Материалы высокой проводимости: алюминий и его сплавы

Плотность литого (с помощью литья) алюминия около 2,6, а прокатанного (с помощью деформации) - 2,7 Мг/м³, он примерно в 3,5 раза легче меди. Однако ρ алюминия на 60—65% выше, чем ρ меди. Исходя из этого замена медного провода алюминиевым не всегда воз­можна, особенно в радиоэлектронике. Из-за высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления алю­миния нагрев алюминиевого провода до расплавления требует большем за­траты энергии, чем нагрев и расплав­ление такого же количества меди. Преимущество алюминия, как провод­никового материала, состоит в том, что он дешевле меди.

Для электро- и радиотехнических целей используют алюминий марки АЕ. Содержание примесей в нем не превышает 0,5%. Примеси значитель­но снижают проводимость алюминия (рис. 5.3).

Для изготовления алюминиевой фольги, электродов корпусов электролитических конденсаторов и других изделий ис­пользуют алюминий марки А97, содержащий не более 0,03% при­месей. Алюминий наивысшей чистоты марки А999, используемый в полупроводниковом производстве, содержит не более 0,001% примесей. Удельное сопротивление особо чистого алюминия может до­стигать значения ~0,0263 мкОм·м.

Прокат, протяжка и отжиг алюминия аналогичны соответствую­щим операциям для медных проводников. Промышленность выпускает следующие марки алюминиевой проволоки: АТП, ПТ, ППТ, AM — соответственно твердая повышенной прочности, твердая, по­лутвердая и мягкая. По мере снижения твердости проволоки в 1,9 — 2,7 раза уменьшается предел ее прочности при растяжении. Мак­симальные значения σр алюминиевого провода более чем в 2 раза ниже, чем соответствующие значения медного (см. табл. 5.1).

Алюминий может быть прокатан в фольгу толщиной в несколь­ко микрометров. Эта фольга широко применяется в качестве об­кладок конденсаторов.

На воздухе алюминий быстро окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой, имеющей большое электрическое сопротивление. Эта пленка защищает алюминий от дальнейшей коррозии, но соз­дает большое переходное сопротивление в местах контакта алюми­ниевых проводов и делает невозможной пайку алюминия обычными способами. Пайку алюминия производят, разрушая эту пленку с помощью ультразвука (ультразвуковые паяльники), или приме­няют специальные пасты — припои.

Сплавы алюминия. Из них следует отметить сплавы, содержа­щие магний (до 0,5%) и кремний (до 0,7%), железо (до 0,3%) например сплав АД31. По механической прочности (σр~350 МПа) приближаясь к твердотянутой меди, этот сплав практически сохра­няет легкость чистого алюминия и близок к нему по удельному сопротивлению (0,0317 мкОм·м).