Vật liệu điện nhiều tác giả, 126 trang

VҰT LIӊU ĐIӊN

CHƯƠNG 1 KHÁI NIӊM Vӄ VҰT LIӊU ĐIӊN

1.1.2.CҨU TҤO NGUYÊN TӰ CӪA VҰT LIӊU
Nguyên tӱ là phҫn tӱ cơ bҧn nhҩt cӫa vұt chҩt. Mӑi vұt chҩt đӅu đưӧc cҩu tҥo
tӯ nguyên tӱ và phân tӱ theo mô hình nguyên tӱ cӫa Bo.
Nguyên tӱ đưӧc cҩu tҥo bӣi hҥt nhân mang điӋn tích dương (gӗm proton p và
nơtron n) và các điӋn tӱ mang điӋn tích âm (electron, ký hiӋu là e) chuyӇn
đӝng xung quanh hҥt nhân theo mӝt quӻ đҥo xác đӏnh.
nguyên tӱ : Là phҫn nhӓ nhҩt cӫa mӝt phân tӱ có thӇ tham gia phҧn ӭng hoá
hӑc, nguyên tӱ gӗm có hҥt nhân và lӟp vӓ điӋn tӱ hình 1.1
- Hҥt nhân : gӗm có các hҥt Proton và Nơrton
- Vӓ hҥt nhân gӗm các electron chuyӇn đӝng
xung quanh hҥt nhân theo quӻ đҥo xác đӏnh.
Tùy theo mӭc năng lưӧng mà các điӋn tӱ đưӧc xӃp
Thành lӟp.
Ӣ điӅu kiӋn bình thưӡng, nguyên tӱ trung hòa vӅ điӋn
Do điӋn tӱ có khӕi lưӧng rҩt nhӓ cho nên đӝ linh hoҥt cӫa tӕc đӝ chuyӇn
đӝng khá cao. Ӣ mӝt nhiӋt đӝ nhҩt đӏnh, tӕc đӝ chuyӇn đӝng cӫa electron rҩt
cao. NӃu vì nguyên nhân nào đó mӝt nguyên tӱ bӏ mҩt điӋn tӱ e thì nó trӣ
thành Ion (+), còn nӃu nguyên tӱ nhұn thêm e thì nó trӣ thành Ion ( -).
Quá trình biӃn đәi 1 nguyên tӱ trung hòa trӣ thành điӋn tӱ tӵ do hay Ion
(+) đưӧc gӑi là quá trình Ion hóa.

Khi điӋn tӱ chuyӇn đӝng trên quӻ đҥo có bán kính r bao quanh hҥt nhân,
thì giӳa hҥt nhân và điӋn tӱ e có 2 lӵc:
2
Lӵc hút (lӵc hưӟng tâm): f = q
(1-1)
1

và lӵc ly tâm:

2

r
2
f2 = mv
r

(1-2)

trong đó:
m - khӕi lưӧng cӫa điӋn tӱ,
v - vұn tӕc dài cӫa chuyӇn đӝng tròn

1


VҰT LIӊU ĐIӊN

1.1.3.CҨU TҤO PHÂN TӰ CӪA VҰT LIӊU
Là phҫn nhӓ nhҩt cӫa mӝt chҩt ӣ trҥng thҧi tӵ do nó mang đҫy đӫ các
đһc điӇm, tính chҩt cӫa chҩt đó, trong phân tӱ các nguyên tӱ liên kӃt vӟi nhau
bӣi liên kӃt hóa hӑc.Vұt chҩt đưӧc cҩu tҥo tӯ nguyên, phân tӱ hoһc ion theo
các dҥng liên kӃt dưӟi đây:
1.1.3.1. Liên kӃt đӗng hóa trӏ
Liên kӃt này đһc trưng bӣi sӵ kiӋn là mӝt sӕ điӋn tӱ đã trӣ thành chung

cho các nguyên tӱ tham gia hình thành phân tӱ.

Lҩy cҩu trúc cӫa phân tӱ clo làm ví dө: phân tӱ này gӗm 2 nguyên tӱ clo
và như đã biӃt, nguyên tӱ clo có 17 điӋn tӱ, trong đó 7 điӋn tӱ ӣ lӟp ngoài
cùng (điӋn tӱ hoá trӏ). Hai nguyên tӱ clo liên kӃt bӅn vӳng vӟi nhau bҵng
cách sӱ dөng chung hai điӋn tӱ như trên hình 1.3 . Lӟp vӓ ngoài cùng cӫa
mӛi nguyên tӱ đưӧc bә sung thêm mӝt điӋn tӱ cӫa nguyên tӱ kia .

y
y

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

yy

Cl y  yy Cl y   yy Cl yy Cl yy
Hình 1.3.

Phân tӱ liên kӃt đӗng hoá trӏ có thӇ là trung tính hoһc cӵc tính. Phân tӱ
clo thuӝc loҥi trung tính vì các trung tâm điӋn tích dương và điӋn tích dương

trùng nhau.
Axit clohydric HCl là ví dө cӫa phân tӱ cӵc tính. Các trung tâm điӋn tích
dương và âm cách nhau mӝt khoҧng và như vұy phân tӱ này đưӧc xem như
mӝt lưӥng cӵc điӋn.
Tùy theo cҩu trúc các phân tӱ đӕi xӭng hay không đӕi xӭng mà chia các
phân tӱ ra làm hai loҥi
- Phân tӱ không phân cӵc là phân tӱ mà trӑng tâm điӋn tích âm trùng vӟi
trӑng tâm điӋn tích dương
- Phân tӱ phân cӵc là phân tӱ mà tâm điӋn tích âm cách trӑng tâm điӋn
tích dương mӝt khoҧng l
ĐӇ đһc trưng cho sӵ phân cӵc nguӡi ta dùng mô men lưӥng cӵc
Pe = q.l
Trong đó:
q: là điӋn tích

2


VҰT LIӊU ĐIӊN

l: có chiӅu ±q đӃn +q và có đӝ lӟn bҵng l( khoҧng cách giӳa trӑng tâm điӋn
tích dương và trӑng tâm điӋn tích âm)
1.1.3.2. Liên kӃt Ion
Liên kӃt ion đưӧc xác lұp bӣi lӵc hút giӳa các Ion (+) và Ion( -). Liên kӃt

này chӍ xҧy ra giӳa các nguyên tӱ cӫa các nguyên tӕ hóa hӑc có tính chҩt
khác nhau.
Đһc trưng cho dҥng liên kӃt kim loҥi là liên kӃt giӳa các kim loҥi và phi
kim đӇ tҥo thành muӕi, cө thӇ là Halogen và kim loҥi kiӅm gӑi là muӕi
Halogen cӫa kim loҥi kiӅm.

Liên kӃt này khá bӅn vӳng. Do vұy nhiӋt đӝ nóng chҧy cӫa các chҩt có
liên kӃt Ion rҩt cao
Ví dө: liên kӃt giӳa Na và Cl trong muӕi NaCl là liên kӃt ion ( vì Na co
1 electron lӟp ngoài cùng cho nên dӉ nhưӡng 1 electron tҥo thành Na +, Cl có
7 electron ӣ lӟp ngoài cùng cho nên dӉ nhұn 1 ele ctron tҥo thành Cl - , hai ion
này trái dҩu sӁ hút nhau và tҥo thành phân tӱ NaCl, muӕi NaCl có tính hút ҭm
tnc =8000C, tsôi <14500C.
1.1.3.3. Liên k͇t kim lo̩i
Là liên k͇t trong các kim lo̩i mà h̩t
nhân ͧ các nút m̩ng tinh th͋. Xung quanh
h̩t nhân có các đi͏n t͵ liên k͇t, ngoài ra
còn có các đi͏n t͵ t͹ do. Do đó, kim lo̩i có
tính ch̭t d̳n đi͏n, d̳n nhi͏t t͙t.
Khi không k͋ đ͇n chuy͋n đ͡ng nhi͏t
thì các h̩t (g͛m nguyên t͵, phân t͵ ho̿c
ion) ͧ m͡t v͓ trí xác đ͓nh g͕i là nút. Các nút
đưͫc s̷p x͇p theo m͡t tr̵t t͹ xác đ͓nh hͫp
thành m̩ng tinh th͋.

