Медь электропроводность: Электротехническая медь, основные характеристики

На замену меди и алюминию в России разработали новые сверхпрочные термостойкие материалы для авиации

27 мая 2022
15:45

Юлия Рудый

Поперечное сечение биметаллического провода. Изображение создано с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Фото Aleksey Nokhrin et al./Materials 2022.

Медные провода имеют большой вес, а алюминиевые – демонстрируют неважную проводимость тока. И то, и другое особенно важно для авиапромышленности. Однако учёные постоянно совершенствуют технологии, и на этот раз химики из Университета Лобачевского отчитались о создании материалов, которые решают существующие проблемы.

Алюминиевые сплавы, разработанные учёными Научно-исследовательского физико-технического института (НИФТИ) Университета Лобачевского, могут стать лучшей заменой устаревшим тяжёлым медным проводам и алюминиевым проводам, которые, будучи более лёгкими, чем медь, демонстрируют низкую электропроводность. Те и другие сегодня используются в авиации, но учёные постоянно совершенствуют технологии.

Что же сделали химики? Для начала им было необходимо получить ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы. Этот порошок затем превращают в очень тонкие проводки.

Высокая прочность (такие проводки сложнее сломать/порвать) и термостойкость (они меньше реагируют на перепады температур) обеспечивается добавками циркония, скандия или гафния. Эти химические элементы дорогостоящие, поэтому нужно было снизить их содержание в конечном материале, не ухудшив при этом его свойств.

«С помощью технологии индукционного литья мы получили алюминиевые сплавы высочайшего качества. При этом удалось значительно снизить содержание редкоземельных металлов – с 7% в промышленных сплавах до 0,25 – 0,3% в наших материалах, – рассказывает заведующий лабораторией диагностики материалов НИФТИ Алексей Нохрин, один из авторов разработки. – [Мы] особенно старались минимизировать содержание скандия – одного из самых дорогостоящих металлов в мире».

Cплавы подвергались дополнительной деформации и отжигу, что приводило к появлению в них упрочняющих их наночастиц.

Затем из сплава изготавливали биметаллический провод – алюминиевую жилу диаметром 0,2 – 0,3 миллиметра. Её позднее покрывали тонким слоем меди.

Как утверждают российские учёные, их технология позволяет создавать провода, не уступающие мировым аналогам.

«Сейчас мировые авиагиганты, такие как Boeing и Airbus, в своих самолётах используют алюминиевые провода с нанесёнными многослойными покрытиями. Например, французская фирма FSPone разработала алюминиевый провод диаметром 0,13 – 0,16 миллиметра, который имеет серебряное или никелевое покрытие, а также медный буферный подслой», – рассказала инженер лаборатории диагностики материалов НИФТИ Яна Шадрина.

Также специалисты НИФТИ ННГУ подробно изучили, как деградирует материал биметаллических проводов. Учёные выяснили, каковы предельно допустимые температуры и период эксплуатации для изделий, в течение которых проникновение меди в алюминиевый провод не приведёт к повышению его хрупкости.

В статье журнала Materials учёные приводят рекомендации по режимам использования этих проводов в авиации. Прикладная часть разработки защищена ноу-хау.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. «Смотрим» – Telegram и Яндекс.Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.

наука
физика
техника
химия
материалы
новости
Россия

Ранее по теме

• Учёные создали алмазы из пластика и выяснили, как часто идут «алмазные дожди»

• Удар метеорита породил удивительный кристалл.

  Теперь его хотят воссоздать в лаборатории

• В России разработали новый материал для космоса и авиации

• Платина осталась жидкой при комнатной температуре благодаря добавке другого металла

• Из шлама и мочи: учёные предложили новый рецепт экоцемента

• Какими новыми разработками порадовали учёные из МИСиС в апреле

Коммутационные контакты WCu | Plansee

Наши вольфрамо-медные композиты (WCu) сочетают в себе превосходную жаропрочность вольфрама с высокой электро- и теплопроводностью меди. Это делает WCu идеальным материалом для дуговых контактов в распределительных устройствах с элегазовой и воздушной изоляцией, а также для использования в генераторных выключателях высокого и среднего напряжения. В центре дугогасительной камеры дуговые контакты WCU подвергаются экстремальным механическим и термическим нагрузкам. Температура во время горения дуги может достигать и даже превышать 20 000 K.

• Отличная стойкость к дуговой эрозии

• Выдающаяся электропроводность

• Высокая прочность

• Способность выдерживать высокие нагрузки

• Очень хорошая электропроводность

• Минимальное тепловое расширение

Типичные характеристики наших материалов на основе WCu:

CG : Coarse grain ; MG : Medium grain ; FG : Fine grain ; VFG : Vacuum fine grain.

Минимальное выгорание с вольфрамом и медью

Правильное соотношение вольфрама и меди повышает стойкость к выгоранию. При содержании вольфрама ок. 80 масс. % достигается минимальная скорость обгорания контактов. В зависимости от используемых напряжения и силы тока, а также с учетом экономических преимуществ мы регулируем содержание вольфрама в диапазоне от 60 до 90 масс. % в зависимости от задания заказчика.

На характер выгорания вольфрамо-медного композита также влияет размер зерна вольфрама — в зависимости от того, используется он в качестве катода (C) или анода (A) в атмосфере SF₆ или в воздушной атмосфере:

Наши материалы WCu имеют очень низкую склонность к растрескиванию благодаря оптимизированной технологии спекания с активацией никелем и в то же время демонстрируют отличную электропроводность.

