Giáo trình vật liệu điện pptx

1




Trong bất kì ngành sản xuất nào, nguyên vật liệu cũng giữ vai trò
quan trọng.
Điện môi hay vật liệu cách điện được hiểu là vật liệu mà trong đó có
thể tồn tại lâu dài trường tónh điện. Các vật liệu này có điện trở rất lớn.
Dòng điện đi qua chúng dưới tác dụng của điện áp một chiều có tính chất
khác hẳn so với dây dẫn.
Không thể có một mạch điện nào dù đơn giản nhất cũng không thể
thực hiện được nếu không có dây dẫn và chất cách điện. Công dụng của
chất cách điện là không cho dòng điện đi qua những con đường mà sơ đồ
điện không cho phép.
Một vài chục năm trước đây về việc lựa chọn vật liệu cách điện cho
thiết bò rất đơn giản. Thông thường vật liệu cách điện được sử dụng là vật
liệu thiên nhiên: gỗ, giấy, dầu thực vật, cao su thiên nhiên, nhựa thiên nhiên
v.v…
Những năm gần đây yêu cầu của vật liệu điện- điện tử ngày càng
khắt khe hơn. Việc tăng điện áp làm việc cho máy móc thiết bò, tăng công
suất,…làm cho kích thước của cách điện tăng theo, đồng thời tăng công suất
trên đơn vò thể tích. Điều này rất quan trọng cho các thiết bò chuyển động.
Trong trường hợp khác lại tăng nhiệt độ làm việc của cách điện. Ngoài ra
trong kỹ thuật điện tử ở tần số cao cần chính xác và ổn đònh theo tần số của
vật liệu cách điện. Rất nhiều trường hợp khác thiết bò điện lại hoạt động ở
nhiệt độ rất thấp hoặc nhiệt độ làm việc của thiết bò thay đổi đột ngột, lực
tác động cơ học cao, áp suất lớn hay có nhiều tia bức xạ cao,…Những tác
động gây ra làm xấu tính cách điện của thiết bò và đẩy chúng vào điều kiện
hoạt động khó khăn hơn dẫn đến việc tìm kiếm, chế tạo các vật liệu có tính

chất tốt hơn, điều này đòi hỏi công nghệ chế tạo các vật liệu có tính chất tốt
hơn, điều này đòi hỏi công nghệ chế tạo vật liệu mới. Theo các công trình
nghiên cứu các vật liệu cách điện có tính chất tốt nhất là các vật liệu tổng
hợp nhân tạo-vật liệu polyme cao phân tử. Ngoài ra còn sử dụng một số vật
liệu vô cơ như thủy tinh, gốm sứ,…
Để chế tạo vật liệu điện trong số đó có bán dẫn và điện môi, trong
thời gian hiện nay sử dụng nhiều phương pháp khác nhau hoặc điều chế hóa
học hay gia công nhiệt, điện phân,…đã tạo ra những vật liệu mới có cấu trúc
rất đa dạng và có những tính chất cực kỳ q báu.
Để có thể hiểu biết cặn kẽ hơn về tính chất của vật liệu, đầu tiên
chúng ta phải nghiên cứu hiện tượng vật lý trong điện môi dưới tác dụng của
điện trường cùng các tham số khác của điện môi. Ngoài tính chất điện của
vật liệu cần hiểu biết về tính chất cơ học, tính chất hóa lý, tính chòu nhiệt,

2

tính hút ẩm và tính bền vững của vật liệu với dung dòch hóa học và các tia
bức xạ,…
Nghiên cứu tính chất của vật liệu và cấu tạo hóa học của vật liệu là
cơ sở để chế tạo những vật liệu mới có tính chất cách điện hoặc dẫn điện tốt
hơn.

3


CHƯƠNG 1

NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN
1.1.Kim loại :
- Đến nay , người ta đã biết được trên một trăm nguyên tố hóa học, tất cả

đều chia làm hai lọai : Kim loại và không kim lọai, trong đó kim lọai chiếm tới
79 nguyên tố. Kim lọai chứa nhiều nhất trong qủa đất là nhôm (7%), sau đó là
sắt (5%).
1.2. Cấu tạo của kim loại và hợp kim .
1. Cấu tạo nguyên tử của kim loại .
- Kim loại có các tính chất khác nhau là do tổ chức bên trong của chúng
khác nhau .
- Mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp bao gồm : hạt nhân mang điện
dng ở giữa và các điện tử mang điện âm quay xung quanh hạt nhân đó . Hạt
nhân bao gồm : prôtôn và nơtrôn.
- Các điện tử quay xung quanh hạt nhân với vận tốc rất lớn và theo quỹ
đạo hình Elip, số điện tử ở qũy đạo này có số lượng khác nhau từ 0 đến 8 điện
tử.




4

- Đối với kim loại, ở qũy đạo ngoài cùng thường có 1÷2 điện tử , các điện tử
này dễ bò đi khỏi quỹ đạo để cho nguyên tử trở thành ion dương, và đó chính là
chỗ khác nhau chủ yếu giữa kim loại và chất phi lim loại .
- Như vậy , kim loại có cấu tạo như là các ion dương , có các điện tử tự do
chạy xung quanh và các điện tử này dễ bật ra khỏi quỹ đạo của nó.
- Các điện tử tự do này là nguyên nhân tạo nên tính chất dẫn điện và dẫn
nhiệt cũng như tính dẽo dai của kim loại .
2. Cấu tạo tinh thể của kim loại .
- Kim loại ở trạng thái rắn có cấu tạo bên trong theo mạng tinh thể , tức là
các nguyên tử của nó sắp xếp trong không gian theo một vò trí hình học nhất
đònh chứ không hỗn độn như các vật phi kim loại khác . Phần nhỏ nhất và đặc

trưng cho một loại mạng tinh thể được gọi là ô cơ bản.
- VD: Mạng tinh thể lập phương đơn giản là gồm vô số những ô lập phương
cơ bản ( ô cơ bản) Liên tiếp nhau mà hợp thành .
- Các kiểu mạng tinh thể thường giặp của kim loại là : lập phương thể tâm
, lập phương diện tâm và lục phương dày đặc .


a. Lập Phương Thể Tâm :
- Trong ô cơ bản của kiểu mạng này có các nguyên tử nằm ở các nút ( đỉnh)
của hình lập phương và ở giữa mỗi hình lập phươnh có một nguyên tử. khoảng
cách A giữa tâm nguyên tử kề nhau của ô cơ bản mạng tinh thể được gọi là
thông số mạng , độ lớn đo bằng A
o
(đọc là ng trôn , một đơn vò A dài bằng
0.00000001cm . Các kim loại có kiểu mạng tinh thể này là; sắt , crôm ,
vonfram môlipđen , vani …
b. Lập Phương Diện Tâm:

5

- Trong ô cơ bản của kiểu mạng này , các nguyên tử nằm ở các nút (đỉnh)
của hình lập phương và nằm ở trung tâm các mặt của hình lập phương. Các
kiểu kim loại này là sắt γ , đồng , niken , côban β , chì , bạc vàng …
c. Lục phương dày đặc :
- Trong ô cơ bản của kiểu mạng này gồm các nguyên tử nằm ở các nút
(đỉnh) của hình lục lăng , hai nguyên tử nằm ở trung tâm hai mặt đáy , và ba
nguyên tử nằm ở trung tâm của ba khối lăng trụ tam giác cách nhau . Các kim
loại có mạng này gồm có kẽm , côban α , magie , catđimi

3.Cấu tạo của hợp kim .
- Hợp kim là sản phẩm của sự nấu chảy 2 hay nhiều nguyên tố mà nguyên
tố chủ yếu là kim loại và hợp kim có tính chất của kim loại . Hợp kim được chế
tạo chủ yếu bằng cách nấu chảy, ngoài ra cũng có thể bằng các phương pháp
khác như: điện phân , thiêu kết …
1.3. Tính chất chung của kim loại và hợp kim .
- Các tính chất của vật liệu có thể chia thành: tính chất vật lý, tính chất hóa
học , tính chật cơ học và tính chất công nghệ .
1. Tính chất lý học .

