Какая медь используется в проводах

Характеристики меди, обычной и электротехнической

Чистая медь по электрической проводимости занимает следующее место после серебра, обладающего из всех известных проводников наивысшей проводимостью. Высокая проводимость и стойкость к атмосферной коррозии в сочетании с высокой пластичностью делают медь основным материалом для проводников — проводов и шин.

Медь – металл, имеющий уникальное сочетание различных свойств: превосходная устойчивость к коррозии, высокая степень пластичности, привлекательные цвет и фактура, высокая теплопроводность и хорошая электропроводимость. После очистки от примесей медь приобретает розоватый на изломе цвет, становится мягкой и ковкой. Удаление примесей значительно повышает тепло- и электропроводность, поэтому большая часть всей произведённой меди идёт на изготовление электротехнических изделий.

Чистая медь — ковкий и мягкий металл, достаточно тяжелый, отличный проводник тепла и электричества, легко подвергается обработке давлением. Именно эти качества позволяют применять изделия из меди в электротехнике. Более 70% всей производимой меди идет на электротехнические изделия. Кабели, электротехнические шины, обмотки трансформаторов и другие электротехнические изделия изготавливаются из разных сортов меди.

В большинстве случаев для электротехнических нужд используется так называемая технически чистая медь, содержащая около 0,02-0,04% кислорода, но для изделий, требующих максимальной электропроводности, применяют особую, «бескислородную» медь.

Основные характеристики меди:

• Вес удельный, равный 8,93 г/cм 3;
• Электропроводность: отвечает за передачу тока от одной точки к другой. Чем выше проводимость металла, тем лучше он передает электричество. При +20 градусах проводимость меди составляет 59,5 миллионов сименс на метр (См/м);
• Электрическое сопротивление, удельное при 20 о С, равное 0,0167 Ом х мм 2 /м;
• Температура плавления, равная 1083 о С.

Различные электротехнические изделия: жилы кабели и провода, электротехнические шины и трансформаторные обмотки изготавливают из различных сортов меди.

Способы получения электротехнической меди

Электротехническая медь – чрезвычайно чистый металл, так как любая примесь резко снижает электропроводность.

• Так, всего лишь 0,02% примеси алюминия, хотя он тоже проводник, приведёт к снижению проводимости на 9-10%, а что сказать о примесях, которые вообще не являются проводниками, поэтому здесь технологический брак просто недопустим.
• при наличии 0,1% фосфора сопротивление увеличивается на 55%, следовательно проводимость уменьшается, как величина обратная сопротивлению;
• если в меди будет висмут или свинец в количестве более 0,001%, то это вызывает красноломкость (растрескивание при горячей обработке давлением);
• кислород в меди затрудняет пайку и увеличивает удельное сопротивление. Чтобы этого избежать вводят присадку фосфора;
• водород — образует микротрещины и повышает ломкость.

Если присутствует несколько примесей, то бывают ситуации, что они взаимодействуют и их влияние увеличивается в разы.

Для использования меди для передачи электричества наличие примесей оказывает только негативный эффект.

Чтобы получить достаточно чистую электротехническую медь применяют метод, называемый электрорафинированием, основанным на электролизе. Создаются условия, при которых примеси отделяются от молекул меди, оседающих на одном из электродов, благодаря чему на выходе получается электролитическая медь при чистоте 99,999%, необходимой для электротехнических нужд.

Ещё одна важная сфера – производство сплавов на основе или с добавлением меди. Примечательно, что довольно мягкая медь со многими другими металлами образует не мягкие, но твёрдые сплавы – растворы, в которых атомы разных металлов распределены относительно равномерно.

Добавляя в красную медь, продукт огневого рафинирования, небольшое количество мышьяка, значительно повышают её прочность, но ухудшают возможность её сварки.

Сплавы меди, применяемые в электротехнике

Латуни — Сплавы меди с цинком, широко используются в электротехнике. Латуни используют для пружинящих контактов, штепсельных разъемов.

В различных марках латуни содержание цинка может доходить до 43%. Латуни, содержащие до 39% цинка, имеют однофазную структуру твердого раствора и называются a-латунями. Эти латуни обладают наибольшей пластичностью, поэтому из них изготавливают детали горячей или холодной прокаткой и волочением: листы, ленты, проволоку. Без нагрева из листовой латуни методом глубокой вытяжки и штамповкой можно изготовить детали сложной конфигурации.

Латуни с содержанием цинка свыше 39% называют a+b-латунями или двухфазными и применяют главным образом для фасонных отливок.

Двухфазные латуни являются более твердыми и хрупкими и обрабатываются давлением только в горячем состоянии.

Присадка к латуням олова, никеля и марганца повышает механические свойства и антикоррозионную устойчивость, а добавки алюминия в композиции с железом, никелем и марганцем сообщают латуням кроме улучшения механических свойств и коррозионной стойкости высокую твердость. Однако присутствие в латунях алюминия затрудняет пайку, а проведение пайки мягкими припоями становится практически невозможным.

· латуни марок Л68 и Л63 вследствие высокой пластичности хорошо штампуются и допускают гибку, легко паяются всеми видами припоев. В электромашиностроении широко применяются для различных токоведущих частей;

· латуни марок ЛС59-1 и ЛМЦ58-2 применяются для изготовления роторных (беличьих) клеток электрических двигателей и для токоведущих деталей, изготовленных резанием и штамповкой в горячем состоянии; хорошо паяются различными припоями;

· латунь ЛА67-2,5 применяется для литых токоведущих деталей повышенной механической прочности и твердости, не требующих пайки мягкими припоями;

· латуни ЛК80-3Л и ЛС59-1Л широко применяются для литых токоведущих деталей электрической аппаратуры, для щеткодержателей и для заливки роторов асинхронных двигателей. Хорошо воспринимают пайку различными припоями.

