影响金属导电性的因素及其机理解析

根据金属导电的本质，试分析影响金属导电性的因素。

1.温度

从γ=ne²τ/（2m）可见，当τ减小时，电导率减少；当温度升高时，晶格热运动加剧，电子与晶格碰撞次数增加，也就是说两次碰撞时间减少，因此电导率也减少。

用量子理论解释，由于晶格热运动，电子波传播时受到热振动的散射作用，显然温度增加，热振动加剧，引起电子波传播过程散射作用加强而导致电阻增加。

金属电阻随温度增加而增加，当温度不是太高（接近熔点）、不是太低而接近0K时，电阻率与温度呈现下列线性关系：

R=R₀[1+α（T-T₀）]或ρ=ρ₀[1+α（T-T₀）]

即或

式中 R、R₀——温度为T、T₀时的电阻；

ρ、ρ₀——温度为T、T₀时的电阻率；

α——电阻温度系数（K^-1）（大部分金属的α值为（3～5）×10^-3K^-1。铜的电阻温度系数是3.93×10^-3K^-1，铝的电阻温度系数是4.03×10^-3K^-1。

2.合金元素与杂质

纯的良导体的导电能力一般很好，当制成合金时，所加入的合金会导致晶格畸变，使自由电子定向运动增加障碍，也就引起电子波散射，从而电阻增大。

合金元素对基础金属影响程度，决定于下列四种情况：

①合金元素在基础合金中所占的质量分数。一般来讲，金属的电阻率与合金的质量分数成正比。合金元素含量越多，引起电导率下降越多。

②合金元素与基础金属的价电子数差别越大，影响越大，如图2-1所示。

③合金元素与基础金属原子半径差别越大，晶格畸变越大，对电阻影响越大。(www.xing528.com)

④合金元素在基础合金所处的状态。当形成二相混合物时，电阻变化为一直线。当形成固溶体时，电阻显著增加。

金属中含有杂质，其影响与合金相同，都导致晶格畸变，引起电阻增加。杂质对电子波作用就像空气中尘埃对光的影响一样，引起电子波散射。金属中杂质含量越多，对电阻影响越大。

同样，杂质对金属电阻影响决定于杂质的种类、含量及其在金属中的分布状态。

对导电铝影响最大的杂质是铁、硅、铜；对导电铜影响最大的杂质是铁、砷、铝、锑、磷等。当砷含量为0.35%时，铜的电阻率将增加50%，即使铁、磷含量甚微，对铜电阻的影响也很大。

图2-1 元素对铜合金电阻增长的影响

电线电缆的导电线芯一般使用纯金属，铜用含99.9%以上的无氧铜或工业纯铜，铝用含铝99.5%以上的电工铝，1号铝或特2号铝。

3.冷加工

经过冷轧、冷拉丝或冷挤压等加工，金属产生较大塑性变形，引起晶格畸变，使晶格中出现空位，位错等缺陷，引起晶体弯曲等变形现象，造成电子波散射，从而使电阻增大。但是只有冷变形超过10%时，电阻增加才明显。通常纯金属由于冷变形而引起电阻增加一般不超过4%，而合金要高一点。

4.热处理

导电金属经冷变形后，电阻增大，而在一定温度下，退火时可使金属晶格缺陷减少，内应力基本消除，致使电阻降低到冷变形以前的水平。退火的温度和时间对电阻影响很大。

导电合金时效热处理（低温回火）是一个很复杂的物理化学过程，在时效初期，电阻增加，随后电阻逐渐降低，可低于原来固溶体的电阻。

5.表面状态

当金属表面有污染或氧化层，或附有水污渍时，电阻增大。在金属表面镀其他金属保护层时，电阻有少许增大。