Электропроводность наших вольфрамо-медных композитов:

Оптимизированный материал с нужной микроструктурой

Чем выше приложенное напряжение и сила тока, тем более устойчивым к выгоранию должен быть материал контактов. Мы улучшаем характеристики выгорания WCu, в частности, путем правильного выбора размера зерна вольфрама.

Готовые к установке системы контактов WCu

Наши готовые к установке системы контактов позволяют сэкономить время на монтажных работах. Наши специалисты посоветуют вам, как установить их в максимально быстро.

Максимальное качество и точное соответствие вашим требованиям

Наши специалисты разрабатывают сгораемый материал специально под ваши требования. Оптимизированные процессы спекания, заливки, обработки, соединения, нанесения покрытий и монтажа обеспечивают стабильно высокое качество при доступной цене.

От идеи до продукта в рекордный срок

Для максимально точного проектирования коммутационного контакта мы включаем в расчет не только свойства материалов WCu, но и термические и механические условия, которым изделие будут подвергаться при эксплуатации.

Наши инженеры способны в кратчайший срок разработать контакты с отличными коммутационными свойствами и длительным сроком службы. Разумеется, для этих работ мы используем самые современные технологии — метод конечных элементов (МКЭ) и САПР. На иллюстрации МКЭ показан пример моделирования механической нагрузки при контакте с розеточным контактом.

Мы изготовим продукцию в соответствии с вашими конкретными требованиями. Благодаря эффективной конструкции коммутационных контактов мы экономим время и вносим свой вклад в повышение производительности и снижение затрат на обслуживание дугогасительной камеры.

Многочисленные компании в области энергетики не одно десятилетие полагаются на наш опыт, а мы, в свою очередь, получили не мало экспертных наград за достижения в отрасли.

Другие продукты для энергетики

Вас интересуют другие контактные материалы? Тогда предлагаем ознакомиться с разделами рубрики «Продукция», где описываются коммутационные контакты из медно-хромовых композитов, а также контакты, применяемые в условиях вакуума:

• Коммутационные контакты CuCr

• Коммутационные контакты WCAg / WCCu / WCu для работы в вакууме

Сверхпрочный и сверхпроводящий

КПП и аксессуары

Сверхпрочный и сверхпроводящий

03. 09.2005 11:29

Просмотров: 3807

Авторы и источники
/
Правообладателям

Новый материал с прочностью стали и проводимостью меди дает отечественному бизнесу возможность получить конкурентные преимущества в электротехнике и машиностроении

Горе электротехников: традиционные материалы, обладающие высокой электропроводностью, такие как медь и алюминий, слишком мягкие. Поэтому, проводя токи большой величины, они не выдерживают «наведенных» этими токами механических нагрузок. Над задачей повысить прочность медных проводников металлофизики всего мира бились давно: создавали сплавы с различными легирующими добавками, вводили в медь мелкодисперсные частицы твердых материалов, даже пытались комбинировать медь с полимерами. Но эти усилия приводили к тому, что медь переставала быть собственно проводником — упрочняющие элементы «убивали» ее электропроводящие свойства. Создать материал, в котором высокая электропроводность уживается с высокой прочностью, удалось специалистам Всероссийского НИИ неорганических материалов имени А. А. Бочвара — крупнейшего научного центра бывшего Минатома, где получено подавляющее большинство всех материалов и сплавов, применяемых в ядерном оружии и атомной энергетике.

Изготовленные из нового композита провода уже активно используют в своих исследованиях ведущие научные центры мира и достигают с их помощью выдающихся результатов. В России же о прорывной разработке своих ученых широкая общественность узнала только в этом году — благодаря Конкурсу русских инноваций, на котором проект Бочваровского института стал победителем в номинации «Лучший инновационный проект» и получил специальную премию от ОАО «Техснабэкспорт». Сразу после этого несколько промышленных компаний проявили интерес к разработке. Можно ожидать, что появление проводов с высокой прочностью и электропроводностью позволит электротехнике совершить качественный скачок в своем развитии, а также откроет принципиально новые возможности для машиностроения, для создания новых конструкционных материалов и для ряда других областей индустрии.

Потомок сверхпроводника

Своим рождением эта разработка обязана академику Валерию Легасову, заместителю директора Института атомной энергии имени Курчатова, погасившему чернобыльский реактор, — именно он подключил Бочваровский институт к решению вечной проблемы упрочнения меди. Было это в середине 80-х, когда Курчатник начал развивать новое направление — импульсные магниты, способные создавать магнитные поля сверхвысокой напряженности (более 60 Тл). Обычные медные проводники для обмоток таких магнитов не годились, поскольку не выдерживали гигантских разрывных сил, порожденных токами большой силы (до 100 000 А), которые нужно было по ним пропускать. Требовалось невозможное — медь, обладающая прочностью стали. И сотрудники Курчатника решили поэкспериментировать: сделали обмотки магнитов из сверхпроводников, предназначенных совершенно для другой области — для токамаков, установок для термоядерного синтеза, где были задействованы сверхнизкие температуры. При этом ученые руководствовались рядом соображений. Сверхпроводник представляет собой медную матрицу, пронизанную десятками тысяч тончайших жилок из сплава ниобия и титана. По этим жилкам при температуре -269°C и течет ток. Физики предположили, что при обычной температуре жилки будут служить упрочняющими элементами. Так команда академика Легасова нащупала путь, который через десять лет вывел другую команду к блестящему результату.