Бронзы проводниковые — относятся к медным сплавам, необходимость применения которых в основном вызвана недостаточной в ряде случаев механической прочностью и термической устойчивостью чистой меди.сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, свинцом. Общая номенклатура бронз весьма обширна, но высокой электропроводностью обладают лишь немногие марки бронз.

· кадмиевая бронза относится к наиболее распространенным проводниковым бронзам. Из числа всех марок кадмиевая бронза обладает наивысшей электрической проводимостью. Вследствие повышенного сопротивления истиранию и более высокой нагревостойкости эта бронза широко применяется для изготовления троллейных проводов и коллекторных пластин;

· бериллиевая бронза относится к сплавам, приобретающим прочность в результате старения. Она обладает высокими упругими свойствами, устойчивыми при нагревании до 250 °C, и электрической проводимостью в 2—2,5 раза большей, чем проводимость других марок бронз общего назначения. Эта бронза нашла широкое применение для изготовления различных пружинных деталей, выполняющих одновременно и роль проводника тока, например: токоведущие пружины, отдельные виды щеткодержателей, скользящие контакты в различных приборах, штепсельные разъемы и т.п.;

· фосфористая бронза обладает высокой прочностью и хорошими пружинными свойствами, из-за малой электропроводности применяется для изготовления пружинных деталей с низкими плотностями тока.

Литые токоведущие детали изготовляются из различных марок машиностроительных литьевых бронз с проводимостью в пределах 8—15% проводимости чистой меди. Характерной особенностью бронз является малая усадка по сравнению с чугуном и сталью и высокие литейные свойства, поэтому они применяются для отливки различных токоведущих деталей сложной конфигурации, предназначенных для электрических машин и аппаратов.

Все марки литьевых бронз можно подразделить на оловянные и безоловянные, где основными легирующими элементами являются Al, Mn, Fe, Pb, Ni.

Манганин — сплав меди с добавкой марганца и никеля. Применяется для изготовления добавочных резисторов и шунтов в измерительной технике.

Маркировка меди

Марки меди состоят из буквы “М”, что значит медь. Далее следует цифра от 0 до 4. Иногда затем встречается одна из букв, которые характеризуют способ получения металла: к — катодный, р — раскисленная с низким остаточным фосфором, ф — раскисленная с высоким остаточным фосфором, б — бескислородная. Бескислородная это М0, а раскисленная — М1.

Основные марки меди:

• М0. Самый высокий класс медных сплавов, содержащий порядка 99,93-99,99% меди. Иногда для повышения физико-химических свойств в состав добавляется серебро и процент содержания основного элемента указывается как медь+серебро в качестве единого основного компонента. М0 – это наиболее чистый медный сплав, который применяется для изготовления токопроводящей продукции (силовых кабелей, проводников в электронике, бытовых проводов и так далее).
• М1. Более распространенный в современных условиях сплав. Он также используется для изготовления электротехнической продукции с менее строгими требованиями к качеству. Также М1 используется для производства металлопрокатных изделий, сварочных электродов, проволоки и так далее. Процент содержания меди в М1 составляет 99,9%.
• М2. Данная марка получила широкое применение на производстве продукции, требующей обработки высоким давлением. М2 – это менее пластичный металл, поскольку в его составе присутствует 99,7% меди. Часто сплав применяется для изготовления деталей криогенной техники.
• М3. Марка относится к сплавам с наименьшим содержанием меди (99,5%). Такие металлы содержат большое количество примесей и часто получаются в результате вторичной переработки медной продукции. Применяется сплав М3 для изготовления деталей методом проката.

Отдельные модификации характеризуют тип и количество дополнительных элементов. Подробные сведения о марках прописаны в ГОСТ 859-2001. ГОСТ 434-78 регламентирует свойства меди, из которой выпускаются медные шины отечественными предприятиями.

Полезные детали

Технология производства медных шин одинакова на всех предприятиях, однако потребителя больше интересует величина цены при одинаковом качестве. Российские предприятия-лидеры соревнуются не в качестве (оно у них одинаково высокое), а в ценовой политике.

Для достижения определённых условий работы токоведущих элементов часто применяются новаторские подходы и решения:

• Коллекторная полоса – сплав меди и серебра, превосходящий чистую медь по всем эксплуатационным характеристикам.
• Электротехнические прямоугольные профили специального назначения:
• полутвёрдые шины;
• твердые шины с повышенной чистотой поверхности;
• шины с закруглением малых сторон сечения и другие.

Благодаря такому закруглению достигается стойкость изоляционного покрытия (нет резких изгибов на углах), существенно экономится медь без потери проводимости, да и распределение токовой нагрузки более равномерно по всему сечению шины.

— Шины, имеющие повышенную чистоту поверхности для электролитического покрытия места последующего контакта серебром. Так достигается значительное уменьшение величины сопротивления контакта.

Руководство по материалам электротехники для всех. Часть 1

Привет гиктаймс! Я решил опубликовать по частям свое руководство по материалам, используемым не только в электротехнике, но и вообще в технике, в том числе самодельщиками. С описанием, примерами применения, заметками по работе. Руководство написано максимально просто, и будет понятно всем, от школьника до пенсионера.

В этой части начинаем разбирать проводники — Серебро, Медь, Алюминий.

Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

Введение, которое обычно никто не читает

Ковыряясь в поисках ответов на свои вопросы в разных учебниках по материаловедению, методичках, научпоп книгах я ужасался, насколько академический стиль изложения возводит стену между желающим узнать и знаниями. Насколько стремление авторов обойти острые грани, тёмные места превращает учебники в однородную бескрайнюю пустыню скуки и отчаяния. При этом запредельный уровень абстракции делает крайне сложным для неофита использование полученных знаний в практике. Поэтому я решил сделать свое руководство, с блекджеком и блудными девицами.

Это руководство — живое, по мере получения новых материалов, уточнений, комментариев от вас, дорогие читатели оно будет дополняться, изменяться, становиться лучше. Всегда самая свежая версия руководства лежит у меня на сайте в бложике Я обеими руками поддерживаю движение Open Source и Open Hardware, считаю, что обмен знаниями должен быть свободным, это принесет пользу для всех, поэтому пособие распространяется под лицензией Creative Commons 3.0 BY-NC-SA, что значит, вы можете делать с ним что угодно: выкладывать, распространять, модифицировать, соблюдая только три ограничения:

• Ссылка на меня обязательна (в.т.ч. производных работах).
• Зарабатывать на моем пособии без договоренности со мной нельзя (запрет на использование в коммерческих целях).
• Все производные работы должны распространяться на тех же условиях.

• Весь текст написан мной, и дополнен замечательными людьми, упомянутыми в разделе Благодарности. Я не включал информацию, в достоверности или актуальности которой я бы сомневался. Поэтому доля брехни по тексту в среднем ниже, чем в маркетинговых текстах перепродавцов-поставщиков, но выше, чем в хорошем советском учебнике.
• Большую часть материалов я хотя бы щупал, использовал в своих конструкциях, а не видел только на картинке.
• Пособие полностью (Чтобы быть до конца честным — за исключением одной картинки, которую пришлось рисовать в чем умел.) подготовлено с использованием OpenSource продуктов (Linux, GIMP, LibreOffice, context). Просто из спортивного интереса.
• Некоторые разделы имеют пункт «Источники» — советы по поиску материалов — где купить, под какими названиями искать. Конечно, всё можно купить на Алиэкспресс и на Ebay, поэтому такой вариант не указывается. Пункт может быть полезен если материал нужен «здесь и сейчас».

Проводники:
*Серебро
*Медь
*Алюминий
*Железо
*Золото
*Никель
*Вольфрам
*Ртуть
Так себе проводники:
*Углерод
*Нихромы
*Сплавы для изготовления термостабильных сопротивлений
*Припои
*Олово
*Легкоплавкие припои
Прочие проводники
*Термопарные сплавы
*Оксид Индия-Олова
Диэлектрики (Совсем не проводники):
*Неорганические диэлектрики
**Фарфор
**Стекло
**Слюда
**Алюмооксидные керамики
**Асбест
**Вода
*Органические диэлектрики полусинтетические
**Бумага, картон
**Шёлк
**Воск, парафин
**Трансформаторное масло
**Фанера, ДСП
*Органические диэлектрики синтетические
**Материалы на базе фенол-формальдегидных смол
**Карболит (бакелит)
**Гетинакс
**Текстолит
**Стеклотекстолит
**Лакоткань
**Резина
**Эбонит
**Полиэтилен
**Полипропилен
**Полистирол, АБС-пластик
**Фторопласт-4 (политетрафторэтилен PTFE)
**Поливинилхлорид — ПВХ
**Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)
**Силиконы
**Полиимид
**Полиамиды
**Полиметилметакрилат — ПММА
**Поликарбонат
*График истории промышленного применения полимеров
*Изоленты
**Прорезиненная тканевая изолента
**Тканевые изоленты
**Резиновые самовулканизирующиеся изоленты
**Силиконовые самослипающиеся ленты
**Полиимидная лента
**ПВХ изоленты
**Канцелярская липкая лента «скотч»
*Изоляционные трубки
**Трубка из ПВХ — «кембрик»
**Фторопластовая трубка
**Стеклотканевая с силиконом
**Термоусадочная трубка
*Дополнительные сведения о полимерах

Проводники

Двадцатый век — век пластмасс. До появления широкого спектра синтетических полимерных материалов, человек использовал в конструировании металлы и материалы природного происхождения — дерево, кожу и т.д. Сегодня мы завалены пластмассовыми изделиями, начиная от одноразовой посуды, заканчивая тяжелонагруженными деталями двигателей автомобилей. Пластмассы во многом превосходят металлы, но никогда не вытеснят их полностью, поэтому рассказ начнется с металлов. Металлам посвящены сотни книг, дисциплина, посвященная им, называется «металловедение».

Нас интересуют металлы с точки зрения электронной техники. Как проводники, как часть электронных приборов. Все остальные применения — например такие, как конструкционные материалы, в данное пособие пока не вошли.

Главное для электронной техники свойство металлов — это способность хорошо проводить электрический ток. Посмотрим на таблицу удельного сопротивления различных металлов:

Металл	Удельное сопротивление Ом*мм2/м
Серебро	0,015. 0,0162
Медь	0,01724. 0,018
Золото	0,023
Алюминий	0,0262. 0,0295
Иридий	0,0474
Вольфрам	0,053. 0,055
Молибден	0,054
Цинк	0,059
Никель	0,087
Железо	0,098
Платина	0,107
Олово	0,12
Свинец	0,217. 0,227
Титан	0,5562. 0,7837
Висмут	1,2

Видим лидеров нашего списка: Ag, Cu, Au, Al.