Hình 1.4. M̩ng tinh th͋ cơ b̫n
cͯa kim lo̩i

Hình 1.4 là mҥng tinh thӇ lұp phương (cơ bҧn) cӫa kim loҥi.
Dҥng liên kӃt này giҧi thích đưӧc nhӳng tính chҩt đһc trưng cӫa kim loҥi:
- Tính nguyên khӕi ( rҳn): Lӵc hút giӳa các ion âm và các điӋn tӱ tҥo nên tính
nguyên khӕi, kim loҥi thưӡng ӣ dҥng mҥng tinh thӇ
- Tính dҿo: do sӵ dӏch chuyӇn và trưӧt lên nhau cӫa các ion
- Do tӗn tҥi các điӋn tӱ tӵ do nên kim loҥi thưӡng có ánh kim, dүn điӋn và
dүn nhiӋt cao.
1.1.3.4. Liên kӃt VanDecVan:

3


VҰT LIӊU ĐIӊN

Tương tӵ như liên kӃt kim loҥi nhưng là liên kӃt yӃu, do vұy nhiӋt đӝ nóng
chҧy thҩp (Ví dө: paraphin).
1.1.4. NHӲNG KHUYӂT TҰT TRONG CҨU TҤO VҰT RҲN
Thӵc tӃ các mҥng tinh thӇ có kӃt cҩu đӗng đӅu hay không đӗng đӅu, tuy nhiên
trong kӻ thuұt nguӡi ta thưӡng sӱ dөng các nhӳng vұt liêuh có cҩu trúc đӗng
đӅu. Sӵ phá hӫy các kӃt cҩu đӅu và tҥo nên các khuyӃt tұt trong vұt rҳn
thưӡng gһp nhiӅu trong thӵc tӃ. Nhӳng khuyӃt tұt có thӇ đư ӧc tҥo nên bҵng sӵ
ngүu nhiên hay cӕ ý trong quá trình công nghӋ chӃ tҥo vұt liӋu.
KhuyӃt tұt trong vұt rҳn : Là bҩt kǤ 1 hiên tưӧng nào làm cho trưӡng tĩnh điӋn
cӫa mҥng tinh thӇ mҩt tính chu kǤ.
Các dҥng khuyӃt tұt trong vұt rҳn thưӡng là : tҥp chҩt, đoҥn tҫng, khe rãnh ....
KhuyӃt tұt trong vұt dүn thưӡng tҥo nhӳng tính chҩt vұt lý đһc biӋt, đưӧc ӭng
dөng trong kӻ thuұt các vұt liӋu và các dөng cө khác nhau
Ví dө : chҩt bán dүn n ±p, các hӧp kim điӋn tӱ.....
Các tҥp chҩt

Tinh thӇ lý tưӣng

Chӭa tҥp chҩt

Chèn nguyên tӱ
vào giӳa

Lӛ trӕng

Chӭa lӛ trӕng

Dӏch chuyӇn

1.1.5. LÝ THUYӂT PHÂN VÙNG NĂNG LƯӦNG VҰT CHҨT
Trên hình 1.5 cho sơ đӗ phân bӕ vùng năng lưӧng cӫa vұt rҳn ӣ nhiӋt đӝ
tuyӋt đӕi 0oK.

4


VҰT LIӊU ĐIӊN

Mӛi mӝt điӋn tӱ đӅu có mӝt mӭc năng lưӧng nhҩt đӏnh. Các điӋn tӱ hóa
trӏ cӫa lӟp ngoài cùng ӣ nhiӋt đӝ 0 oK chúng tұp trung lҥi thành mӝt vùng, gӑi
là vùng hóa trӏ hay vùng đҫy (1).
Các điӋn tӱ tӵ do có mӭc năng lưӧng cao hơn tұp hӧp lҥi thành dҧi tӵ do
gӑi là vùng tӵ do hay vùng dүn (2).
Giӳa vùng đҫy và vùng tӵ do có mӝt vùng trӕng gӑi là vùng cҩm (3).
W

2 Vùng t͹ do (vùng d̳n)
3 Vùng c̭m

(W

1 Vùng đ̯y (vùng hoá tr͓)

Hình 1.5. Sơ đ͛ phân b͙ vùng năng lưͫng cͯa v̵t r̷n ͧ 0 0K

ĐӇ mӝt điӋn tӱ hóa trӏ ӣ vùng đҫy trӣ thành trҥng thái tӵ do cҫn cung cҩp
cho nó mӝt năng lưӧng W đӫ đӇ vưӧt qua vùng cҩm:
W u (W ((W: năng lưӧng vùng cҩm).
Khi điӋn tӱ tӯ vùng đҫy vưӧt qua vùng cҩm sang vùng tӵ do nó tham gia
vào dòng điӋn dүn. Tҥi vùng đҫy sӁ xuҩt hiӋn các lӛ trӕng (hình du ng như mӝt
điӋn tích dương) do điӋn tӱ nhҧy sang vùng tӵ do tҥo ra. Các lӛ trӕng liên tөc
thay đәi vì khi mӝt điӋn tӱ cӫa mӝt vӏ trí bӭt ra tҥo thành mӝt lӛ trӕng thì mӝt
điӋn tӱ cӫa nguyên tӱ ӣ vӏ trí lân cұn lҥi nhҧy vào lҩp đҫy lӛ trӕng đó và lҥi
tҥo ra mӝt lӛ trӕng mӟi khác, « cӭ như vұy dүn đӃn các lӛ trӕng liên tөc
đưӧc thay đәi tҥo thành nhӳng cһp ³điӋn tӱ lӛ¶¶ trong vұt chҩt. Khi có tác
đӝng cӫa cӫa điӋn trưӡng các lӛ sӁ chuyӇn đӝng theo chiӅu cӫa điӋn trưӡng
giӕng như các điӋn tích dương, còn các điӋn tӱ sӁ chuyӇn đӝng theo chiӅu
ngưӧc lҥi. Cҧ hai chuyӇn đәng này hình thành tính dүn điӋn cӫa vұt chҩt.
Sӕ lưӧng điӋn tӱ trӣ thành trҥng thái tӵ do tuǤ theo mӭc đӝ năng lưӧng
tӯ cao xuӕng thҩp.

5


VҰT LIӊU ĐIӊN

Dӵa vào lý thuyӃt phân vùng năng lưӧng, ngưӡi ta chia ra vұ t liӋu kӻ
thuұt điӋn thành: vұt liӋu dүn điӋn, vұt liӋu cách điӋn và vұt cách điӋn (chҩt
điӋn môi).
Đ͙i vͣi v̵t li͏u cách đi͏n (hình 1.6c): Vùng dүn (2) rҩt nhӓ.
Vùng cҩm (3) rӝng tӟi mӭc ӣ điӅu kiӋn bình thưӡng các điӋn tӱ hoá trӏ tuy
đưӧc cung cҩp thêm năng lưӧng cӫa chuyӇn đӝng nhiӋt vүn không thӇ di
chuyӇn tӟi vùng dүn (2) đӇ trӣ thành tӵ do.
Năng lưӧng (W cӫa vùng (3) lӟn, (WCĐ = 1,5 z vài eV

Như vұy trong điӅu kiӋn bình thưӡng vұt liӋu có điӋn dүn bҵng không
(hoһc nhӓ không đáng kӇ).
W
2

2

2
3

3

1

1

1

a)

b)

c)

3

a) V̵t li͏u d̳n đi͏n

Hình 1.6
b) V̵t li͏u bán d̳n

c) V̵t li͏u cách đi͏n

Đ͙i vͣi v̵t li͏u bán d̳n có vùng hoá trӏ (1) nҵm sát hơn vùng dүn (2)
so vӟi vұt liӋu cách điӋn (hình 1.6b). Năng lưӧng vùng cҩm (3) lӟn
hơn so vӟi vұt liӋu cách điӋn:
(WBD = 1,2 z 1,5 eV.

nên ӣ điӅu kiӋn bình thưӡng mӝt sӕ điӋn tӱ hoá trӏ trong vùng (1 ) vӟi
sӵ tiӃp sӭc cӫa chuyӇn đӝng nhiӋt đã có thӇ chuyӇn tӟi vùng (2) đӇ
hình thành tính dүn điӋn cӫa vұt liӋu.
Đ͙i vͣi v̵t li͏u d̳n đi͏n (hình 1.6a): có vùng hoá trӏ (1) nҵm sát hơn
vùng dүn (2) so vӟi vұt liӋu bán dүn, vӟi mӭc năng lưӧng vùng cҩm:
(WDĐ< 0,2 eV.

Các điӋn tӱ hoá trӏ trong vùng (1) có thӇ di chuyӇn mӝt cách không
điӅu kiӋn tӟi vùng (2) và do đó loҥi vұt liӋu này có điӋn dүn rҩt cao.
Vұt liӋu dүn điӋn tӕt: (W } 0.
Vұt liӋu siêu dүn: (W< 0.
6


VҰT LIӊU ĐIӊN

Chú ý: Vұt liӋu điӋn không phҧi cӕ đӏnh hoàn toàn. Chúng có thӇ chuyӇn đәi
tӯ vұt dүn sang bán dүn hoһc cách điӋn hoһc ngưӧc lҥi... tùy thuӝc vào năng
lưӧng tác đӝng giӳa chúng hay phө thuӝc vào điӅu kiӋn tác đӝng cӫa môi
trưӡng. Ӣ điӅu kiӋn này có thӇ là vұt cách điӋn nhưng ӣ điӅu kiӋn khác nó lҥi
trӣ thành vұt dүn điӋn.
Ngoài cách phân loҥi vұt liӋu nêu trên, dӵa vào đӝ tӯ thҭm Q ngưӡi ta

còn phân loҥi vұt liӋu theo tӯ tính.
Nhӳng chҩt có đӝ tӯ thҭm:
Q > 1: gӑi là vұt liӋu thuұn tӯ.
Q<1: gӑi là vұt liӋu nghӏch tӯ.
Q>>1: gӑi là vұt liӋu dүn tӯ.