После первого эксперимента курчатовцы обратились к создателям сверхпроводников, в институт имени Бочвара, с просьбой «модернизировать» сверхпроводник под новую задачу. Ученых Бочваровского института задачка зацепила: «Ключевые сотрудники нашей лаборатории являются учениками Андрея Бочвара, металловеда с мировым именем, основателя сильной отечественной научной школы. Поэтому мы чувствовали, что сможем сделать в этой области что-то существенное», — вспоминает Александр Шиков, заместитель гендиректора ВНИИНМ имени Бочвара. Бочваровцы пошли по пути, подсказанному коллегами из Курчатника: позаимствовали конструкцию и технологию изготовления у сверхпроводника.

Проведя тысячи экспериментов, ученые подобрали такое соотношение компонентов композита и такие параметры технологического процесса, что получившийся в результате материал имел поистине прорывные характеристики. Когда первые образцы новых проводников, внешне ничем не отличавшихся от обычных медных, отдали в испытательную лабораторию, чтобы измерить механические свойства, ответ пришел такой: «У нас испытательная машина барахлит: испытываем медь, а она показывает прочность, как будто это сталь». Прочность последних, самых совершенных образцов достигает 1600 МПа, что в пять раз превышает прочность чистой меди, а электропроводность при этом сохраняется на уровне 70-80% электропроводности чистой меди. Все проводники, присутствующие сегодня на рынке, по своим характеристикам намного уступают бочваровским суперпроводам — этот факт официально признала американская Национальная лаборатория высоких магнитных полей, проводившая их сравнительный анализ. И самые прочные провода, которые сегодня умеет делать мировая промышленность (так называемые сложнолегированные бронзы), при прочности 1000 МПа обладают электропроводностью на уровне всего 30% электропроводности чистой меди.

Такой огромный отрыв от традиционных материалов позволяет считать созданный в Бочваровском институте композит материалом нового поколения. До сих пор упрочняющие добавки присутствовали в меди в виде элементов микронных размеров, в бочваровском же композите в медь введены ниобиевые наноструктуры. Это длинные ленточки толщиной менее 10 нм. В проводе сечением 2 х 3 мм таких ленточек 450 миллионов. Переплетаясь между собой в массиве меди, они препятствуют перемещению дефектов в кристаллической решетке, тем самым и обеспечивается прочность. При этом ленточки практически не препятствуют свободному перемещению электронов, а значит, не ухудшают проводящие свойства меди. «В области наноразмеров перестают работать многие классические закономерности, — говорит Виктор Панцырный, заместитель директора отделения технологии перспективных материалов. — Так, при добавлении к чистой меди прочностью триста пятьдесят мегапаскалей двадцатипроцентной доли ниобия прочностью тысяча двести мегапаскалей прочность композита должна была бы составлять шестьсот мегапаскалей, в реальности же мы получили тысячу».

Производство «с колес»

Создавать «прочную медь», взяв за образец конструкцию сверхпроводника, пытались не только в институте имени Бочвара. В конце 80-х — начале 90-х по этому пути пошли и западные фирмы, имевшие наработки по сверхпроводникам, в частности американская компания Supercon и японские Showa и Furukawa Electric. Однако определить то единственное соотношение компонентов композита и параметры технологических процессов, при которых максимально возможная прочность «пересекается» с максимально возможной проводимостью, удалось только российским ученым.

Первая составляющая нашего успеха в том, что советская система организации науки позволяла «прикладникам» вести исследования с присущими фундаментальной науке широтой и глубиной охвата темы. СССР был признанным лидером в области сверхпроводников, разработкой и изготовлением которых занимался как раз Бочваровский институт. Когда возникла потребность в новом материале, бочваровцы применили наработанный по сверхпроводникам солидный задел — знания, опыт и уникальные технологии для решения задачи из другой области, и в итоге снова оказались мировыми лидерами.

Вторая составляющая успеха — опытно-экспериментальная база, которая почти ничем не отличается от реального промышленного производства: вместо лабораторных установок на территории Бочваровского института работают два цеха с мощными прессами, большими плавильными печами и другим промышленным оборудованием. Такая оснащенность — наследство эпохи жесткого соперничества СССР и США в области создания ядерного оружия: тогда разработанные в институте технологии получения новых материалов и сплавов необходимо было передавать на предприятия отрасли в кратчайшие сроки, и наличие у ученых-разработчиков промышленного оборудования позволяло делать это практически «с колес».

Теперь эта близость к промышленности стала преимуществом института, поскольку позволяет существенно удешевить и ускорить продвижение новых разработок на рынок. Так, важнейший плюс новых суперпроводов в том, что доводить технологию их изготовления до промышленной стадии не требуется, ведь технология, созданная учеными, и есть полноценная промышленная, а не лабораторная, «пробирочная». «Я объехал почти сорок стран мира и видел очень мало мест, где, как в нашем институте, есть вся цепочка: от глубоких, почти фундаментальных исследований до разработки технологических процессов промышленного производства готовых продуктов», — подчеркивает Александр Шиков.

Рекорды на русских проводах

В отличие от всех доселе разработанных в Бочваровском институте материалов новые суперпровода нашли себе применение в первую очередь не на родине, а за рубежом. К середине 90-х, когда разработку можно было считать завершенной, в России новые провода уже никому не понадобились. Зато они оказались востребованы в ведущих странах мира. И не просто востребованы: Бочваровский институт стал ключевым участником перспективного направления мирового НТП — создания магнитных полей сверхвысокой напряженности. В таком поле существенно повышается точность и информативность спектрометрических методов изучения структуры различных объектов, что должно позволить человечеству заметно продвинуться в расшифровке структуры генома человека, важнейших ДНК и белков, а также усовершенствовать полупроводниковую технику.

