Báo cáo tiểu luận Vật liệu điện điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CHẤT LƯỢNG CAO
---------Môn: VẬT LIỆU ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI BÁO CÁO
Đề tài: Kim loại dẫn điện nhôm.

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phạm Xuân Hổ
Sinh viên thực hiện:
Lê Đức Chính
MSSV: 17142063
Nguyễn Tấn Thành
MSSV: 17142158
Lưu Thị Cẩm Phương
MSSV: 17142141
Phan Trương Tiến Phát
MSSV: 17142135

TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2018

Lời mở đầu


“Lần đầu tiên nhìn thấy những sản phẩm bằng nhôm, N. G. Checnưsepxki đã phấn
khởi thốt lên: “kim loại này nhất định sẽ có một tương lai to lớn. Hỡi các bạn, trước mắt
các bạn là thứ kim loại của chủ nghĩa xã hội”. Trong tiểu thuyết “Làm gì” của ông xuất
bản năm 1863 có những dòng như sau: “…Nghệ thuật kiến trúc của ngôi nhà bên trong
này thanh thoát biết bao, những bức tường giữa các cửa sổ gọn nhẹ làm sao. Các ô cửa sổ
thì to lớn, rộng rãi, choán hết cả chiều cao tầng nhà… Còn sàn và trần nhà thì thế nào?
Các cửa lớn và khung cửa sổ kia làm bằng gì? Đó là cái gì vậy? Bạc chăng? Bạch kim ư?

… Ô, bây giờ tôi mới biết, Xasa chỉ cho tôi một tấm bảng nhẹ như tấm kính, lại có cả hoa
tai và trâm cài đầu như vậy nữa; phải, Xasa nói rằng, sớm hay muộn rồi nhôm cũng thay
thế gỗ, và có thể còn thay thế cả đá nữa. Nhưng sao lại dồi dào thế. Chỗ nào cũng là
nhôm… Và đây, trong phòng này nữa, một nửa sàn để ngỏ, và thế là rõ rồi, nó làm bằng
nhôm…”
Có lẽ lời tiên đoán của N. G. Checnưsepxki đã thành sự thật, ở thời đại hiện nay,
nhôm có ở khắp mọi nơi, từ đồ vật gia đình đến các sản phẩm điện hay cả trong nghành
hàng không vũ trụ và giao thông vận tải, chúng ta hiếm khi thấy sự vắng mặt của nhôm.
Đặt biệt là trong dẫn điện, nếu trước đây kim loại đồng là lựa chọn duy nhất trong dẫn
điện, thì hiện nay nhôm cũng được coi là lựa chọn không kém cạnh. Đồng tuy dẫn điện tốt
so với nhôm và bền hơn nhôm, nhưng lại dễ bị ăn mòn, trong khi đó nhôm lại rất nhẹ, nhẹ
hơn đồng ba lần, lại có lớp oxit chống ăn mòn và giá thành lại rẻ, nên một số trường hợp
đồng không giải quyết được vấn đề, người ta lại tìm đến nhôm, mà lúc này nhôm còn thể
hiện nó là một lựa chọn vô cùng sáng suốt. Bên cạnh đó, vẫn còn rất nhiều bí mật về
nhôm, như “Ở Trung Quốc có ngôi mộ của đại đô đốc danh tiếng là Chu Du, chết hồi đầu
thế kỷ thứ III. Cách đây không lâu, một số họa tiết trang trí ngôi mộ đã được phân tích
bằng quang phổ. Kết quả thật bất ngờ đến nỗi phải phân tích đi phân tích lại nhiều lần, và
mỗi lần như vậy, vạch quang phổ không thiên vị ai đã chứng tỏ hùng hồn rằng, thứ hợp
kim mà những người thợ cổ xưa đã dùng làm họa tiết trang trí chứa tới 85% nhôm.”, điều
này đã làm nhức đầu các nhà khoa học hiện nay, vì lúc bấy giờ người ta còn chưa biết đến
dòng điện là gì, nói chi đến điện phân, vậy tại sao họ lại điều chế được nhôm, bằng sấm
sét à, điều này là không thể. Thế nghĩa là vẫn phải giả định rằng, từ thời xa xưa ấy đã có
một phương pháp khác nào đó để điều chế nhôm, nhưng tiếc thay đã bị thất truyền hàng
1


bao thế kỷ. Vì vậy, nhôm là một kim loại vô cùng thú vị và đặt biệt đối với tất cả chúng
ta, hay các nghành khoa học kỹ thuật. Nghiên cứu về nhôm sẽ giúp chúng ta có nhiều kiến
thức và kỹ năng vận dung vào khoa học kỹ thuật sau này.
Chương 1: Giới thiệu vật liệu dẫn điện

1.1.

