导电与绝缘材料

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1、第4章導電與絕緣材料P4-29第四章導電與絕緣材料4-1導電材料的分類4-2導線與電纜材料4-3導電材料的其它應用4-4電阻材料的特性與分類4-5電阻材料特殊應用4-6絕緣材料的特性與分類本章將，第4章導電與絕緣材料P4-294.1導電材料的分類導電材料可分為純金屬與合金(Alloy)兩大類。純金屬的導電率高，但機械強度與抗蝕性較差。合金包含兩種以上金屬成份，雖然降低導電性，但可大幅提升材料的機械性質，或提昇耐蝕性。因此兩類材料各有利弊，在選用材料時，就要特別注意使用需求。以下我們介紹幾種常用，且具代表性的純金屬材料，如銅，銀，金，鋁，鉑。合金材料部份介紹銅合金，鋁合金，以及鋼鐵材料。純金屬

2、材料一般常用的純金屬材料包括銅(Cu)，銀(Al)，鋁(Al)，金(Pt)，鉑(Au)，純鐵(Fe)等，其特性與用途分述如下：l銅(Cu)：導電率僅次於銀，由於價格較銀便宜，加工容易，因此成為最常用的導電材料。純銅依其加工程度與熱處理的不同，可分為軟銅與硬銅。國際標準軟銅為長1m截面1mm2的圓銅線，20°C的電阻值為1/58W(電阻係數1.72μΩ-cm)。硬抽銅線是將軟銅抽製成不同粗細的銅線，抽拉過程相當是施以冷拉加工處理，可增加材料強度，同時也提高了電阻值。可做外配線。軟抽銅線則是在400~600°C的爐中施以退火處理，可達最佳導電度。機械強度較差，多用於室內配線。l銀(Al)：具有最

3、高導電率，室溫下的電阻係數為1.62mW-cm。利用電解法可製造高純度銀，易於加工，耐蝕性與抗氧化性佳。但由於價格昂貴，故僅用在特殊途，例如儀表的電刷，電容器的電極，小型整流片等。l鋁(Al)：導電率僅次於銀，銅與金，居第四位。由於質量輕，價格便宜，故應用極為廣泛。例如可作為電場與電磁波的屏蔽材料，廣泛應用在電子電器產品的外殼。此外鋁的導熱性好，亦廣泛應用在散熱器與熱交換器上。l金(Pt)：導電率僅次於銀與銅，高居第三位。能抗強酸強鹼與化學藥品腐蝕。延展性非常好，可拉成金線，或展成金箔。經常做為電路接點，或是積體電路中的接線，以確保電路的可靠度。此外也常用做表面鍍金膜。l鉑(Au)：又稱白金

4、，導電率在純金屬中，排名中等，延展性好，耐蝕與抗氧化性皆。其熔點高達1765°C，故可做高溫環境中的電路接點。例如電子點火系統。l純鐵(Fe)：將電解的純鐵在次真空熔鍊，可應用在磁心材料，如變壓器，馬達，繼電器，發電機，電子儀表的鐵心。第4章導電與絕緣材料P4-29表4-1列出一般常用的導電金屬性質，其中包括電阻係數，電阻溫度係數，熱動勢，線膨帳係數，比重與熔點等資料。表4.1：常用金屬性質銅合金材料導電用的合金材料，以銅合金的應用最為普遍。材料主要以銅金屬為主，依不同的特性需求，攙入各種不同的金屬成份，如鋅，錫，鋁，錳….等。雖然降低導電率，但可大幅提昇材料機械性能，或抗蝕耐磨性。常見的銅

5、合金的特性與用途如下：l銅-鋅合金(Cu-Zn)，即為黃銅(brass)。易於切削，抗腐蝕性佳。l銅-錫合金(Cu-Sn)，又稱青銅(bronze)。分別添加磷與矽，又可分為磷青銅與矽青銅。磷青銅的耐熱性佳，抗拉強度高，可用於長跨架的電車架空線。矽青銅的彈性佳，可用於電表或開關的導電彈簧與軸承。l銅鎳矽合金(Cu-Sn)，又稱Corson合金。具有高強度，且耐蝕性好，大多應用在導電彈簧，通信線與電車架空饋電線。l銅-鎘合金(Cu-Cd)：具有良好的耐磨性與抗蝕性，且電阻下降不多。可用於長距離的送電線，通信線，以及電車的架饋電線。l銅-銀合金(Cu-Ag)，具優良的抗磨性與耐熱性，可用於熔接電

6、極與真空管之陽極材料。l銅-鈹合金(Cu-Be)，又稱鈹青銅。價格昂貴，機械性質良好，耐磨且彈性限度大，常用於開關或軸承的接觸部位。鋁合金金屬鋁的質量輕，導電率高，缺點是機械強度較差，因此添加其它元素，製成鋁合金，以提高抗拉強度，增加其應用範圍。鋁合金的種類繁多，應用也極為廣泛。目前常用的代號依美國鋁業協會(AA)規定，鍛製品編號有四位數字，鑄造品有三位數字。編號與合金成成份如附表4-2。表4.2：鋁合金種類與合金成份鍛製品鑄製品合金系主要成份合金系主要成份1xxx2xxx3xxx純鋁CuMn1xx2xx3xx純鋁CuMg與Si第4章導電與絕緣材料P4-294xxx5xxx6xxx7xxxS

7、iMgMg與SiZn4xx5xx7xx8xxSiMgZnSn其中2xxx，7xxx與8xxx系屬於高強度鋁合金，一般應用在航空材料上。電工材料主要以4xxx系的Al-Si，5xxx系的Al-Mg，與6xxx系的Al-Si-Mg系的鋁合金為主。例如利用鋁合金線材做架空電線，可減輕重量。鋼鐵材料鋼鐵主要是純鐵添加極少量的碳(0.4~1.0%)，具有極高的機械強度。若只添加碳，又稱碳鋼。若再添加其它不同的元素，可製