6

- Vẽ sáng mặt ngoài, mật độ tính chảy loãng ,tính giãn dài khi đốt nóng ,
tính dẫn nhiệt , nhiệt dung độ dẫn điện, độ thấm từ .
-Vẻ sáng của kim loại : theo vẻ sáng bề ngoài của kim loại có thể chia thành
kim loại đen và kim loại màu . Kim loại đen là gồm các hợp kim của sắt tức là
gang và thép, còn kim loại máu là tất cả các kim loại và hợp kim còn lại .
- Tính nóng chảy: kim loại có tính chảy loãng khi đốt nóng và đông đặc lại
khi làm nguội . nhiệt độ ứng với kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hoàn
toàn gọi là điểm nóng chảy .

- Tính dẫn nhiệt : là tính chất truyền nhiệt của kim loại khi bò đốt nóng hoặc
làm lạnh.
Các vật có tính dẫn nhiệt kém , muốn đốt nóng hoàn toàn phải mất nhiều thời
gian , và nếu làm nguội quá nhanh có thể gây nên nứt , vỡ .
- Tính giản nở nhiệt : khi đốt nóng , các kim loại giản nở ra và khi nguội
lạnh nó co lại.
- Tính nhiễm từ : chỉ có một số kim loại có tính nhiễm từ. Sắt và hầu hết
các hợp kim của sắt đều có tính nhiễm từ. Niken và Côban cũng có tính nhiễm
từ.
2. tính chất hoá học: Tính chất hóa học của kim loại và hợp kim biểu thò ở hai
dạng chủ yếu:
- Tính chống ăn mòn: là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi
nước hay ôxy của không khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao.
- Tính chòu axit là khả năng chống lại môi trường của axit.
3. Tính chất cơ học:
- Là khả năng chống lại tác dụng của lực bên ngoài bao gồm: độ đàn hồi,
độ bền, độ dẻo, độ cứng , độ dai, va chạm, độ chiụ mõi…
4.Tính chất công nghệ:
- Tính công nghệ của kim loại: là khả năng của kim loại thực hiện được các
phương pháp công nghệ để sản xuất các sản phẩm. Tính công nghệ bao gồm:
tính cắt gọt, tính hàn, tính rèn, tính đúc, tính nhiệt luyện.
- Tính nhiệt luyện: là khăû năng làm thay đổi độ cứng, độ bền, độ dẻo… của
kim loại.
- Sau khi nhiệt luyện, mức độ thay đổi của kim loại cũng khác nhau, có kim
loại hầu như không thay đổi, hoặc thay đổi rất ít, nhưng cũng có kim loại lại
thay đổi rất nhiều sau nhiệt luyện.

1.4. Một Số Phương Pháp Thử Kim Loại Và Hợp Kim:
1. Thử Kéo:
- Thử kéo là quá trình thử quan trọng để xác đònh cơ tính của kim loại . Khi

thử kéo , ta có thể xác đònh độ bền , độ đàn hồi và độ dẻo của kim loại .
a. Độ Bền:
- Là khả năng của kim loại chống lại tác dụng của lực bên ngoài mà không
bò phá hỏng . Dạng phá hỏng của kim loại khi thử kéo là bò đứt .

7

b. Độ Đàn Hồi :
- Là khả năng của kim loại có thể thay đổi hình dạng dưới tác dụng của lực
bên ngoài , rồi trở lại như cũ khi bỏ lực tác dụng.
a. Độ Dẽo:( δ
δδ
δ
s
)
- Là khẳ năng biến dạng của kim loại dưới lực tác dụng bên ngoài mà
không bò phá hỏng, đồng thời vẫn giữ được biến dạng đó khi bỏ lực ra .
δ
s
=
0
0
0
01
100
L
L
L
×
−

Trong đó: L
0
là chiều dài tính toán ban đầu
L
1
chiều dài tính toán sau của mẫu thử
2.Thử Độ Cứng (độ rắn) .
-Có nhiều phương pháp thử độ cứng , nhưng nói chung các phương pháp đều
dựa trên nguyên tắc ấn vào bề mặt kim loại cần thử một vật cứng hơn và sau
đó đo kích thước của vết lõm . Tùy theo kích thước của vết lõm mà ta xác đònh
được độ cứng của kim loại .
• Thử độ cứng theo phương pháp Brinell .
-Dùng một viên bi cầu bằng thép đã tôi cứng có đường kính 2,5; 5; hoặc
10mm , ấn vào bề mặt vật cần thử với một lực nhất đònh P. Tỉ số giữa lực P và
diện tích của vết lõm F gọi là độ cứng Brinell của vật . Ký hiệu là : HB
HB =
F
p
kG/mm
2
Trong đó : P là lực đặt vào viên bi
F là diện tích của mặt lõm có hình chõm cầu.
Lực P phụ thuộc vào đường kính viên bi và loại vật liệu mà ta cần thử . F là
diện tích của chõm cầu , tính theo công thức :

HB =
(
)
)(

2
2
22
mm
KG
dDDD
P
−−
π

Trong đó : D là đường kính viên bi ,(mm)
h là chiều sâu của vết lõm ,(mm)
d là đường kính của vết lõm ,(mm)

1.5 Một số đònh nghóa hay gặp trong vật liệu kỹ thuật điện.
1. Nhiệt lượng và nhiệt độ nóng chảy .
- Nhiệt độ nóng chảy (điểm nóng chảy ) bình thường là giá trò nhiệt độ , tính
bằng
0
C, mà ở đây vật liệu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng trong
điều kiện áp suất bình thường.
- Nhiệt lượng nóng chảy tiềm tàng riêng là nhiệt lượng nhận được của một
đơn vò khối lượng trong vật thể chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng khi
nhiệt độ áp suất không đổi .
Đơn vò : J/kg hay Kcal/kg .

8

2. Nhiệt lượng riêng .
- Nhiệt lượng riêng của một vật thể là số lượng cần thiết cho một đơn vò

khối lượng của vật thể đó để nâng nhiệt độ lên một độ Celcius .
Đơn vò : J/kg.grd hay kcal/kg.grd .


2. Tính rèn nguội :
- Là tính chất của vật liệu có được do gia công cơ khí , dẫn đến
làm tăng sức bền, cứng hơn nhưng nhưng dòn hơn và dễ vỡ.
4. Tính Già Hóa:
- Là sự thay đổi theo thời gian của tính chất kim lọai hay hợp kim. Ở
nhiệt độ môi trường xung quanh, thông thường sau một thời gian kéo dài nó sẽ
tạo nên sự già hóa ( tính già hóa tự nhiên) ; Còn khi nhiệt độ tăng lên thì tính
già hóa nhanh hơn ( tính già hóa nhân tạo).
- Tính già hóa cơ khí ( tính già hóa khi rèn nguội) : Là sự biến đổi tính
chất cơ đặc biệt của một số kim lọai do rèn nguội.
5. Tính Rão:
- Là tính chất của kim lọai đối với sự biến dạng chậm và liên tục theo
thời gian , dưới tác động của lực không đổi chưa đạt đến giới hạn đàn hồi. Tính
chất này được biến đổi theo nhiệt độ.
6. Sức Bền Đứt (Ứng suất đứt khi kéo):
- Là sức bền tơng ứng với giá trò lớn nhất của lực (P
max
) tạo nên sự
kéo đứt của mẫu vật liệu có tiết diện A
0
.
0
max
A
P
rt

=
δ
= kg/mm
2

7. Tính Dễ Dát:
- Là tính chất riêng của kim lọai và hợp kim đối với sự biến dạng mà
không bò nứt nẻ khi có lực bên ngòai tác động.Sự biến dạng này được thực hiện
qua công nghệ rèn, dát mỏng.v.v…
8. Tính Vuốt Giãn:
- Là tính chất của vật liệu có thể gia công được thành sợi. Yêu cầu vật
liệu phải có cấu trúc dính chắc và dễ dát.