Vật liệu dẫn điện
1.1.1. Khái niệm
Vật liệu dẫn điện là chất có vùng tự do nằm sát với vùng đầy thậm chí có thể

chồng lên vùng đầy. Vật dẫn điện có số lượng điện tử tự do rất lớn, ở nhiệt độ bình
thường các điện tử hóa trị trong vùng đầy có thể chuyển sang vùng tự do rất dễ dàng, dưới
tác dụng của lực điện trường các điện tử này tham gia vào dòng điện dẫn nhất định của
trường và tạo thành dòng điện. Chính vì vậy vật dẫn có tính dẫn điện tốt.
1.1.2. Phân loại
Vật dẫn điện ở thể rắn là các kim loại và hợp kim được chia làm 2 loại đó là:
+ Loại có điện dẫn cao: thường được dùng để làm dây dẫn, cáp điện, dây quấn máy
điện và khí cụ điện,…
+ Loại có điện trở cao: thường được sử dụng trong các khí cụ điện dùng để sưởi,
đốt nóng, ở trong các đèn chiếu sáng và các biến trở,…
Vật dẫn điện ở thể lỏng là các kim loại nóng chảy và các dung dịch điện phân vì
kim loại thường nóng chảy ở nhiệt độ cao trừ thủy ngân (Hg) có nhiệt độ nóng chảy -39 0C
nên trong thực tế kim loại ở thể lỏng thì chỉ có thủy ngân được dùng trong kỹ thuật. Hoặc
là các dung dịch điện phân. Trong một số điều kiện phù hợp có thể là chất khí và hơi khi ở
cường độ điện trường lớn sẽ có tính dẫn điện tử và tính dẫn ion.
1.2.

Sự dẫn điện trong vật dẫn
1.2.1. Khái niệm
Dẫn diện là sự dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện ( electron và các ion)

dưới tác dụng của điện trường ngoài để hình thành nên dòng điện. Dòng điện có chiều
cùng chiều các hạt mang điện tích dương và ngược chiều các hạt mang điện tích âm.

2


Sự dẫn điện bằng các điện tích tự do hay còn gọi là tính dẫn điện điện tử xảy ra
trong tất cả các môi trường, vật thể rắn chỉ có sự dẫn điện nhờ các điện tích tự do mà
không gây ra sự thay đổi bản chất của vật liệu sau quá trình dẫn điện.
Sự dẫn điện ion xảy ra trong môi trường có sự phân ly các ion như trong các vật ở
thể khí, lỏng, dung dịch. Thông thường đó là các dung dịch (có cơ sở là nước) axit, kiềm
và muối hoặc số vật rắn với tính dẫn ion như iodua bạc. Trong và sau qua trình dẫn điện
thường kèm theo quá trình biến đổi bản chất của vật liệu dẫn và điện cực. Tuy nhiên khí
và hơi khi ở cường độ điện trường lớn sẽ có tính dẫn điện tử và tính dẫn ion.
1.2.2. Điện trở và điện dẫn
Điện trở là đại lượng thể hiện sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một
vật liệu dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì
điện trở vô cùng lớn.
Điện trở trong dây dẫn:
Điện trở trong dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, được
tính theo công thức sau:
R

l
s

Trong đó:

 : là điện trở suất phụ thuộc vào vật liệu
l : là chiều dài dây dẫn (m)
s : là tiết diện dây dẫn

R : là điện trở   

Điện dẫn G của một dây dẫn: là đại lượng nghịch đảo của điện trở.
G

1
R

1
  1
Điện dẫn được tính với đơn vị 

Đôi khi, người ta còn gọi (*) là siêmen ký hiệu S, hoặc mho

3


1
1

1S = 1 mho =

1.2.3. Điện trở suất và điện dẫn suất
Điện trở suất  : là điện trở của dây dẫn có chiều dài là một đơn vị chiều dài và
tiết diện là một đơn vị điện tích.
2
Điện trở suất của dây dẫn được tính theo .mm / m hoặc .cm
1cm  104 .mm 2 / m  106 .cm  102 .m .
Điện dẫn suất γ : là đại lượng nghịch đảo của điện trở suất.

1
γ= 

2
1
1
1
1
1
Điện dẫn suất  được tính theo: m / .mm ,  ,  cm ,  m .

1.3.

Vật liệu dẫn điện nhôm.
Nhôm ( aluminium) là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố.

Là kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất. Nhôm chiếm khoảng 8% khối lớp rắn của trái
dất. Kim loại nhôm hiếm phản ứng hóa học mạnh với các mẫu quặng và có mặt hạn chế
trong các môi trường khử cực mạnh. Tuy vậy, nó vẫn được tìm thấy ở dạng chất trong hơn
270 loại khoáng vật khác nhau. Quặng chính chứa nhôm là bô xít ( Al2O3).
Ký hiệu hóa học: Al
Cấu trúc tinh thể: Lập phương tâm mặt
Số nguyên tử ( z): 13
Nhiệt độ nóng chảy: 933,47K
Độ âm điện: 1,61
Độ dẫn nhiệt: 237 W.m-1.K-1
1.3.1 Đặc tính chung
Sau đồng, nhôm là vật liệu dẫn điện quan trọng thứ hai được sử dụng trong kỹ
thuật điện.

