai)(cai)料一般按(an)(an)用(yong)途分(fen)類。例(li)如鐵氧體(ti)，若按(an)(an)磁(ci)導(dao)(dao)率(lv)分(fen)，用(yong)于(yu)磁(ci)路時是(shi)磁(ci)性(xing)材(cai)(cai)料；但按(an)(an)電(dian)阻(zu)率(lv)分(fen)，用(yong)于(yu)電(dian)路時屬于(yu)半導(dao)(dao)體(ti)材(cai)(cai)料。

電工材料的用途

工(gong)(gong)程技(ji)術領域中，材料(liao)(liao)占(zhan)有重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)地位。各種(zhong)技(ji)術都要(yao)通過一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)備(bei)來實(shi)現(xian)(xian)(xian)，設(she)備(bei)則需(xu)用具(ju)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao)(liao)制作(zuo)。沒有相(xiang)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao)(liao)，即使(shi)是(shi)原理上(shang)可行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術和產品，也都無(wu)(wu)法實(shi)現(xian)(xian)(xian)。新(xin)材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)(xian)(xian)常(chang)能(neng)(neng)帶來技(ji)術上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)大(da)進展。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)工(gong)(gong)領域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情況也是(shi)如(ru)此。例如(ru)硅鋼片的(de)(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)(xian)(xian)使(shi)旋轉電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)和變(bian)壓器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效率大(da)大(da)提高(gao)，容量也更大(da)，從而促進了電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)遠距離輸(shu)送和廣(guang)泛應(ying)(ying)用；高(gao)矯(jiao)頑力(li)、高(gao)剩磁的(de)(de)(de)(de)(de)(de)釹鐵硼等材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)(xian)(xian)，滿足了永磁同步電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動機(ji)(ji)對強(qiang)磁體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)要(yao),使(shi)這(zhe)類電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)在(zai)驅動微(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)中占(zhan)有重(zhong)要(yao)地位,并仍(reng)在(zai)擴大(da)其應(ying)(ying)用范(fan)圍。1986年以來，高(gao)臨界(jie)溫度超(chao)導材料(liao)(liao)所(suo)實(shi)現(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)突破，展現(xian)(xian)(xian)了低耗(或無(wu)(wu)損耗)輸(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)和電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)業規模儲存的(de)(de)(de)(de)(de)(de)前(qian)景，引起世界(jie)各國(guo)物理界(jie)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)工(gong)(gong)界(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)注意。研制各種(zhong)適(shi)用電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)工(gong)(gong)新(xin)材料(liao)(liao)仍(reng)是(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)工(gong)(gong)領域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)任務。