电功能金属材料1

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1、第一章电功能金属材料第一节概述金属导电的物理本质影响金属导电的因素第二节几种典型的电功能材料导电材料电阻材料电热材料热电材料基本要求：理解金属导电的物理本质及影响因素掌握各种电功能材料的特点、种类、性能及应用第一节概述电功能金属材料一、金属导电能力的表示方法样品的长度为L，横截面积为S，测出电阻为R电阻率为ρ=RS/L单位Ω·m电导率为σ=1/ρ导体：10-6～10-12Ω·m半导体：102～109Ω·m绝缘体：109～1011Ω·m电功能金属材料固体电阻率/Ω·m固体电阻率/Ω·m金刚石1012纯锗104玻璃1010镍铬电阻丝10-6纯硅103铜10-8表1.1室温下一些材料的电阻率第一节

2、概述电功能金属材料二、金属导电的物理本质自由电子论:能带理论：自由电子沿电场反方向运动，形成电流满带（价带）：被电子填满的能带导带：被电子部分填充的能带空带：没有电子填充的能带第一节概述电功能金属材料三、影响金属导电的因素1、温度的影响2、压力的影响在高温时ρ∝AT在较低温度时ρ∝BT5A、B为常数ρ=ρ0(1+αP)α为电阻压力系数3、缺陷的影响第一节概述第二节几种典型的电功能材料电功能金属材料一、导电材料要求：高的电导率，高的力学性能，良好的抗腐蚀性，良好的工艺性能（热冷加工、焊接）价格便宜用于生产电气导线的金属材料具有以下特性：卓越的导电性能，从而使焦耳效应导致的能量损失达到最小。对恶

3、劣的环境有良好的承受能力。电气接触的永久可靠性。便于使用和回收。1、铜及铜合金导电性和导热性好，塑性高，机械强度好，易加工和焊接，易提炼铍青铜超高纯铜主要用途：电弹簧、电刷、插头只有几种元素能够满足这些特性，其中主要为自然界中储量丰富的铜、铝（以及他们的合金）。有时，材料的基本特征不足以满足上述特性，必须增加镀层以改善材料性能。因此，在进一步处理过程中（绝缘…），我们通过镀锡、银、镍等来改善某些性能，如可焊性、抗氧化性、耐热性等。有助于设计导体的主要物理性能如下表所示物理性能铜密度8,9电阻率（mWcm）1,7241导电率（%IACS）100电阻温度系数（K-1）0,0039导热系数（W/m

4、.K）400线性膨胀系数（K-1）17x10-6拉应力（退火）（MPa）220/290拉应力（硬）（MPa）350/450弹性模量（MPa）120000硬度（退火）50硬度（硬）110常用于导体生产的铜材料：ETP铜，或者Cu-a1，含氧量在200到300ppm之间。m无氧铜，无氧铜或者Cu-c1，含氧量极低（最多20ppm），能够防止加热过程中的氢脆。采用脉冲电解沉积技术制备出具有高密度纳米尺寸生长孪晶的纯铜薄膜，通过工艺过程研究调整样品的晶粒尺寸、孪晶厚度及其分布、织构状态等，获得了具有超高强度和高导电性的纯铜样品，其拉伸强度高达1068MPa（是普通纯铜的10倍以上，达到高强度钢或铜晶

5、须的强度水平），而室温电导率与无氧高导（OFHC）铜相当（97%IACS）。这种超高强度和高导电性的同时获得是过去在任何材料中均无法实现的。此成果发表于Science（2004年）周刊上。电功能金属材料2、铝及铝合金资源丰富，价格便宜，质量小主要用途：送电线，配电线第二节几种典型的电功能材料对于设计导体有用的物理性能如下表所示物理性能铝密度2,7电阻率(mWcm)2,826导电率(%IACS)61电阻温度系数(K-1)0,004导热系数(W/m.K)220线性膨胀系数(K-1)23x10-6拉应力（退火）(MPa)60/80拉应力（硬）(MPa)150/200弹性模量(MPa)66000硬度

6、（退火）20硬度（硬）40用于导体产品的铝材料由ENAW-1370以及ENAW-1350规定，或者由EAL99.7以及EAL99.5规定。电功能金属材料3、金及金合金良好的导电性，极强的抗蚀能力主要用途：作为金膜或金的合金膜用于集成电路中布线，芯片粘结，半导体封装等4、银及银合金具有最高的电导率主要用途：触点材料第二节几种典型的电功能材料电功能金属材料二、电阻材料1、精密电阻材料特点：恒定的高电阻率，电阻温度系数小，电阻随时间的变化小，机械性能和加工性能好，容易焊接，耐腐蚀，抗氧化，有一定的耐热性。主要应用：电器回路中的电阻部件和电子线路中的电阻器件（1）Cu-Mn系锰铜：Cu86％、Mn1

7、2％Ni2％第二节几种典型的电功能材料Mn的作用：提高电阻率，降低电阻温度系数电功能金属材料第二节几种典型的电功能材料（2）Cu-Ni系康铜：Cu60％、Ni40％Ni的作用：降低合金对铜的热电势，改善电阻温度系数并提高耐腐蚀性能。电阻－温度线性比锰铜好，可以在较宽的温度范围内使用，其最高使用温度可达400C，而且耐腐蚀性，耐热性均比锰铜好。电功能金属材料第二节几种典型的电功能材料（3）Ni－Cr系改良型（4