4

Là kim loại màu trắng bạc, rất mềm, rất ít đề kháng khi va chạm và xây xát, có
trọng lượng riêng nhỏ ( nhẹ). Chiếm 7,5% trong vỏ trái đất ( nhiều nhất trong các kim
loại).
Có điện dẫn suất và nhiệt dẫn cao, chỉ sau Ag và Cu.
Gia công dễ dàng khi nóng và khi nguội.
Có sức bền đối với sự ăn mòn do có lớp oxit rất mỏng tạo ra khi tiếp xúc với không
khí.
Sức bền cơ khí tương đối bé
Lớp oxit có điện dẫn lớn nên khi khó khăn cho việc tiếp xúc
Đặc tính
Trọng lượng riêng ở 200C.
Điện trở suất ở nhiệt độ 200C.
Điện dẫn suất ở 200C.
Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ ở
200C.
Nhiệt dẫn suất.
Nhiệt độ nóng chảy bình thường.
Nhiệt lượng riêng trung bình ở 250C.
Điểm sôi ở 760mm cột thủy ngân.
Hệ số giãn nở dài trung bình 20-1000C.
Nhiệt độ xử lý nhiệt ( ủ).
Modun đàn hồi, E.
Sức bền đứt khi kéo.
Độ dãn dài riêng khi kéo đứt.

Đơn vị đo lường
Kg/dm3
-1cm-1.106

Chỉ tiêu

2,7
2,94
0,34

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

0,004
2,1
93
0,2259
2270
23,81.10-6
630-750
9000-13000
50 - 85
3-30

cm.10-6

1.3.2 Phân loại
Nhôm dùng trong công nghiệp được phân loại trên cơ sở tỷ lệ phần trăm của kim
loại tinh khiết và tạp chất. Nhôm được sử dụng làm dây dẫn điện trong kỹ thuật điện
thường phải đảm bảo tinh khiết, tối thiểu 99,5% Al, các tạp chất khác như sắt, silic tối đa
là 0,45%, đồng và kẽm tối đa là 0,05%.
Ở nhiệt độ thường, khi để trong không khí, nhôm sẽ được bọc một lớp mỏng, chắc
nịt oxit, lớp này có điện trở lớn và nó ngăn ngừa việc oxyt hóa tiếp tục, do vậy nó đảm
5


bảo là một lớp bảo vệ tốt đối với sự ăn mòn, ngay cả trong điều kiện môi trường khí hậu
ẩm ướt và hay thay đổi. Song trong trường hợp tồn tại các khí khác trong khí quyển như
CO2, NH3, SO2...và độ ẩm lớn có thể phát sinh ăn mòn điện hóa. Hiện tượng ăn mòn điện
hóa có thể xảy ra ở mối tiếp xúc giữa kim loại cơ bản và tuỳ theo tình hình cụ thể, có thể
dẫn đến sự liên hệ từng phần tử nhỏ của chúng. Trong sự tồn tại của độ ẩm và các tạp chất
có trong không khí sẽ tạo lên hàng loạt những phần tử điện Ganvanic bé nhỏ dẫn đến sự
ăn mòn dây dẫn. Những liên hệ ấy có thể làm mất tính tinh khiết của nhôm và do đó dễ
dàng tạo nên sự ăn mòn nhanh, đặc biệt ở những vị trí tiếp xúc trong quá trình lắp đặt
điện.
Thông qua các thí nghiệm thực hiện trên bờ biển trong không khí với gió mạnh, bụi cát và
không khí ẩm của biển, đối với dây dẫn nhôm có độ tinh khiết khác nhau, người ta thấy
rằng: nhôm với độ tinh khiết 99,5% được gia công và lắp ráp dù cho sự chăm sóc cẩn thận
nó vẫn bị ăn mòn nhiều hơn đồng.
Đặc biệt trong kỹ thuật điện hay phải nối điện đồng với nhôm. Nếu chỗ tiếp xúc bị
ẩm thì ở đấy sẽ có một sức điện động có chiều đi từ nhôm sang đồng, do đó phần nhôm ở
chỗ tiếp xúc bị ăn mòn rất nhanh. Vì vậy chỗ tiếp xúc giữa nhôm và đồng cần được chú ý
bảo vệ chống ẩm (ví dụ như quét sơn).
Nhôm được sử dụng trong công nghiệp được phân loại trên cơ sở tỷ lệ % của kim loại
tính khiết và tạp chất:

Ký hiệu
Nhôm%

AB1
99,90

AB2
99,85

A-00
99,70

A-0
99,60

A-1
99,50

A-2
99,00

A-3
98,00

1.3.3 Chế tạo và sản xuất:
Thông thường, người ta sản xuất nhôm theo 2 cách sau đây:
-

Nhận được từ bôxit, qua quá trình công nghệ của oxit nhôm khan Al2O3 , hầu
như không có tạp chất.

