电功能金属材料.ppt

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第一节 概述
金属导电的物理本质
影响金属导电的因素
第二节 几种典型的电功能材料
导电材料 电阻材料
电热材料 热电材料
基本要求：
理解金属导电的物理本质及影响因素
掌握各种电功能材料的特点、种类、性能及应用
第一节 概述
电功能金属材料
一、金属导电能力的表示方法
样品的长度为L，横截面积为S，测出电阻为R
电阻率为 ρ= RS/L 单位Ω·m
电导率为 σ= 1/ρ
导体：10-6～10-12 Ω·m
半导体：102～109 Ω·m
绝缘体：109～1011 Ω·m
第一节 概述
电功能金属材料
固体
电阻率/ Ω·m
固体
电阻率/ Ω·m
金刚石
1012
纯锗
104
玻璃
1010
镍铬电阻丝
10-6
纯硅
103
铜
10-8
室温下一些材料的电阻率
自由电子论:
能带理论：
电功能金属材料
金属导电的物理本质
自由电子沿电场反方向运动，形成电流
满带（价带）：被电子填满的能带
导带：被电子部分填充的能带
空带：没有电子填充的能带
第一节 概述
第一节 概述
电功能金属材料
三、影响金属导电的因素
1、温度的影响
2、压力的影响
在高温时
ρ∝AT
在较低温度时
ρ∝ BT5
A、B为常数
ρ= ρ0(1+αP)
α为电阻压力系数
3、缺陷的影响
第二节 几种典型的电功能材料
电功能金属材料
一、导电材料
要求：高的电导率，高的力学性能，良好的抗腐蚀性，良好的工艺性能（热冷加工、焊接）价格便宜
用于生产电气导线的金属材料具有以下特性：
卓越的导电性能，从而使焦耳效应导致的能量损失达到最小。
对恶劣的环境有良好的承受能力。
电气接触的永久可靠性。
便于使用和回收。
只有几种元素能够满足这些特性，其中主要为自然界中储量丰富的铜、铝（以及他们的合金）。
有时，材料的基本特征不足以满足上述特性，必须增加镀层以改善材料性能。
因此，在进一步处理过程中（绝缘…），我们通过镀锡、银、镍等来改善某些性能，如可焊性、抗氧化性、耐热性等。
04
主要用途：电弹簧、电刷、插头
05
铜及铜合金
01
铍青铜 超高纯铜
03
导电性和导热性好，塑性高，机械强度好，易加工和焊接，易提炼
02
有助于设计导体的主要物理性能如下表所示
物理性能
铜
密度
8,9
电阻率（mWcm）
1,7241
导电率（%IACS）
100
电阻温度系数（K-1）
0,0039
导热系数（W/）
400
线性膨胀系数（K-1）
17x10-6
拉应力（退火）（MPa）
220 / 290
拉应力（硬）（MPa）
350/450
弹性模量（MPa）
120000
硬度（退火）
50
硬度（硬）
110
常用于导体生产的铜材料：
01
ETP铜，或者Cu-a1，含氧量在200到300ppm之间。
02
m 无氧铜，无氧铜或者Cu-c1，含氧量极低（最多20ppm），能够防止加热过程中的氢脆。
03
采用脉冲电解沉积技术制备出具有高密度纳米尺寸生长孪晶的纯铜薄膜，通过工艺过程研究调整样品的晶粒尺寸、孪晶厚度及其分布、织构状态等，获得了具有超高强度和高导电性的纯铜样品，其拉伸强度高达1068MPa（是普通纯铜的10倍以上，达到高强度钢或铜晶须的强度水平），而室温电导率与无氧高导（OFHC）铜相当（97%IACS）。这种超高强度和高导电性的同时获得是过去在任何材料中均无法实现的。此成果发表于Science（2004年）周刊上。