1.2. PHÂN LOҤI VҰT LIӊU ĐIӊN
1.2.1. Phân loҥi theo khҧ năng dүn điӋn
Trên cơ sӣ giҧn đӗ năng lưӧng ngưӡi ta phân loҥi theo vұt liӋu cách điӋn (điӋn
môi ), bán dүn và dүn điӋn
1. Đi͏n môi: là chҩt có vùng cҩm lӟn đӃn mӭc ӣ điӅu kiӋn bình thưӡng
sӵ dүn điӋn bҵng điӋn tӱ không xҧy ra. Các điӋn tӱ hóa trӏ tuy đưӧc cung cҩp
thêm năng lưӧng cӫa chuyӇn đӝng nhiӋt vүn không thӇ duy chuyӇn tӟi vùng
tӵ do đӇ tham gia vào dòng điӋn dүn. ChiӅu rӝng vùng cҩm cӫa điӋn môi ( W
nҵm trong khoҧng tӯ 1,5 đӃn vài đi Ӌn tӱ von ( eV).
2. Bán d̳n: là chҩt có vùng cҩm hҽp hơn so vӟi điӋn môi, vùng này có
thӇ thay đәi nhӡ tác đӝng năng lưӧng tӯ bên ngoài. ChiӅu rӝng vùng cҩm chҩt
bán dүn bé ( (W=0,5-1,5eV), do đó ӣ nhiӋt đӝ bình thưӡng mӝt sӕ điӋn tӱ hóa
trӏ ӣ vùng đҫy đưӧc tiӃp sӭc cӫa chuyӇn đӝng nhiӋt có thӇ di chuyӇn tӟi vùng
tӵ do đӇ tham gia vào dòng điӋn dүn.
3. V̵t d̳n: là chҩt có vùng tӵ do nҵm sát vӟi vùng đҫy thұm chí có thӇ
chӗng lên vùng đҫy ( (W < 0,2eV). Vұt dүn điӋn có sӕ lưӧng điӋn tӱ tӵ do
lӟn, ӣ nhiӋt đӝ bình thưӡng các điӋn tӱ hóa trӏ trong vùng đҫy có thӇ chuyӇn
sang vùng tӵ do rҩt dӉ dàng, dưӟi tác dөng cӫa lӵc điӋn trưӡng các điӋn tӯ
này tham gia vào dòng điӋn dүn, chính vì vұy vұt dүn có tính dүn điӋn tӕt.
1.2.2.Phân loҥi theo tӯ tính

Nguyên nhân chӫ yӃu cӫa vұt liӋu gây nên tӯ tính là do các điӋn tích chuyӇn
đӝng ngҫm theo quĩ đҥo kín tҥo nên nhӳng dòng điӋn vòng. Cө thӇ hơn đó là
7

VҰT LIӊU ĐIӊN

do sӵ quay cӫa các điӋn tӱ xung quanh trөc cӫa chúng ± spin điӋn đӱ và sӵ
quay theo quĩ đҥo cӫa các điӋn tӱ trong nguyên t ӱ.
- Các điӋn tӱ chuyӇn đӝng xung quanh hҥt nhân tҥo nên dòng điӋn cơ bҧn mà
nó đưӧc đһc trưng bӣi mômen tӯ M. Mône tӯ M tính bҵng tích cӫa dòng điӋn
cơ bҧn vӟi mӝt diӋn tích S đưӧc giӟi hҥn bӣi đưӡng viӅn cơ bҧn:
M = i.S
ChiӅu véc tơ M đưӧc xác đӏnh the o quy tҳc vһn nút
chai . hình 1.7 và theo phương thҷng góc vӟi diӋn tích S.
Mômen tӯ cӫa vұt thӇ là kӃt quҧ tәng hӧp cӫa tҩt
cҧ các mômen tӯ cơ bҧn đã nêu trên.
- Ngoài các mômen quĩ đҥo đã nêu trên, các điӋn tӱ này
còn quay xung quanh các trөc cӫa nó, do đó
Hình 1.Bi͋u di͍n chi͉u mômen tͳ
còn tҥo nên các mômen gӑi là mômen Spin. Các spin này đóng vai trò quan
trӑng trong viӋc tӯ hóa vұt liӋu sҳt tӯ.
- Khi nhiӋt đӝ dưӟi nhiӋt đӝ curri, viӋc hình thành các dòng xoay chiӅu này có
thӇ nhìn thҩy đưӧc bҵng mҳt thưӡng, đưӧc gӑi là vùng tӯ tính, vùng này trӣ
nên song song thҷng hàng cùng mӝt hưӟng. Như vұy vұt liӋu sҳt tӯ thӇ hiӋn
chӫ yӃu sӵ phân cӵc tӯ hóa tӵ phát khi không có các tӯ trưӡng đһt bên ngoài.
- Qúa trình tӯ hóa cӫa vұt liӋu sҳt tӯ dưӟi tác dөng cӫa tӯ trưӡng ngoài dүn
đӃn làm tăng nhӳng khu vӵc mà mômen tӯ cӫa nó tҥo góc nhӓ nhҩt vӟi
hưӟng cӫa tӯ trưӡng, giҧm kích cӥ các vùng khác và sҳp xӃp thҷng hàng các
mômen tӯ tính theo hưӟng tӯ trưӡng bên ngoài. Sӵ bão hòa tӯ tính sӁ đҥt
đưӧc khi nào sӵ tăng lên cӫa khu vӵc dùng tӯ lҥi và mômen tӯ tính cӫa tҩt cҧ
các phҫn tinh thӇ nhӓ nhҩt đӵӧc tӯ tính hóa tưh sinh trӣ thành cùng hưӟng
theo hưӟng cӫa tӯ trưӡng

Hinh 1.8 Hưͣng tͳ hóa khó và d͍ trong đơn tinh th͋ S̷t

- Khi tӯ hóa dӑc theo cҥnh hình khӕi, nó mӣ rӝng theo hưӟng đưӡng chéo,
nghĩa là co lҥi theo hưӟng tӯ hóa, hiӋn tưӧng đó gӑi là hiӋn tưӡng tӯ gião.
8


VҰT LIӊU ĐIӊN

Hình 1.9.Đưͥng cong tͳ hóa cͯa v̵t li͏u s̷t tͳ

1- Sҳt đһc biӋt tinh khiӃt
2- Sҳt tinh khiӃt (99,98% Fe)
3- Sҳt kӻ thuұt tinh khiӃt (99,92%Fe)
4- Pecmanlôi (78%Ni)
5- S- Niken
6- Hӧp kim Sҳt- Niken (26%Ni)
Theo tӯ tính ngưӡi ta phân vұt liӋu thành nghӏc tӯ, thuұn tӯ và dүn tӯ
1. Ngh͓ch tͳ : là nhӳng chҩt có đӝ tӯ thҭm Q < 1 và không phө thuӝc vào
cưӡng đӝ tӯ trưӡng bên ngoài . Loҥi này gӗm có Hyđro, các khí hiӃm, đa sӕ
các hӧp chҩt hӳu cơ, muӕi mӓ và các kim loҥi như : đӗng, kӁm, bҥc, vàng,
thӫy ngân...
2. Thu̵n tͳ : là nhӳng chҩt có đӝ tӯ thҭm Q >1 và cũng không phө thuӝc vào
cưӡng đӝ tӯ trưӡng bên ngoài. Loҥi này gӗm có oxy, nitơ oxit, muӕi sҳt, các
muӕi coban và niken, kim loҥi kiӅm, nhôm, bҥch kim

9

VҰT LIӊU ĐIӊN

3. Ch̭t d̳n tͳ : là các chҩt có Q >1 và phө thuӝc vào cưӡng đӝ tӯ trưӡng
bên ngoài. Loҥi này gӗm có : sҳt, niken, coban, và các hӧp kim cӫa chúng
hӧp kim crom và mangan ...
1.2.3. Phân loҥi theo trҥng thái vұt thӇ
- Vұt liӋu điӋn theo trҥng thái vұt rҳn

- Vұt liӋu điӋn theo trҥng thái vұt lӓng
- Vұt liӋu điӋn theo trҥng thái the khi

CÂU HӒI CHƯƠNG 1
1. Trình bày cҩu tҥo nguyên tӱ, phân tӱ, phân biӋt chҩt trung tính và chҩt

cӵc tính ?
2. Trình bày nguyên nhân gây ra nhӳng khyӃt tұt trong vұt rҳn ?
3. Phân loҥi vұt liӋu theo lý thuyӃt phân vùng năng lưӧng cӫa vұt chҩt
4. Tính lӵc hút hưӟng tâm và lӵc hút ly tâm mӝt nguyên tӱ biӃt me= 9,1
-31
.10 (Kg)qe = 1,601 . 10-19 (C), v = 1,26.10 5m/s
5. Tính năng lưӧng mӝt nguyên tӱ biӃt me= 9,1 .10-31 (Kg), qe = 1,601 .
10-19 (C), v = 1,24.106 m/s
6. Trình bày cách phân loҥi vұt liӋu điӋn ?