-

Tách kim loại nhôm thông qua điện phân của oxit hòa tan thành criolit nóng
chảy ở nhiệt độ 900-950°C.

Ở điện phân, thực hiện với một điện áp 5 ÷ 8V và với dòng điện 8000 ÷ 50.000
(khoảng 2,5A/ cm² của điện cực anot) tiêu thụ khoảng 75 kG điện cực các-bon cho
100 kg nhôm được sản xuất. Sự tiêu thụ quan trọng của điện năng (18.000 Kwh/tấn) ở
6


điện phân nên đòi hỏi việc sản xuất năng lượng điện cho mục đích này phải rẻ tiền
(dung điện của các trung tâm thủy điện).
1.3.4 Điện trở suất của nhôm và các yếu tố ảnh hưởng
6
Điện trở suất của nhôm ở 20 0C là 2,941.10 ( .cm ). Hệ số thay đổi điện trở suất
0
theo nhiệt độ t = 0,004- 0,0049 ( 1/ C ) tùy thuộc vào mức độ tinh khiết, điện dẫn suất

 = 0,34.106 (1/  .cm)
So sánh với đồng, nhôm có tính chất cơ và điện ít thuận lợi hơn. Trọng lượng nhẹ
(trọng lượng Al nhỏ hơn Cu 3,5 lần), tính dẻo cao. So với đồng, nhôm kém hơn về các
mặt điện và cơ. Với dây dẫn có cùng tiết diện và độ dài thì dây bằng nhôm có điện trở lớn
hơn đồng khoảng 0,0295/0,0175 = 1,68 lần. Do đó nếu có hai dây dẫn bằng nhôm và đồng
có điện trở như nhau thì dây nhôm phải có tiết diện lớn hơn 1,669 lần so với dây đồng
(hay đường kính của dây nhôm lớn hơn do với dây đồng là = 1,3 lần).
Vì vậy, nếu bị ràng buộc bởi kích thước thì không thể thay đồng bằng nhôm được.

 Ảnh hưởng của các tạp chất có trong nhôm.

7


Những chất ảnh hưởng rất nhiều đến điện trở suất của nhôm là: Cu, Ag, Mg, Ti, Va,
Cr và Mn; còn những chất ít ảnh hưởng là: As, Sb, Cd, Fe, Ni, Co, Pb, Bi, Au, Ga, Si và
Zn. Chúng ta thấy rằng: điện dẫn suất sẽ giảm khi tăng tỉ lệ phần tram của các chất có
trong nhôm.

 Ảnh hưởng của sắt và Silic đối với điện trở suất của nhôm
Các chất thêm vào, %
Nhôm đã được
xử lý ( ủ nhiệt)
Nhôm tinh
khiết
Al 99,5%
Al 99,0%
Al 98,5%

Hệ số thay đổi
điện trở suất
theo nhiệt độ ở
200C

Fe

Si

Điện trở suất ở
6

200C .cm 10

0,0005

0,0023

2,63

4,33.10 3

0,34
0,56
0,96

0,10
0,32
0,41

2,767
2,78
2,835

4,10.103
4,13.103
4,10.103

 Ảnh hưởng của gia công cơ khí.

8

Gia công cơ khí ảnh hưởng không đáng kể đến điện trở suất của nhôm. Việc kéo
thành sợi khi nguội được dung để tăng sức bền cơ khí của nhôm, song nó cũng làm giảm
điện dẫn suất của nhôm khoảng 1,2% đồng thời cũng dẫn đến kết quả là tăng trọng lượng
riêng đến mức tối đa 0.2% như được thể hiện ở hình trên.

 Ảnh hưởng của xử lí nhiệt.

Xử lý nhiệt không ảnh hưởng nhiều đến điện trở suất của nhôm. Ở 20 0C điện
trở suất của nhôm: mềm khi xử lý nhiệt
p200C = = 0,02788 Ω. mm2/m.
-

Còn của nhôm cứng đối với dây dẫn trên không là:
p200C = = 0,02941 Ω. mm2/m.

-

Việc xử lý nhiệt chỉ ảnh hưởng nhiều đến điện trở suất của nhôm nếu nhôm
bao gồm nhiều tạp chất; thông qua việc nung nóng, những tạp chất đó trở
thành rất dễ hòa tan trong nhôm. Điều này chỉ được ngoại trừ đối với kẽm, vì
nó ảnh hưởng ít đến điện trở suất của nhôm.

