特殊导电材料：优质性能解析

常见的特殊导电材料有电热材料及元件、电阻材料、电碳材料、熔体材料和热双金属片材料等。

1.电热材料

电热材料用来制造各种电热设备中的发热元件，把电能转变为热能，使加热设备的温度升高。对电热材料的基本要求如下：较高的电阻率，稳定而较小的电阻温度系数；较强的抗氧化和耐腐蚀性；足够的高温机械强度；较好的加工性能。

电热材料根据使用条件不同，可分为纯金属（如铂、铝、钽、钨）、合金（如铁铬铝合金、镍铬合金）、非金属陶瓷（如二硅化钼、碳化硅）以及管状电加热元件等。用合金类电热材料做加热元件时，设备投资小、使用简便且局限性小，所以应用最广。常用的电热材料是镍铬合金和铁铬铝合金，其品种、工作温度、特点和用途见表3-8。

表3-8 常用电热材料品种、工作温度、特点和用途

2.电阻材料

电阻合金的基本特性是具有高的电阻率和很低的电阻温度系数，稳定性好。用于制造各种电阻元件的合金材料，广泛用在电机、电器、仪表及电子等工业。其形状有线、片、带、棒、管及粉末等。

常用电阻合金有康铜丝、新康铜丝、锰铜丝和镍铬丝。康铜丝以铜镍为主要成分，具有较高的电阻率和较低的电阻温度系数，一般用于制作启动、分流、限流、调整等电阻和变阻器。新康铜丝以铜、锰、铝、铁为主要成分，它不含镍，是一种新电阻材料，性能与康铜丝相似。锰铜丝是以锰、铜为主要成分的，具有电阻率高、电阻温度系数低，与铜配对时热电动势小，以及电阻性能稳定等优点，一般用于制作精密仪器仪表的标准电阻分流器及附加电阻等。镍铬丝以镍铬为主要成分，电阻率较高，除可用作电阻材料外还是目前的主要电热材料，一般用于电阻式加热仪器及电炉。

电阻合金按其主要用途可分为调节元件用、电位器用、精密元件用及传感器用电阻合金四种，这里仅介绍前两种。

（1）调节元件用电阻合金

调节元件用电阻合金主要用于制造调节电流（电压）的电阻器与控制元件的绕组，常用的有康铜、新康铜、镍铬铝等。它们都具有机械强度高、抗氧化性能好及工作温度高等特点。

（2）电位器用电阻合金

电位器用电阻合金主要用于各种电位器及滑线电阻，一般采用康铜、镍铬合金和滑线锰铜。滑线锰铜具有抗氧化、焊接性能好、电阻温度系数低等特点。

对于精度要求不高的电阻，也可以用铸铁的电阻元件，它的优点是价格便宜、加工方便，缺点是性脆易断、电阻率较低、电阻温度系数高，因此体积和质量较大。

3.电碳材料

常见的电碳制品有用于电机的电刷；用于电力机车、门式起重机等馈电用的碳滑块；用于碳弧气刨、电弧炉等的碳石墨触头；电信设备所用的碳素零件，如碳值电阻、电位器及各种碳和石墨电热元件等。而在一般工厂中常用的是电刷。电刷按材料分为三类：

（1）石墨电刷

它是在天然石墨中渗入煤焦油、沥青等黏合剂压制而成，质地较软。其型号以字母S表示，如S3、S4、S5、S6B、S6M、S7、S201等。

（2）电化石墨电刷

它由石墨、焦炭、焦黑等原料高温焙烧而成，有良好的耐磨性。其型号以字母D表示，如D104、D172、D202、D213、D214、D215、D374、D374B、D374D、D374N、D374F等。

（3）金属石墨电刷

它由铜及少量的锡、铅等金属粉末渗入石墨混合制成，具有良好的导电性。其型号以字母J表示，如J101、J102、J103、J105、J113、J151、J164、J203、J204、J205、J206、J213、J220等。

对电刷的要求是：在换向器或集电环表面能形成适宜的表面薄膜；对换向器和集电环的磨损小，电刷本身的电损耗和机械损耗小；不出现对电机有害的火花、噪声小。电刷在出厂时都应满足有关的技术要求，在使用时应检查电刷的牌号、规格，外表应无破损，引出线与电刷要连接牢固，接触良好。

4.熔体材料

熔丝（熔体）是熔断器最主要的零件。将熔丝串联在电路中，当正常电流通过熔丝时，它只起导电作用。但当电流超过允许值时（即通过熔断器中熔丝的电流超过熔断值）乃至短路电流时，经一定时间将会自动熔断（超过电流值越大，熔断时间越短），使电路断开，从而起到保护作用。因此熔丝有短路、过载保护功能。

