CH NG I: V T LI U D N ĐI NƯƠ Ậ Ệ Ẫ Ệ
I. 1 Khái ni mệ
I.1.1 Đ nh nghĩaị
Là ch t có vùng t do n m sát v i vùng đ y th m chí có th ch ng lênấ ự ằ ớ ầ ậ ể ồ
vùng đ y. V t d n đi n có s l ng đi n t t do r t l n, nhi t đ bìnhầ ậ ẫ ệ ố ượ ệ ử ự ấ ớ ở ệ ộ
th ng các đi n t hoá tr trong vùng đ y có th chuy n sang vùng t do r tườ ệ ử ị ầ ể ể ự ấ
d dàng, d i tác d ng c a l c đi n tr ng các đi n t này tham gia vàoễ ướ ụ ủ ự ệ ườ ệ ử
dòng đi n d n. Chính vì v y v t d n có tính d n đi n t t.ệ ẫ ậ ậ ẫ ẫ ệ ố
I.1.2 Phân lo iạ
V t li u d n đi n có th là nh ng v t r n, l ng và trong nh ng đi uậ ệ ẫ ệ ể ữ ậ ắ ỏ ữ ề
ki n nh t đ nh có th khí. ệ ấ ị ể
- V t li u th r n là các kim lo i và h p kim. V t d n kim lo i chia làm 2ậ ệ ở ể ắ ạ ợ ậ ẫ ạ
lo i là lo i có đi n d n cao và lo i có đi n tr cao. Kim lo i có đi n d n caoạ ạ ệ ẫ ạ ệ ở ạ ệ ẫ
dùng làm dây d n, cáp đi n, dây qu n máy đi n, lo i có đi n tr cao dùngẫ ệ ấ ệ ạ ệ ở
trong các d ng c đ t nóng b ng đi n, đèn tháp sáng, bi n tr .ụ ụ ố ằ ệ ế ở
- V t li u th l ng là các kim lo i nóng ch y và các dung d ch đi n phân vìậ ệ ở ể ỏ ạ ả ị ệ
kim lo i th ng nóng ch y nhi t đ cao tr thu ngân có nhi t nóng ch yạ ườ ả ở ệ ộ ừ ỷ ệ ả
390C nên trong th c t kim lo i l ng ch có thu ngân đ c dùng trong th cự ế ạ ỏ ỉ ỷ ượ ự
t k thu t ế ỹ ậ
I.1.3 Đ c tính c a v t li u d n đi nặ ủ ậ ệ ẫ ệ
Khi nghiên c u đ c tính d n đi n c a v t li u c n quan tâm đ n cácứ ặ ẫ ệ ủ ậ ệ ầ ế
tính ch t c b n sauấ ơ ả
1. Đi n d n su t và đi n tr su tệ ẫ ấ ệ ở ấ
Đi n d n su t hay đi n tr su t c a v t li u tính theo bi u th c sau:ệ ẫ ấ ệ ở ấ ủ ậ ệ ể ứ
ρ
1
γ=
m/Ωmm2
Tr s ngh ch đ o c a đi n d n su t ị ố ị ả ủ ệ ẫ ấ γ g i là đi n tr su t ọ ệ ở ấ ρ, n u v t d nế ậ ẫ
có ti t đi n không đ i là S và đ dài l thì:ế ệ ổ ộ
l
S
Rρ =
Đ n v c a đi n tr su t là ơ ị ủ ệ ở ấ Ω.mm2/m, quan h gi a các đ i l ng này nhệ ữ ạ ượ ư
sau:
1Ω.m = 106Ωmm2/m = 106 µΩm
1Ωmm2/m = 1 µΩm
Tr s đi n tr su t c a v t d n kim lo i bi n đ i trong kho ng t ng đ iị ố ệ ở ấ ủ ậ ẫ ạ ế ổ ả ươ ố
r ng t 0.016(b c) đ n 10ộ ừ ạ ế Ωmm2/m (h p kim s t- crôm- nhôm).ợ ắ
2. H s nhi t c a đi n tr su tệ ố ệ ủ ệ ở ấ
Đi n tr su t c a kim lo i ph thu c vào nhi t đ trong kho ng nhi t đệ ở ấ ủ ạ ụ ộ ệ ộ ả ệ ộ
h p quan h gi a đi n tr su t v i nhi t đ g n nh đ ng th ng, giá trẹ ệ ữ ệ ở ấ ớ ệ ộ ầ ư ườ ẳ ị
