Giáo trình Vật liệu điện và từ (dùng cho các trường đại học và cao đẳng khối công nghệ): Phần 2 - GS.TS. Hoàng Trọng Bá

Nối tiếp nội dung của phần 1 cuốn giáo trình "Vật liệu điện và từ (dùng cho các trường đại học và cao đẳng khối công nghệ)", phần 2 trình bày các nội dung: Các vật liệu dẫn điện, vật liệu từ, các vật liệu bán dẫn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Vật liệu điện và từ (dùng cho các trường đại học và cao đẳng khối công nghệ): Phần 2 - GS.TS. Hoàng Trọng Bá CHUÔNG 4CÁC VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN • • •Các vật liệu dẫn điện có thể là những vật liệuở trạng thái rắn, lỏngvà trong một số điều kiện nhất định có thể là chất khí. Tuy nhiên, đại đa sốcác khí cụ điện được sử dụng chủ yếu là được chế tạo bằng vật liệu rắntrong đó chủ yếu là các kim loại và hợp kim, ngoài ra còn có một số vậtliệu phi kim loại, nhưng thực chất là thuộc nhóm bán đẫn. Trong chươngnày chủ yếu giới thiệu các vật liệu kim loại.I. PHÂN LOẠI VÀ CÁC TÍNH CHẤT cơ BẢN CỦA VẬT LIỆU DAN ĐIỆN ì. Phân loại theo tính dẫn điện Được chia làm 2 loại: Kim loại với hợp kim có độ dẫn điện cao và kimloại với hợp kim có điện trở cao. 2. Theo màu sắc Kim loại được phân thành 2 nhóm: Kim loại đen (terous metal) và kimloại màu (non-ferous metal). Kim loại đen là các kim loại với hợp kim trẽn cơ sỏ nguyên tố sắt(Fe) còn kim loại màu là các kim loại với hợp kim của các nguyên tốkim loại còn lại. 3. Theo tính chất kim loại Được chia thành 6 nhóm sau (chủ yếu là kim loại màu). - Kim loại nhẹ là các kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn hay bằng 4g/cm như Al(2,7), Mg(1,7). Ti(4,0)... 3 - Kim loại nặng là các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 4g/cm 3 như Fe(7,85), Pb(11,34), Sn(7,28), Zn(7,14), Cu(8,94)... - Kim loại dễ chảy là các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn 1539°c (1539°c là nhiệt độ nóng chảy của Fe) nhữ Al(660°), Pb(327°), Sn (232°), Au(1063 )... 0 - Kim loại khó chảy là các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao hơn 1539°c nhưTi(1665°), Cr(1890°), Mo(2625°), W(3410°)... - Kim loại quý là các kim loại bền hoa học, không bị các môi trường hoa học thông thường ăn mòn. Nhóm này gồm 8 nguyên tố (xếp theo thứ tự tăng bển hoa học): Ag, Pd, Rh, Au, Pt, Ru, Os, Ir. - Km loại hiếm là các kim loại có trữ lượng ít trên vỏ quả đất như Mg, Li nhất là các nguyên tố đất hiếm như La, Pr, Cm... 137 Cơ cấu của sự dẫn điện trong các kim loại ở thể rắn và lòng (thùngân) là do các điện tử tự do chuyển động vì vậy các vật liệu này có điệidẫn điện tử hay người ta còn gọi là vật dẫn loại một.Vật dẫn loại hai là các vật dẫn có cơ cấu dẫn diện là do sự chuyểndịch của các phần tử mang điện (ion) dưới tác dụng của điện trường. Đó làcác dung dịch điện phân hoặc một số tinh thể ion ở trạng thái lỏng.Khi nghiên cứu dặc tính dẫn diện của vật liệu, cẩn quan tâm đến cáctính chất sau:- Điện dẫn suất hay diện trỗ suất của vật liệu.- Hệ số nhiệt của điện trở suất.- Nhiệt dẫn suất.- Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt điện động.- Cơ tính vật liệu, đối với kim loại chủ yếu là giới hạn bến và độ dãn dài tương đối.li. CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ Hộp KIMCác nguyên tử kim loại có đặc điểm là số điện tửỏ vành ngoài cùngrất ít (chỉ 1, 2 hoặc 3) và các điện tử này có lực hút với hạt nhãn yếu nêndễ dàng tách khỏi sức hút của hạt nhân để trô thành điện tử tự do.Tất cả các kim loại đều có cấu tạo tinh thể. Các kiểu mạng tinh thểthường gặp nhất trong kim loại là mạng lập phương tâm khối, lập phươngtâm mặt và lục giác điền đầy như đã mô tả ở chương III mục 4 hình 1. Hình 1. Cấu tạo hạt của kim loạiTrong thực tế, tùy thuộc vào phương pháp chế tạo, các nguyên tửkim loại không phải luôn luôn được sắp xếp theo các kiểu mạng lý tưởngmà thường được cấu tạo thành hạt có hướng bất kỳngẫu nhiên như trênhình 1. Với cách sắp xếp như vậy thì hướng chung của toàn khói kim loại làvô hướng hay dẳng hướng.138 Tùy thuộc quá trinh kết tinh từ trạng thái lỏng, kích thước hạt kim loại có thể lớn nhỏ khác nhau. Các nguyên tử kim loại ở những vùng biên giới giữa các hạt thường sắp xếp mất trật tự, có năng lượng lớn hơn các nguyên tử nằm bên trong hạt ỏ dạng ổn định có năng lượng nhỏ hơn. Điểu đó dẫn đến điện trở kim loại ở biên giới hạt cao hơn ở bên trong, nghĩa là kim loại có hạt càng nhỏ thì điện trở càng lớn. 7 ĩ •r- À l l l l l —-—f=>£=~^ Hình 2. Sự biến dạng kim loạiBất kỳ một nguyên nhân nào làm tăng xô lệch mạng tinh thể đều dẫn đến làm tăng điện trở của kim loại.Thi dụ 1: Khi biến dạng dẻo kim loại, gọi chung là gia công kim loại bằng áp lực như kéo, nén, rèn, dập, cán... mà sau khi gia công như vậy để lại một lượng biến dạng dư trong kim loại thi các hạt kim loại sẽ bị thay đổi hình dáng và kích thước, trong đó vị trí các nguyên tử trong mạng tinh thểcũng dịch chuyển và thường ở trạng thái ...