（1）常用熔体材料的品种、特性、用途

1）纯金属熔体材料如下：

银：具有高导电、高导热、耐蚀、延展性好的特点，可以加工成各种尺寸精确和外形复杂的熔体。银用作高质量要求的电力及通信设备的熔断器的熔体。

铜：熔断时间短，金属蒸气少，有利于灭弧但熔断特性不稳定，只作要求较低的熔体。

锡和铅：熔断时间长，宜作小型电动机保护用的慢速熔体。

钨：可作自复式熔断器的熔体。故障出现时切断电路起保护作用，故障消除后自动恢复，并可多次（5次以上）使用。

2）合金熔体材料如下：(www.xing528.com)

铅（Pb）合金熔体：是最常见的熔体材料。如铅锑熔丝，含铅>98%，锑（0.3%～1.3%）；铅锡熔丝含铅95%、锡5%或铅75%、锡25%。在照明及其他一般场合使用。

低熔点合金熔体材料：由铋（Bi）、铅（Pb）、锡（Sn）、镉（Cd）、汞（Hg）按不同比例组合，可得到熔点为20～200℃的各种熔体。对温度反映特别敏感，可用于保护电热设备。

（2）熔体材料的选用

熔体材料的选用要根据电器特点（如电压的高低、感性负载还是阻性负载等）、负载电流大小、熔断器类型等多因素共同确定。熔体的熔断电流与材料的材质、截面积和长度及周围环境（振动，端头是否封闭等）因素有关。

正确、合理地选择熔丝，对保证线路和电气设备的安全运行关系很大。选择的原则如下：首先，当电流超过设备正常值一定时间后，熔丝应熔断；其次在电气设备正常短时过电流时（如电动机起动等）熔丝不应熔断。选择的方法因线路不同而有所差异。

1）照明及电热设备线路（阻性负载）作短路与过载保护：

①在线路上总熔丝的额定电流等于电能表额定电流的0.9～1倍。

②在支路上熔丝的额定电流等于支路上所有负载额定电流之和的1～1.1倍。

2）交流电动机线路（感性负载）：

①单台交流电动机线路上，熔丝的额定电流等于该电动机额定电流的1.5～2.5倍。

②多台电动机线路上熔丝的额定电流等于线路上功率最大的一台电动机额定电流的1.5～2.5倍再加上其他电动机额定电流的总和。

系数控制的原则：若电动机是空载或轻载起动的，则系数取小一些；反之则取大一些。在个别情况下，系数取2.5倍后不能满足电动机起动要求时，还可以适当放大，但不能超过3倍。对于用补偿器起动的交流电动机系数取1.5～2倍。

3）交流电焊机线路。单台交流电焊机线路上的熔丝可用下列简便方法估算：

①电源电压是220V时，熔丝的额定电流等于电焊机功率数值的6倍。

②电源电压超过380V时熔丝的额定电流等于电焊机功率数值的4倍。

5.热双金属片材料

热双金属片材料（热敏双金属片），由两层线胀系数差异较大的金属（或合金）牢固结合而成。其中线胀系数大的一层材料称为主动层，线胀系数小的一层称被动层。有些特殊要求的双金属片可制成三层（电阻系列）、四层（某些耐腐蚀系列），但仍统称为热双金属片。常见的主动层材料有锰镍铜铁合金、铁镍铬合金、镍锰铁合金等。被动层材料有铁镍合金等。外形有单支点直条形、双折形、直螺旋形与螺旋形、蝶形（电冰箱的热保护器）。

热双金属片材料主要用于具有温度控制、电流限制、温度指示、温度补偿等电器及测量仪器中。如热继电器、膜盒仪表、恒湿器、温度继电器、辉光启动器、火警自动报警器等。

（1）热双金属片按使用特点分类

1）普通型：中等使用温度，有较高的灵敏度和强度。

2）低温型：用于0℃及以下的场合。

3）高温型：用于300℃及以上的场合，有较高的强度、良好的抗氧化性。

4）高灵敏型：高灵敏、高电阻。

5）电阻型：有高、低不同的电阻率可供选用，作小型化、标准化电器的保护。

6）耐腐蚀型：可在腐蚀介质中使用。

（2）热双金属片材料的选用

热双金属片元件工作范围应在其线性范围之内。对双金属片元件，采用直接加热方式时，应注重材料的电阻率及电阻温度系数。辐射加热方式，应选用导热性好、表面是暗黑色或深色的。若制成快速或跳跃式动作的蝶形元件，应选弹性好的材料。受大弯曲应力、承受重负荷的双金属片元件应选用高强度材料，对弯曲形成的材料就不能太硬。

使用双金属片材料应注意的事项如下：

1）产品双金属片元件被动层上打有印记，以便识别。自己制作零件时也应加标记。

2）应沿材料轧制方向落料。

3）双金属片应去边沿毛刺，否则会降低热敏性能。

4）避免过小弯折，若所制双金属片元件形状必须有小的折弯，就应该选用较软的材料。绕制螺旋形双金属片元件，应考虑材料的反弹力。