9

CHƯƠNG 2
VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN
2.1. Đònh Nghóa:
- Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trang thái bình thường có các điện
tích tự do. Nếu đặt những vật này vào trong một trường điện, các điện tích sẽ
chuyễn động theo hướng nhất đònh của điện trường và tạo thành dòng điện.
- Vật dẫn điện có thể là chất rắn, chất lỏng và trong một số điều kiện
phù hợp có thể là chất khí.
2.2 Phân loại:
1. Vật liệu với tính dẫn điện tử hay còn gọi vật dẫn loại 1 (vật dẫn kim
loại): Là vật chất mà sự hoạt động của các điện tích không làm biến
đổi thực thể đã làm nên vật thể đó. Bao gồm những kim loại ở trạng
thái rắn hay lỏng, hợp kim và một số chất không phải là kim loại.
2. Vật liệu với tính dẫn ion hay còn gọi là vật dẫn loại 2 (vật dẫn điện
phân) Là vật chất mà dòng điện đi qua sẽ tạo nên sự biến đổi hóa

học. Đó là các dung dòch Axít, kiềm và muối.
2.3. Các đặc tính của vật liệu dẫn điện:
1. Điện Trở R:
- Là quan hệ giữa hiệu điện thế không đổi đặt ở hai đầu của dây dẫn và
cường độ dòng điện 1 chiều tạo nên trong dây dẫn đó.
Điện trở của dây dẫn được tính theo công thức:

R = ρ
S
L

Trong đó R là điện trở : Ω
ρ là điện trở suất : Ω.mm
2
/ m
L là chiều dài dây dẫn: m
S là tiết diện của ây dẫn: mm
2

Điện dẫn G của một dây dẫn là đại lượng nghòch đảo của điện trở:
G =
R
1

Điện dẫn được tính với đơn vò Ω
-1
=
Ω
1

2. Điện trở suất ρ:
- Là điện trở của dây dẫn có chiều dài là một đơn vò chiều dài và tiết diện
là một đơn vò diện tích.
- Trên thực tế, điện trở suất của dây dẫn được tính theo Ω .mm
2
/m và
trong một số trường hợp được tính bằng Ω.cm . Trong hệ CGS điện, điện trở
suất được tính bằng Ωcm; còn ở hệ MKSA, tính bằng Ω .m

- Những đơn vò nêu trên, chúng được liên hệ qua biểu thức sau đây:
1Ω.cm = 10
4
Ω.mm
2
/ m = 10
6
µΩ.cm = 10
-2
Ω.m

10

- Điện dẫn suất γ
γγ
γ: là đại lượng nghòch đảo của điện trở suất.
γ =
ρ
1

- Điện dẫn suất ρ được tính theo:m/ Ω.mm

2
, Ω
-1
cm
-1
,Ω
-1
m
-1
.
a Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ(α
αα
α)
- Điện trở suất của kim loại và của rất nhiều hợp kim tăng theo nhiệt độ,
điện trở suất của Cacbon và của dung dòch điện phân giảm theo nhiệt độ.
- Thông thường, điệ trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ theo quy luật
sau:
ρ
t
= ρ
o
(1+ αt + βt
2
+ γt
3
+…)
- Ở nhiệt độ sử dụng t
2
điện trở suất sẽ được tính toán suất phát từ nhiệt độ
t

1
theo công thức:
ρt
2
= ρt
1
[1+α(t
2
- t
1
)]
- Trong đó, α là số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ đối với vật liệu
tương ứng và ứng với những khoảng nhiệt độ được nghiên cứu.
- Hệ số α gần như giống nhau đối với các kim loại tinh khiết và có trò số
gần đúng bằng
4.10
-3
1/
o
C.
- Đối với khoảng chênh lệch nhiệt độ (t
2
- t
1
), thì hệ số α trung bình sẽ là
α =
)tt(t
t

-

t
211
12
−
ρ
ρ
ρ

Giá trò α
αα
α và ρ
ρρ
ρ theo nhiệt độ đối với những kim loại dùng trong kỹ thuật điện
được tình bày ở bảng sau:
Kim
Loại

Điện trở suất
ρ ở 20
0
C
Ω.mm
2
/ m

Hệ số thay đổi
của điện trở
suất theo nhiệt

độ
Kim
loại
Điện trở suất
ρ ở 20
0
C
Ω.mm
2
/ m
Hệ số thay
đổi của điện
trở suất theo
nhiệt độ
Bạc 0.0160 –
0.0165
0.0034 –
0.00492
Kẽm 0.0535 –
0.0630
0.0035 –
0.00419
Đồn
g
0.0168 –
0.0182
0.00392 –
0.00445
Niken 0.06141 –
0.138

0.0044 –
0.00692
Vàn
g
0.0220 –
0.0240
0.00350 –
0.00398
Thép 0.0918 –
101500
0.0045 –
0.00657
Al 0.0262 –
0.0400
0.0040 –
0.0049
Platin 0.0866 –
0.116
0.00247–
0.00398
- Về phương diện lý thuyết, ở độ không tuyệt đối , kim loại tinh khiết
không còn điện trở.
- Sự biến dạng đàn hồi , mức độ tinh khiết của kim loại sẽ ảnh hưởng
đến giá trò của điện trở suất.
- Khi nóng chảy , điện trở suất của kim loại biến đổi, Thông thường, giá
trò tăng lên (ngoại trừ: ăng –ti-moan , Gali và bitmut . Khi nóng chảy , điện trở
suất giảm)

11

-Sự không tinh khiết của kim loại dẫn đến làm tăng điện trở suất.
b. Hệ số thay đổi của điện trơ suất theo áp suất :
- Khi kéo hoặc nén đàn hồi , điện trở xuất của kim loại biến đổi theo
công thức
ρ = ρ
o
(1± kσ

).
- Dấu “+” ứng với biến dạng do kéo ; dấu “−” do nén .
- Ở đây , σ -ứng suất cơ khí của mẫu, đơn vò kG/ mm
2

K – hệ số cho ở bảng 11
Kim loại Hệ số thay đổi của điện
trở suất theo áp suất :k
Nhận Xét
Nhôm Từ 3.81510
-6
đến
3,766.10
-6

Dành cho nhiệt độ bao gồm giữa
o
o
và 100
o
C
Wolfram Từ – 1,346. 10

-6
đến –
1,368. 10
-6

Dành cho nhiệt độ bao gồm giữa
0
o
và 100
o
C
Thiếc - 9,79. 10
-6

Magie - 3,9. 10
-6
Ở 0
o
C và áp xuất giữa 0 và
12000 kG/cm
2

Bảng 11: Hệ số thay đổi của điện trở suất theo áp suất

2.4 Vật liệu có tính dẫn điện cao
2.4.3 Đồng
Đồng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện do có những đặc
điểm sau:
- Điện trở suất nhỏ
- Độ bền vững cơ học cao

- Bền vững hoá học
- Dễ gia công cán, kéo thành các kích thước khác nhau theo ý muốn
- Dễ hàn nối.
 Tính chất của đồng
- Điện trở suất của đồng nhạy cảm với tạp chất.
- Sức bền cớ khí tương đối lớn, dễ dát, dễ vuốt giãn, gia công dễ dàng khi
nóng và khi nguội.
- Bề mặt tiếp xúc với không khí dễ bò ăn mòn và hình thành màng
sunphit.Tốc độ ăn mòn nhanh khi bò đốt nóng.
 Ứng dụng của đồng.

12

- Đồng sử dụng trong kỹ thuật điện để sản xuất dây dẫn, cáp, các thiết bò
phân phối…
- Đồng cứng được sử dụng trong các trường hợp cần có độ bền cơ học cao,
có độ cứng và chống mài mòn.
- Đồng mềm được sử dụng khi cần có độ dẻo, độ bền kéo dãn.

2.2.2 Nhôm (Al)
Nhôm là vật liệu thứ hai sau đồng được sử dụng rộng rãi. Nhôm là kim
loại màu có đặc điểm rất nhẹ.
- Điện trở suất Al gấp 1,6 lần Cu, nhưng có khối lượng riêng nhỏ hơn 3,5
lần Cu.
- Nhôm là vật liệu có nhiều trong thiên nhiên, do đó giá thành thấp.
- Nhược điểm của Al là sức bền cơ khí thấp và gặp khó khăn trong việc
thực hiện tiếp xúc điện tốt khi nối nhau.
 Tính chất của Al
- Dễ dát mỏng, vuốt giãn được, có thể gia công dễ dàng khi nóng và khi
nguội.