10


VҰT LIӊU ĐIӊN

CHƯƠNG 2

VҰT LIӊU DҮN ĐIӊN

2.1. KHÁI NIӊM VÀ TÍNH CHҨT CӪA VҰT LIӊU DҮN ĐIӊN
2.1.1. Khái niӋm vӅ vұt liӋu dүn điӋn
Vұt liӋu dүn điӋn là vұt chҩt mà ӣ trҥng thái bình thưӡng có các điӋn tích

tӵ do. NӃu đһt chúng vào trong mӝt điӋn trưӡng, các điӋn tích sӁ chuyӇn đӝng
theo mӝt hưӟng nhҩt đӏnh cӫa trưӡng và tҥo thành dòng điӋn. Ngưӡi ta gӑi vұt
liӋu có tính dүn điӋn.
1. V̵t li͏u có tính d̳n đi͏n t͵: là vұt chҩt mà sӵ hoҥt đӝng cӫa các điӋn
tích không làm biӃn đәi thӵc thӇ đã tҥo thành vұt liӋu đó. Vұt dүn có tính dүn
điӋn tӱ bao gӗm nhӳng kim loҥi ӣ trҥng thái rҳn hoһc lӓng, hӧp kim và mӝt sӕ
chҩt không phҧi kim loҥi như than đá. Kim loҥi và hӧp kim có tính dүn điӋn
tӕt đưӧc chӃ tҥo thành dây dүn điӋn, như dây cáp, dây quҩn dүn điӋn trong
các máy điӋn và khí cө điӋn....
Kim loҥi và hӧp kim có điӋn trӣ suҩt lӟn (dүn điӋn kém) đưӧc sӱ dөng trong
các khí cө điӋn dùng đӇ sưӣi ҩm, đӕt nóng, chiӃu sáng, làm biӃn trӣ....
2. V̵t li͏u có tính d̳n Ion: là nhӳng vұt chҩt mà dòng điӋn đi qua sӁ tҥo
nên sӵ biӃn đәi hóa hӑc. Vұt dүn có tính dүn Ion thông thưӡng là các dung
dӏch: dung dӏch axit, dung dӏch kiӅm và các dung dӏch muӕi.
Vұt liӋu dүn điӋn có thӇ ӣ thӇ rҳn, lӓng và trong mӝt sӕ điӅu kiӋn phù
hӧp có thӇ là thӇ khí hoһc hơi.
Vұt liӋu dүn điӋn ӣ thӇ rҳn gӗm các kim loҥi và hӧp kim cӫa chúng
(trong mӝt sӕ trưӡng hӧp có thӇ không phҧi là kim loҥi hoһc hӧp kim).
Vұt liӋu dүn điӋn ӣ thӇ lӓng bao gӗm các kim loҥi lӓng và các dung dӏch
điӋn phân. Vì kim loҥi thưӡng nóng chҧy ӣ nhiӋt đӝ rҩt cao trӯ thӫy ngân
(Hg) có nhiӋt đӝ nóng chҧy ӣ -390C do đó trong điӅu kiӋn nhiӋt đӝ bình
thưӡng chӍ có thӇ dùng vұt liӋu dүn điӋn kim loҥi lӓng là thӫy ngân.
Các chҩt ӣ thӇ khí hoһc hơi có thӇ trӣ nên dүn điӋn nӃu chӏu tác đӝng cӫa
điӋn trưӡng lӟn.

11


VҰT LIӊU ĐIӊN

Vұt liӋu dүn điӋn đưӧc phân thành 2 loҥi: vұt liӋu có tính dүn điӋn tӱ và
vұt liӋu có tính dүn Ion.
2.2.2. Tính chҩt cӫa vâtk liӋu dүn điӋn
2.2.2.1. ĐiӋn trӣ R
Là quan hӋ giӳa hiӋu điӋn thӃ không đәi đһt lên vұt dүn và dòng điӋn chҥy
qua vұt dүn đó.
ĐiӋn trӣ cӫa dây dүn đưӧc xác đӏnh theo biӇu thӭc:
V = R.

Trong đó:

S
l

(2.1)

R- ĐiӋn trӣ (;)
V- ĐiӋn trӣ suҩt (; mm2/m)

S- tiӃt diӋn dây dүn (mm 2)
l- ChiӅu dài dây dүn(m)
2.2.2.2. ĐiӋn dүn G

ĐiӋn dүn G cӫa mӝt dây dүn là đҥi lưӧng nghӏch đҧo cӫa điӋn trӣ R
G=

1
R

(2.2)

ĐiӋn dүn G đưӧc tính vӟi đơn vӏ là (1/ ;) = (S) - Simen
2.2.2.3. Đi͏n trͧ sṷt V

Là điӋn trӣ cӫa dây dүn có chiӅu dài là mӝt đơn vӏ chiӅ u dài và tiӃt diӋn là
mӝt đơn vӏ diӋn tích.
Dòng điӋn đi trong vұt dүn đưӧc cho bӣi công thӭc:
i = no.S.vtb.e

(2.3)

trong đó:
no : nhiӋt đӝ phҫn tӱ mang điӋn.
S : tiӃt diӋn vұt dүn
vtb: tӕc đӝ chuyӇn đӝng trung bình cӫa điӋn tӱ dưӟi tác dөng
cӫa điӋn trưӡng E.
e : điӋn tích cӫa phҫn tӱ mang điӋn.
Thay vtb = uE (u - đӝ di chuyӇn cӫa phҫn tӱ mang điӋn) vào (2.3), ta đưӧc
dҥng tәng quát cӫa đӏnh luұt ôm:
i = no.e.u.E = KE

(2.4)

vӟi K = no.e.u đưӧc gӑi là điӋn dүn suҩt.
2.2.2.4. Đi͏n d̳n sṷt K

12


VҰT LIӊU ĐIӊN

Đҥi lưӧng nghӏch đҧo cӫa điӋn dүn suҩt K gӑi là điӋn trӣ suҩt V
V=

1
K

(2.5)

Vӟi mӝt vұt dүn có tiӃt diӋn S và đӝ dài l không đәi thì V đưӧc xác đӏnh bӣi
biӇu thӭc:
V = R.

S
l

(2.6)

R là điӋn trӣ dây dүn.
Đơn vӏ cӫa điӋn trӣ suҩt là ; mm2/m hoһc Q;cm hoһc ;m hoһc ;cm,
1;cm = 106 Q;cm = 104 ;mm2/m = 10-2 ;m.
Tӯ (2.4), ta có:
R = V.

l
l

=
(;)
S KS

(2.7)

2.2.3. Các tác nhân môi trưӡng ҧnh hưӣng đӃn tính dүn điӋn cӫa vұt liӋu
a. ̪nh hưͧng cͯa nhi͏t đ͡:

ĐiӋn trӣ suҩt cӫa đa sӕ kim loҥi và hӧp kim đӅu tăng theo nhiӋt đӝ, riêng điӋn
trӣ suҩt cӫa cácbon và cӫa dung dӏch điӋn phân giҧm theo nhiӋt đӝ.
Thông thưӡng, điӋn trӣ suҩt ӣ nhiӋt đӝ sӱ dөng t 2 đưӧc tính toán xuҩt phát tӯ
nhiӋt đӝ t1(t1 thưӡng là 200C) theo công thӭc:
V = V [ 1+ E(t2 - t1)]
t2

t1

(2.8)

E - là hӋ sӕ thay đәi điӋn trӣ suҩt theo nhiӋt đӝ (1/oC).

Qua nghiên cӭu, ngưӡi ta thҩy: Các kim loҥi tinh khiӃt thì hӋ sӕ E gҫn như
giӕng nhau và đưӧc lҩy bҵng:
E = 4. 10-3 (1/oC)

(2.9)

Đӕi vӟi khoҧng chênh lӋch nhiӋt đӝ (t 2 - t1) thì E trung bình là:
E=

V t  Vt
2
1
Vt ( t 2  t1)
1

(2.10)

Bҧng 2.1 đưa ra nhiӋt đӝ nóng chҧy, điӋn trӣ suҩt V và hӋ sӕ thay đәi điӋn trӣ
suҩt E theo nhiӋt đӝ cӫa mӝt sӕ kim loҥi hay dùng trong kӻ thuұt điӋn.

13


0

VҰT LIӊU ĐIӊN

B̫ng 2.1 Các đ̿c tính v̵t lý chͯ y͇u cͯa kim lo̩i (ͧ 20 C) dùng trong kͿ
thu͏t đi͏n
Kim loҥi

NhiӋt đӝ nóng

ĐiӋn trӣ suҩt (V) ӣ

HӋ sӕ E (1/0C)

0

chҧy ( C)

20 C (;mm /m)

Vàng

1063

0,0220 - 0,0240

0,00350 - 0,00398

Bҥc

961

0,0160 - 0,0165

0,00340 - 0,00429

Đӗng

1083

0,0168 - 0,0182

0,00392 - 0,00445

Nhôm

657

0,0262 - 0,0400

0,00350 - 0,00398

Vônfram

3380

0,0530 - 0,0612

0,00400 - 0,00520

KӁm

420

0,0535 - 0,0630

0,00350 - 0,00419

Niken

1455

0,0614 - 0,1380

0,00440 - 0,00692

Sҳt

1535

0,0918 - 1,1500

0,00450 - 0,00657

Platin

1770

0,0866 - 0,1160

0,00247 - 0,00398

ThiӃc

232

0,1130 - 0,1430

0,00420 - 0,00465

Chì

327

0,2050 - 0,2220

0,00380 - 0,00480

Thӫy ngân

-39

0,9520 - 0,9590

0,00090 - 0,00099

0

2

Ӣ gҫn nhiӋt đӝ 00K (nhiӋt đӝ tuyӋt đӕi), điӋn trӣ suҩt cӫa kim loҥi tinh
khiӃt giҧm đӝt ngӝt, chúng thӇ hiӋn tính siêu dүn. VӅ phương diӋn lý thuyӃt, ӣ
nhiӋt đӝ 00K, kim loҥi có điӋn trӣ bҵng 0.
Khi bӏ chҧy dҿo thì điӋn trӣ suҩt cӫa kim loҥi tăng. Nhưng nӃu tiӃn hành
nung đӇ cho nó kӃt tinh lҥi thì điӋn trӣ suҩt có thӇ giҧm (giҧm do tác dөng cӫa
sӵ biӃn dҥng làm cho kӃt cҩu cӫa kim loҥi đưӧc chһt chӁ và do sӵ phá huӹ các
màn oxit...).
b. ̪nh hưͧng cͯa áp sṷt:
Khi kéo hoһc nén (áp suҩt thay đәi) thì điӋn trӣ suҩt cӫa vұt dүn biӃn đәi theo
biӇu thӭc:
V = V0. (1 s kW)

trong đó: V0: điӋn trӣ suҩt ban đҫu cӫa mүu.
W: ӭng suҩt cơ khí cӫa mүu.

