金属导电材料

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课题：3-1 金属导电材料

教学目的要求：了解四种常用的金属导电材料，掌握纯铜，纯铝，的性能，重点掌握铜合金，铝合金的分类及其性能

教学重点、难点：导电用纯铜，纯铝，铜合金，铝合金的分类及性能授课方法：讲授法

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板书设计或授课提纲

金属导电和离子导电的区别

金属导电和离子导电的区别和相同点袁小惠杜云云吉祥校大伟（西北大学化学系05级化学专业西安 710069）摘要：本文对金属导电和离子导电的原因、影响以及二者的区别和联系作了叙述性的分析，并对它们的运用作了相关的介绍。关键词：金属导电、离子导电、金属价电子理论、离子化合物一、引言随着人类对自然的认识的利用，电由最初的自然形式－闪电成为现代社会发展的动力之一。而导体是对电的利用过程中必备物质。导体有两类，一类是金属导体，电流的载体是电子，电子流动的反方向，即电流的方向；另一类导体为电解质，电流的载体为离子，在一定的电场推动下，正离子向负极，负离子向正极迁移，电流的方向与正离子的迁移方向一致。二、金属导电的原因及影响因素由金属的能带理论可知，依据原子轨道不同，金属晶体中的能级的不同，多数晶体中的能带有满带、导带之分。满带顶和导带底间隔为禁带从能带理论的观点，一般固体都具有能带结构中禁带宽度和能带中电子填充的状况，可以决定固体材料是导体、半导体或绝缘体。 1)一般金属体的电子能带是半满的或价电子能带虽是全满的，但是有空的能带，而且两个能带能量间隔很小，彼此能发生部分的重叠（图2）当外电场存在时，(1)的情况由于能带中未充满电子，很容易导电，而(2)的情况由于满带中的价电子可以很容易的进入空的能带，因而也能导电。 2)绝缘体不导电因为它的价电子全在满带而导带是空的，而且满带顶与导带底之间的能量间隔(即禁带的宽度)大，E大于等于5eV所以在外电场作用下，满带中的电子不能越过禁跃迁到导带，故不能导电,如图(3)。 3)半导体的能带如图(4)所示。满带被电子充满，导带是空的，但这种能带结构中，禁带的宽度很窄（E＜5eV）。在一般的情况下，半导体是不导电的。但是在光照或在外加电场的作用下，满带上的电子，很容易跃迁到导带上，使原来空的导带填充部分电子，同时在满带上留下空位（通常称为空穴），因此使导带

金属的导电性与导热性

金属的导电性与导热性一、导电性物体传导电流的能力叫做导电性。各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和金。固体的导电是指固体中的电子或离子在电场作用下的远程迁移，通常以一种类型的电荷载体为主，如：电子导电，以电子载流子为主体的导电；离子导电，以离子载流子为主体的导电；混合型导体，其载流子电子和离子兼而有之。除此以外，有些电现象并不是由于载流子迁移所引起的，而是电场作用下诱发固体极化所引起的，例如介电现象和介电材料等。 1.1 导电的概述导电即是让电流通过 1.2导电性的解释物体导电的能力。一般来说金属、半导体、电解质和一些非金属都可以导电。非电解质物体导电的能力是由其原子外层自由电子数以及其晶体结构决定的，如金属含有大量的自由电子，就容易导电，而大多数非金属由于自由电子数很少，故不容易导电。石墨导电，金刚石不导电，这就是晶体结构原因。电解质导电是因为离子化合物溶解或熔融时产生阴阳离子从而具有了导电性。 1.3理论由来

最早的金属导电理论是建立在经典理论基础上的特鲁德一洛伦兹理论。假定在金属中存在有自由电子，它们和理想气体分子一样，服从经典的玻耳兹曼统计，在平衡条件下，虽然它们在不停地运动，但平均速度为零。有外电场存在时，电子沿电场力方向得到加速度a,电子产生定向运动，同时电子通过碰撞与组成晶格的离子交换能量，而失去定向运动，从而在一定电场强度下，有一平均漂移速度。根据经典理论，金属中自由电子对热容量的贡献应与晶格振动的热容量可以相比拟，但是在实验上并没有观察到，这个矛盾在认识到金属中的电子应遵从量子的费米统计规律以后得到了解决。根据费米统计,只有在费米面附近的很少一部分电子对比热容有贡献。另一个困难是根据实验上得到的金属电导率数值估算出的电子平均自由程约等于几百个原子间距，而按照经典理论，不能解释电子为什么会有如此长的自由程。正是为了解决这个矛盾，结合量子力学的发展，开始系统研究电子在晶体周期场中的运动，从而逐步建立了能带理论。按照能带理论，在严格周期性势场中运动的电子,保持在一个本征态中，电子运动不受到“阻力”,只是当原子振动、杂质缺陷等原因使晶体势场偏离周期场，使电子运动发生碰撞散射，从而对晶体中电子的自由程给出了正确的解释。一般金属的电阻是由于晶格原子振动对电子的散射引起的。散射概率与原子位移的平方成正比，在足够高的温度下与原子位移成正比；