- Có sức bền đối với sự ăn mòn
- Khó khăn trong việc hàn và dính kết dây dẫn.
 Ứng dụng
- Nhôm được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật làm dây dẫn, làm dụng cụ
gia đình.
2.2.3 Hợp kim
a/ Hợp kim có điện trở cao
Hợp kim có điện trở cao là hợp kim ở nhiệt độ bình thường cóρ≥
0,03µΩ.m. Được sử dụng để sản xuất dụng cụ đo lường, điện trở mẫu, thiết
bò đốt nóng. Khi sử dụng hợp kim làm thiết bò đo không chỉ yêu cầu điện trở

13

suất cao mà cón phải có hệ số nở dài nhỏ, và sức nhiệt điện động nhỏ so với
đồng. Dây điện trở phải có khả năng hoạt động ở nhiệt độ 1000
0
C trong
không khí ở thời gian dài. Những vật liệu có điện trở suất cao được sử dụng
rộng rãi trong thực tế là Mn với Cu và Ni, Constantan và Crom-Niken
b/ Hợp kim dùng làm cặp nhiệt ngẫu
Khi tiếp xúc hai kim loại khác nhau thì giữa chúng xuất hiện hiệu điện
thế tiếp xúc, hiệu điện thế này không phụ thuộc vào hình dáng hay kích thước
mà chỉ phụ thuộc vàobản chất của chúng.
Hiệu điện thế tiếp xúc đối với những kim loại khác nhau, phụ thuộc vào
mức độ tinh khiết của chúng và đặc biệtmức độ tinh khiết của các bề mặt tiếp
xúc.
Nhiệt ngẫu được sử dụng trong các kết cấu nhiệt kế dùng để đo nhiệt
độ, được sử dụng ở những dụng cụ đo điện đối với dòng điện xoay chiì©u
không sin có tần số lớn đến 10
7

Hz.
2.3 Kim loại và hợp kim có công dụng khác
2.3.1 Kim loại khó nóng chảy
Những kim loại có nhiệt độ nóng chảy lớn hơn 1700
0
C thì được gọi là
kim loại khó nóng chảy.Để sử dụng ở nhiệt độ cao phải đặt vào môi trường khí
trơ hoặc chân không
Những kim loại khó nóng chảy: volfram, molipden, tantal, crom, reni.
2.3.2 Những kim loại q.
Là những kim loại có độ bền vững hoá học cao nhất gồm có: vàng, bạc,
platin, paladin.Thường gặp trong tự nhiên ở dạng nguyên chất hoặc trong các
quặng.Các kim loại này nhận dược từ lò luyện bằng phương pháp điện hoá,
điện phân và đạt được độ tinh khiết cao.
2.3.3 Kim loại có độ nóng chảy trung bình
Kim loại có nhiệt độ nóng chảy trung bình gồm có sắt, nikel và
coban.Chúng là vật liệu sắt từ, ngoài ra có hệ số nhiệt điện trở cao.
2.4 Vật liệu dẫn điện không phải là kim loại
Ngoài các kim loại và hợp kim dùng để chế tạo điện trở, các bộ phận
tiếp xúc, dây dẫn còn sử dụng các vật liệu không kim loại.Theo nguyên tắc các
vật liệu này có giá trò sử dụng trong lónh vực hẹp.
- Vật liệu có nguồn gốc cacbon: dây dẫn không kim loại được sử dụng
rộng rãi trong kỹ thuật điện là grafit (một trong số dạng cacbon sạch).Có
điện trở suất nhỏ, có độ chòu nhiệt cao, tính dẫn nhiệt, bền vững với môi
trường hoá học rất mạnh.
- Grafit thiên nhiên: là vật liệu có tinh thể lớn, nhiệt độ nóng chảy cao
(khoảng 3900
0
C).Ở nhiệt độ cao kết hợp với oxy tạo thành CO hoặc CO
2

.
- Cacbon nhiệt phân: nhận được bằng phương pháp nhiệt tách hơi Cacbon
trong chân không hoặc môi trường khí trơ.Vật chất dùng để nhiệt phân
thường được dùng là khí metan.Để có cấu trúc chặt cần nhiệt độ phân
tích không dưới 900
0
C.

14


CHƯƠNG 3

KIM LỌAI VÀ HP KIM CÓ ĐIỆN DẪN
SUẤT LỚN

3.1. Đồng (Cu):
3.1.1. Khái Quát:
1. Tầm Quan Trọng Trong Kỹ Thuật Điện:
- Đồng là lọai vật liệu quan trọng nhất trong tất cả những vật liệu dẫn
điện được dùng trong kỹ thuật điện. Nó có điện dẫn suất lớn, chỉ sau bạc. Có
sức bền cơ khí lớn, chống được sự ăn mòn của khí quyển, tính đàn hồi cao và
đặc biệt có tính dẫn điện cao, đã làm cho đồng trở thành vật liêu quan trọng để
sản xuất dây điện.
- Đồng là một kim lọai hiếm, chỉ chiếm tỷ lệ 0,01% trong lòng trái đất.
2. Phân Lọai:
- Đồng được sử dụng trong công nghiệp là loại đồng tinh chế. Tùy vào
lượng tạp chất có trong đồng mà đồng được phân loại như sau:
@ Đồng E (CuE) :Hàm lượng đồng tối thiểu là 99,95%. Dùng làm đồng
điện phân, dây dẫn điện.

@ Đồng 9 (Cu9) : Hàm lượng đồng tối thiểu là 99,90%. Dùng làm dây
dẫn điện, hợp kim mòn dễ dát mỏng.
@ Đồng 5 (Cu5) : Hàm lượng đồng tối thiểu là 99,5%. Dùng làm đồng
tấm, thanh, ống và làm đồng thau dát mỏng với tỷ lệ dưới 60% Cu.
@ Đồng 0 (Cu 0) : Hàm lượng đồng tối thiểu là 99,0%. Dùng để dát
mỏng và rót.v.v
- Trong kỹ thuật điện, người ta thường dùng đồng E và Đồng 9.
3. Sản Xuất và Chế Tạo:
- Đồng được tìm thấy trong thiên nhiên không nhiều và được sản xuất từ
các mõ: Can- copirit (CuFeS
2
), Cancozin (Cu
2
S), cupric (Cu
2
O), malasit
[CuCO
3
(OH
2
)
2
].v.v…
- Từ các mỏ trên, người ta thu được sunfua và xỉ thông qua phương pháp
nấu chảy trong lò chuyển hay sunfua hóa.
- Tùy theo phần trăm của đồng và tạp chất, người ta chia ra làm 2 loại
sau:
• Loại A: Phần trăm đồng tối đa là 98%, dùng để chế tạo Cu 0, Cu 5, Cu
9 và CuE.
• Loại B: Phần trăm đồng tối thiểu là 97,5%, dùng dưới dạng các điện

cực dươngđể tinh luyện theo phương pháp điện phân để cho ra đồng điện phân
và tinh luyện một số loại đồng thanh.
3.1.2. Các đặc tính:

15

1. Đặc Tính Chung:
- Đồng có màu đỏ nhạt sáng rực, có điện dẫn và điện trở suất lớn, sức
bền cơ khí tương đối lớn, dễ dát mỏng, dễ vuốt giản, có sức bền khi va đập và
ăn mòn, sức đề kháng cao khi thời tiết sấu.
- Đồng có tổ chức tinh thể lập phương thể tâm và tổ chức này được giữ
nguyên cho đến khi làm nguội đến nhiệt độ thường. Tức là đồng không bò biến
đổi hình thù.