k: hӋ sӕ thay đәi cӫa điӋn trӣ suҩt theo áp suҩt.
dҩu (+) tương ӭng vӟi biӃn dҥng do kéo
dҩu (-) tương ӭng vӟi biӃn dҥng do nén
14

(2-11)


VҰT LIӊU ĐIӊN

Sӵ thay đәi cӫa V khi kéo hoһc nén là do sӵ thay đәi biên đӝ dao đӝng cӫa
mҥng tinh thӇ kim loҥi: khi kéo thì V tăng, khi nén thì V giҧm.
c. Các y͇u t͙ ̫nh hưͧng khác:
- Tҥp chҩt phi kim có trong kim loҥi cũng có thӇ làm V tăng.
- Thӵc nghiӋm cho thҩy điӋn trӣ suҩt còn chӏu ҧnh hưӣng cӫa trưӡng tӯ và
ҧnh hưӣng cӫa ánh sáng.
2.2.4. HiӋu điӋn thӃ tiӃp xúc và sӭc nhiӋt đӝng
Khi hai kim loҥi khác nhau tiӃp xúc vӟi nhau thì giӳa chúng có mӝt hiӋ u

điӋn thӃ gӑi là hiӋu điӋn thӃ tiӃp xúc. Nguyên nhân phát sinh hiӋu điӋn thӃ
tiӃp xúc là do công thoát cӫa mӛi kim loҥi khác nhau do đó sӕ điӋn tӱ tӵ do
trong các kim loҥi (hoһc hӧp kim) không bҵng nhau. hình 2.1
Theo thuyӃt điӋn tӱ, hiӋu điӋn thӃ tiӃp xú c giӳa

A

hai kim loҥi A và B bҵng
U AB

KT noA

! UB U A 
ln
e
n0 B

mV

(2-12)
B

Trong đó: UA và UB - điӋn thӃ tiӃp

T2

T1
Hình 2.1. Sơ đ͛ c̭u t̩o c̿p nhi͏t đi͏n

xúc cӫa kim loҥi A và B

n0A và noB- mұt đӝ điӋn tӯ trong kim loҥi A và B
HiӋu điӋn thӃ tiӃp xúc cӫa các cһp kim loҥi dao đӝng vài p hҫn mưӡi đӃn
vài vôn, nӃu nhiӋt đӝ cӫa cһp bҵng nhau, tәng hiӋu điӋn thӃ trong mҥch kín
bҵng không. Nhưng khi mӝt phҫn tӱ cӫa cһp có nhiӋt đӝ là T 1 còn cһp kia là
T2 thì trong trưӡng hӧp này sӁ phát sinh sӭc nhiӋt điӋn đӝng(s.n.đ.đ)
U = UAB + UBA
=U B  U A 

KT2 n 0 B
KT1 n oA
ln

U A UB 
ln
e
n0 A
e
n0 B

(2-13)

Tӯ đó ta có:
U!

n
K
(T1  T2 ) ln oA ! A(T1  T2 )
e
n0 B

(2-14)

BiӇu thӭc (2-14) chӭng tӓ s.n.đ.đ là hàm sӕ cӫa hiӋu nhiӋt đӝ
Sӵ xuҩt hiӋn hiӋu điӋn thӃ tiӃp xúc đóng vai trò quan trӑng ӣ hiӋn tưӧng
ăn mòn điӋn hóa và đưӧc úng dөng trong mӝt sӕ khí cө đo lưӡng, đһc biӋt là
15


VҰT LIӊU ĐIӊN

ӭng dөng đӇ chӃ tҥo các cһp nhiӋt ngүu dùng đӇ đo nhiӋt đӝ. Bҧng thӃ điӋn
hóa cӫa các kim loҥi so vӟi Hyđrô bҧng 2.2

B̫ng 2.2 B̫ng th͇ đi͏n hóa cͯa các kim lo̩i so vͣi Hyđrô b̫ng 2.2
Kim loҥi

ThӃ điӋn hóa

Kim loҥi

ThӃ điӋn hóa

Vàng

+1,500

ThiӃc

- 0,100

Bҥc

+0,081

Chì

- 0,130

Đӗng

+0,345

Sҳt

- 0,440

Hyđrô

+0,000

KӁm

- 0,760

Sӭc nhiӋt điӋn đӝng sinh ra cӫa hai kim loҥi khác nhau khi tiêpa xúc
đưӧc ӭng dөng đӇ chӃ tҥo cһp nhiӋt ngүu.
Gía trӏ cӫa sӭc nhiӋt điӋn đӝng tiӃp xúc:
EAB = 2,87.10-7.U.ln nA/nB

(2-15)

Trong đó:
EAB sӭc nhiӋt điӋn đӝng tiӃp xúc tác dөng giӳa2 thanh kim loҥi A và B
nA và nB sô lưӧng điӋn tӱ tӵ do trong mӝt đơn vӏ phân khӕi (1cm 3) cӫa
2 kim loҥi A và B
U NhiӋt đӝ tuyӋt đӕi cӫa chӛ tiӃp xúc
2.2.5. HӋ sӕ nhiӋt đӝ dãn nӣ dài cӫa vұt dүn kim loҥi

HӋ sӕ dãn nӣ nhiӋt theo chiӅu dài cӫa vұt dүn kim loҥi:
E l ! TK l !

1 dl
(đӝ-1)

lt dT

(2-14)

Trong kӻ thuұt cҫn phҧi chú ý đӃn hӋ sӕ El đӇ tính toán hӋ sӕ nhiӋt đӝ cӫa vұt
dүn:
ER = EV - El

(2-15)

Giӳa các trӏ sӕ cӫa hӋ sӕ dãn nӣ dài theo nhiӋt đӝ và nhiӋt đӝ nóng chҧy cӫa
kim loҥi có quan hӋ vӟi nhau theo tӹ lӋ nhҩt đӏnh. Kim loҥ i có giá trӏ El cao
nóng chҧy ӣ nhiӋt đӝ thҩp, còn lim loҥi có hӋ sӕ El nhӓ sӁ khó nóng chҧy
bҧng 2.2
B̫ng 2.3

16


VҰT LIӊU ĐIӊN

Kim loҥi

Khӕi lưӧng

NhiӋt đӝ

HӋ sӕ nhiӋt đӝ

HӋ sӕ nhiӋt điӋn

riêng
(g/cm3)

nóng chҧy
0
C

dãn nӣ dài

trӣ suҩt dài đӝ-1 ,

E1.106, đӝ-1

EV.

Sҳt

7,8

1535

11

0,006

Niken

8,9

1455

13

0,0065

Coban

8,7

1492

12,5

0,006

Chì

11,4

327

29

0,0037

ThiӃc

7,3

232

23

0,0044

KӁm

7,1

420

31

0.004

Cadmi

8,6

321

30

0,0042

2.2. TÍNH CHҨT CHUNG CӪA KIM LOҤI VÀ HӦP KIM
2.2.1. Tҫm quan trӑng cӫa kim loҥi cӫa kim loҥi và hӧp kim
ĐӃn ngày nay, loài ngưӡi đã biӃt đưӧc trên mӝt trăm nguyên tӕ hóa hӑc, tҩt cҧ

các nguyên tӕ đưӧc chia làm hai loҥi : kim loҥi và không kim loҥi trong dó
kim loҥi chiӃm tӟi 79 nguyên tӕ. Kim loҥi chӭa nhiӅu nhҩt trong vӓ trái đҩt là
nhôm 7% sau đó là sҳt 5%
Trong kӻ thuұt điӋn kim loҥi và hӧp kim cӫa nó là chҩt liӋu không thӇ thiӃu,
nó đưӧc sӱ dөng phә biӃn đӇ sҧn suҩt các thiӃt bӏ khí cө
điӋn.
2.2.2. Tính chҩt cӫa kim loҥi cӫa kim loҥi và hӧp kim

a. Tính ch̭t lý h͕c
Tính chҩt lý hӑc cӫa kim loҥi và hӧp kim là vҿ sángmһt ngoài, tính chҧy
loãng, tính dãn dài khi đӕt nóng tính dүn nhiӋt, nhiӋt dung đӝ dүn điӋn, đӝ
thҩm tӯ ( tính nhiӉm tӯ)
- Vҿ sáng cӫa kim loҥi: Theo vҿ sáng bӅ ngoài cӫa kim loҥi có thӇ chia thành
kim loҥi đen và kim loҥi màu. Kim loҥi đen là các hӧp kim cӫa sҳt tӭc là gang
và thép, còn kim loҥi màu là tҩt cҧ các kim loҥi và hӧp kim còn lҥi. Kim loҥi
không trong suӕt, ngay cҧ nhӳng tҩm kim loҥi đưӧc cán dát rҩt mӓng cũng
không đӇ cho ánh sáng xuyên qua nó đưӧc, tuy vұy kim loҥi lҥi có đӝ phҧn
chiӃu ánh sáng ӣ mһt ngoài cӫa nó, mӛi kim loҥi phҧn chiӃu ánh sáng theo
mӝt màu sҳc ánh sáng riêng mà ta quen gӑi là màu cӫa kim loҥi, thí dө đӗng
có màu đӓ, thiӃc màu trҳng bҥc, kӁm màu xám v.v« Đôi khi trên mһt ngoài
cӫa thép có màu khác nhau như: vàng, xanh, tím nhӳng màu đó không phҧi là
màu cӫa thép, mà là màu cӫa mһt ngoài thép bӏ phӫ mӝt lӟp oxít, lӟp này tҥo
17