9


-

Silic và đặt biệt đồng, nếu vượt quá tỉ lệ phần trăm: 0,005% cho phép theo tiêu
chuẩn đối với dây dẫn, thì sẽ làm tăng điện trở suất của nhôm, nếu nhôm bị xử

lý nhiệt.

1.3.5 Các đặc tính hóa học và sự đề kháng đối với sự ăn mòn.
Nhôm tác dụng mạnh với oxi, trong không khí ngay ở nhiệt độ thường nhôm được
bọc một lớp mỏng, chắc nịch oxit. Lớp này có điện trở cao và nó ngăn cản việc oxi hóa
tiếp tục. Do vậy nó đảm bảo sẽ có một lớp bảo vệ tốt đối với sự ăn mòn ngay cả trong
điều kiện môi trường khí hậu ẩm uớt
Song trong trường hợp có tồn tại trong khí quyển các loại khí như CO2, NH3, S02
…. Và độ ẩm ướt lớn có thể phát sinh ăn mòn điện hóa, vì nhôm có thế điện hóa gần như
ít nhất so với H (-1,34) và sự tiếp xúc với các kim loại khác có điện hóa lớn hơn thì sẽ
nguy hại đối với nhôm, ví dụ như Cu ( +0,34), trong trường hợp này sẽ phát sinh dòng
điện từ nhôm về đồng làm cho nhôm bị hư hại nặng.
Trong không khí có hơi nước, nên có các ion H+ , OH-, HCO3 , nên đồng và nhôm
và dung dịch điện tạo thành 1 pin cực dương là Cu cực âm là Al, Cực Al bị mòn dần vì
Al3+ chạy vào dung dịch do lực hóa học của các phân tử nước. Các điện tử thừa trong
nhôm sẽ chạy sang cực đồng và khử điện thế của các ion H+, trong dung dịch các ion Al3+
kết hợp OH- tạo thành Al(OH)3.
2Al – 6e = 2Al3+,

4H+ +6e = 3H2 ,

2Al3+ + 6OH- = 2 Al(OH)3

Vì thế nhôm bị ăn nòn khá mạnh
Hiện tượng ăn mòn điện hóa này có thể xảy ra ở mối tiếp xúc giữa kim loại cơ bản
và tùy theo tình hình cụ thể, có thể dẫn đến sự liên hệ từng phần từ nhỏ của chúng; trong
sự tồn tại của độ ẩm và các tạp chất có trong không khí, sẽ tạo nên hàng loạt những phần
tử điện galvanic bé nhỏ dẫn đến sự ăn mòn dây dẫn. Những liên hệ ấy có thể làm mất tính
tinh khiết của nhôm (có lẫn nhiều tạp chất) và do đó dễ dàng tạo nên sự ăn mòn nhanh đặt
biệt là ở những vị trí tiếp xúc trong quá trình lắp đặt điện.

Với tỉ lệ tạp chất cho phép của tiêu chuẩn đối với dây dẫn nhôm (0.5% Fe, Si,
cùng với nhau), thì nó không ảnh hưởng lớn đên sức bền đối với sự ăn mòn của nhôm.
Silic với nhiệt độ thích ứng nó không hòa tan trong nhôm, mà tồn tại dưới dạng
bao bọc. Sự xử lý nhiệt đến 5000C sẽ tạo cho silic thấm vào trong hòa tan rắn với nhôm,
10


đưa đến kết quả làm giảm nguy cơ ăn mòn; song việc xử lý như vậy sẽ làm tăng điện trở
suất của nhôm và chính vì vậy nên không áp dụng đối với dây dẫn điện.
Sắt tạo trong nhôm một tổ hợp Al3Fe không hòa tan trong nhôm rắn, song sắt và
Silic sẽ cùng nhau cho tổ hợp Al 6Fe2Si3 và tương tự như trên cũng sẽ không hòa tan.
Những tổ hợp này sẽ là nguyên nhân ăn mòn vi-mô đối với dây dẫn.
Đồng, với tỉ lệ phần trăm cho phép của tiêu chuẩn (0.05%) có trong hòa tan rắn
với nhôm sẽ không tạo nên sự ăn mòn vi-mô do điện hóa.
Khi những phần tử này vượt quá tỉ lệ phần trăm cho phép của tiêu chuẩn (ví dụ:
nhôm với mức độ thuần khiết dưới 99%) thì sự ăn mòn sẽ tạo nên rất mạnh, và trở nên
nguy hại đối với sức bền cơ khí của dây dẫn.
Thông qua các thí nghiệm thực hiện trên bờ biển, trong không khí với gió mạnh,
bụi cát và không khí ẩm của biển, đối với dây dẫn nhôm với độ tinh khiết khác nhau,
người ta đã nghiệm thấy rằng: nhôm với độ tinh khiết 99,5% được gia công và lắp ráp dù
cho sự chăm sóc cẩn thẩn nó vẫn bị ăn mòn nhiều hơn đồng.
Nhôm bị tác dụng mạnh bởi Clo trong không khí tạo nên những lỗ nhỏ xung
quanh lớp bọc và làm hỏng trên bề mặt dây đẫn điện. Đồng thời, do vậy nên cũng tạo nên
một ít Clorat natri. Tương tự hơi axit clorhydric và một ít hơi axit axêtic cũng tác đông
đối với nhôm. Hơi axit axêtic sinh ra ăn mòn rõ rệt và đồng nhất đối với nhôm. Nước biển
có ảnh hưởng xấu đến nhôm cũng như dung dịch sút giặt quần áo.
Oxit và hioxit cacbon khô ở nhiệt độ thông thường không ảnh hưởng tác dụng gì
đối với nhôm tinh khiết.
1.4.