Серебро

Ag — Серебро. Драгоценный металл. Серебро — самый дешевый из драгоценных металлов, но, тем не менее, слишком дорог, чтобы делать из него провода. На 5% лучшая электропроводность по сравнению с медью, при разнице в цене почти в 100 раз.

Примеры применения

В виде покрытий проводников в СВЧ технике. Ток высокой частоты, из-за скинэффекта течет по поверхности проводника, а не в его толще, поэтому тонкое покрытие волновода серебром дает бОльший прирост проводимости, чем покрытие серебром проводника для постоянного тока.

В сплавах контактных групп. Контакты силовых, сигнальных реле, рубильников, выключателей чаще всего изготовлены из сплава с содержанием серебра. Переходное сопротивление такого контакта получается ниже медного, он меньше подвержен окислению. Так как контакт обычно миниатюрен, стоимость этой малой добавки серебра к стоимости изделия незначительно. Хотя при утилизации большого количества реле, стоимость серебра делает целесообразным работу бокорезами по отделению контактов в кучку для последующего аффинажа.

Контакты силового реле на 16 Ампер. Согласно документации производителя
контакты содержат серебро и кадмий.

Различные реле. Верхнее реле имеет даже посеребренный корпус с характерной патиной. Содержание драгметаллов в изделиях, выпущенных в СССР было указано в паспортах на изделия.

В качестве присадки в припоях. Качественные припои (как твёрдые так и мягкие) часто содержат серебро.

Проводящие покрытия на диэлектриках. Например, для получения контактной площадки на керамике, на неё наносится суспензия из серебряных частиц с последующим запеканием в печи (метод «вжигания»).

Компонент электропроводящих клеев и красок. Электропроводящие чернила часто
содержат суспензию серебряных частиц. По мере высыхания таких чернил, растворитель
испаряется, частицы в растворе оказываются всё ближе, слипаясь и создавая проводящие
мостики, по которым может протекать ток. Хорошее видео с рецептом по созданию таких
чернил.

Недостатки

Несмотря на то, что серебро — благородный металл, он окисляется в среде с содержанием
серы:
4Ag + 2H₂S + O₂ → 2Ag₂S + 2H₂O

Образуется темный налет — «патина». Также источником серы может служить резина, по-
этому провод в резиновой изоляции и посеребренные контакты — плохое сочетание.
Потемневшее серебро можно очистить химически. В отличии от чистки абразивными пастами (в том числе зубной пастой) это самый нежный способ чистки, не оставляющий царапин.

Cu — медь. Основной металл проводников тока. Обмотки электродвигателей, провода в изоляции, шины, гибкие проводники — чаще всего это именно медь. Медь нетрудно узнать по характерному красноватому цвету. Медь достаточно устойчива к коррозии.

Примеры применения

Провода. Основное применение меди в чистом виде. Любые добавки снижают электропроводность, поэтому сердцевина проводов обычно — чистейшая медь.

Гибкие многожильные провода различного сечения.

Гибкие тоководы. Если проводники для стационарных устройств можно в принципе изготовить из любого металла, то гибкие проводники делают почти всегда только из меди, алюминий для этих целей слишком ломкий. Содержат множество тоненьких медных жилок.

Теплоотводы. Медь не только на 56% лучше алюминия проводит ток, но ещё имеет почти вдвое лучшую теплопроводность. Из меди изготавливают тепловые трубки, радиаторы, теплораспределяющие пластины. Так как медь дороже алюминия, часто радиаторы делают составными, сердцевина из меди, а остальная часть из более дешевого алюминия.

Радиаторы охлаждения процессора. Центральный стержень изготовлен из меди, он хорошо отводит тепло от кристалла процессора, а алюминиевый радиатор с развитым оребрением уже охлаждает сам стержень.

При изготовлении фольгированных печатных плат. Печатные платы, в любом электронном устройстве изготовлены из пластины диэлектрика, на который наклеена медная фольга. Все соединения между элементами печатной платы выполнены дорожками из медной фольги.

Техника сверхвысокого вакуума. Из металлов и сплавов только нержавеющая сталь и медь пригодны для камер сверхвысокого вакуума в таких приборах, как ускорители элементарных частиц или рентгеновские спектрометры. Все остальные металлы в вакууме слегка испаряются и портят вакуум.

Аноды рентгеновских трубок. В рентгеноструктурном анализе требуется монохроматическое рентгеновское излучение. Его источником зачастую является облучаемая электронами медь (спектральная линия Cu Kα), которая к тому же прекрасно отводит тепло. Если же требуется другое излучение (Co или Fe), его получают от маленького кусочка соответствующего металла на массивном медном теплоотводе. Такие аноды всегда охлаждаются проточной водой.

Интересные факты о меди

• Медь — достаточно дорогой металл, поэтому недобросовестные производители стараются экономить на нем. Занижают сечение проводов (когда написано 0,75 мм2, а фактически 0,11 мм2). Окрашивают алюминий «под медь» в обмотках, внешне обмотка выглядит как медная, а стоит соскрести изоляцию — оказывается, что она сделана из алюминия. Этим грешат и китайские, и отечественные производители, кабель сечением 2,5 мм2 вполне может оказаться сечением 2,3 мм2, поэтому запас прочности и входной контроль не будут лишними. Разумеется, надежность контакта в электроарматуре жилы сечением 2,3 мм2, рассчитанной на жилу 2,5 мм2, будет невысокой.
• Медь окрашивает пламя в зелёный цвет, это свойство использовали для обнаружения меди в руде, когда не был доступен химический анализ. Зеленый след в пламени — показатель наличия меди. (но не всегда, зеленую окраску пламени могут давать ионы бора)

Алюминий

Al — Алюминий. «Крылатый металл» четвертый по проводимости после серебра, золота и меди.
Алюминий хоть и проводит ток почти в полтора раза хуже меди, но он легче в 3,4 раза и в три
раза дешевле. А если посчитать проводимость, то эквивалентный медному проводник из
алюминия будет дешевле в 6,5 раз! Алюминий бы вытеснил медь, как проводник везде, если
бы не пара его противных свойств, но об этом в недостатках.