VҰT LIӊU ĐIӊN

nên do nhiӋt cҳt gӑt nhiӋt, ӣ mӛi nhiӋt đӝ khác nhau, lӟp oxít này có màu sҳc
khác nhau. Chính nhӡ sӵ biӃn màu cӫa bӅ mһt ngoài cӫa thépmà ta có thӇ
phán đoán đưӧc nhiӋt đӝ đӕt nóng cӫa thép khi nhiӋt luyӋn hay rèn.

- Tính nóng chҧy: Kim loҥi có tính chҧy loãng khi đӕt nóng và đông đһc khi
làm nguӝi. NhiӋt đӝ kim ӭng vӟi kim loҥi chuyӇn tӯ thӇ đһc sang thӇ lӓng
hoàn toàn gӑi là điӇm nóng chҧy. ĐiӇm nóng chҧy có ý nghĩa rҩt quan trӑng
trong công nghӋ đúc, vì khi đúc ta phҧi nҩu chҧy loãng kim loҥi ra đӇ rót vào
đҫy khuôn, trong công nghӋ điӇm nóng chҧy cũng có ý nghĩa quan trӑng.
ĐiӇm nóng chҧy cӫa nhiӅu hӧp kim lҥi khác điӇm nón g chҧy cӫa tӯng kim
loҥi tҥo nên hӧp kim đó.
- Tính dүn nhiӋt: là tính chҩt truyӅn nhiӋt cӫa kim loҥi khi bӏ đӕt nóng hoһc
làm lҥnh, kim loҥi có tính chҩt dүn nhiӋt tӕt thì càng dӉ đӕt nóng nhanh và
đӗng đӅu, cũng như càng dӉ nguӝi nhanh. Các vұt có tính dүn nhiӋt kém
muӕn đӕt nóng hoàn toàn phҧi mҩt nhiӅu thӡi gian và nӃu làm nguӝi quá
nhanh có thӇ gây nên nӭt, vӥ.
- Tính dãn nӣ nhiӋt: ChӍ có mӝt sӕ kim loҥi có tính nhiӉm tӯ, tӭc là nó bӏ tӯ
hóa sau khi đưӧc đһt trong mӝt tӯ trưӡng. Sҳt và hҫu hӃt các hӧ p kim cӫa sҳt
đӅu có tính nhiӉm tӯ. Niken và Côban cũng có tính nhiӉm tӯ và đưӧc gӑi là
chҩt sҳt tӯ. Còn hҫu hӃt các kim loҥi khác không có tính nhiӉm tӯ.
b. Tính ch̭t hóa h͕c
Tính chҩt hóa hӑc biӇu thӏ khҧ năng cӫa kim loҥi và hӧp kim chӕng lҥi tác
dөng hóa hӑc và các môi trưӡng có hoҥt tính khác nhau. Tính chҩt hóa hӑc
cӫa kim loҥi và hӧp kim biӇu thӏ ӣ hai dҥng:
- Tính chӕng ăn mòn: Là khҧ năng chӕng lҥi sӵ ăn mòn cӫa hơi nưӟc hay oxy
cӫa không khí ӣ nhiӋt đӝ thưӡng hoһc nhiӋt đӝ cao.
- Tính chӏu axít: là khҧ năng chӕng lҥi tác dөng cӫa môi trưӡng axít
c. Tính ch̭t cơ h͕c
Thông thưӡng đһc tính cơ đưӧc đһc trưng bҵng giӟi

Hk

hҥn bӅn kéo và đӝ giãn nӣ dài tương đӕi khi đӭt (l/l.
Trên hình 2.2 trình bày hai đưӡng cong

cӫa dây dүn làm bҵng vұt dүn bӏ kéo: đ ưӡng1
ӭng vӟi dây sҧn xuҩt bҵng cách kéo nguӝi, đưӡng2
ӭng vӟi dây đã đưӧc ӫ, ҧnh hưӣng cӫa viӋc ӫ dây
làm giҧm giӟi hҥn bӅn kéo 1,5 z 2 lҫn và tăng
đӝ giãn dài tương đӕi khi đӭt lên 15 z 20 lҫn
18

1
2

(l/l

Hình2.2. Quan h͏ giͷa ͱng
sṷt cơ khí kéo dây d̳n vͣi đ͡
giãn nͧ dài tương d͙i


VҰT LIӊU ĐIӊN

2.3. NHӲNG HƯ HӒNG THƯӠNG GҺP VÀ CÁCH CHӐN VҰT LIӊU
DҮN ĐIӊN
2.3.1. Nhӳng hư hӓng thưӡng gһp
Trong vұt liӋu dүn điӋn thưӡng gһp nhӳng hiӋn tưӧng hư hӓng sau:
- Tính dүn điӋn cӫa chúng giҧm đi đáng kӇ sau thӡi giam là viӋc lâu dài
- Hay bӏ gãy hoһc bӏ biӃn dҥng do chӏu tác dөng cӫa lӵc cơ khí, lӵc điӋn đӝng
và nhiӋt đӝ cao gây ra
- Bӏ ăn mòn hóa hӑc do tác dөng cӫa môi trưӡng hoһc cӫa các dung môi
2.3.2. Cách chӑn vұt liӋu dүn điӋn
Chӑn vұt liӋu dүn điӋn phҧi đҧm bҧo đưӧc các yӃu cҫu vӅ tính chҩt lý hóa, phӍ

phù hӧp cho viӋc sӱ dөng vұt liӋu, thông thưӡng phҧi đҧm bҧ o đưӧc các yêu
cҫu sau:
- Đӝ dүn điӋn phҧi tӕt
- Có sӭc bӅn cơ khí, đҧm bҧo đưӧc điӅu kiӋn әn đӏnh đӝng và әn đӏnh nhiӋt
- Có khҧ năng kӃt hӧp đưӧc vӟi các kim loҥi khác thành hӧp kim
- Phҧi đҧm bҧo đưӧc tính chҩt lý hӑc như: tính nóng chҧy, tính dүn nhiӋt , tính
dãn nӣ nhiӋt
- Đҧm bҧo đưӧc tính chҩt hóa hӑc: tính chӕng ăn mòn do tác dөng cӫa môi
trưӡng và các dung môi gây ra.
- Đҧm bҧo đưӧc tính chҩt cơ hӑc
2.4. MӜT SӔ VҰT LIӊU DҮN ĐIӊN THÔNG DӨNG
Kim loҥi có điӋn trӣ suҩt V nhӓ (hay điӋn dүn suҩt K lӟn) là vұt dүn điӋn
tӕt. Đӗng, nhôm, sҳt, kӁm, vàng, bҥc...và hӧp kim cӫa chúng là nhӳng chҩt
dүn điӋn tӕt.
2.4.1. Đӗng và hӧp kim cӫa đӗng
1. Đ͛ng (Cu)

Đӗng là vұt liӋu dүn điӋn quan trӑng nhҩt trong tҩt cҧ các vұt liӋu dүn điӋn
dùng trong kӻ thuұt điӋn vì nó có nhӳng ưu điӇm nәi trӝi so vӟi các vұt liӋu
dүn điӋn khác
- Đ̿c tính chung:
- Là kim loҥi có màu đӓ nhҥt sáng rӵc
- ĐiӋn trӣ suҩt VCu nhӓ (chӍ lӟn hơn so vӟi bҥc Ag nhưng do bҥc đҳt
tiӅn hơn nên ít đưӧc dùng so vӟi đӗng).
19


VҰT LIӊU ĐIӊN

- Có sӭc bӅn cơ giӟi đӫ lӟn.