Một số kim loại dẫn điện tốt thông dụng.
1.4.1. Bạc
Bạc là kim loại có màu trắng và chiếu sáng, chiếu sáng này không bị mất đi trong

môi trường không khí. Ở nhiệt độ thông thường và kể cả nhiệt độ cao thì bạc vẫn không
bị oxi hóa do vậy nó là kim loại nằm trong nhóm kim loại quý. Ngoài ra bạc còn là kim
loại rất dễ vuốt giãn và mềm dễ uốn cong, kéo sợi. Nó có điện dẫn suất rất lớn và dẫn
nhiệt tốt nhất trong tất cả các kim loại.
Ký hiệu hóa học: Ag

11


Cấu trúc tinh thể: Lập phương tâm khối
Số nguyên tử ( z): 47
Nhiệt độ nóng chảy: 1234,93K
Độ âm điện: 1,93
Điện trở suất: ở 200C 15,87 n.m
Độ dẫn nhiệt: 429W.m-1.K-1

Ứng dụng
Làm dây dẫn dùng trong tần số cao: quấn dây trong máy thu thanh, làm các khung
cho tụ điện, dây chảy trong cầu chì. Bạc còn được dùng để bọc các dây Inva được sử dụng
trong việc quấn các cuộn dây trong kỹ thuật vô tuyến để đạt được độ tự cảm với hệ số
biến đổi của điện trở theo nhiệt độ nhỏ. Dùng trong chế tạo các chi tiết nhỏ, dụng cụ đo
lường điện, làm các tiếp điểm điện đối với dòng điện nhỏ trong thông tin viễn thông.
1.4.2. Đồng
Đồng là loại vật liệu quan trọng nhất trong tất cả những vật liệu dẫn điện nó được
sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện. Nó có điện dẫn suất lớn và chỉ đứng sau bạc. Đồng
có sức bền cơ khí lớn, chống được sự ăn mòn của khí quyển, tính đàn hồi cao và đặc tính

dẫn điện cao và đặc biệt tính dẫn điện cao làm cho đồng trở thành vật liệu quan trọng để
sản xuất dây điện. Đồng còn là một kim loại hiếm. Nó chỉ chiếm tỉ lệ 0,001% ở trong lòng
đất.
Ký hiệu hóa học: Cu
Cấu trúc tinh thể: Lập phương tâm mặt
Số nguyên tử ( z): 29
Nhiệt độ nóng chảy: 1357,77 K
Độ âm điện: 1,90
Điện trở suất: ở 200C 16,78n.m
Độ dẫn nhiệt: 401 W.m-1.K-1
Ứng dụng

12


Đồng được sử dụng trong kỹ thuật điện để sản xuất dây dẫn, cáp, các thiết bị phân
phối, cuộn dây máy biến áp máy điện. Băng đồng được sử dụng làm màng chắn từ, chắn
điện và rất nhiều lĩnh vực khác. Đồng cứng được sử dụng trong các trường hợp cần có độ
bền cao, có độ cứng và chống mài mòn, ví dụ để làm dây trần. Nếu cần có độ dẻo và độ
bền kéo dãn không cần thiết thì sử dụng đồng mềm( ví dụ dùng cho dây điện mềm). Đồng
cao cấp tạo trong chân không dùng để chế tạo kliston, magnetron, đầu xuất năng lượng
của máy phát siêu cao tầng, ống dẫn sóng và các bộ phận cộng hưởng.
1.4.3. Vàng
Vàng là kim loại có màu vàng đặc trưng, sáng rực, và màu sáng này không bị mất
đi trong không khí hay trong axit.Vàng không bị oxi hóa ở nhiệt độ cao. Vàng chỉ hòa
toan trong hỗn hợp của axit clohidric, axit nitric ( nước cường toan) và trong dung dịch
xianua – kali. Nung nóng đến trạng thái nóng sáng thì rất dễ bay hơi.
Ký hiệu hóa học: Au
Cấu trúc tinh thể: Lập phương tâm mặt
Số nguyên tử ( z): 79