Чистый алюминий, как и чистое железо, в технике практически не применяется (исключения
— провода и фольга). Любой «алюминиевый» предмет состоит из какого-нибудь сплава алюминия. Сплавы могут содержать кремний, магний, медь, цинк и другие металлы. Их свойства отличаются очень сильно, и это необходимо учитывать при обработке. Ниже перечислены несколько самых распространенных марок алюминия:

• 1199. Чистый 99,99% алюминий. Бывает почти исключительно в виде фольги.
• 1050 и 1060. Чистый 99,5% и 99,6% соответственно. Из-за высокой теплопроводности иногда используется как материал для радиаторов. Мягок, легко гнется. Провода, пищевая фольга, посуда.
• 6061 и 6082. Сплавы: 6061 — Si 0,6%, Mg 1,0%, Cu 0,28%, 6082 — Si, Mg, Mn. Первый более распространен в США, второй — в Европе. Легко точить, фрезеровать. Наилучший материал для самоделок. Прочен. Легко поддается сварке, паяется твердыми припоями. Легко анодируется. Плохо гнется. Не годится для литья.
• 6060. Состав: Mg, Si. Более мягок, чем 6061 и 6082, при обработке резанием слегка «пластилиновый», за что его не любят токари. Распространен и дешев, других особых преимуществ не имеет. Дешевый алюминиевый профиль из непонятного сплава имеет хорошиешансы оказаться им.
• 5083. Сплав с магнием (>4% Mg). Отличная коррозионная стойкость, устойчив в морской воде. Один из лучших вариантов для деталей, работающих под дождем. Тоже может встретиться в магазине стройматериалов, наряду с другими подобными марками.
• 44400, он же «силумин». Сплав с большим процентом кремния (Si >8%). Литейный. Низкая температура плавления, при пайке твердыми припоями риск расплавить саму деталь. Хрупок, при изгибе ломается. На изломе видны характерные кристаллы.
• 7075. 2,1-2,9% Mg, 5,1-6,1% Zn, 1,2-1,6% Cu. Очень своеобразный сплав, отличается даже цветом (пленка окислов слегка золотистая). Неожиданно твердый для алюминия, по твердости сравним с мягкой сталью. Плохо анодируется. Не паяется вообще. Не сваривается вообще. Не гнется и не куется вообще. Не годится для литья. Резанием обрабатывает ся отлично, прекрасно полируется. Хорош для ответственных деталей. Используется для винтов в велосипедах, в оружии (материал многих деталей винтовки M16).

Примеры применения

Слева старый алюминиевый провод. Справа алюминиевые кабели различного сечения,
пригодные для укладки в грунт. В частности кабелем справа был подключен к электроэнергии целый этаж здания. Кабель помимо наружной резиновой оболочки имеет бронирующую стальную ленту, для защиты нижележащей изоляции от повреждений, к примеру лопатой при раскопке.

Теплоотводы. Не только домашние батареи делают из алюминия, но и радиаторы у
микросхем, процессоров, делают из алюминия.

Различные алюминиевые радиаторы.

Корпуса приборов. Корпус жёсткого диска в вашем компьютере отлит из алюминиевого сплава. Небольшая добавка кремния улучшает прочностные качества алюминия, сплав силумин — это корпуса жёстких дисков, бытовых приборов, редукторов и т. д.

Анодированный алюминий (алюминий, у которого электрохимическим путем окисная пленка
на поверхности сделана потолще и прочнее) хорошо окрашивается и просто красив. Окисная
пленка (Al₂O₃ — из того же вещества состоят драгоценные камни рубины и сапфиры) достаточно твёрдая и износостойкая, но к сожалению алюминий под ней мягок, и при сильном воздействии ломается как лёд на воде.

Экраны. Электромагнитное экранирование часто делается из алюминиевой фольги или тонкой алюминиевой жести. Можете провести простой эксперимент, мобильный телефон
завернутый в фольгу потеряет сеть — он будет заэкранирован.

Отражающее покрытие у зеркал. Тонкая пленка алюминия на стекле отражает 89% падающего света (примерное значение, зависит от условий) (Серебро 98%, но на воздухе темнеет из-за сернистых соединений). Любой лазерный принтер содержит вращающееся зеркало, покрытое тонким слоем алюминия.

Зеркала от оптической системы планшетного сканера. Обратите внимание, оптические зеркала имеют металлизацию стекла снаружи, в отличии от привычных бытовых зеркал, где отражающее покрытие для защиты за стеклом. Бытовые зеркала дают двойное отражение — от поверхности стекла и от отражающего покрытия, что не так критично в быту, как защищенность отражающего покрытия.

Электроды обкладок конденсаторов. Алюминиевая фольга, разделенная слоем диэлектрика и туго свернутая в цилиндр — часть электрических конденсаторов (впрочем, для уменьшения габаритов конденсаторов фольгу заменяют алюминиевым напылением). Тот факт, что пленка оксида алюминия тонкая, прочная и не проводит ток, используется в электролитических конденсаторах, обладающими огромными для своих габаритов электрическими емкостями.