金属导电性

导电系数就是电阻率。,"导体"依导电系数可分为银→铜→金→铝→钨→镍→铁。常用的金属导电材料可分为：金属元素、合金（铜合金、铝合金等）、复合金属以及不以导电为主要功能的其他特殊用途的导电材料4类: ①金属元素（按电导率大小排列）有：银（Ag）、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、纳(Na)、钼 (Mo)、钨(W)、锌(Zn)、镍(Ni)、铁(Fe)、铂(Pt)、锡(Sn)、铅（Pb）等。 ②合金，铜合金有：银铜、镉铜、铬铜、铍铜、锆铜等；铝合金有：铝镁硅、铝镁、铝镁铁、铝锆等。 ③复合金属,可由3种加工方法获得：利用塑性加工进行复合；利用热扩散进行复合;利用镀层进行复合。高机械强度的复合金属有:铝包钢、钢铝电车线、铜包钢等;高电导率复合金属有:铜包铝、银复铝等；高弹性复合金属有：铜复铍、弹簧铜复铜等；耐高温复合金属有：铝复铁、铝黄铜复铜、镍包铜、镍包银等；耐腐蚀复合金属有：不锈钢复铜、银包铜、镀锡铜、镀银铜包钢等。 ④特殊功能导电材料是指不以导电为主要功能，而在电热、电磁、电光、电化学效应方面具有良好性能的导体材料。它们广泛应用在电工仪表、热工仪表、电器、电子及自动化装置的技术领域。如高电阻合金、电触头材料、电热材料、测温控温热电材料。重要的有银、镉、钨、铂、钯等元素的合金，铁铬铝合金、碳化硅、石墨等材料。在一般温度范围，电阻率随温度变化呈线性关系，可表示为 ρ＝ρ0[1+α(t-t0)] 式中ρ为温度t时的电阻率，ρ0为温度t0时的电阻率,t0通常取0℃或20℃,α为电阻率的温度系数。如纯金属α为10-3～10-4℃-1，合金导体α为10-4～10-5℃-1。合金和杂质的影响表现为杂质与合金元素导致金属晶格发生畸变，造成电子被散射的概率增加，因而电阻率增加。所以高电阻导电材料均由合金组成。冷变形影响常以电阻率的应力系数来表示，在弹性压缩或拉伸时，金属电阻率一般按下式规律变化 ρ＝ρ0(1+Kσ) 式中σ为应力,K 为应力系数。压缩时K 为负值,ρ降低,拉伸时K 为正值,ρ增加，故导体经拉伸后电阻率增加。热处理所产生的影响是导电金属经冷拉变形后，强度和硬度增加，导电性和塑性下降。退火后晶粒发生回复、再结晶,晶粒缺陷减少，晶格畸变减少，内应力消除,电阻率降低。高电导率的金属也是高热导率的金属，纯金属的热导率比合金的热导率高。

金属导电性

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导电系数就是电阻率。,"导体"依导电系数可分为银→铜→金→铝→钨→镍→铁。常用的金属导电材料可分为：金属元素、合金（铜合金、铝合金等）、复合金属以及不以导电为主要功能的其他特殊用途的导电材料4类: ①金属元素（按电导率大小排列）有：银（Ag）、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、纳(Na)、钼(Mo)、钨(W)、锌(Zn)、镍(Ni)、铁(Fe)、铂(Pt)、锡(Sn)、铅（Pb）等。 ②合金，铜合金有：银铜、镉铜、铬铜、铍铜、锆铜等；铝合金有：铝镁硅、铝镁、铝镁铁、铝锆等。 ③复合金属,可由3种加工方法获得：利用塑性加工进行复合；利用热扩散进行复合;利用镀层进行复合。高机械强度的复合金属有:铝包钢、钢铝电车线、铜包钢等;高电导率复合金属有:铜包铝、银复铝等；高弹性复合金属有：铜复铍、弹簧铜复铜等；耐高温复合金属有：铝复铁、铝黄铜复铜、镍包铜、镍包银等；耐腐蚀复合金属有：不锈钢复铜、银包铜、镀锡铜、镀银铜包钢等。 ④特殊功能导电材料是指不以导电为主要功能，而在电热、电磁、电光、电化学效应方面具有良好性能的导体材料。它们广泛应用在电工仪表、热工仪表、电器、电子及自动化装置的技术领域。如高电阻合金、电触头材料、电热材料、测温控温热电材料。重要的有银、镉、钨、铂、钯等元素的合金，铁铬铝合金、碳化硅、石墨等材料。在一般温度范围，电阻率随温度变化呈线性关系，可表示为 ρ＝ρ0[1+α(t-t0)] 式中ρ为温度t时的电阻率，ρ0为温度t0时的电阻率,t0通常取0℃或20℃,α为电阻率的温度系数。如纯金属α为10-3～10-4℃-1，合金导体α为10-4～10-5℃-1。合金和杂质的影响表现为杂质与合金元素导致金属晶格发生畸变，造成电子被散射的概率增