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1、2-1 金属导电材料 2-2 电极和电刷材料 2-3 厚膜导电材料 2-4 薄膜导电材料 2-5 复合导电材料 2-6 导电聚合物,第二章 导电材料,第二章 导电材料,第6章 Internet应用基础, 2.1 金属导电材料,2-1-1 金属导电材料概论,1、导电材料的定义,导电材料是指电流容易通过的材料，常用作电极、电刷、电线等,2、导电材料的电气性质,(1) 电阻和电阻率,第6章 Internet应用基础, 2.1 金属导电材料,3、导电材料的标准,(1)标准软铜的电阻温度系数在20C时为1/254.5=0.00393C-1，在T1(C)的电阻温度系数用 表示,（2）电导率和百分电导率,（
2、3）国际标准软铜,第6章 Internet应用基础, 2.1 金属导电材料,4、影响导体电阻值的因素,杂质、缺陷温度应力是影响导体电阻的主要原因。一般纯金属的电导率比其合金的高。合金的电导率由于合金组成不同而各异。,5、导电材料应具备的性质,纯金属的物理性质列如表2.1.1(P57)。其中作为金属导电材料,用得最多的是铜,其次是铝、铁等。作为导电材料应具备的条件是电导率大、易连接、较大的抗拉强度、易弯曲、容易加工成型、耐腐蚀、产量大、价格低等。但是，由于纯金属的抗拉强度都比较低，所以在对抗拉强度要求高的场合，应采用热处理的金属或合金。,第6章 Internet应用基础, 2.1.2 铜,铜是仅
3、次于银的优良导电导热体，常温下铜的导电率为银的94，导热率为银的73.2%。,(1) 铜的主要物理性质 密度(20 ) 8.96 gcm3 熔点 1083.4 沸点 2560 熔化热 13.02 kJmol 汽化热 304.8 kJmol 热导率(0100 ) 397 W(mK) 电阻率(20) 1.694 cm 电阻温度系数 430010-6/ 铜的晶体结构为面心立方体，晶体常数为0.3617nm,第6章 Internet应用基础, 2.1.2 铜,(2) 铜的主要制备方法,1、电解法制得（电解铜）,电解铜,将粗铜（含铜99）预先制成厚板作为阳极，纯铜制成薄片作阴极，以硫酸(H2SO4)和硫
4、酸铜(CuSO4)的混和液作为电解液。通电后,铜从阳极溶解成铜离子(Cu)向阴极移动，到达阴极后获得电子而在阴极析出纯铜（亦称电解铜）。,用作导电材料的铜由电解法制得（电解铜）。其纯度在99.90%以上，一般为99.97%-99.98%,含有极少量的Au、Ag、Ce、Pb、Sb等杂质。,第6章 Internet应用基础, 2.1.2 铜,电解铜,电解铜铸造后加工退火成为成品，在常温下压延或拉伸处理后质地较硬。根据其加工程度可分为半硬铜或硬铜。将其在450-500C退火即为软铜。 一般未处理的铜比软铜的抗拉强度和硬度大，电导率和延伸率小。祥见表格2.1.2P58,第6章 Internet应用基础
5、, 2.1.2 铜,2、粉末冶金法,粉末冶金制品是以金属粉末如：铁粉、铜粉、不锈钢粉等（包括混入有非金属粉末）为原料，用成形烧结法生产而成的，传统的工艺流程为：混料-压制-烧结-整形-后处理，即首先将配制的高纯度的混合粉装于模具中，于一定压力下压制成形，然后将压坯在可控气氛炉中，在低于基体材料熔点的温度下进行烧结，使粉末颗粒之间形成冶金结合。,采用该方法生产的铜合金既具有高导电性、高导热性能，又具有高强度、良好的断后伸长率等加工性能。,第6章 Internet应用基础, 2.1.2 铜,第6章 Internet应用基础, 2.1.3 铜合金,在熔化状态时金属可以相互溶解或相互混合，形成合金。金