Недостатки

Алюминий — металл активный, но на воздухе покрывается оксидной пленкой, которая предохраняет металл от разрушения и скрывает его активную натуру. Если не дать алюминию формировать стабильную защитную пленку, например капелькой ртути, алюминий активно реагирует с водой. В щелочной среде алюминий растворяется, попробуйте залить алюминиевую фольгу средством для прочистки труб — реакция будет бурная, с выделением взрывоопасного водорода. Химическая активность алюминия, в паре с большой разницей в электрооотрицательности с медью делает невозможным прямое соединение проводов из этих двух металлов. В присутствии влаги (а она в воздухе есть почти всегда) начинает протекать гальваническая коррозия с разрушением алюминия.

Два идентичных трансформатора от микроволновых печей. Левый вышел из строя по причине алюминиевых обмоток — отгорел провод от контакта — алюминий плохо паяется мягкими припоями, попытка обеспечить контакт также как и у медного провода привела к поломке.

Алюминий ползуч. Если алюминиевый провод очень сильно сжать, он деформируется
и сохранит новую форму — это называется «пластическая деформация». Если сжать его не
так сильно, чтобы он не деформировался, но оставить под нагрузкой надолго — алюминий
начнет «ползти» меняя форму постепенно. Это пакостное свойство ведет к тому, что хорошо
затянутая клемма с алюминиевым проводом спустя 5-10-20 лет постепенно ослабнет и будет
болтаться, не обеспечивая былого электрического контакта. Это одна из причин, почему ПУЭ
запрещает тонкий алюминиевый провод для разводки электроэнергии по потребителям в
зданиях. В промышленности не сложно обеспечить регламент — так называемая «протяжка»
щитка, когда электрик периодически проверяет затяжку всех клемм в щитке. В домашних же условиях, обычно пока розетка с дымом не сгорит — никто и не озаботится качеством контакта. А плохой контакт — причина пожаров.

Алюминий, по сравнению с медью, менее пластичный, риска от ножа на жиле, при сьёме изоляции с провода быстрее приведет к сломавшейся жиле, чем у меди, поэтому изоляцию с алюминиевых проводов надо счищать как с карандаша, под углом, а не в торец.

Интересные факты об алюминии

• Алюминий — хороший восстановитель, что используется для восстановления других металлов, например титана из состояния диоксида. Теодор Грей (Настоятельно рекомендую книги Теодора Грея «Элементы. Путеводитель по периодической таблице», «Научные опыты с периодической таблицей», «Эксперименты. Опыты с периодической таблицей». Они очень хорошо сделаны визуально, и опыты в них не приторно безопасные, как в большинстве современных пособий, могут и бабахнуть.) в домашних условиях проводил такой опыт. В смеси с окислом железа алюминиевая пудра образует термит— адская смесь, которая горит разогреваясь до 2400°С при этом восстанавливается железо и весело стекает вниз, что используется для сварки рельсов, иным способом такой кусок железа качественно и быстро не прогреть. Термитные карандаши позволяют в полевых условиях сваривать провода, а бравый спецназовец термитной горелкой пережжет дужку самого крепкого замка.
• Чтобы сделать бисквит нежным и воздушным используется пекарский порошок. Такой же порошок есть для того, что бы сделать пористым бетон — Алюминий + щелочь.
• Алюминий — активный металл, но он быстро покрывается окисной пленкой, которая защищает его от разрушения. Рубин, сапфир, корунд — это всё названия одного и того же вещества — оксида алюминия Al₂O₃ Белые точильные круги и бруски состоят из электрокорунда — оксида алюминия.

Источники

В крупных строительных магазинах (OBI, Leroy Merlin, Castorama) обычно есть в наличии алюминиевый профиль разных размеров и форм. Неплохим источником может послужить штампованная алюминиевая посуда — она очень дешева и существует разных форм. Но обратите внимание на марки. Если нужен 6061 и тем более 7075, придется покупать его у фирмы, специализирующейся по металлам.

Какая медь используется в проводах

Токопроводящая жила (ТПЖ) из алюминия и меди, применяемые добавки, сравнительные табличные характеристики, другие материалы для кабельно-проводниковой продукции (КПП)

Для сокращения применяется аббревиатура ТПЖ – токопроводящая жила.

Токопроводящая жила для кабеля либо провода – это проволока (или скрутка проволок) изготовленная из материала с низким электрическим сопротивлением, способная свободно пропускать электрический ток и выдерживающая заданные механические нагрузки и температурные режимы.

Жёсткий проводник – это кабель либо провод выполненный на базе моножилы (одной проволоки), такие проводники применяются для стационарной (неподвижной) прокладки на долгосрочный период.

Гибкий проводник – это провод или кабель изготовленный на базе нескольких проволок, свитых в общий пучок, применяется для обеспечения подвижных присоединений различных энергопотребителей.

Кабель АПвБВ

Кабель АПвБВ может использоваться в районах с умеренным и холодным климатами. Изделие выдерживает различные механические нагрузки и воздействие коррозии. Товар нельзя подвергать сильному растягиванию. Может монтироваться в местах с наличием блуждающих токов. Устанавливается не только в любых помещениях, но и на улице.

Требования к жилам:

• • низкое электрическое сопротивление;
• • умеренная цена и доступность добычи металла;
• • стойкость к коррозии и механическим нагрузкам (особенно к знакопеременным);
• • технологичность.