- Trong đa sӕ trưӡng hӧp có thӇ chӏu đưӧc tác dөng ăn mòn (có sӭc đӅ
kháng tӕt đӕi vӟi sӵ ăn mòn).
- DӉ gia công: cán mӓng thành lá, kéo thành sӧi.
- DӉ uӕn, dӉ hàn.
- Có khҧ năng tҥo thành hӧp kim tӕt.
- Là kim loҥi hiӃm chӍ chiӃm khoҧng 0,01% trong lòng đҩt
Đӗng dùng trong kӻ thuұt điӋn phҧi đưӧc tinh luyӋn bҵng điӋn phân, tҥp
chҩt lүn trong đӗng dù mӝt lưӧng rҩt nhӓ thì tính dүn điӋn cӫa nó cũng giҧm
đi đáng kӇ.
Qua nghiên cӭu, ngưӡi ta thҩy rҵng: nӃu trong đӗng có 0,5% Zn, Ni hay
Al thì điӋn dүn suҩt cӫa nó (KCu) giҧm đi 25% z 40% và nӃu trong đӗng có
0,5% Ba, As, P, Si thì có thӇ giҧm đӃn 55%.
Vì vұy đӇ làm vұt dүn, thưӡng chӍ dùng đӗng điӋn phân chӭa trên 99,9%
Cu.
- Đi͏n trͧ sṷt và các y͇u t͙ ̫nh hưͧng đ͇n đi͏n trͧ sṷt
Đӗng đưӧc tiêu chuҭn hóa trên thӏ trưӡng quӕc tӃ ӣ 20 0C có:
- V = 1,7241.10-6(;.cm)
- K = 0,58.106 (1/;.cm)
- E = 0,00393 (1/ 0C)
Các yӃu tӕ ҧnh hưӣng đӃn điӋn trӣ suҩt
- ҧnh hưӣng cӫa các tҥp chҩt
- ҧnh hưӣng cӫa gia công cơ khí
- ҧnh hưӣng cӫa quá trình sӱ lý nhiӋt
Nhìn chung các ҧnh hưӣng trên đӅu giҧm điӋn dүn suҩt cӫa đӗng.
-Phân lo̩i:
- Đӗng khi kéo nguӝi đưӧc gӑi là đӗng cӭng: nó có sӭc bӅn cao, đӝ
giãn dài nhӓ, rҳn và đàn hӗi (khi uӕn).
- Đӗng đưӧc nung nóng rӗi đӇ nguӝi gӑi là đӗng mӅm: nó ít rҳn hơn
đӗng cӭng, sӭc bӅn cơ giӟi kém, đӝ giãn khi đӭt rҩt lӟn và có điӋn dүn
suҩt K cao.

- Đӗng đưӧc sӱ dөng trong công nghiӋp là loҥi đӗng tinh chӃ, nó đưӧc
phân loҥi trên cơ sӣ các tҥp chҩt có trong đӗng tӭc là mӭc đӝ tinh khiӃt,
bҧng 2.4
B̫ng 2.4
20


VҰT LIӊU ĐIӊN

Ký hiӋu

CuE

Cu9

Cu5

Cu0

Cu%

99,95

99,90

99,50

99,00

Trong kӻ thuұt ngưӡi ta sӱ dөng đӗng điӋn phân CuE và Cu9 đӇ làm dây dүn

điӋn.
- Tính ch̭t cơ h͕c và các y͇u t͙ ̫nh hưͧng :
- ҧnh hưӣng cӫa chҩt thêm vào : Các kim loҥi thêm vào : Al, Zn, Ni, «
sӁ làm tăng sӭc bӅn cơ khí. Do đó ngưӡi ta sӱ dөng nhiӅu hӧp kim cӫa đӗng.
- ҧnh hưӣng cӫa gia công cơ khí:
+/ ӣ trҥng thái ӫ nhiӋt ( mӅm) đӝ bӅn đӭt khi kéo: Hk = 22kG/cm2
+/ Khi kéo thành sӧi (nguӝi ): Hk = 45kG/cm2
Vì vұy, đӇ dӉ dàng khi sӱ dөng nên gia nhiӋt vұt liӋu đӗng
Lưư ý: Vì sӭc bӅn cơ khí cӫa đӗng giҧm khi nhiӋt đӝ 77 0C tӯ 45kG/cm2
xuӕng 35kG/cm2 sau khoҧng thӡi gian là 80 ngày, nên nhӳng quy đӏnh vӅ
phương diӋn kӻ thuұt phҧi làm sao cho giӟi hҥn nung nóng bình thưӡng cӫa
dây dүn trҫn sao cho nhiӋt đӝ cӫa chúng không vưӧt quá 70 0C.
- Các đ̿c tính hóa h͕c và s͹ đ͉ kháng đ͙i vͣi s͹ ăn mòn :
- ӣ nhiӋt đӝ thưӡng , đӗng là vұt liӋu có sӭc đӅ kháng tӕt vӟi sӵ ăn mòn
( do Đӗng có điӋn hóa lӟn +0,340 so vӟi H là +0,000)
- Đӗng có khҧ năng đè kháng tӕt vӟi tác đӝng cӫa nưӟc và nhӳng khi
thӡi tiӃt xҩu và có tҥo thành lӟp ôxit đӗng có tác dөng bҧo vӋ.
- Ͱng dͭng:
- Đӗng cӭng đưӧc dùng ӣ nhӳng nơi cҫn sӭc bӅn cơ giӟi cao, chӏu
đưӧc mài mòn như làm cә góp điӋn, các thanh dүn ӣ tӫ phân phӕi, các thanh
cái các trҥm biӃn áp, các lưӥi dao chính cӫa cҫu dao, các tiӃp điӇm cӫa thiӃt bӏ
bҧo vӋ...
- Đӗng mӅm đưӧc dùng ӣ nhӳng nơi cҫn đӝ uӕn lӟn và sӭc bӅn cơ giӟi
cao như: ruӝt dүn điӋn cáp, thanh góp điӋn áp cao, dây dүn điӋn, dây quҩn
trong các máy điӋn.
B̫ng2.5 Các tính ch̭t v̵t lý hóa h͕c chính cͯa đ͛ng đi͏n phân

Đһc tính

Đơn vӏ đo lưӡng

Kg/dm3

Trӑng lưӧng riêng
ĐiӋn trӣ suҩt ӣ nhiӋt đӝ 20 0C

ChӍ tiêu
8,90

;mm2/m

- Dây mӅm
- Dây cӭng
- HӋ sӕ thay đәi điӋn trӣ suҩt theo nhiӋt
đӝ ( ӣ 00 C- 1500C )
- NhiӋt dүn suҩt
21

1/0C
W/cm.grd

0,01748
0,01786
0,00393
3,92
0,938


VҰT LIӊU ĐIӊN
0

- NhiӋt đӝ nóng chҧy

Calo/cm.s.grd C

- NhiӋt lưӧng riêng trung bình ӣ 25 0C
- ĐiӇm sôi ӣ 760mm cӝt thӫy ngân
- HӋ sӕ giãn nӣ dài trung bình ӣ 20 0C
- NhiӋt đӝ kӃt tinh lҥi
- Modun đàn hӗi, E

0

C
Kcal/kg.grd
0
C
1/đӝ ( grd)
0
C
kG/mm2
kG/mm2

- Sӭc bӅn đӭt khi kéo
- Dây mӅm
- Dây cӭng
ThӃ điӋn hóa so vӟi H

1083
0,0918
2325

16,42.10-6
200
13000
21
45
+0,34

V
2. Hͫp kim cͯa đ͛ng
Hӧp kim trong đó vұt liӋu đӗng là thành phҫn cơ bҧn, có đһc điӇm là sӭc bӅn
cơ khí lӟn, đӝ cӭng cao, có đӝ dai tӕt, mà u đҽp và có tính chҩt dӉ nóng chҧy.
Hӧp kim cӫa đӗng có thӇ đúc thành các dҥng bình phӭc tҥp; ngưӡi ta dӉ dàng
gia công trên máy công cө và cӓ thӇ phӫ lên bӅ mһt cӫa các kim loҥi khác
theo phương pháp mҥ điӋn. Nhӳng hӧp kim chính cӫa đӗng đưӧc sӱ dөng
trong kӻ thuұt điӋn là: Đӗng thanh, đӗng thau, các hӧp kim dùng làm điӋn trӣ.
Ngoài viӋc dùng đӗng tinh khiӃt đӇ làm vұt dүn, ngưӡi ta còn dùng các
hӧp kim cӫa đӗng vӟi các chҩt khác như: thiӃc, silic, phӕtpho, bêrili, crôm,
mangan, cadmi..., trong đó đӗng chiӃm vӏ trí cơ bҧn, còn các chҩt khác có
hàm lưӧng thҩp. Căn cӭ vào lưӧng và thành phҫn các chҩt chӭa trong đӗng,
ngưӡi ta chia hӧp kim cӫa đӗng thành các dҥng chӫ yӃu như sau:
- Đ͛ng thanh (đ͛ng đ͗):
Đӗng thanh là mӝt hӧp kim cӫa đӗng, có thêm mӝt sӕ kim loҥi khác đӇ
tăng cưӡng đӝ cӭng, sӭc bӅn và dӉ nóng chҧy.
TuǤ theo các vұt liӋu thêm vào, ngưӡi ta phân biӋt:
o Đӗng thanh vӟi thiӃc.
o Đӗng thanh vӟi thiӃc và kӁm.
o Đӗng thanh vӟi nhôm.
o Đӗng thanh vӟi Bêrili.
Đӗng thanh đưӧc dùng đӇ chӃ tҥo các chi tiӃt dүn điӋn trong các máy điӋn
và khí cө điӋn; đӇ gia công các chi tiӃt nӕi và giӳ dây dүn, các ӕc vít, đai

cho hӋ thӕng nӕi đҩt, cә góp điӋn, các giá đӥ và giӳ,...
22


VҰT LIӊU ĐIӊN
B̫ng2«. Tính ch̭t v̵t lý cͯa đ͛ng thanh

Đһc tính

Đơn vӏ đo lưӡng

-Trӑng lưӧng riêng
-ĐiӋn trӣ suҩt ӣ nhiӋt đӝ 20 0C
-ĐiӋn dүn suҩt
- HӋ sӕ thay đәi điӋn trӣ suҩt theo nhiӋt
đӝ
- NhiӋt dүn suҩt