- Ở 20
0
C, đồng có các tính chất vật lý sau:
ρ = 0,01748Ωmm
2
/m dây mềm
0,01786Ωmm
2
/m dây cứng
Điểm nóng chảy: 1083
0
C
Sức bền đứt khi kéo: 21kg/mm
2
dây mềm
45kg/mm

2
dây cứng.
Trọng lượng riêng D = 7,4 - 8,9kg/dm
3

Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ: 0,00393
1
/
0
C
2. Điện Trở Suất Và Các Yếu Tố nh Hưởng Đến Điện Trở Suất:
-
Sau Bạc, đồng thuần khiết có điện trở suất rất bé
ρ = 0,01682Ωmm
2
/m và hệ số thay đổi điện trở theo nhiệt độ α = 0,0041151.
- Đồng điện phân ở 20
0
C cần có điện trở suất ρ = 0,01748Ωmm
2
/m
- Đồng được chuẩn hoá trên thò trường quốc tế ở 20
0
C có ρ =
0,017241Ωmm
2
/m
- Ảnh hưởng của tạp chất đối với điện trở suất của đồng điện phân : Việc
thêm cadmi vào đồng điện phân sẽ làm giảm rất ít điện trở suất và tăng thêm
độ cứng. Do đó , trong chế tạo cổ góp máy điện làm bằng đồng , người ta pha

thêm cadmi vào đồng.
- Ảnh hưởng của gia công cơ khí: Sự dát mỏng và đặc biệt là sự kéo khi
nguội sẽ làm giảm điện trở suất của đồng.
- Ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt:
Sự thay đổi điện dẫn suất tùy theo việc nung nóng trở lại (ủ nhiệt). Để
nhận được đồng mềm dùng làm dây quấn và cáp , thì cần phải nung trở lại với
nhiệt độ giữa 400
0
và 500
0
C. Nhưng khi nung nóng giữa 200
0
C và 300
0
C thì lại
có điện dẫn suất nhỏ hơn nhiều so với giữa 400
0
và 500
0
C.

3.1.3. Tính chất cơ học và các yếu tố ảnh hưởng:
- Tính chất cơ học của đồng phụ thuộc vào tính chất tinh khiết của đồng
, phương pháp gia công, xử lý nhiệt và nhiệt độ làm việc.
- Ảnh hưởng của các chất thêm vào:
Việc thêm vào một số kim loại như cadimi (Cd), Al, Sn, Ni và Zn sẽ làm
tăng sức bền đứt khi kéo.

16

Do hợp kim đồng làm tăng điện trở suất của đồng, nên việc sử dụng hợp
kim đồng được hạn chế, và chỉ dùng cho những chi tiết cần có yêu cầu cơ khí
cao và điện trở đóng vai trò không quan trọng.
- Ảnh hûng của gia công cơ khí: Sự dát mỏng hay kéo sợi khi nguội sẽ
làm tăng sức bề đứt khi kéo đến 40÷45mm
2
(đồng cứng).
-Ảnh hưởng của sử lý nhiệt độ và của nhiệt độ:
Sử lý nhiệt sẽ ảnh hưởng đến tính chất cơ của đồng . nh hưởng này
càng rõ rệt khi kim loại càng tinh khiết.
3.1.4. Hàn đồng:
- Việc hàn các chi tiết bằng đồng có khó khăn, vì đồng bò oxýt hóa
nhanh ở nhiệt độ 1083
0
và cho ta bọt khí, tính lỗ chỗ, xỉ.v.v… Những chi tiết lớn
cần phải thực hiện nung nóng trước khi hàn (để nhận được nhiệt độ đồng nhất),
vì đồng dễ dàng tỏa nhiệt hanh.
- Không nên hàn các chi tiết đồng cứng khi chúng làm việc ở tình trạng
kéo (dây dẫn điện của đường dây trên không). Vì rằng sau khi nung nóng trong
quá trình hàn thì phần đồng ở phần cạnh mối hàn sẽ bò giảm sức bền đứt cơ khí
khi kéo.
- Hàn đồng có thể thực hiện bằng cách : Rèn, điện và bằng lửa oxy
axetylen.
1. Hàn bằng cách rèn:
- Có thể thực hiện sau khi làm sạch đoạn tương ứng cần hàn. Trên đoạn
đã làm sạch, người ta sẽ nhúng hàn the, sau đó người ta đặt các chi tiết lên
nhau và nung nóng đến mức đồng đỏ lên, cần lưu ý tránh dòng không khí, và
đập mạnh bằnh búa.
2. Hàn điện thông qua điện trở:
- Thực hiện ở dây mảnh hay ở đồng tấm( hàn nối tiếp đầu này với đầu

kia).
- Ở các tấm được hàn, những đoạn được hàn phải được làm sạch.
Người ta đặt các tấm chồng lên nhau trên một điện cực cố đònh. Sau
đó ép chúng lại với nhau nhờ một điện cực di động với một áp suất
cần thiết. Sau đó cho dòng điện đi qua hai điện cực này để cho dòng
điện đi qua các chi tiết hàn
-
3. Hàn bằng ngọn lửa oxy axetylen:
- Là quá trình thực hiện yêu cầu khéo léo đặc biệt. Vì khuynh hướng
của đồng dễ bò oxýt hóa ở nhiệt độ hàn (1083
0
C ) và vì sự hoạt động của
Hydrogen của ngọn lửa sẽ có thể làm nẩy sinh “Tính thất thường của
hydrogen”.
- Để tránh oxýt hóa mạnh , việc nung nóng ở nhiệt độ hàn, cần được
tiến hành trong điều kiện không có luồng không khí hoặc có một lọai khí bảo
vệ.
3.2 Hợp kim của đồng :

17

3.2.1. Đặc điểm và phân loại:
- Hợp kim trong đó vật liệu đồng là chủ yếu, có các đặc điểm là sức bền
cơ khí lớn, độ cứng cao, độ dai tốt, màu đẹp và dễ nóng chảy. Hợp kim của
đồng có thể đúc thành các hình phức tạp, dễ gia công trên máy cắt gọt và dễ
mạ v.v…
- Những hợp kim chính của đồng trong kỹ thuật điện là Đồng thau, Đồng
thanh và các hợp kim dùng làm điện trở
3.2.2. Đồng thanh:
3.2.2.1.Thành phần và tính chất:

- Đồng thanh là thành phần hợp kim của đồng, có thêm 1 số kim loại
khác để tăng cường độ cứng, tăng sức bền và dễ nóng chảy.Tùy theo các chất
thêm vào, ta có các loại sau:
Đồng thanh với thiếc: Là hợp kim của đồng thanh với thiếc và đôi khi
thêm vào một số chất khác để làm thay đổi tính chất cơ và hóa học v.v… chúng
tạo nên sức chống ăn mòn.
Đồng Thanh với Thiếc và Kẽm: Là hợp kim đồng và kẽm (3 ÷ 9%), Kẽm
(4 ÷ 10%) và đôi khi với Chì (4 ÷10%).
Đồng thanh không có thiếc: Hợp kim với ít nhất 78% Cu và thêm một số
chất khác như: Nhôm (Al), Beri (Be), Măng Gang (Mn), Cadimi (Cd), Niken
(Ni) v.v…
- Ở 20
0
C, đồng thanh có các tính chất vật lý sau:
ρ = 1,92 - 11,1Ωcm.10
-6

γ = 0,52 - 0,09Ω
-1
cm
-1
.10
6

Điểm nóng chảy: 900 - 1200
0
C
Sức bền đứt khi kéo: 50 - 85kg/mm
2

Trọng lượng riêng D = 7,4 - 8,9kg/dm
3

Hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt độ: α = 0,004
1
/độ C
3.2.2.2 Ứng dụng:
- Đồng thanh được dùng để chế tạo máy và khí cụ điện, các chi tiết nối
dây, giữ dây, đai ốc cho hệ thống nối đất v.v trong kỹ thuật điện , người ta
dùng đồng thanh Bz10T, Bz6, BzAl5 và BzAl10T. Ngoài ra đồng thanh còn
dùng làm các tiếp diểm điện, Cổ Góp điện, các điện cực hàn, ổ cắm, phích cắm
v.v…
- Đồng thanh dùng làm dây dẫn điện chứa 97÷99,9% Cu, còn lại là
Thiếc (Sn), Magiê (Mg), Cadimi (Cd), Kẽm (Zn), Silic (Si) và Măng gang (Mn)
và phải chòu được sức bền khi ăn mòn. Những đặc tính của dây dẫn điện cho
đường dây trên không được trình bày ở bảng 11
3.2.3. Đồng thau:
3.2.3.1 .Thành phần và tính chất:
- Là hợp kim giữa Đồng với Kẽm, với lượng kẽm không quá 46%. Nếu
tỷ lệ phần trăm của Kẽm lớn hơn 25%, thì lớp bảo vệ của Oxýt kẽm sẽ tạo nên
trên bề mặt của vật liệu càng nhanh khi nhiệt độ càng lớn. Nếu tỷ lệ phần trăm

18

của Kẽm càng nhỏ thì trên lớp bề mặt của vật liệu sẽ tạo một lớp hơi đen giàu
Oxýt đồng. Tính chất này của đồng thau với tỷ lệ hơn 20% Zn, tạo nên lớp bảo
vệ ở 300
o
C và chống ăn mòn của không khí khi có Amoniac.
- Ở 20