Понятно, что наиболее важными характеристиками являются низкая стоимость и высокая электропроводность. Чем меньше электрическое сопротивление, тем меньше нагревается жила при протекании номинального тока (именно нагрев имеет решающее значение для вычисления токовой нагрузки). Весь смысл в том, что диэлектрические свойства изоляции быстро теряются при высоких температурах. Например, изоляционный поливинилхлоридный пластикат выдерживает нагрев до +70°С; резиновая изоляция функциональная до +80°С; кремнийорганическая изоляция (специальный материал) работоспособна до +180°С. Неизолированные высоковольтные провода и электротехнические шины допускается нагревать до +90°С (изоляции нет, а ограничение присутствует). Для примера, поливинилхлоридный пластикат имеет электрическое сопротивление около 10 мОм / км при температуре +20°С и всего 5 кОм / км при нагреве до +70°С (не спутать мегаомы с килоомами). Теперь немного о цене: мировая цена 1 тонны меди более чем в 3.5 раза дороже 1 тонны алюминия. Электрическое сопротивление алюминия уступает меди в 1.64 раза, то есть именно на это значение возрастёт сечение алюминиевой жилы для проведения той же силы тока (экономический выигрыш налицо).

Механические свойства алюминия оставляют желать лучшего. Имеет низкую стойкость к постоянным изгибам (быстро ломается), поэтому проводники с такими жилами применяются только для стационарной прокладки. Алюминиевые жилы возможно изготовить с минимальным сечением 2.5 мм2 (технологическое оборудование развивает усилия, сравнимые с механической прочностью алюминиевой проволоки малого диаметра). При контакте с атмосферным кислородом или озоном на алюминии образуется оксидная плёнка, которая имеет высокое электрическое сопротивление.

Медь имеет самое низкое сопротивление (не учитывая серебро и другие дорогие материалы), довольно технологична (поддаётся волочению и прокатке).

Материалы для токопроводящих жил

Основными материалами для создания токопроводящих жил служат медь (Cu) и алюминий (Al). Такой выбор определяется низким электрическим сопротивлением, умеренной стоимостью (по сравнению с серебром) и достаточными прочностными характеристиками.

Медная токопроводящая жила

Жилы кабелей и проводов производятся из электролитической меди М0 и М1, которая отличается определённой чистотой – 99,95% и 99,9% доля меди соответственно. Различные добавки к меди могут снижать её проводящую способность, увеличивать прочность либо придавать определённый комплекс изменения свойств.

К кабелям с медной жилой относятся, например, кабель NYY или ВВГнг

Кислород (O) одна из вредных примесей в меди, который приводит к ухудшению механических характеристик и способности к обработке, вызывает затруднения при сваривании или пайке. Медь, не содержащая кислорода, имеет лучшую пластичность по сравнению с марками М1 и М0. Для борьбы с негативным влиянием кислорода добавляют мышьяк, но он снижает электрическую проводимость.

Водород (H) приводит к увеличению прочности, но при наличии кислорода делает металл хрупким.

Содержание сурьмы вызывает падение теплопроводности, электропроводимости и пластичности.

Серебро защищает медь от окисления, но отличается высокой стоимостью.

Кабель NYY

Кабел NYY для подачи электропитания на устройства и распределения электрической энергии в цепях повсеместно задействуется кабель NYY, цена которого демократична, а эксплуатационные параметры высокие. Благодаря усовершенствованной конструкции сфера его использования существенно шире, чем у других кабелей.

Медные токоведущие жилы могут быть мягкими и твёрдыми – отожжённые и неотожжённые соответственно. Маркируются согласно с аббревиатурой ММ и МТ.

Ввиду влияния коррозии медные жилы следует обязательно покрывать слоем олова толщиной 1,5 — 4 мкм. Олово защищает медь от окисления, а также улучшает пайку. Причём предпочтительней использовать методику горячего лужения, а не гальваническую. При горячем лужении образуется переходной сплав меди с оловом, который надёжно привязывает нанесённый слой олова. Во время пайки верхняя часть олова надёжно связывается с припоем. Для тропического исполнения лужение ещё более необходимо, так как влияние высоких температур и влажности сказывается на скорости окисления. Для получения более толстого и неравномерного защитного слоя используется свинцово-оловянистый сплав (ПОС) с различным содержанием свинца.

Для получения нагревостойкости 200⁰С применяют серебрение гальваническим путём с дальнейшим волочением и отжигом. Получаемая толщина слоя серебра 6 — 12 мкм скрывает медь от воздействия факторов приводящих к окислению при t ≤ 250⁰C.

Алюминиевая токопроводящая жила

Для электрических проводников применяют алюминий (Al) марок А1 и А2, в котором подмешаны десятые доли процента железа и кремния. Эти примеси ухудшают проводимость, к другим нежелательным элементам относят: титан, ванадий, марганец и магний. К кабелям с медной жилой относятся, например, Кабель АВВГ или АПвБВ

Если первым недостатком алюминия считают низкую электропроводность, то второй – это определённая хрупкость, которая усугубляется в температурных условиях свыше 150⁰C. При упрочнении алюминиевой проволоки (например, волочением) единовременно понижается её проводимость (всё взаимосвязано).

По механическим параметрам различают несколько видов проволоки:

• • АТ (алюминий твёрдый неотожжённый);
• • АПТ (алюминий полутвёрдый с частичным отжигом);
• • АМ (алюминий мягкий отожжённый).

Характеристики алюминия АПТ занимают промежуточное положение в сравнении с АТ и АМ. Если алюминиевый проводник сравнивать с медным, той же проводимости, то окажется, что его сечение выше на +60%, а масса меньше на -48%. Повышенным пределом прочности при разрыве обладает алюминиевый сплав алдрей. В алюминий добавляют менее половины процента магния, до 0,7% кремния и менее 0,3% железа. Соединение Mg2Si упрочняет материал, но растворяется в ограниченном количестве.