ChӍ tiêu

Kg/dm3

7,2- 8,9

;cm.10-6

1,92-11,1
0,52-0,09

;-1cm-1.106

1/0C
W/cm.grd
0
C
Kcal/kg.grd
1/đӝ ( grd)
0
C
kG/mm2
kG/mm2
%

- NhiӋt đӝ nóng chҧy bình thưӡng
- NhiӋt lưӧng riêng trung bình ӣ 25 0C
- HӋ sӕ giãn nӣ dài trung bình 0-1000C
- NhiӋt đӝ xӱ lý nhiӋt ( ӫ)
- Modun đàn hӗi, E
- Sӭc bӅn đӭt khi kéo
- Đӝ dãn dài riêng khi kéo đӭt

0,004
0,54- 0,43
900-1200
0,10
16,6.10-6
630-750
9000-13000
50 - 85
3-30

B̫ng2«. Các đ̿c tính cơ cͯa đ͛ng thanh- Nhôm đ͹oc s͵ dͭng trong kͿ thu̵t đi͏n
Ký hiӋu

Mӭc đӝ cӭng

Sӭc bӅn khi

Đӛ
2

Kéo:Kg/mm
(tӕi thiӇu)

dүn

tương đӕi
Khi đӭt %

dài Đӝ cӭng

Trӑng lương

Brinell HB
(tӕi thiӇu)

riêng
Kg/cm2

70

110
140

8,2
8,2
7,6

(tӕi thiӇu)
BzAl5

-

MӅm

-

½ cӭng
Cӭng

35-45
42-45
50-63

30
15
8

- Đ͛ng thau:
Đӗng thau là mӝt hӧp kim đӗng vӟi kӁm, trong đó kӁm không vưӧt quá
46%. Ӣ nhiӋt đӝ cao, sӭc bӅn cӫa đӗng thau đӕi vӟi sӵ ăn mòn do oxyt hóa sӁ

giҧm. Tӕc đӝ oxyt hóa cӫa đӗng thau càng nhӓ (so vӟi đ ӗng tinh khiӃt) khi tӹ
lӋ phҫn trăm cӫa kӁm càng lӟn.
NӃu tӹ lӋ phҫn trăm cӫa kӁm lӟn hơn 25%, thì lӟp bҧo vӋ cӫa oxyt kӁm
tҥo nên trên bӅ mһt cӫa vұt liӋu càng nhanh khi nhiӋt đӝ càng lӟn.
Còn nӃu tӹ lӋ phҫn trăm cӫa kӁm nhӓ thì trên bӅ mһt cӫa vұt liӋu s Ӂ tҥo
mӝt lӟp màu hơi đen giàu oxyt đӗng. Tính chҩt này cӫa đӗng thau vӟi tӹ lӋ
lӟn hơn 25% kӁm tҥo thành mӝt lӟp bҧo vӋ ӣ 300 0C và đôi khi đưӧc sӱ dөng
23


VҰT LIӊU ĐIӊN

đӇ bҧo vӋ các chi tiӃt chӕng lҥi sӵ ăn mòn cӫa không khí có Amôniac nӃu
không sӱ dөng mӝt phương pháp bҧo vӋ nào khác.
ĐӇ tăng sӭc đӅ kháng đӕi vӟi sӵ ăn mòn điӋn hoá, ngưӡi ta thưӡng tҭm
thiӃc hay tráng kӁm khi đӗng thau còn nóng
Đӗng thau đưӧc dùng trong kӻ thuұt điӋn đӇ gia công các chi tiӃt dүn
dòng như ә cҳm điӋn, các phích cҳm, đui đèn, các đҫu nӕi đ Ӄn hӋ thӕng
tiӃp đҩt, các ӕc, vít...
2.4.2. Nhôm và hӧp kim cӫa nhôm
1. Nhôm (Al)

- Đ̿c tính chung:
Sau đӗng, nhôm là vұt liӋu dүn điӋn quan trӑng thӭ hai đưӧc sӱ dөng
trong kӻ thuұt điӋn
Là kim loҥi màu trҳng bҥc, rҩt mӅm, rҩt ít đӅ kháng khi va chҥm và xây
xát, có trӑng lưӧng riêng nhӓ ( nhҽ). ChiӃm 7,5% trong vӓ trái đҩt ( nhiӅu
nhҩt trong các kim loҥi)
- Có điӋn dүn suҩt và nhiӋt dүn cao, chӍ sau Ag và Cu
- Gia công dӉ dàng khi nóng và khi nguӝi

- Có sӭc bӅn đӕi vӟi sӵ ăn mòn do có lӟp oxit rҩt mӓng tҥo ra khi tiӃp
xúc vӟi không khí.
- Sӭc bӅn cơ khí tương đӕi bé
- Lӟp oxit có điӋn dүn lӟn nên khi khó khăn cho viӋc tiӃp xúc

 

B̫ng2«. Các h̹ng s͙ v̵t lý hóa h͕c chính cͯa dây d̳n nhôm( 99,5% l)

Đһc tính

Đơn vӏ đo lưӡng
0

-Trӑng lưӧng riêng ӣ 20 C
-ĐiӋn trӣ suҩt ӣ nhiӋt đӝ 20 0C
-ĐiӋn dүn suҩt ӣ 20 0C
- HӋ sӕ thay đәi điӋn trӣ suҩt theo nhiӋt
đӝ ӣ 200C
- NhiӋt dүn suҩt
- NhiӋt đӝ nóng chҧy bình thưӡng
- NhiӋt lưӧng riêng trung bình ӣ 25 0C
- ĐiӇm sôi ӣ 760mm cӝt thӫy ngân
- HӋ sӕ giãn nӣ dài trung bình 20-1000C
- NhiӋt đӝ xӱ lý nhiӋt ( ӫ)
24

3

Kg/dm

;cm.10

-6

;-1cm-1.106

1/0C
W/cm.grd
0
C
Kcal/kg.grd
0
C
1/đӝ ( grd)
0
C

ChӍ tiêu
2,7
2,94
0,34
0,004
2,1
93
0,2259
2270
23,81.10-6
630-750

VҰT LIӊU ĐIӊN
2

- Modun đàn hӗi, E

kG/mm

- Sӭc bӅn đӭt khi kéo
- Đӝ dãn dài riêng khi kéo đӭt

kG/mm2
%

9000-13000
50 - 85
3-30

- Đi͏n trͧ sṷt và các y͇u t͙ ̫nh hưͧng đ͇n đi͏n trͧ sṷt
ĐiӋn trӣ suҩt cӫa nhôm ӣ 200C là 2,941.10-6(;.cm). HӋ sӕ thay đәi
điӋn trӣ suҩt theo nhiӋt đӝ E = 0,004- 0,0049 (1/0C) tùy thuӝc vào mӭc đӝ
tinh khiӃt, điӋn dүn suҩt K = 0,34.106 (1/;.cm)
So sánh vӟi đӗng, nhôm có tính chҩt cơ và điӋn ít thuұn lӧi hơn. Trӑng lưӧng
nhҽ (trӑng lưӧng Al nhӓ hơn Cu 3,5 lҫn), tính dҿo cao. So vӟi đӗng, nhôm
kém hơn vӅ các mһt điӋn và cơ. Vӟi dây dүn có cùng tiӃt diӋn và đӝ dài thì
dây bҵng nhôm có điӋn trӣ lӟn hơn đӗng khoҧng 0,0295/0,0175 = 1,68 lҫn.
Do đó nӃu có hai dây dүn bҵng nhôm và đӗng có điӋn trӣ như nhau thì dây
nhôm phҧi có tiӃt diӋn lӟn hơn 1,669 lҫn so vӟi dây đӗng (hay đưӡng kính
cӫa dây nhôm lӟn hơn do vӟi dây đӗng là

1,68 = 1,3 lҫn).

Vì vұy, nӃu bӏ ràng buӝc bӣi kích thưӟc thì không thӇ thay đӗng bҵng
nhôm đưӧc.
Các yӃu tӕ ҧnh hưӣng đӃn điӋn trӣ suҩt
- ҧnh hưӣng cӫa các tҥp chҩt
- ҧnh hưӣng cӫa gia công cơ khí
- ҧnh hưӣng cӫa quá trình sӱ lý nhiӋt
Nhìn chung các ҧnh hưӣng trên đӅu làm tăng điӋn trӣ suҩt và thay đәi hӋ sӕ
E cӫa nhôm.
B̫ng2«. ̫nh hưͧng phͭ cͯa s̷t và Silic đ͙i vͣi đi͏n trͧ sṷt cͯa nhôm

Nhôm đã đưӧc
xӱ lý (ӫ nhiӋt)
-Nhôm tinh
khiӃt
- Al 99,5%
- AL 99,0%
- Al 98,5%

Các chҩt thêm vào, %
Fe

Si

ĐiӋn trӣ
suҩt ӣ 200C

0,0005
0,34

0,56
0,96

0,0023
0,1
0,32
0,41

2,63
2,767
2,78
2,835

25

HӋ sӕ thay đәi
điӋn trӣ suҩt theo
nhiӋt đӝ ӣ 20 0C
4,33.10-6
4,10.10-6
4,13.10-6
4,10.10-6