6、属与某些非金属也可以形成合金，故合金可认为是将金属特性的多种元素的混合物。,合金比纯金属具有许多更优良的性能，铜合金具有比纯铜更好的机械性能，其电导率比纯铜低。在纯铜中加入少量其他金属成为固溶体（它是合金组成物态固态下彼此相互溶解而形成的晶体，称为固溶体）；也可能有部分固溶，而其余部分以机械混合物形成分散物。,第6章 Internet应用基础, 2-1.3 铜合金,1、铜-镉合金线,镉降低铜电导率的比率仅大于银，而且可增加其抗拉强度。但镉有毒，因此这种合金一般镉含量为w(Cd)=1.2%-1.4%。电导率为（纯铜的）85%-90%，且抗拉强度比较大，耐腐蚀性好、耐磨性高。因此，在电话用的电线、
7、输电线、无轨电车和大直径架空线等领域有着广泛的应用。,第6章 Internet应用基础, 2-1.3 铜合金,2、铜-锡合金线,由于锡的加入铜的电导率大大降低，而抗拉强度大幅度增高。Cu、Sn合金又称青铜。Sn较贵，目前已大量用Al、Si、Mn等来代替Sn而得到一系列青铜合金。磷青铜线含有10%以下的锡和极微量的磷。这种合金有很好的铸造性，以及很高的耐腐蚀性。在海水、稀硫酸、氢氧化钠溶液，很稀的碳酸钠溶液中化学稳定性很强。用来铸造轴承、泵壳、阀门、齿轮等。,第6章 Internet应用基础, 2-1.3 铜合金,3、铜-镍-硅合金线,1928年，Michael Corson.1申请了铜-硅化合
8、物合金的专利。此后，这种合金被称作Corson青铜合金。这种合金，有优异的耐蚀性和高的电阻，故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料。,第6章 Internet应用基础, 2.1.3 铜合金,4、铜-铍合金线,铜铍是一种析出硬化型合金，是机械性能、物理性能、化学性能及抗蚀性能良好结合的唯一有色合金，经固溶和时效热处理后，具有与特殊钢相当的高强度极限、弹性极限、屈服极限和疲劳极限。同时还具有很高的导电率、导热率、高硬度和耐磨性，高的曲变抗力及耐蚀性能，还具有良好的铸造性能，非磁性和冲击时无火花等性能。因此，广泛应用于模具制造、电子电路、通讯仪器、航空、石油化工、冶金矿山、汽车家电、机械制
9、造等。其缺点是铍的价格高，因而常代之以Ag、Cr等添加物。,5、其他的铜合金线,第6章 Internet应用基础, 2.1.4 铝,铝是具有仅次于铜的电导率的金属，近年来由于铜产量的不足而作为铜的代用品被广泛应用。,纯度为99.99的金属铝的主要物理性质是： 密度(20) 2.7 gcm3 熔点 660.1 沸点 2520 熔化热 10.47 kJmol 汽化热 291.4(估算值) kJmol 热导率(O100 ) 238 W(mK) 电阻率(20 ) 2.67 cm 电阻温度系数 420010-6/ 铝的晶体结构为面心立方体，晶格常数为0.0413,第6章 Internet应用基础, 2.
10、1.4 铝,铝的电阻系数虽比铜大，但它的密度小，资源丰富，价格便宜，采用铝作导线可以减轻重量，降低成本。目前架空线路导线、电缆芯线、照明线、汇流排等已广泛采用铝导线。,铝的物理性质根据其纯度的不同而相差较大，一般纯度越高电导率和电阻温度系数越高，抗拉强度和硬度越小，耐腐蚀性越强。作为导电材料用的铝线一般为硬引线。,第6章 Internet应用基础, 2.1.5 铝合金,为了解决纯铝抗拉强度低的缺点，加入硅、铜、镁等金属后，再经过热处理获得铝合金。其中，以加入硅（w(Si)=0.5%-0.6%)、镁（w(Mg)=4.0%)、铁（w(Fe)=0.3%)的铝合金性能最优秀，称为Aldrey合金。这种
11、合金被广泛用于输电线、电话线等。,第6章 Internet应用基础, 2-2 电极和电刷材料,2.2.1 电容器电极材料,电极是电容器的重要组成部分，它在电容器中起着形成电场，聚集电荷的作用。电极的形式随着电容器的结构不同而有变化，但作用是相同的。,电极材料的要求： 高导电性，体积电阻率要小 具有良好的化学稳定性和抗腐蚀性，不易氧化，并且对介质材料的催化、老化作用要小。 应具有良好的机械性能。 密度要小，热导率大。 易于焊接，具有适当的熔点和沸点。 材料来源广泛，价格便宜。,第6章 Internet应用基础, 2-2 电极和电刷材料,1 铝材,铝的电导率在金属中仅次于金、银和铜，是一种良好的导