đi n tr su t cu i đo n nhi t đ ệ ở ấ ở ố ạ ệ ộ ∆t có th tính theo công th c sau:ể ứ
1
t).α(1ρρ
P0t
∆+=
Trong đó: ρt : đi n tr su t đo nhi t đ tệ ở ấ ở ệ ộ 0
ρ0 : đi n tr su t nhi t đ ban đ u tệ ở ấ ở ệ ộ ầ 0
αP : h s nhi t c a đi n tr su tệ ố ệ ủ ệ ở ấ
H s nhi t c a đi n tr suât nói lên s thay đ i đi n tr su t c a v t li uệ ố ệ ủ ệ ở ự ổ ệ ở ấ ủ ậ ệ
khi nhi t đ thay đ i.ệ ộ ổ
3. Nhi t d n su tệ ẫ ấ
Nhi t d n su t c a kim lo i d n đi n có quan h v i đi n d n su t kimệ ẫ ấ ủ ạ ẫ ệ ệ ơ ệ ẫ ấ
lo i các kim lo i khác nhau nhi t đ bình th ng v i đi n d n su t tínhạ ạ ở ệ ộ ườ ớ ệ ẫ ấ
b ng S/m còn nhi t d n su t tính b ng W/đ .mằ ệ ẫ ấ ằ ộ
4. Hi u đi n th ti p xúc và s c nhi t đ ngệ ệ ế ế ứ ệ ộ
Khi cho hai kim lo i khác nhau ti p xúc thì gi a chúng phát sinh hi u đi nạ ế ữ ệ ệ
th nguyên nhân sinh ra hi u đi n th ti p xúc là công thoát đi n t c aế ệ ệ ế ế ệ ử ủ
kim lo i khác nhau đông th i do s đi n t t do khác nhau mà áp l c khiạ ờ ố ệ ử ự ự
đi n t kim lo i khác nhau có th không gi ng nhau.ệ ử ở ạ ể ố
5. H s nhi t đ dãn n dài c a v t d n kim lo iệ ố ệ ộ ở ủ ậ ẫ ạ
H s dãn n nhi t theo chi u dài c a v t d n kim lo i là tr s c a h sệ ố ở ệ ề ủ ậ ẫ ạ ị ố ủ ệ ố
dãn n dài theo nhi t đ và nhi t đ nóng ch y . Khi h s cao s d nóngở ệ ộ ệ ộ ả ệ ố ẽ ễ
ch y nhi t đ th p còn kim lo i có h s nh s khó nóng ch y(ả ở ệ ộ ấ ạ ệ ố ỏ ẽ ả αl).
6. Tính c h c c a v t li uơ ọ ủ ậ ệ
Tính ch t c h c hay còn g i là c tính là kh năng ch ng l i tác d ng c aấ ơ ọ ọ ơ ả ố ạ ụ ủ
l c bên ngoài lên kim lo i ự ạ
C tính kim lo i bao g m tính đàn h i, tính d o, tính dai, đ c ng, ch uơ ạ ồ ồ ẻ ộ ứ ị
đ c va ch m, và đ ch u m iượ ạ ộ ị ỏ
I.2 M t s v t li u d n đi n thông d ngộ ố ậ ệ ẫ ệ ụ
1. Đ ng ( Cu)ồ
a. T m quan tr ng trong k thu t đi n ầ ọ ỹ ậ ệ
Đ ng là v t li u quan trong nh t trong t t c các v t li u d n đi n đ cồ ậ ệ ấ ấ ả ậ ệ ẫ ệ ượ
dùng trong k thu t đi n vì nó có đi n d n su t, nhi t d n su t l n( sauỹ ậ ệ ệ ẫ ấ ệ ẫ ấ ớ
b c),nó có s c b n c khí l n, ch ng l i s ăn mòn khí quy n và có tínhạ ứ ề ơ ớ ố ạ ự ể
đàn h i cao.ồ
Vì v y đ ng tr thành v t li u quan trong nhát đ s n xu t dây đi n và nóậ ồ ở ậ ệ ể ả ấ ệ
là kim lo i hi m ch chi m 0,01% trong lòng đ t ạ ế ỉ ế ấ
b. Phân lo iạ
Đ ng đ c s d ng trong công nghi plà đ ng tinh ch nó đ c phân lo iồ ượ ử ụ ệ ồ ế ượ ạ
trên c s t p ch t l n vào trong đ ng t c là m c đ tinh khi t và khôngơ ở ạ ấ ẫ ồ ứ ứ ộ ế
tinh khi t ế
B ng I.1ả
Ký hi uệCu% t i thi uố ể H ng d n s d ngướ ẫ ử ụ
2
CuE
Cu9
Cu5
Cu0
99,95
99,90
99,5
99,0
Đ ng đi n phân, dây d n đi n, h p kimồ ệ ẫ ệ ợ
nguyên ch t m nấ ị
Dây d n đi n, h p kim m n d dát m ng,ẫ ệ ợ ị ễ ỏ
bán thành ph m v i yêu c u đ c bi tẩ ớ ầ ặ ệ
Bán thành ph m nh d ng t m, d ng ng ẩ ư ạ ấ ạ ố
h p kim dùng đ dát m ng và rót các chiợ ể ỏ
ti tế
c. Đ c tính chung c a đ ng ặ ủ ồ
Đ ng là kim lo i có màu đ nh t nó có đi n d n su t, nhi t d n su t caoồ ạ ỏ ạ ệ ẫ ấ ệ ẫ ấ
có s c b n c khí t ng đ i l n d dát, d vu t dãn d gia công khi nóngứ ề ơ ươ ố ớ ễ ễ ố ễ
và ngu i (rèn kéo s i dát m ng) có s c b n l n khi va đ p và ăn mòn, cóộ ợ ỏ ứ ề ớ ậ
s c đ kháng cao v i th i ti t x u và có kh năng t o thành h p kim t tứ ề ớ ờ ế ấ ả ạ ợ ố
đ ng th i có kh năng hàn g n d dàng ồ ờ ả ắ ễ
Tr ng l ng riêng 20ọ ượ ở 0C : 8.90 kg/dm3
Nhi t đ nóng ch y :ệ ộ ả 10830C
Đi n tr su t :ệ ở ấ
- Dây m m : ề0.01748 Ωmm2/m
- Dây c ng : ứ0.01786 Ωmm2/m
d. ng d ngỨ ụ
Do đ c tính v c và đi n đ c bi t c a đ ng, đ ng th i nó có s c b nặ ề ơ ệ ặ ệ ủ ồ ồ ờ ứ ề
cao th i ti t x u nên đ ng là kim lo i đ c s d ng ph bi n trong kở ờ ế ấ ồ ạ ượ ử ụ ổ ế ỹ
thu t đi n nh trong k t c u máy đi n, máy bi n th , làm dây d n đi nậ ệ ư ế ấ ệ ế ế ẫ ệ
cho đ ng dây trên không, dây t i đi n, dùng trong các khí c đi n, trangườ ả ệ ụ ệ
thi t b đi n, trong thi t b vô tuy n vi n thông . ế ị ệ ế ị ế ễ
2. H p kim c a đ ng ợ ủ ồ
a. Đ c đi m – phân lo iặ ể ạ
*Đ c đi m : là kim lo i trong đó v t li u đ ng là c b n vì nó s c b n cặ ể ạ ậ ệ ồ ơ ả ứ ề ơ
khí l n, đ c ng cao, đ dai t t màu đ p và có tính d nóng ch y. H p kimớ ộ ứ ộ ố ẹ ễ ả ợ
đ ng có th đúc các hình d ng ph c t p trênmáy công c và có th phunồ ể ạ ứ ạ ụ ể
lên m t lim lo i khác b ng ph ng pháp m đi n ặ ạ ằ ươ ạ ệ
*Phân lo i : H p kim chính c a đ ng đ c dùng trong k thu t là đ ngạ ợ ủ ồ ượ ỹ ậ ồ
thanh và đ ng thauồ
b. H p kim đ ng thanhợ ồ
*Thành ph n -tính ch t ầ ấ
Đ ng thanh là h p kim c a đ ng có thêm m t s kim lo i khác đ tăngồ ợ ủ ồ ộ ố ạ ể
c ng đ c ng, tăng s c b n và d nóng ch y theo các v t li u thêm vào taườ ộ ứ ứ ề ễ ả ậ ệ
phân bi t:ệ
- Đ ng thanh- thi c: h p kim đ ng thi c đôi khi thêm vào m t s kim lo iồ ế ợ ồ ế ộ ố ạ
khác đ làm thay đ i các tính ch t c , hoá h c chúng t o nên s c b nể ổ ấ ơ ọ ạ ứ ề
ch ng ăn mònố
-Đ ng thanh -thi c -k m ( thi c 3ồ ế ẽ ế ÷ 9%, k m 4 ẽ÷11%)
-Đ ng thanh -thi c ho c đ ng thanh -chì - thi c ( chì 4ồ ế ặ ồ ế ÷ 17%)
3
- Đ ng thanh không thi c ( Al, Mn,Ni) trong đó đ ng chi m 78%ồ ế ồ ế
* ng d ng ứ ụ
- Đ ng thanh đ c s d ng trong ch t o máy và khí c đi n đ gia côngồ ượ ử ụ ế ạ ụ ệ ể
các chi ti t dùng n i dây d n, d dây, vòng đ u dây, h th ng n i đ tế ố ẫ ữ ầ ệ ố ố ấ
- T đ ng thanh ng i ta dùng đ ch t o c góp đi n, giá đ ch i than,ừ ồ ườ ể ế ạ ổ ệ ỡ ổ
các ti p đi m c m ...ế ể ổ ắ
c. H p kim đ ng thauợ ồ
Là h p kim đ ng - k m trong đó k m không v t quá 46%.ợ ồ ẽ ẽ ượ
ng d ng đ ng thau trong k thu t đi n đ gia công các chi ti t d n dòngỨ ụ ồ ỹ ậ ệ ể ế ẫ
đi n nh các đ u c c b ng phân ph i, phích c m, đui đèn..ệ ư ầ ự ả ố ắ
3. Nhôm (Al)
a. T m quan tr ng trong k thu t đi nầ ọ ỹ ậ ệ
Sau v t li u đ ng nhôm là v t li u quan trong th 2 đ c s d ng trongậ ệ ồ ậ ệ ứ ượ ử ụ
k thu t đi n v nó có đi n d n su t cao ( ch thua b c và đ ng ), tr ngỹ ậ ệ ị ệ ẫ ấ ỉ ạ ồ ộ
l ng riêng gi m, tính ch t v t lý và hoá h c cho ta kh năng dùng nó làmượ ả ấ ậ ọ ả
dây d n đi n .Nh ng nhôm có nh c đi m là s c b n c khí t ng đ i béẫ ệ ư ượ ể ứ ề ơ ươ ố
và khó khăn trong vi c th c hi n ti p xúc đi n. Nhôm là v t li u có r tệ ự ệ ế ệ ậ ệ ấ
nhi u trong trái đ t kho ng 7,5%ề ấ ả
b.Phân lo iạ
Nhôm đ c duìng trong công nghi p đ c phân lo i trên t l ph n trămượ ệ ượ ạ ỉ ệ ầ
c a kim lo i tinh khi t ủ ạ ế
Ký
hi uệNhôm Hàm l ng t p ch tượ ạ ấ Lĩnh v c ng d ngự ứ ụ
Fe Si Fe+Si Cu T.
t pạ
AB-1
AB-2
A-00
A-0
A-1
A-2
99,90
99,85
99,7
99,6
99,5
99,0
0.060
0.100
0.160
0.250
0.300
0.500
0.060
0.080
0.160
0.200
0.300
0.500
0.095
0.142
0.260
0.360
0.450
0.900
0.005
0.008
0.010
0.010
0.015
0.020
0.100
0.150
0.300
0.400
0.500
1.000
đi n c c t đi n, tệ ự ụ ệ ụ
đi nệ
cáp đi n,dâyệ
d n,công nghi p hoáẫ ệ
ch t ấ
cáp đi n, dây d nệ ẫ
h p kim nhômợ
d. S t o thành ự ạ
Nhôm dùng trong công nghi p ph thu c vào m c đích c a nó theo các tiêuệ ụ ộ ụ ủ
chu n n c ngoài thì nhôm s d ng làm dây d n đi n ph i g m :ẩ ướ ử ụ ẫ ệ ả ồ
- Nhôm tinh khi t t i thi u 99,5%ế ố ể
- S t -Silic 0.45%ắ
- Đ ng- K m 0.05%ồ ẽ
Nhôm đ c dùng ch t o đi n c c t đi n ph i có đ tinh khi t cao màượ ế ạ ệ ự ụ ệ ả ộ ế
t p ch t t i đa không quá 0.05%ạ ấ ố
e. Các đ c tính chung ặ
-Nhôm là kim lo i có màu tr ng b c nh , d dát m ng, vu t giãn có thạ ắ ạ ẹ ễ ỏ ố ể
gia công d dàng khi nóng và ngu i, d kéo s i , nhôm r t b n v ngễ ộ ễ ợ ấ ề ữ
không ch u ăn mòn c a môi tr ng không khí, n c ng tị ủ ườ ướ ọ
4
-Nhôm là kim lo i r t m m r t ít đ kháng khi va ch m và xây xát, khi kéoạ ấ ề ấ ề ạ
và c t ắ
-Nhôm d phá hu môi tr ng mu i, HCl, Hễ ỷ ở ườ ố 2SO4
- Nhôm khó hàn n i ố
Tr ng l ng riêng 20ọ ượ ở 0C 2.7kg/dm3
Nhi t đ nóng ch y ệ ộ ả 6570C
Đi n tr su tệ ở ấ 2.941Ωmm2/m
Chú ý: Không nên th c hi n m i n i gi a đ ng và nhôm vì chúng đi n phânự ệ ố ố ữ ồ ệ
làm hao mòn nhanh chóng trên b m t ti p xúc gây ti p xúc x uề ặ ế ế ấ
e. ng d ngứ ụ
+Do tính ch t c ,đi n và đ bi t nhôm có s c đ kháng cao v i th i ti tấ ơ ệ ặ ệ ứ ề ớ ờ ế
x u và nhôm có trong thiên khá nhi u nên nhôm đ c s d ng ph bi n trongấ ề ượ ử ụ ổ ế
k thu t đi n đ ch tao: ỹ ậ ệ ể ế
- Dây d n đi n đ ng dây truy n t i ẫ ệ ở ườ ề ả
- Dây cáp đi nệ
- Các thanh góp và các chi ti t trong thi t b đi nế ế ị ệ
- Dây d n dùng đ qu nẫ ể ấ
- Làm t đi nụ ệ
- Các roto c a đ ng c đi nủ ộ ơ ệ
- Các chi ti t, đ u n i gi c c mế ầ ố ắ ắ
+ Dây d n nhôm đ c dùng r t ph bi n các đ ng dây trên không sauẫ ượ ấ ổ ế ở ườ
khi ng i ta s d ng ph ng pháp đ đ m b o tr ng thái ti p xúc gi a cácườ ử ụ ươ ể ả ả ạ ế ữ
m i n i liên k t.ố ố ế
+ Đ tăng c ng s c b n c khí c a dây d n ng i ta ch t o nh ng dâyể ườ ứ ề ơ ủ ẫ ườ ế ạ ữ
d n thép nhôm t ng h p có ph n lõi là thép m t s i hây nhi u s ivà qu nẫ ổ ợ ầ ộ ợ ề ợ ấ
m t l p hây nhi u l p nhôm xung quanh lõi thép này ộ ớ ề ớ
4. H p kim c a nhômợ ủ
a. Đ c đi m -phân lo iặ ể ạ
-Nhôm có nhi u h p kim dùng đ đúc và đ kéo dây d n đi n. Các h p kimề ợ ể ể ẫ ệ ợ
chính c a nhôm dùng đ đúc Al-Cu-Ni, Al-Cu,Al-Cu-Znủ ể
-Các h p kim dùng làm dây d n trên c s nhôm là chính và dùng dây d nợ ẫ ơ ở ẫ
thép nhôm ch t o sao cho có đ c tính c t tế ạ ặ ơ ố
-Nhôm có s c b n đ t 16ứ ề ứ ÷17kg/mm2 t c là b ng kho ng 65% s c b n c aứ ằ ả ứ ề ủ
dây d n đ ng cùng lo iẫ ồ ạ
b. H p kim -aldrey” (Mg, Si, Al)ợ
Là h p kim ph bi n dùng đ ch t o dây d n và mang tên aldrey chúng làợ ổ ế ể ế ạ ẫ
h p kim c a Al- Mg(0.3ợ ủ ÷ 0.5%)-Si(0.4÷0.7%)-Fe(0.2÷0.3%)
đ c tính c a dây là có s c b n g p 2l n so v i dây d n nhôm ặ ủ ứ ề ấ ầ ớ ẫ
5. Chì ( Pb)
a. S n xu t ch t oả ấ ế ạ
-Chì đ c nh n t các m thông qua nhi u ph ng pháp đ thu đ c chìượ ậ ừ ỏ ề ươ ể ượ
thô s n ph m thu đ c là 92ả ẩ ượ ÷96%Pb chì thô
5