Медь обычная и электротехническая

Медь – металл, обладающий отличной проводимостью и целым перечнем выдающихся характеристик, благодаря которым он и нашел очень широкое применение. Это устойчивость против коррозионных воздействий и превосходная пластичность, способность хорошо проводить тепло и электричество, которая сочетается с высокими эстетическими характеристиками. Если медь качественно очистить от посторонних элементов, металл демонстрирует розоватый оттенок (что очень заметно на изломах), становясь мягким и ковким. Помимо этого освобождение меди от посторонних примесей приводит к увеличению электро- и теплопроводности металла, что позволяет большую часть производимой промышленностью меди направлять на нужды электротехнической индустрии.

В итоге можно сделать вывод: чистая медь является ковким металлом, имеющим сравнительно высокую плотность, а, следовательно, и вес. Он является превосходным проводником (это касается и тепла и электричества), без особых проблем поддаваясь обработке давлением. На нужды электротехнической промышленности идет свыше 70% от всей производимой человечеством меди. Из нее изготавливают кабельную продукцию, заземляющие шины. Помимо этого из меди производят обмотки трансформаторного оборудования и прочую электротехническую продукцию, при этом в производстве используются различные сорта меди.

Чаще всего электротехнической промышленностью используется разновидность меди, называемая «технически чистая». В ней содержится от 0,02% до 0,04% кислорода. Встречаются также ситуации, при которых производимые изделия должны обладать максимальной электропроводимостью. В таких случаях используется специальная бескислородная медь.

Характеристики элемента

Как мы уже говорили, медь бывает различных сортов, которые характеризуются по следующим параметрам:

• удельный вес (у чистой меди он равен 8,93 г/см³);
• удельное сопротивление (чистая медь при 20°С обладает сопротивлением 0,167 Ом, данные приведены для проводника сечением 1 мм² и длиной 1 метр);
• температура перехода в жидкое состояние (1083°С).

Особенности производства меди

В процессе производства меди, направляемой на потребности электротехнической индустрии, особое внимание уделяется исключению примесей из состава материала. Дело в том, что примеси существенно снижают его электропроводность. Например, всего 0,02% алюминия в проводнике снижают его проводимость на 10%. При этом примеси, по своей природе вообще не являющиеся проводниками, приводят к более негативным последствиям. В этой связи технологический брак и производство электротехнической меди являются определениями абсолютно несовместимыми.

Чтобы эффективно очищать медь от посторонних примесей используется технология электрорафинирования, в основе которой лежат процессы электролиза. Метод предполагает создание условий, при которых примеси открепляются от молекул меди, которые в свою очередь осаждаются на электроде. В итоге образуется медь очень высокой чистоты (до 99,999%), которая является идеальным материалом для использования в электротехнических целях.

Также промышленностью в достаточно больших объемах производятся сплавы с добавлением меди или же на ее основе. Обращает на себя внимание тот факт, что мягкая и в целом пластичная медь в сочетании с другими металлами образует твердые сплавы. Причем атомы различных элементов в таких сплавах располагаются равномерно.

Дополняя состав красной меди небольшим количеством мышьяка, можно получить достаточно прочную медь, которая при этом плохо поддается сварке.

Практическое применение

На самом деле медь востребована в различных отраслях промышленности, однако ее распределение между отраслевыми сегментами происходит неравномерно:

• около 70% от всей производимой меди направляется на производство электротехнических изделий;
• 15% идет на изготовление строительных конструкций;
• на изготовление деталей к машинам и механизмам направляется 5% от всей производимой меди;
• 4% идет на производство транспортных конструкций;
• 6% перенаправляется на прочие потребности (в том числе на нужды военно-промышленного комплекса).

Учитывая, что медь с низким содержанием кислорода или полностью очищенная от данного элемента хорошо поддается литью, из нее изготавливают медные трубы, химико-технологические приборы и установки, радиаторы для автомобильной промышленности, бытовые трубопроводные системы, кровельные покрытия и прочие изделия технической направленности.

Также отечественными производителями в больших объемах изготавливаются медные электрические шины. Свойства и состав материала в этом случае регламентируются ГОСТом 434-78.

Полезная продукция

Доступная цена при соблюдении высокого качества – вот основные параметры, на которые ориентируются отечественные производители продукции из меди. Чтобы обеспечить работоспособность электротехнических изделий при заранее запланированных условиях работы, их производство базируется на инновационном подходе и соответствующих технологиях. Некоторые технические решения являются их непосредственными производными:

• коллекторная полоса – в основе таких изделий лежит сплав серебра с медью, который по всем эксплуатационным характеристикам смотрится на порядок выгоднее чистой меди;
• электротехнический спецпрофиль прямоугольного сечения;
• полутвердые электротехнические шины;
• твердые электротехнические шины, обладающие поверхностью высокой чистоты;
• электротехнические шины с закругленным сечением сторон и прочее.

В последнем случае закругление обеспечивает механическую стойкость изоляции, обоснованную отсутствием крутых перегибов на углах. Помимо всего прочего такой технологический прием позволяет экономить расход меди без уменьшения электропроводимости элемента, равномерно распределяя электрическую нагрузку по всему сечению медной шины.

Шины, обладающие поверхностью высокой чистоты, используются при создании контакта с серебром. Благодаря им обеспечивается существенное уменьшение сопротивления в месте контакта.