Сегодня магнитные системы с обмотками из российских суперпроводов работают в США, Бельгии, Германии, Великобритании и даже в Польше и Литве. Между этими странами развернулась настоящая гонка. Пока лидируют американцы. «Последнее сообщение мы получили от коллег из американской Национальной лаборатории высоких магнитных полей в начале июля. Им удалось создать магнитное поле напряженностью семьдесят пять тесла, — говорит Александр Шиков. — Сейчас идет подготовка к испытанию магнитной системы на восемьдесят тесла, следующим шагом станет сто тесла. Это будет очень важное достижение».

Реальных конкурентов у бочваровских проводов на сегодняшний день нет. Все аналоги, созданные в других странах, существенно уступают российским. Вот цитата из отчета руководителя одной из зарубежных лабораторий: «Последние образцы проводов из института Бочвара намного превосходят наши требования, тогда как проводники других фирм работать в магнитных системах не способны. Их материалы раскалываются, как стекло. ..» Есть у бочваровских проводов и еще одно достоинство — стоят они в среднем в полтора раза дешевле ближайших аналогов, так что Россия может претендовать на весь научный сегмент мирового рынка таких проводников, который, кстати, скоро достигнет отметки 10 млн долларов.

Шестьдесят долларов за килограмм

В России, где национальной научной программы по магнитным полям сверхвысокой напряженности нет, новая разработка может пойти сразу в реальный сектор — тут бочваровские провода обеспечат качественно новые возможности сразу в нескольких областях. В первую очередь это касается машиностроения. Здесь изготовление индукторов с использованием новых проводов существенно повысит эффективность таких технологий, как магнитоимпульсная штамповка, применяемая для изготовления деталей сложной формы, и магнитоимпульсная сварка, используемая для соединения разнородных материалов, которые нельзя сварить традиционным способом. Индукторы, изготовленные из новых проводов, будут отличаться более высокими КПД, мощностью и экономичностью, а их ресурс вырастет примерно в десять раз. Объем рынка таких устройств оценивается в 100 млн долларов. Одним из первых в машиностроительной отрасли разработкой института заинтересовался ГКНПЦ имени Хруничева, производитель космической техники.

Вторая перспективная область применения новых проводов — портативные устройства электронной и телекоммуникационной техники: мобильные телефоны, ноутбуки и др. Сейчас процесс дальнейшей миниатюризации подобных изделий застопорился как раз из-за того, что разработчикам требуются все более тонкие провода, но они уже не выдерживают механических нагрузок. «Используемые сейчас провода из сложнолегированных бронз при толщине тридцать микрон теряют способность к многократному изгибу, — говорит Виктор Панцырный. — По нашей же технологии можно делать провода толщиной десять микрон, которые в силу своей более высокой прочности выдержат все нагрузки. Они позволят не только уменьшить вес и габариты портативных изделий, но и увеличить срок их службы». Объем этой ниши рынка оценивается в 12-15 млн долларов.

На этом направлении ученые уже сотрудничают с тульской компанией «Сплав» — единственным в России производителем гибких проводов и кабелей. Туляки намерены изучить перспективы применения научных разработок в этом сегменте рынка электротехники. Дальнейшее партнерство между Бочваровским институтом и компанией «Сплав» для ученых будет означать выход их на многомиллионный рынок, для компании — инновационное конкурентное преимущество.

Третье важное направление — создание новых конструкционных материалов. В этой области высокопрочные проводники позволяют «ввести в эксплуатацию» новый метод плавки — магнитоакустический. Таким методом можно получать конструкционные материалы с принципиально новыми свойствами. Например, пенометаллы, использование которых в технике даст значительное снижение веса конструкций. По оценкам разработчиков, объем этой ниши составляет порядка 25-30 млн долларов.

Помимо перечисленных областей, где будут востребованы особые качества новых проводов — их высокая прочность и проводимость, есть еще массовый рынок электропроводов, который таких исключительных характеристик не требует. На массовом рынке новые суперпровода будут вытеснять прежде всего аналоги из сложнолегированных бронз, которые сегодня занимают верхний сегмент. Разработчики уверены, что ценовую конкуренцию в этом сегменте их провода выдержат: ученые готовы создать модификации, обладающие не столь высокими параметрами. Такие провода с пониженными характеристиками будут стоить уже не 400, как сейчас, а 60-100 долларов за килограмм, то есть столько же, столько традиционные провода из лучших марок электротехнических сплавов. При этом качественное превосходство бочваровских разработок над традиционными будет безоговорочным. «При уровне прочности, близком к прочности сложнолегированных бронз, наши провода будут отличаться вдвое большей проводимостью», — утверждает Виктор Панцырный. По мнению Александра Шикова, новые провода могут с успехом использоваться, в частности, для обустройства скоростных железнодорожных магистралей. В целом же объем верхнего ценового сегмента массового рынка оценивается в 100 млн долларов.

Сегодня быструю коммерциализацию разработки тормозят только два обстоятельства. Первое — права на интеллектуальную собственность принадлежат институту, то есть государству, что может создать дополнительные проблемы при привлечении частных инвесторов. Второе — отсутствие в команде профессиональных менеджера и маркетолога, без которых вывести инновационный продукт на рынок ученым будет непросто.