Nhiệt độ nóng chảy: 1337,33K
Độ âm điện: 2,54
Điện trở suất: ở 200C 22,14 n.m
Độ dẫn nhiệt: 318W.m-1.K-1
Ứng dụng
Vàng có điện dẫn suất rất cao và có sức bền đối với sự ăn mòn, đôi khi vàng được
dùng trong kỹ thuật như gia công các hợp kim để làm các tiếp điểm điện. Người ta còn
dùng vàng ở một số hợp kim làm dây dẫn dùng ở các điện trở trong điện kế, vì chúng có
hệ số biến đổi của điện trở suất theo nhiệt độ bé ( Au + 20% Cr).
Chương 2: Ứng dụng của các vật liệu kim loại nhôm trong vật liệu dẫn điện hiện nay.
2.1. Dây cáp điện
2.1.1. Cáp nhôm trần A
Nhôm
13


Dây cáp nhôm trần dùng để truyền tải, phân phối điện trong công nghiệp, tần số 50Hz,
đường dây được lắp dặt trên không.
Cấu tạo
Cáp nhôm trần A có ruột dẫn nhôm 99,7%, gồm 1 lõi và có nhiều sợi bện cáp 2, có mặt
2
2
cắt dịnh danh của nhôm từ 10mm đến 800mm .

Thống số kỹ thuật
Mặt cắt định
danh

Kết cấu ruột dẫn
( Conductor structure)

Điện trở
Đường kính

Lực kéo đứt

D.C ruột

Khối

Chiều

Đường kính

ngoài gần

không nhỏ

dẫn lớn

lượng gần

dài đóng

( Dia.of

đúng

hơn

nhất ở

đúng

gói

( Nominal

Số sợi

area)

( No.of wire)

mm2

No

wire)
mm

mm

N

Ohm/ Km

Kg/m

m/ lô

10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
400

7
7
7
7
7
7
7
19
19
37
37
37
37

1.35

1.70
2.13
2.51
3.00
3.55
4.10
2.80
3.15
2.51
2.87
3.15
3.66

4.05
5.10
6.39
7.53
9.00
1.07
12.30
14.00
15.75
17.57
20.09
22.05
25.62

3021
4500
5913

8190
11280
14780
19890
24420
29832
38192
47569
63420

1.8007
0.1489
0.8347
0.5748
0.4131
0.3114
0.2459
0.1944
0.1574
0.1205
0.1000
0.0740

0.0274
0.0434
0.0682
0.0947
0.1353
0.1894
0.2527

0.3214
0.4068
0.5041
0.6591
0.794
1.0719

12000
12000
8000
6000
6000
8000
6000
6000
4000
3000
2000
2000
1000

0

20 C

2.1.2. Dây cáp nhôm trần lõi thép bôi mỡ - ASKP

14

Cáp nhôm trần lõi thép bôi mỡ dùng trong việc truyền tải, phân phối điện trong ngành
công nghiệp với tần số 50Hz, lắp đặt trên không và được lắp đặt ở các vùng nhiễm mặn.
Dây cáp nhôm trần có lõi thép bôi mỡ nhằm làm giảm nguy cơ bị gỉ trong một số
điều kiện môi trường ( như tại các vùng ven biển hay các khu vực có không khí có tính ăn
mòn kim loại), dây nhôm trần lõi thép sẽ được bôi đầy mỡ.
Cấu tạo
Dây cáp nhôm trần có lõi thép bôi mỡ là loại áp có ruột được làm bằng nhôm, ruột
được làm bằng 1 lõi thép có khả năng dẫn điện khá tốt. Có nhiều sợi bện tròn cấp 2. Ruột
dẫn được làm từ nhôm 99,7% và thép mạ kẽm. Được bôi mỡ trung tính toàn phần.

Thông số kỹ thuật

15


2.1.3. Dây cáp nhôm hạ áp AV
Loại dây được sử dụng trong các công trình, thang cáp, máng cáp, ống đi trên tường
hoặc âm tường, trong các hộp cáp kín, trong nhà xưởng, tòa nhà, nguồn đi đến các thiết
bị máy móc trong các ống chôn dưới lòng đất….
Cấu tạo
Dây cáp nhôm hạ áp AV có lõi là ruột nhôm cán nén chặt, cấp 2 và xoắn tròn. Bên
ngoài là lớp cách điện được làm từ nhựa PVC, tùy theo tiết diện của dây mà có lớp cách
điện dày, mỏng khác nhau.