0
C , đồng thau có các tính chất vật lý sau:
ρ = 7,1Ωcm.10
-6

γ = 0,14 ÷ 0,2Ω
-1
cm
-1
.10
6

Điểm nóng chảy: 890 ÷ 920
0
C
Sức bền đứt khi kéo: 18 ÷88 kg/mm
2

Trọng lượng riêng D = 8,2 ÷ 8,73kg/dm
3

Hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt độ:
α = 0,0013 – 0,002
1
/độ C
3.2.3.2 Ứng dụng:
- Đồng thau được ứng dụng trong nghành điện giống như đồng thanh
3.3 Nhôm (Al):
3.3.1.Tầm quan trọng trong kỹ thuật điện:
- Sau đồng, Nhôm được xếp thứ hai trong trong kỹ thuật điện, nhôm có

điện dẫn suất cao, trọng lượng riêng giảm. Nhôm có cấu trúc tinh thể là lập
phương diện tâm, hình thù không bò thay đổi cho đến khi nguội ở nhiệt độ
thường.
3.3.2. Sự tạo thành:
- Nhôm dùng làm dây dẫn điện phải gồm:
- Nhôm tinh khiết, tối thiểu 99,5%
- Sắt và Silic, tối đa 0,05%
- Đồng và kẽm tối đa 0,05%
- Nhôm dùng để chế tạo các điện cực cho các tụ điện phân , tạp chất
không được quá 0,05%
3.3.3. Các hằng số vật lý và hóa học:
- Ở 20
0
C , Nhôm có các tính chất vật lý sau:
ρ = 2,941Ωcm.10
-6

γ = 0,34 Ω
-1
cm
-1
.10
6

Điểm nóng chảy: 657
0
C
Sức bền đứt khi kéo: 17 kg/mm
2

Trọng lượng riêng D = 2.7kg/dm
3

Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ 0,004
1
/độ C
3.3.4. Các đặc điểm chung:
- Nhôm có màu trắng bạc, dễ dát mỏng, dễ gia công khi nóng và nguội.
Nhôm đúc có cấu trúc tinh thể, Nhôm có tính đề kháng kém khi va chạm, có
sức bền với sự ăn mòn do có lớp màng Oxýt rất mỏng ở mặt ngoài khi tiếp xúc
với không khí. Lớp màng này có điện trở lớn nên nhôm khó tiếp xúc tốt giữa
các dây dẫn và hàn dính các dây dẫn.
3.3.5. Điện trở suất và các yếu tố ảnh hưởng:

19

- Nhôm làm dây dẫn điện ở 20
0
C phải có điện trở suất là 0,02941Ω.mm
2

/ m , điện dẫn suất phải đạt 34m/Ω.mm
2
. So với đồng , nhôm có tính chất cơ và
điện ít thuận lợi hơn, điện trở của nhôm gấp 1,68 lần so với đồng







= 68,1
0175,0
02941,0

- Vậy, để có 1 dây dẫn nhôm có cùng chiều dài và cùng điện trở như
dây dẫn đồng thì ở nhôm phải có tiết diện lớn gấp 1,68 lần so với dây dẫn
đồng, tức đường kính lớn gấp
68,1
= 1,3 lần dây dẫn đồng
Ảnh hưởng của các chất có trong nhôm:
- Những chất như : Đồng (Cu), Bạc (Ag), Magiê (Mg), Titan (Ti), Crom
(Cr) và Măng gang (Mn), ảnh hưởng rất nhiều đến điện trở suất của đồng.
- Điện dẫn suất sẽ giảm khi tăng tỷ lệ phần trăm của các chất có trong
nhôm. Điện trở suất của nhôm chòu ảnh hưởng của sắt và nhôm được trình bày
ở bảng sau
Các chất thêm
vào , %
Nhôm đã được sử
lý (ủ nhiệt )
Fe Si
Điện trở
suất ở 20
0
c
Ω.cm.10
-6

Hệ số thay đổi
của điện trở suất

ở 20
0
C
Nhôm tinh khiết
Nhôm 99,5%
Nhôm 99%
Nhôm 98,5%
0,0005
0,34
0,56
0,96
0,0023
0,1
0,32
0,41
2,63
2,767
2,78
2,835
4,33.10
-3

4,10.10
-3

4,13.10
-3

4,10.10
-3

Ảnh hưởng của gia công cơ khí:
- Gia công cơ khí ít ảnh hưởng đến điện trở suất của nhôm. Việc kéo
thành sợi khi nguội dùng để tăng sức bền cơ khí của nhôm , nhưng cũng lảm
điện dẫn suất của nhôm khoảng 1,2% và làm tăng trọng lượng riêng đến mức
tối đa 0,2%.
Ảnh hưởng của sử lý nhiệt:
- Điện trở suất của nhôm không ảnh hưởng nhiều khi gia nhiệt. Ở 20
0
C
,nhôm mềm có điện trở suất là 0,02788Ω.mm
2
/m, và nhôm cứng đối với dây
dẫn trên không là 0,02941Ω.mm
2
/m. Việc sử lý nhiệt chỉ ảnh hưởng đến điện
trở suất của nhôm, nếu nhôm có nhiều tạp chất.
3.3.6. Các đặc tính cơ học và các yếu tố ảnh hưởng:
- Sức bền của nhôm thấp hơn của đồng 3 lần và phụ thuộc vào:
- Mức độ tinh khiết
- Phương thức gia công
- Sử lý nhiệt
- Nhiệt độ làm việc
Ảnh hưởng của các tạp chất có trong nhôm:
Nhôm sẽ được tăng sức bề cơ học khi kéo là do sự có mặt các chất như:
Zn, Fe, Si, Cu và Mg có mặt trong nhôm.

20

Ảnh hưởng của gia công cơ khí:
Nhôm tinh khiết được gia công và ủ nhiệt , có sức bền đứt khi kéo là
6kg/mm
2
, nhôm dùng làm dây dẫn điện với 0,5% tạp chất, ỏ trạng thái mềm ủ
nhiệt có sức bền đứt từ 8 đến 11kg/mm
2
.
Ảnh hưởng của sử lý nhiệt:
Sức bền cơ học của nhôm sẽ giảm khi nhiệt độ tăng . Sức bền cơ của
nhôm bắt đầu giảm sẽ xảy ra giữa nhiệt độ từ 160 - 180
0
C. Ở 200
0
C, sức bền
đứt của nhôm dát mỏng là 9Kg/mm
2
, ở 400
0
C sức bền đứt của nhôm dát mỏng
là 2kg/mm
2
, còn của nhôm nung nóng là 1,5kg/mm
2

3.3.7. Tính chất hóa học và sức bền đối với ăn mòn:
Trong không khí, ở nhiệt độ thông thường, nhôm được bọc một lớp mỏng
oxýt, lớp này có điện trở lớn và ngăn cản việc ôxýt hóa tiếp tục, do vậy nó bảo
vệ tốt đối với sự ăn mòn, ngay cả trong môi trường ẩm ướt. Nhôm tinh khiết

99,5% vẫn bò ăn mòn nhiều hơn đồng.Nếu độ tinh khiết dưới 99%, nhôm sẽ bò
ăn mòn rất nhiều và gây giảm độ bền cơ học của nhôm rất nhiều.
3.3.8.Các bán thành phẩm và công nghệ gia công:
- Trong kỹ thuật điện người ta sử dụng nhôm đúc dưới dạng hợp kim,
nhôm dát mỏng và nhôm kéo sợi.
- Nhôm đúc không được sử dụng ở trạng thái tinh khiết, do vì nó bò co
nhiều khi đúc. Đồng thời vì tính cơ học bò giới hạn (độ cứng Brinell từ 24 ÷
32kg/mm
2
, sức bền đứt từ 9 ÷ 12kg/mm
2
). Hợp kim của nhômvới sản phẩm đúc
thuòng có trọng lượng riêng 2,6kg/dm
3
điện trở suất ρ= 0,06÷0,0847Ωmm
2
/ m.
- Đối với các rotor lồng sóc của động cơ không đồng bộ, đòi hỏi sử dụng
hợp kim với mangang, vì chúng có điện trở tăng (ρ = 0,03 Ωmm
2
/ m), và ổn
đònh đến nhiệt độ quá 200
0
C
- Nhôm dát mỏng được cung cấp dưới dạng tấm, thanh và ống, có thành
phần tạp chất không quá 0,05%, sức bền đứt là 7kg/mm
2
.
- Nhôm kéo thành sợi : Nhôm dùng làm dây dẫn được kéo khi nguội qua
khuôn thép,