03.10.2022 14:53

Вилки и розетки бытового типа Bals

02.09.2022 09:00

Актуальность применения кабеля ИнСил производства ООО НПП «ИНТЕХ» в нефтеперерабатывающей промышленности

19.05.2022 12:49

Единство кабельного бизнеса. Система контроля КПП на объектах ПАО “Транснефть”

Инновации: Знакомство с медью: информационные бюллетени

Вин Калькатт

Таблица 5 . Физические свойства меди

Свойство	Значение	Единицы	Значение	Единицы
Атомный номер	29
Атомный вес	63,54
Решетчатая структура: гранецентрированная кубическая
Плотность
Стандартное значение МЭК (1913)	8,89	г/см 3	0,321	фунтов/дюйм 3
Типичное значение при 20°C	8,92	г/см 3	0,322	фунтов/дюйм 3
при 1083°C (твердый)	8,32	г/см 3	0,300	фунтов/дюйм 3
в 1083 (жидкость)	7,99	г/см 3	0,288	фунтов/дюйм 3
Температура плавления	1083	°С	1981	°F
Температура кипения	2595	°С	4703	°F
Коэффициент линейного теплового расширения при:
-253°C, -423°F	0,3 х 10 -6	°С	0,17 х 10 -6	°F
-183°C, -297°F	9,5 х 10 -6	°С	5,28 x 10 -6	°F
-191°C до 16°C, -312-61°F	14,1 x 10 -6	°С	7,83 х 10	°F
от 25°C до 100°C, 77-212 °F	16,8 x 10 -6	°С	9,33 x 10 -6	°F
от 20°C до 200°C, 68-392 °F	17,3 х 10-6	°С	9,61 x 10 -6	°F
от 20°C до 300°C, 68-572 °F	17,7 x 10 -6	°С	9,83 x 10 -6	°F
Удельная теплоёмкость (теплоёмкость) по:
-253°C. -425°F	0,013	Дж/г°С	0,0031	БТЕ/фунт°F
-150°C, -238°F	0,282	Дж/г°С	0,0674	БТЕ/фунт°F
-50°C, -58°F	0,361	Дж/г°С	0,0862	БТЕ/фунт°F
20°С, 68°F	0,386	Дж/г°С	0,0921	БТЕ/фунт°F
100°C, 212°F	0,393	Дж/г°С	0,0939	БТЕ/фунт°F
200°С, 392°F	0,403	Дж/г°С	0,0963	БТЕ/фунт°F
Теплопроводность при:
-253°C, -425 °F	12,98	Вт-см/см 2 ·°С	750	БТЕ/фут/фут 2 ч°F
-200°C, -328°F	5,74	Вт-см/см 2 ·°C	330	БТЕ/фут/фут 2 ч°F
-183°C, -297°F	4,73	Вт-см/см 2 ·°C	270	БТЕ/фут/фут 2 ч°F
-100°C, -148°F	4,35	Вт-см/см 2 ·°C	252	БТЕ/фут/фут 2 ч°F
20°C, 68°F	3,94	Вт-см/см 2 ·°C	227	БТЕ/фут/фут 2 ч°F
100°C, 212°F	3,85	Вт-см/см 2 ·°C	223	БТЕ/фут/фут 2 ч°F
200°C, 392°F	3,81	Вт-см/см 2 ·°C	220	БТЕ/фут/фут 2 ч°F
300°C, 572°F	3,77	Вт-см/см 2 ·°C	217	БТЕ/фут/фут 2 ч°F
Электропроводность (объемная) при:
20°C, 68 °F (отожженный)	58,0-58,9	МС/м (мОммм 2 )	100,0-101,5	% МАКО
20°C, 68°F (полностью холодная обработка)	56,3	МС/м (мОм·мм 2 )	97,0	% МАКО
Удельное электрическое сопротивление (объемное) при:
20°C, 68 °F (отожженный)	0,017241-0,0170	Ом·мм 2 /м	10. 371-10.2	Ом (окрмил/фут)
20°C, 68°F (отожженный)	1,7241-1,70	мкОм·см	0,6788-0,669	мкОм-in
20°C, 68°F (полностью холодная обработка)	0,0178	Ом·мм 2 /м	10,7	Ом (окрмил/фут)
20°C, 68°F (полностью холодная обработка)	1,78	мкОм·см	0,700	мкОм-вход
Удельное электрическое сопротивление (масса) при 20 °C, 68 °F (отожженный)
Обязательный максимум	0,15328	Ом·г/м 2	875,4	Ом·фунт/миля 2
Температурный коэффициент электрического сопротивления (a) при 20°C °F: Отожженная медь из 100% IACS (применимо от -100°C до 200°C, от 212°F до 392°F)	0,00393	°С	0,00218	°F
Полностью холоднодеформированная медь с содержанием 97% IACS (применимо от 0°C до 100°C, 68-212°F)	0,00381	°С	0,00238	°F
Модуль упругости (растяжение) при 20°C:, 68 °F
Отожженный	118 000	МПа	17 х 103	КСи
Холодная обработка	118 000–132 000	МПа	17-19 x 10 3	КСи
Модуль жесткости (кручение) при 20°C, 68°F
Отожженный	44 000	МПа	6,4 x 10 3	КСи
Холодная обработка	44 000–49 000	МПа	6,4-7 х 10 3	КСи
Скрытая теплота плавления	205	Дж/г
Электрохимический эквивалент для:
Медь ++	0,329	Мг/Кл
Медь +	0,659	Мг/Кл
Нормальный электродный потенциал (водородный электрод) для:
Cu ++	-0,344	В
Медь +	-0,470	В

Таблица 6 . Физические и механические свойства электрических сортов меди и алюминия (тип 1350) по сравнению с

Свойство	Единицы	Медь (высокая проводимость)	Алюминий (1350)
Электропроводность (отожженная)	%IACS	101	61
Удельное электрическое сопротивление (отожженный)	мкОм-см	1,72	2,83
Теплопроводность при 20°C	Вт/м·К	397	230
Коэффициент расширения	°С °F	17 x 10 -6 9,4 x 10 -6	23 x 10 -6 12,8 x 10 -6
Прочность на растяжение (отожженный)	KSi МПа	29,0-36,2 200-250	7,2-8,7 50-60
Прочность на растяжение (полутвердый)	KSi МПа	37,7-43,5 260-300	12,3-14,5 85-100
предел текучести 0,2 % (отожженный)	KSi МПа	7,25-7,98 50-55	2,9-4,3 20-30
0,2% предел текучести (полутвердый)	KSi МПа	24,6-29,0 170-200	8,7-9,4 60-65
Модуль упругости	KSi МПа	16,8-18,8 116-130	10,1 70
Усталостная прочность (отожженный)	KSi МПа	9,0 62	5,07 35
Усталостная прочность (полутвердый)	KSi МПа	16,9 117	7,25 50
Удельная теплоемкость	БТЕ/фунт 0 F Дж/кг·К	0,092 385	0,215 900
Плотность	г/см 3 фунт/дюйм 3	8,91 0,322	2,70 0,0975
Точка плавления	°С °F	1083 1981	660 1220
Примечание : Указанные значения являются типичными для электролитической меди с высокой проводимостью (ETP). Значения для других марок могут отличаться от указанных (см. «Медь с высокой проводимостью — Технические данные». Полный и доступный для поиска список физических и механических свойств кованой и литой меди и медных сплавов можно найти в разделе «Свойства кованой и литой меди»). Поиск сплавов)

• Введение в медь: применение
• Знакомство с медью: типы меди
• Введение в медь: добыча и добыча
• Знакомство с медью: информационные бюллетени
• Phelps Dodge Morenci перевела все производство меди на добычу для выщелачивания
• Как гидрометаллургия и процесс SX/EW сделали медь «зеленым» металлом
• Введение в медь: горячие ссылки и дополнительная литература

2007 г.
|
2006 г.
|
2005 г.
|
2004 г.
|
2003 г.
|
2002 г.
|
2001 г.
|
2000 г.
|
1999
|
1998 г.
|
1997

Электропроводность – Элементы и другие материалы

• Проводники представляют собой материалы со слабо присоединенными валентными электронами – электроны могут свободно дрейфовать между атомами
• Изоляторы имеют структуры, в которых электроны связаны с атомами ионными или ковалентными связями – ток почти отсутствует может течь
• Полупроводники представляют собой изоляционные материалы, связи в которых могут быть разорваны под действием приложенного напряжения – электроны могут высвобождаться и перемещаться из одного освободившегося валентного центра в другой.

Электропроводность

Электропроводность или удельная проводимость — это мера способности материала проводить электрический ток. Проводимость обратна (обратна) удельному электрическому сопротивлению.

Электропроводность определяется как отношение плотности тока к напряженности электрического поля и может быть выражено как

  σ = J / E                         1024 σ = электропроводность (1/Ом·м, 1/ Ом м, Сименс/м, См/м, мОм/м)

Дж = плотность тока (амперы/м ² )

E = напряженность электрического поля (вольт/м)

Один сименс — S — равен обратной величине один ом и также упоминается как один мхо 910.

Электропроводность некоторых обычных материалов

110

Материал	.	Beryllium	31.3 10 6
Cadmium	13. 8 10 6
Calcium	29.8 10 6
Chromium	7.74 10 6
Cobalt	17.2 10 6
Copper	59.6 10 6
Copper — annealed	58.0 10 6
Gallium	6.78 10 6
Gold	45.2 10 6
Iridium	19.7 10 6
Iron	9.93 10 6
Indium	11.6 10 6
Lithium	10.8 10 6
Magnesium	22.6 10 6
Molybdenum	18.7 10 6
Никель	14,3 10 6
Niobium	6,93 10 6
ОСМИМ
. 0025 10.9 10 6
Palladium	9.5 10 6
Platinum	9.66 10 6
Potassium	13.9 10 6
Rhenium	5.42 10 6
Rhodium	21.1 10 6
Rubidium	7,79 10 6
ROUTHEN
.0026	13.7 10 6
Silver	63 10 6
Sodium	21 10 6
Strontium	7.62 10 6
Tantalum	7.61 10 6
Technetium	6.7 10 6
Thallium	6.17 10 6
5 6.17 10 6
. 0026	6.53 10 6
Tin	9.17 10 6
Tungsten	18.9 10 6
Zinc	16.6 10 6
Seawater	4,5 — 5,5
Вода — питье	0,0005 — 0,05
Вода — Деионизирована	5,5 10 -6

9003

9003

9003

9003

1016 Electrical Conductivity of Elements relative to Silver

Element	Electrical Conductivity relative to Silver
Silver	100.0
Copper	94.6
Gold	71.7
Алюминий	59,8
Бериллий	49,7
Кальций	47,3
Magnesium	35. 9
Rhodium	33.5
Sodium	33.0
Barium	30.6
Tungsten	30.0
Molybdenum	29.7
Кобальт	27,3
Цинк	26,3
Никель	22,6
Cadmium	21.9
Ruthenium	21.7
Cesium	20.0
Indium	18.4
Osmium	17.3
Lithium	17.1
Уран	16,5
Марганец	15,8
Железо	15,8
0025 Platinum	15.3
Palladium	15.1
Tin	14.6
Titanium	13. 7
Iridium	13.5
Rubidium	12.4
Chromium	12,3
Тантал	12,1
Сталь	12,0
9.8
Lead	8.4
Columbium	5.1
Vanadium	5.0
Arsenic	4.9
Antimony	3.6
Mercury	1,8
Висмут	1,4
Теллур	0,0

Электропроводность высокоочищенной воды

Удельное электрическое сопротивление

Электропроводность является обратной (обратной) величиной удельного электрического сопротивления. Electrical resistivity can be expressed as

ρ = 1 /  σ                   (2)

where 

ρ  = electrical resistivity (ohm m ² /m, ohm m)

Сопротивление проводника

Сопротивление проводника можно выразить как

r = ρ l / a (3)

, где

R = сопротивление (Ом, ω)

L = длина проводника (M)

A = поперечное сечение зона

Пример — сопротивление провода

0003

R = (1,724 x 10 ^-8 OHM M ² /M) (1000 м) /( 5,26 мм ² ) (10 ^-6 M ² /MM ^{2 2 2 2} M ² /MM ^{2 2 2 2} M ² /MM ^{2 2 2} M ² /MM ^{2 2} M ² /MM ² ))

= 3,2 Ом

Устойчивость к устойчивости и проводимости

.0026

зерна/Галлона AS CACO 3	PPM ASA 3	PPM ASCO CACO 3	PPM . ASO CACO 3	PPM ASCO 3	PPM . мкмо/см	Удельное сопротивление MΩ/cm
99.3	1700	2000	3860	0.00026
74.5	1275	1500	2930	0.00034
49.6	850	1000	1990	0,00050
24,8	425	500	1020	0,00099
9003	0,00099
9003 9009
9003 9009
9003
9003
0,0009	170	200	415	0.0024
7.45	127	150	315	0.0032
4. 96	85.0	100	210	0.0048
2,48	42,5	50	105	0,0095
0,992	17,0	20	42,7	0,02333333999	42,7	0,0233333339		42,7	0,02333333999
0.742	12.7	15	32.1	0.031
0.496	8.50	10	21.4	0.047
0.248	4.25	5.0	10.8	0.093
0.099	1.70	2.0	4.35	0.23
0.074	1.27	1.5	3.28	0.30
0.048	0.85	1.00	2.21	0.45
0. 025	0.42	0.50	1.13	0.88
0.0099	0.17	0.20	0.49	2.05
0.0076	0.13	0.15	0.38	2.65
0.0050	0.085	0.10	0.27	3.70
0.0025	0.042	0.05	0.16	6.15
0.00099	0.017	0.02	0.098	10.2
0,00070	0,012	0,015	0,087	11,5
0,00047	0,008	0,010		0,008	0,010	0026	0.076	13.1
0.00023	0.004	0.005	0.066	15.2
0.00012	0. 002	0.002	0.059	16.9

• grains/gal = 17,1 ppm CaCO ₃

Электропроводность водных растворов

Электропроводность водных растворов, подобных

• NaOH ₄ — Caustic soda
• NH ₄ Cl — Ammonium chloride, Sal ammoniac
• NaCl ₂ — Common salt
• NaNO ₃ — Sodium nitrate, Chilean saltpetre
• CaCl ₂ — Calcium chloride
• ZnCl ₂ — Zinc chloride
• NaHCO ₃ — Sodium bicarconate, baking soda
• Na ₂ CO ₃ — Sodium carbonate, soda ash
• CuSO ₄ — Copper sulfate, blue vitriol

Какова проводимость меди?

Обновлено 08 декабря 2018 г.

Автор J. Dianne Dotson

Металлическая медь лучше всего знакома вам по старым пенни, которые сделаны из меди и других металлов. Но медь играет важную роль во всем мире благодаря своим уникальным свойствам. Одним из таких свойств является его проводимость или способность проводить электричество. Высокая проводимость меди делает ее идеальной для электрических целей.

TL;DR (слишком длинный; не читал)

Медь — недрагоценный металл красно-золотистого цвета с высокой электропроводностью. На самом деле проводимость меди настолько высока, что она считается эталоном, по которому сравнивают другие неблагородные металлы и сплавы. На проводимость меди влияет добавление других металлов для изготовления сплавов.

Свойства меди

Медь представляет собой привлекательный металл красно-золотистого цвета. Он назван медью в честь древнеанглийского слова «coper», которое произошло от «Cyprium aes», латинского слова, обозначающего металл с Кипра. Атомный символ меди — «Cu», а ее атомный номер — 29.. Медь была первым металлом, который когда-либо обрабатывали люди. В конце концов, люди обнаружили, что если соединить медь с металлическим оловом, то можно получить новый вид металла под названием бронза. Это положило начало тому, что мы называем бронзовым веком, в котором цивилизация совершила скачок вперед с помощью металлической меди. Бронза использовалась в валюте и инструментах, которые помогли изменить общество.

Медь часто встречается вместе с серой. Важные источники меди включают халькопирит и борнит. Медь извлекают из добытой сульфидной руды плавлением, а затем очищают электролизом.

Полезным свойством меди является ее пластичность или способность растягиваться. Медь можно тянуть и скручивать, но она не сломается. Это делает его идеальным для использования в качестве проволоки. Медь является податливым металлом, а это означает, что ей можно легко придавать форму и манипулировать ею. Поэтому он несколько мягкий. Еще одним свойством меди является ее отличная способность проводить тепло. Медь не подвержена коррозии, как некоторые другие металлы, а также не окисляется и не ржавеет, как железо. Медь на самом деле устойчива ко многим органическим соединениям, и, пожалуй, самым ценным ее свойством является высокая проводимость.