16


Thông số kỹ thuật

2.1.4. Dây cáp nhôm hạ áp AVV

Loại dây được sử dụng trong các công trình, thang cáp, máng cáp, ống đi trên tường
hoặc âm tường, trong các hộp cáp kín, trong nhà xưởng, tòa nhà, nguồn đi đến các thiết
bị máy móc trong các ống chôn dưới lòng đất….
Cấu tạo
Dây cáp nhôm hạ áp AVV có lõi là ruột nhôm, cán nén chặt, cấp 2. Bao bên ngoài
gồm 2 lớp nhựa PVC, ngoài ngoài cùng là vỏ ngoài, lớp bên trong là lớp cách điện.

2.1.5. Dây cáp nhôm hạ áp AX
17


Loại dây được sử dụng trong các công trình, thang cáp, máng cáp, ống đi trên tường
hoặc âm tường, trong các hộp cáp kín, trong nhà xưởng, tòa nhà, nguồn đi đến các thiết
bị máy móc trong các ống chôn dưới lòng đất….
Nhiệt độ làm việc định danh tối đa ruột dẫn: 900C
Nhiệt độ ngắn mạch trong 5s tối đa ruột dẫn: 2500C
Cấu tạo
Dây cáp nhôm hạ áp AVV có lõi là ruột nhôm, cán nén chặt, cấp 2. Bao bên ngoài
gồm lớp cách điện làm từ nhựa XLPE.

Thông số kỹ thuật
Tiết diện
định danh

Cấu trúc

Đường
kính

Chiều dày

cách điện

mm
25
35
50
70
95
120
150

N0 x mm
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC

mm
6
7
8.2
9.9
11.6
13.2
14.5

mm

1.3
1.3
1.5
1.7
1.7
1.7
1.7

Đường
kính lõi
lớn nhất
mm
9.2
10.3
11.9
13.6
15.9
17.5
18.9

Điện trở
D.C ở
200C
Ohm/Km
1.2
0.868
0.641
0.443
0.320
0.253

0.206

Trọng
lượng gần
đúng
Kg/Km
100
130
182
240
328
400
496

2.1.6. Dây cáp nhôm hạ áp AXV
Cáp AXV được sử dụng cho hệ thống truyền tải và phân phối điện ngầm, điện áp định
mức 0,6 / 1 kV, hệ thống dây điện.
Cấu tạo

18


Thông số kỹ thuật

19


2.2. Tụ hóa nhôm
2.2.1. Cấu tạo
Tụ nhôm hay tụ hóa nhôm, là một loại tụ hóa có anode (+) bằng lá nhôm, với bề mặt

được oxy hóa làm lớp điện môi mỏng, và chất điện phân được phủ lên lớp oxyt
làm cathode (-).
Tụ có tính phân cực: Lớp điện môi mỏng làm tụ hóa nhôm đạt được điện dung cao
nhất trong các tụ thông thường cùng kích cỡ. Tuy nhiên nó thua các tụ của lớp siêu tụ
điện.
2.2.2. Phân loại
+ Tụ nhôm ướt (chất lỏng)
+ Tụ nhôm điôxit mangan rắn
+ Tụ nhôm polyme rắn
2.2.3. Nguyên lý hoạt động
20


Lá nhôm làm anode được khắc và oxy hóa bề mặt thành lớp mỏng làm điện môi.
Chất điện phân được phủ lên lớp oxyt làm cathode.
2.2.4. Đặc trưng hoạt động
Tụ điện nhôm với chất điện phân không rắn là loại rẻ tiền nhất, được chế tạo với
nhiều kích cỡ, điện dung và giá trị điện áp. Chúng được chế với các giá trị điện dung từ
0,1 μF lên đến 2.700.000 μF (2,7 F), và điện áp định mức từ 4 V lên đến 630 V.
Thực tế trên thị trường linh kiện cho thấy giá thành sản xuất ngày càng rẻ, dẫn đến có ít
mức giá trị hơn ngày xưa:
+ Điện dung từ trị xuất phát 0,1 μF, tăng kế tiếp giá trị cỡ 1,5 đến 2 lần.
+ Điện áp làm việc tối đa chỉ có ít mức: 16, 25, 35, 50, 100, 160, 260, 400 V.
Các chất điện phân lỏng cung cấp oxy cho tái tạo lớp oxit điện môi. Tuy nhiên, nó có
thể bay hơi do tụ bị nóng lên, dẫn đến các thông số điện bị trôi, hạn chế thời gian phục vụ
của các tụ điện.
2.2.5. Ứng dụng của tụ điện

Trong mạch điện tử các tụ hóa nhôm điện dung nhỏ 0,1 đến vài μF dùng cho truyền
tín hiệu âm tần.

Các tụ cỡ chục đến ngàn μF dùng cho mắt lọc nguồn nuôi

21