3.3.9.hàn nhôm:
Việc hàn các chi tiết bằng nhôm cần lưu ý :
+ Nhôm có điểm nóng chảy tương đối thấp (657
0
C)
+ Sự nóng chảy của nhôm tiến hành đột ngột
+ Có độ dẫn nhiệt lớn , dễ mất nhiệt khi hàn
+ Bò oxy hóa mạnh , tạo nên lớp oxýt khó nóng chảy, có điểm nóng
chảy cao (2030
0
C ).
Nhôm có thể vừa được hàn theo cách nóng chảy, vừa được hàn bằng
cách ép trên máy hàn điện trở. Trước khi hàn, các bề mặt cần phải được làm
sạch bằng cách phun cát, dũa hay lau bằng dung dòch sút ăn da. Sau khi lau
bằng sút, cần rửa lại bằng nước thông để tránh hiện tượng ăn mòn về sau
- Ở hàn nhôm , vật liệu thêm vào thông thường từ những đũa nhôm
(99% Al) hay những đũa hợp kim 92%Al và 8%Cu có đường kính từ 2-3mm,

21

với chiều dài 50-100 cm. Để tránh nứt mối hàn ,ta sử dụng hợp kim có thành
phần 5% Si, 0.5%Fe, 0.2% Cu, còn lại là nhôm.
- Sau khi hàn, chất khử cuối cùng phải được loại ra bằng cách lau nước
hoặc đánh bằng bàn chải
- Việc nối cáp nhôm được thực hiện bằng phưông pháp đúc. 2 đầu của
cáp được đưa vào khuôn. đó được rót nhôm nóng chảy ở nhiệt độ từ 850 -
900
0
C. Sau khi nguội tháo khuôn ra.
Khi hàn điện, sự hợp thành các lớp bọc các điện cực kim loại cần phải gồm có

muối Liti. Điện cực được chế tạo từ nhôm tinh khiết hoặc với 5-6% Si.
Hàn điện thông qua điện trở thông thường tiến hành với tia lửa, sử dụng
dòng điện với mật độ rất lớn (15000A/cm
2
).
3.3.10 Ứng dụng :
Do tính chất cơ và điện, do sức chòu đựng ở thời tiết xấu nên được sử
dụng phổ biến để chế tạo :
+ Dây dẫn điện của đường dây truyền tải
+ Cáp điện
+ Thanh góp
+ Ống nối
+ Dây điện từ
+ Các lá nhôm làm tủ điện, máy biến áp
+ Làm rotor lồng sóc
+ Các đầu nối đai ốc, móc v.v…
3.3.10 Dây dẫn thép - nhôm :
Để tăng sức bền cơ khí của dây dẫn nhôm, người ta thêm phần lõi bằng
thép 1 hay nhiều sợi. Nhưng có những nhược điểm sau : trọng lượng sẽ tăng từ
1.38 đến 1.8 lần so với dây nhôm, dây bò cứng, hệ số giãn nở khác nhau. Ưu
điểm là : ít tổn thất thông qua hiệu ứng vành ở bề mặt dây dẫn.
3.4Hợp kim của nhôm :
3.4.1 Đặc điểm và phân loại :
Các hợp kim chính của nhôm dùng để đúc có những loại sau : Al-Zn-Cu,
Al-Cu, Al-Cu-Ni, Al-Si-Cu, Al-Si-Mg, Al-Mg và Al-Mg-Mn.
Các hợp kim nhôm dùng làm dây dẫn phải có đặc tính cơ tốt từ 16 - 17
Kg/mm
2
, tức là khoảng 65% so với Cu cùng điện dẫn suất.
3.5 Kẽm (Zn) :

- Là kim loại có màu xám tro. Không khí dễ tạo cho kẽm một lớp oxýt
cacbonat (ZnCO
3
). Lớp này bảo vệ kẽm không bò ăn mòn
- Kẽm có cấu trúc tinh thể nếu nung nóng ở 100-150
0
C rất dát mỏng.
200-250
0
C kẽm rất dòn.
3.5.1 Các hằng số vật lý của kẽm :
- Ở 20
0
C, kẽm có các tính chất vật lý sau:
ρ = 5,92 Ωcm.10
-6

γ = 0.17Ω
-1
cm
-1
.10
6


22

Điểm nóng chảy: 419.5
0
C

Sức bền đứt khi kéo: 11.2 - 13.3kg/mm
2

Trọng lượng riêng D = 7,14 kg/dm
3

Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ 0,00419
1
/độ C

- Điện trở của dây dẫn kẽm lớn khoảng gấp 3 lần dây dẫn đồng và gấp 2
lần dây dẫn nhôm
3.5.2 Ứng dụng :
- Dùng làm dây dẫn thay thế cho đồng và nhôm, các thanh góp, điện
cực, làm dây chảy.
3.6 Sắt (Fe) :
3.6.1 Sản xuất và chế tạo :
- Sắt được chế tạo từ các quặng hematic (Fe
2
O
3
), limonit (2 Fe
2
O
3.
3H
2
O), siderit (FeCO
3
), pirit (FeS

2
) v.v…
Cho qua lò cao và có chất xúc tác CaCO
3
, CaCO
3
+ MgCO
3
… cho ra
gang xám và gang trắng
3.6.2 Phân loại :
- Tùy vào lượng cacbon chứa trong sắt, được phân thành :
+ Gang với nhiều cacbon 1.7%
+ Thép chứa tỉ lê 0.5 đến 1.7% cacbon
+ Sắt rèn chứa ít hơn 0.5% cacbon
- Thép dùng làm dây dẫn hay thanh góp ở dòng điện một chiều cần phải
ít tạp chất, vì tạp chất sẽ làm tăng điện trở suất. Đối với dòng điện xoay chiều,
thành phần cacbon phải tăng hơn 0.1 đến 0.15%.
3.6.3 Hằng số vật lý
- Ở 20
0
C, Sắt có các tính chất vật lý sau:
ρ = 10Ωcm.10
-6

γ = 0,1Ω
-1
cm
-1
.10

6

Điểm nóng chảy: 1535
0
C
Sức bền đứt khi kéo: 22kg/mm
2

Trọng lượng riêng D = 7,86kg/dm
3

Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ 0,00657
1
/độ C
3.6.4 Đặc tính của sắt :
- Có màu trắng bạc dễ bò thay đổi ở nhiệt độ thường, dễ bò ăn mòn do bò
rỉ sét ở nhiệt độ thường và môi trường
- Dây dẫn bằng thép có thể chòu được tốt ở nhiệt độ 100
0
C với thời gian
dài.
- Để tránh sự ăn mòn người ta phủ trên bề mặt một lớp cadmi
3.6.5 Ứng dụng :
- Dây dẫn thép là loại thép mềm với lượng cacbon ít có điện trở suất gấp
7 đến 8 lần so với đồng. Có sức bền cơ khí gấp 2 đến 2.5 lần so với đồng do đó

23

có thể dùng kéo dây ở khoảng cách cột lớn từ 1500m đến 1900m. Độ võng bé
hơn các dây dẫn khác do vậy cột có thể thấp hơn.