Медь — отличный металл для механической обработки и соединения, так как ее легко формовать и паять. Кроме того, отличным и ценным свойством меди является ее способность к переработке. Неважно, находится ли источник меди в шахте или из вторичного сырья. Его многие полезные свойства сохраняются независимо от его источника.

Сплавы представляют собой смеси металлов, такие как смесь меди и олова для получения бронзы, которая является более твердым металлом, чем медь. Металлические сплавы обладают некоторыми из тех же свойств, что и исходные металлы, но их поведение также может сильно отличаться. Например, смеси сплавов могут влиять на электропроводность металлов. Сочетание различных металлов с медью приводит к уникальным свойствам каждого сплава. Когда медь соединяется с серебром, полученный сплав обладает многими свойствами чистой меди. Но если медь соединить с фосфором, то полученный сплав ведет себя совсем иначе.

Различные медные сплавы используются по-разному. Довольно часто сплавы изготавливают либо для упрочнения меди, либо для повышения ее электропроводных качеств.

Проводимость меди

Проводимость металлов относится к способности металлов проводить электричество. Проводимость может измениться при добавлении других металлов, например, при изготовлении сплавов. Металл с наибольшей проводимостью – драгоценный металл серебро. Стоимость серебра делает его экономически нецелесообразным для широкомасштабного использования в электротехнике. Среди неблагородных металлов проводимость меди или Cu самая высокая. Это означает, что медь может проводить больший электрический ток, чем другие недрагоценные металлы. На самом деле проводимость других неблагородных металлов сравнивают с медью, потому что медь стала высшим стандартом.

Стандарт электропроводности называется Международным стандартом на отожженную медь или IACS. Процент IACS вещества относится к его электропроводности, а процент IACS чистой меди считается 100%. Напротив, проводимость алюминия составляет 61 процент IACS. На проводимость Cu влияет добавление различных металлов для образования сплавов. Медные сплавы с содержанием меди более 99,3% называются «медью». Некоторые сплавы содержат очень высокий процент меди, и они называются «сплавами с высоким содержанием меди». В то время как процентное содержание меди влияет на проводимость Cu, наиболее сильно на нее влияет то, с какими материалами она сочетается. Компромисс обычно происходит, когда медные сплавы делают более прочными. Как правило, эти сплавы имеют более низкую проводимость.

Cu-ETP (Electronic Touch Pitch) имеет 100% IACS и является обозначением типа меди, используемой в проводах, кабелях и шинах. Литая медь, или Cu-C, на 98 процентов состоит из IACS, поэтому она также обладает высокой проводимостью. Когда для получения сплавов с медью добавляют олово, магний, хром, железо или цирконий, прочность металла повышается, но его проводимость падает. Например, медь-олово или CuSnO. 15 имеет проводимость Cu до 64 процентов по шкале IACS. В зависимости от функции сплава проводимость меди может значительно снизиться. Все еще существуют сплавы, которые сочетают в себе хорошую обрабатываемость и высокую проводимость. Примеры его включают медно-теллуровые (CuTep) и медно-серные (CuSP) сплавы. Их электропроводность колеблется от 64 до 98 процентов МАКО. Эти сплавы оказались весьма полезными для крепления полупроводников и наконечников для контактной сварки. Иногда материалы на основе меди требуют высокой твердости и прочности при умеренной проводимости Cu; примером является смесь меди, никеля и кремния, которая дает проводимость Cu от 45 до 60 процентов IACS. На конце шкалы с низкой электропроводностью латуни представляют собой медные сплавы, которые отлично подходят для литья. Их процент IACS колеблется около 20. Одним из примеров этих сплавов с низкой медной проводимостью является медно-цинковый. Иногда сбалансированный сплав обеспечивает проводимость Cu от низкой до умеренной, что полезно для электрических нужд. В эту категорию попадают медно-цинковые латуни, и их проводимость колеблется от 28 до 56 процентов IACS. Невероятная универсальность меди и ее способность образовывать полезные сплавы с таким количеством различных металлов.

Поскольку проводимость меди очень высока, ее способность передавать тепло также довольно высока. Изготовление медных сплавов с высокой электропроводностью требует изготовления сплавов, устойчивых к перегреву при пропускании через них электрического тока. Это имеет решающее значение для передачи энергии, так как более высокая температура влияет на сопротивление.

Использование меди

Медь используется по-разному, как в физическом, так и в биологическом отношении. Он также используется в сельском хозяйстве в качестве яда. Растворы меди обычно используются как часть химических тестов. В организме медь играет роль эссенциального элемента, необходимого для передачи энергии в клетках. Некоторые ракообразные даже используют медь вместо железа в качестве основного переносчика кислорода.

Медь, конечно же, используется для изготовления монет; старые пенни являются одним из примеров. На самом деле, большинство монет содержат хотя бы немного меди.

Медь в основном используется для передачи и доставки электроэнергии ко всем повседневным вещам, которыми вы пользуетесь. Медь широко используется в электропроводке, строительстве, машиностроении, телекоммуникациях, передаче электроэнергии, транспорте и других промышленных целях. Его можно использовать для кабелей, трансформаторов и соединительных деталей. Медь также используется в компьютерах и микросхемах.

По мере роста рынка экологически чистой энергии растет и спрос на медь. Медь чрезвычайно полезна во многих областях, а также может быть переработана снова и снова. Поэтому он является ключевым компонентом систем возобновляемой энергии. Фактически, солнечная, ветровая и электротранспортная промышленность полагаются на медь для подключения к энергосистеме. Электромобилям требуется гораздо больше меди, чем автомобилям, работающим на газу.