12、电材料。由于铝的面心立方晶格结构而富于延展性，具有优良的加工性。其机械强度良好，比重又小，因此，在电子元器件中，广泛用作电极和引线材料。,（1） 铝箔,根据电容器的类型，铝箔分为电容器用铝箔和电解电容器铝箔。电容器铝箔用作有机介质电容器电极。,第6章 Internet应用基础, 2-2 电极和电刷材料,铝箔特性要求：,2）铝箔中的主要杂质为铁、铜和硅，其他杂质很少，在杂质中以铁的影响最大。铁的存在和含量多少，对铝氧化膜的质量有重大影响。,3）晶粒大小是影响金属机械性能的重要因素。对于电解电容器铝箔而言，晶粒大小还影响极板面积的有效扩大倍数。,1）铝箔纯度要达到99.5%以上，表面要求光滑洁净，
13、不应有划痕，腐蚀痕迹、分层和夹杂。厚度要均匀，箔卷展开时不应有粘结和撕裂等。,第6章 Internet应用基础, 2-2 电极和电刷材料,（2） 铝丝,在铝电解电容器中，与阳极箔连接线是铝丝。其纯度与高纯铝箔相同,而且要求尺寸公差小,表面光洁度高,机械性能好。在有机介质电容器中,为了缩小体积，用它做金属化层电极，高纯铝丝适用于铝金属化层作蒸发材料。,铝金属化膜具有以下特点：,铝金属化膜在大气中虽易氧化，但氧化后生成一层极薄的氧化铝，成为天然保护层，防止继续氧化。 铝膜的导电性十分优良。 对潮湿气氛不敏感。 自愈后电性能不会下降。 铝的沸点高、临界温度高、易于沉积。,第6章 Internet应用
14、基础, 2-2 电极和电刷材料,2 金属化用锌和锡,金属化电容器用的电极蒸发材料，从试验得知,铜、银、镉、锌、铝、锡都可以采用。但由于镉、银等价格较贵，铜易氧化，所以在电容器制造中，作为金属化的材料广泛采用的只有锌、锡、铝。,（1） 锌,第6章 Internet应用基础, 2-2 电极和电刷材料,（2）锡,第6章 Internet应用基础, 2-2 电极和电刷材料,2.2.2 引出线,电子元件的引出线与印制电路板联接,形成整机的功能部件。整机的可靠性在很大程度上取决于引线的可靠性。在选用电子元件引出线时应具体考虑以下情况：,1、引出线对电子元件本身的影响。,2、引出线对电子元件密封性影响。,3
15、、是否适应电子元件生产工艺。,4、引出线是否适应整机的工作环境。,5、引出线是否适应整机的高密度群焊技术，其电子元件能否长期储存。,第6章 Internet应用基础, 2-2 电极和电刷材料,2.2.3 电刷与弹性材料,在电位器中,电刷是沿电阻体滑动的导电构件,也称接点或接触刷。,电刷与弹性材料和电阻体之间的匹配要求较高，具体要求有两类：,1、电刷与弹性材料应具有良好的物理性能、化学稳定性和优良的机械性能，应具有良好的导电性、导热性、无磁性。,2、电刷与电阻体要有良好的匹配，接触电阻要小，磨损要小。,第6章 Internet应用基础, 2-2 电极和电刷材料,电刷多用重有色金属合金和贵金属合金
16、制造；也有用非金属（如碳黑、石墨）制造弹性元件（如接触簧片、簧片、集流片），一般也是用重有色金属合金或含少量贵金属的重有色金属合金；在要求较高的航空、航天用电位器中，用贵金属合金较多。,电刷和弹性材料,非金属-碳黑、石墨,有色金属合金,贵金属合金,复合材料,青铜：锡青铜、铍青铜、硅青铜,白铜：锡白铜、锌白铜、锰白铜,黄铜：低镍铝弹性黄铜等,镍合金,铂、铂银等,银、钯银、银铜、银镍锡、金银镍铜等,第6章 Internet应用基础, 2-3 厚膜导电材料,在厚膜混合集成电路中，厚膜导电材料的作用是固定分立的有源器件和无源元件，作为元件之间的互连线及作为厚膜电容的上下电极及外引线的焊区等。 厚膜导电材料浆料是厚膜工艺中使用的一种浆料。现在常用的浆料是含贵金属的厚膜导电材料浆料，它们在空气中烧结，所用的贵金属主要为金、银金以及银、铂、钯的二元或三元合金。这些厚膜导电材料的电导性能很好，并且铂金导体具有非常好的抗焊料溶解性。,第6章 Intern