- Thanh bằng thép được làm thanh góp, được làm bằng thép cacbon dát
mỏng có điện trở suất 0.135 Ωmm
2
/ m. Đối với thanh dẹt, có thể dùng các ống
dày 2 đến 5mm và điện trở suất 0.12 - 0.13Ωmm
2
/ m. Ở dòng điện xoay chiều ,
điện dẫn suất có thể đạt được 10m/Ωmm
2

3.7. Magiê (Mg):
3.7.1. Sản Xuất Và Chế Tạo:
- Được tìm thấy ở mỏ dưới dạng tổ hợp magiê (MgCO
3
), Cacnalit
(MgCl
2
KCl), Đilomit (MgCO
3
CaCO
3
).v.v
- Magiê được chế tạo từ phương pháp điện phân cloruamagie (MgCl
2
)
hay bằng phương pháp nhiệt thông qua việc làm giảm oxy từ oxýt nhờ sự hổ trợ
của cacbon.
3.7.2. Hằng Số Vật Lý và Hóa Học:
- Ở 20
0

C, Magiê có các tính chất vật lý sau:
ρ = 4,6 Ωcm.10
-6

γ = 0,217Ω
-1
cm
-1
.10
6

Điểm nóng chảy: 651
0
C
Sức bền đứt khi kéo: 20kg/mm
2

Trọng lượng riêng D = 1,74kg/dm
3

3.7.3. Các Đặc Tính :
- Magie là loại kim loại nhẹ nhất, có màu trắng bạc , có cấu trúc mạng
tinh thể theo kiểu lục phương dày đặc. Dễ dát mõng , ít dính chắc , dễ bò oxy
hóa ở môi trường không khí khô , còn ở không khí ẩm thì dược bọc một lớp
oxýt mỏng để bảo vệ.
- Trong không khí sẽ bắt cháy ở nhiệt độ 800
0
C,với tia lữa sáng rực. Với
cùng một điện trở , dây dẫn bằng magiê có đường kính lớn hơn dây dẫn đồng
60%

- Sức bền so với sự ăn mòn của dây dẫn bằng magiê kém hơn nhiều so
với nhôm , nên ít được sử dụng làm dây dẫn.
3.8. Wonfram (W):
3.8.1. Sản Suất và Chế Tạo:
- Wonfram tìm thấy trong thiên nhiên dưới dạng mỏ: wonframit (
FeOMnO)WO
3
, quặng Selit (CaOWO
3
). Thông qua các phản ứng hóa học , các
quặng này chuyển thành trioxýt wonfram (WO
3
), từ đây , người ta lấy wonfram
dưới dạng bụi.
- Wonfram tinh khiết có tỷ lệ 99,6 ÷ 99,7%, có thể sản suất bằng phương
pháp điện phân wonframit hay selit ở 1050÷1300
0
C
3.8.2. Các đặc tính:
- Ở 20
0
C, WONFRAM có các tính chất vật lý sau:
ρ = 5.55Ωcm.10
-6


24

γ = 0,18Ω
-1

cm
-1
.10
6

Điểm nóng chảy: 3380
0
C
Sức bền đứt khi kéo: 350kg/mm
2

Trọng lượng riêng D = 19.32kg/dm
3

- Wonfram là một kim loại rất cứng, có màu tro chiếu sáng, không thay
đội ở nhiệt độ thông thường dù có hơi nước . Wonfram bò ôxy hóa ở 700
0
C, tạo
nên oxýt màu trắng.
- Wonfram không hòa tan trong Axit mà hòa tan trong Na
2
CO
3
nóng
chảy. Wonfram có sức bền đứt rât cao và có nhiệt độ nóng chảy cao nhất. Sức
bền cơ khí và sự kéo dài thay đổi theo nhiệt độ. Sức bền đứt của wonfram đda
tinh thể dưới dạng dây tóc mảnh thay đổi theo nhiệt độ như sau:

Nhiệt độ (
0

C ) 300 800 1600 2000 2400 2800 3150
Sức bền đứt
kg/mm
2

310 200 70 20 29 4.5 1.5

3.8.3. ng dụng:
- Do có nhiệt độ nóng chảy cao nên Wonfram được dùng làm dây tóc
của đèn nung sáng, điện trở phát nhiệt, chế tạo các phần tử nhiệt v.v Trước
đây wonfram còn được dùng chế tạo các bóng đèn điện tử vì nó có sự phát xạ
điện tử tương đối cao.
- Ngoài ra , wonfram còn dùng làm cá điện cực catot, điện trở nung
nóng và các tiếp điểm điện.
3.9.Niken (Ni)
- Niken trong thiên nhiên được tồn tại dưới dạng mỏ:
+ Sulfua đa kim loại: quặng penlandit [(Fe, Ni)
2
S
8
] , milerit (NiS)
+ Silicat : Canarit (2NiO
3
SiO
2
.H
2
O) Gacnierit (NiMgSiO
3
)

+ Sulfua và asenua : Nikelen NiAs, NiAs
2

3.9.1.Các đặc tính:
- - Ở 20
0
C, Niken có các tính chất vật lý sau:
ρ = 8,69 - 9,52 Ωcm.10
-6

γ = 0,105 - 0,15Ω
-1
cm
-1
.10
6

Điểm nóng chảy: 1453
0
C
Sức bền đứt khi kéo: 40 - 80kg/mm
2

Trọng lượng riêng D = 8.9kg/dm
3

- Niken có màu trắng xám tro, được bảo vệ trong không khí ẩm, không
bò oxy hóa trong không khí và nước ở nhiệt độ thường. Như vậy nó có sức bền
đức ở mọi thời tiết, bò oxy hóa ở 500
0

C và bò hơi dòn.
- Trong chân không, bò bay hơi ở 750
0
C. Niken là kim loại bền, dễ dát
mỏng ở nhiệt độ cao và nguội.
- Niken có tính từ hóa ít hơn sắt, ở 350
0
C , niken mất tính từ tính
3.9.2. ng dụng:

25

- Trong kỹ thuật điện chân không: Dưới dạng thanh và dây dẫn có
đường kính từ 2 - 0,07mm, dùng làm thanh đỡ của các dây tóc bóng đèn nung
sáng.
- Chế tạo tiếp điểm điện trong môi trường của Hydro cacbua có điện áp
lớn và dòng điện nhỏ. Chế tạo điện trở phát nóng đến nhiệt độ 900
0
C
- Đối với công suất lớn, người ta dùng tiếp điểm bằng hợp kimniken
với bạc
3.10. Bạc(Ag):
- Bạc tìn thấy trong thiên nhiên dưới dạng mỏ hay tự nhiên ( cục kim
loại có 98 - 100%Ag), hoặc trong các mỏ đồng , chì và kẽm, đồng thời có thể
tìm thấy trong nước biển (0,001mg/lit)
- Bạc theo tiêu chuẩn trên thò trường , được cung cấp dưới dạng thỏi
(10 - 12Kg) hay viên và đảm bảo độ tinh khiết tối thiểu là 99,95%.
3.10.1. Các đặc tính:
- Bạc có màu trắng và chiếu sáng, chiếu sáng này không bò mất đi trong
môi trường không khí. Không bò oxy hóa ở nhiệt độ thường và cao, bay hơi ở

1400 - 1600
0
C, nhưng trong hydro, nó bay hơi ở 750
0
C
- Bạc rất dễ vuốt giãn, mềm và dễ uốn cong, dễ rót ,rèn và kéo sợi.
- Ở 20
0
C, Bạc có các tính chất vật lý sau:
ρ = 1,6Ωcm.10
-6
hay 0,016Ωmm
2
/m
γ = 0,0625Ω
-1
cm
-1
.10
6
hay 6,25m/Ωmm
2

Điểm nóng chảy: 960,8
0
C
Sức bền đứt khi kéo: 29kg/mm
2

Trọng lượng riêng D = 10,5kg/dm

3

3.10.2. ng dụng:
- Làm dây dẫn dùng trong tần số cao làm dây chảy trong cầu chì. Hợp
kim với mangan hay niken được dùng làm dây dẫn trong các máy đo.v.v Ngoài
ra bạc còn được dùng để mạ lên một số kim loại để tăng cường tính oxy hóa
của kim loại

3.11.Vàng (Au) :
- Vàng được tìm thấy trong thiên nhiên có dạng hạt , lá , bột bụi hay
dưới dạng mỏ. Từ các mỏ vàng , thông qua phương pháp rữa và chưng cất thủy
ngân cho ra vàng thô.
- Một phương pháp khác để sản xuất vàng từ mỏ vàng là hòa tan vang
trong dung dòch xianua kiềm hay đất kiềm, sau đó kết tủa từ dung dòch nhờ sự
hổ trợ của kẽm , nhôm hay than củi.
- Vàng thô được nấu chảy trở lại và tinh luyện qua điện phân, sẽ thu
được vàng tinh khiết 99,88% , bằng phương pháp điện phân lại , ta thu được
vàng tinh khiết 99,998%.
3.11.1. Các tính chất: