Количественные параметры материалов с высокой проводимостью

Медь занимает первое место по применимости среди проводниковых материалов. Она характеризуется высокой электропроводностью  и пластичностью, хорошо обрабатывается, легко паяется и сваривается. В процессе получения меди выплавкой из природных руд обязательной операцией является электролитическая очистка, поскольку наличие примесей различных элементов до 0,1% резко снижает механические свойства и повышает удельное сопротивление материала.

Различают мягкую медь (ММ), отожженную при температуре до нескольких сот градусов с последующим охлаждением, и твердую медь  (МТ), неотожженную, получаемую холодной прокаткой, которая по механическим свойствам – пределу прочности, относительному удлинению, твердости  и упругости превосходит медь марки ММ. Мягкую медь с изоляцией применяют в основном для изготовления токопроводящих шин, кабелей, обмоточных и монтажных проводов, где важна гибкость и пластичность, а не прочность. Круглая медная проволока выпускается диаметром от 0,03 до 10 мм. Твердую медь используют, когда необходимо обеспечить механическую прочность, твердость и сопротивление истиранию. Из нее изготавливают провода для воздушных линий, шины электроаппаратов, распределительных силовых щитов, коллекторов электрических машин, где изделия находятся, как правило, в неизолированном виде, а также в качестве конструкционного материала в электро- и радиоаппаратуре.

Специальные сорта меди - бескислородная, электровакуумная - применяют в электровакуумной технике и микроэлектронике.

Основными недостатками меди являются подверженность атмосферной коррозии, низкое сопротивление истиранию и снижение механической прочности при нагреве свыше 100...200 °С. Устранить эти недостатки позволяют сплавы на основе меди, называемые бронзами и латунями.

Бронзы - это сплавы меди с оловом, алюминием, с легирующими добавками химических элементов Si, Mn, P, Cr, Be, Cd и т.д. Их применяют для изготовления токоведущих пружин, штепсельных и скользящих контактов, зажимов, ножей переключателей и выключателей и т.д.

Латуни - это сплавы меди с цинком (до 40%) с использованием легирующих добавок типа Al, Ni, Pb и др. Из латуней изготавливают зажимы и контакты приборов, а вытяжкой и штамповкой - сложные конструкционные изделия.

Алюминий является вторым после меди материалом по применяемости в электротехнике. Основное преимущество его перед медью состоит в том, что он почти в 3,5 раза легче. Однако его сопротивление почти в 1,6 раза больше, чем у меди, поэтому для изготовления провода такого же сопротивления, как медный, требуется увеличивать диаметр в 1,3 раза, что при ограничении  габаритов изделия не всегда возможно.

Алюминий на воздухе покрывается тонкой пленкой оксида А1 2 О 3, которая является антикоррозийной защитой. Поэтому его используют для замены свинца в защитных кабельных оболочках. С другой стороны, при  соединениях алюминиевых проводов образуются большие переходные сопротивления, а пленка А1 2 О 3 препятствует пайке и сварке.

Из алюминия изготавливают провода, шины, трубки, листовой материал, фольгу и прочие изделия. Проволока выпускается диаметром от 0,06 до 8 мм, а шины - толщиной от 3 до 12 мм при ширине от 10 до 120 мм. Алюминиевая фольга толщиной от 0,006 до 0,15 мм используется в качестве обкладок в бумажных и пленочных конденсаторах разных типов.

Алюминий широко применяется в микроэлектронике для формирования токоведущих дорожек, а в окисленном виде - для изоляции элементов и в качестве межуровневой изоляции в многослойных структурах.

Никель обладает хорошими механическими свойствами - прочностью, пластичностью и т.п., стоек к окислению. Поэтому его широко применяют в электровакуумной технике в качестве электродов и конструкционных деталей ламп и приборов. Кроме того, его используют в качестве компонента ряда магнитных и проводниковых сплавов, для защиты и декоративных покрытий изделий из железа. В микроэлектронике он применяется при формировании контактных площадок как защитный слой на меди и алюминии,  что обеспечивает надежную пайку и сварку внешних выводов микросхем.

Серебро среди металлов имеет наименьшее удельное сопротивление, что и определило его широкое применение в технике. Оно обладает высокой пластичностью, что позволяет получать фольгу толщиной 0,00025 мм  и проволоку диаметром до 0,01 мм. Благодаря стойкости к окислению на воздухе при температурах до 200 °С и высокой теплопроводности оно используется в сплавах с кадмием и медью для контактов электроаппаратов, реле и т.д. В чистом виде серебро применяют для контактов в слаботочных цепях, а также в качестве электродов в керамических  и слюдяных конденсаторах, где оно наносится непосредственно на диэлектрик с последующим вжиганием либо путем испарения в вакууме. В виде тонких пленок серебро используется в высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ) устройствах для получения слоев с высокой проводимостью. Оно входит также в состав припоев, обеспечивающих прочные соединения при пайке.

Золото обладает высокой пластичностью и инертностью к агрессивным средам, поэтому используется как контактный материал, для коррозийно- устойчивых покрытий, электродов фотоэлементов и т.д. В микроэлектронике его применяют в качестве выводов навесных компонентов микросхем и соединений контактных площадок с выводами на корпусе микросхем, а также в качестве химически инертного защитного слоя элементов интегральных схем (ИС).