Основные сведения об электротехнических материалах. Классификация электротехнических материалов. Влияние примесей и других структурных дефектов на удельное сопротивление металлов

Содержание введение...................................... Ошибка! Закладка не определена.

1.       Основные сведения об электротехнических материалах................................................................................................ 3

1.1.         Классификация электротехнических материалов............................... 3

1.2.         Виды химической связи........................................................................... 4

1.3.         Особенности строения твёрдых тел...................................................... 6

1.4.         Элементы зонной теории твёрдого тела.............................................. 9

2.       Электрические явления в проводниках................................... 13

2.1.         Общие сведения о проводниках.......................................................... 13

2.2.         Физическая природа электропроводности металлов....................... 14

2.3.         Зависимость удельного сопротивления металлических проводников от температуры............................................................... 16

2.4.         Влияние примесей и других структурных дефектов на удельное сопротивление металлов............................................... 17

2.5.         Электрические свойства металлических сплавов............................. 19

2.6.         Сопротивление проводников на высоких частотах........................... 20

2.7.         Сопротивление тонких металлических плёнок.

Размерные эффекты............................................................................. 21

2.8.         Контактные явления и термоэлектродвижущая сила....................... 22

2.9.         Сверхпроводимость............................................................................... 23

3.       Проводниковые материалы............................................................ 26

3.1.         Материалы высокой проводимости..................................................... 26

3.2.         Сверхпроводящие материалы............................................................. 30

3.3.         Сплавы высокого сопротивления......................................................... 31

3.4.         Металлы и сплавы различного назначения....................................... 32

3.5.         Неметаллические проводящие материалы........................................ 38

4.       Электрические явления в полупроводниках и их свойства......................................................................................... 40

4.1.         Собственные и примесные полупроводники.

Основные и неосновные носители заряда......................................... 40

4.2.         Температурная зависимость концентрации носителей заряда...... 44

4.3.         Механизмы рассеяния и подвижность зарядов в полупроводниках................................................................................. 45

4.4.         Неравновесные носители заряда и механизмы рекомбинации...... 46

4.5.         Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках..... 49

4.6.         Термоэлектрические явления и эффект Холла в полупроводниках................................................................................. 52

4.7.         Электропроводность полупроводников в сильном электрическом поле............................................................................... 54

5.       Полупроводниковые материалы................................................. 55

5.1.         Классификация полупроводниковых материалов............................. 55

5.2.         Германий................................................................................................. 57

5.3.         Кремний................................................................................................... 59

5.4.         Карбид кремния...................................................................................... 62

5.5.         Полупроводниковые соединения типа A^IIIB^V...................................... 63

5.6.         Полупроводниковые соединения типа A^II B^VI..................................... 66

5.7.         Полупроводниковые соединения типа A^IVB^VI..................................... 67

6.       Электрические процессы в диэлектриках и их свойства......................................................................................... 69

6.1.         Поляризация диэлектриков................................................................... 69

6.2.         Электропроводность диэлектриков..................................................... 74

6.3.         Потери энергии в диэлектрике............................................................. 78

6.4.         Пробой диэлектриков............................................................................. 81

7.       Электроизоляционные материалы............................................. 86

7.1.         Классификация электроизоляционных материалов......................... 86

7.2.         Изоляционные газы................................................................................ 86

7.3.         Изоляционные жидкости....................................................................... 87

7.4.         Полимерные материалы....................................................................... 88

7.5.         Волокнистые изоляционные материалы............................................. 93

7.6.         Электроизоляционные лаки и компаунды.......................................... 94

7.7.         Композиционные пластмассы и слоистые пластики......................... 95

7.8.         Эластомеры............................................................................................. 96

7.9.         Стёкла...................................................................................................... 97

7.10.            Керамика........................................................................................... 100

7.11.            Слюда и слюдяные материалы..................................................... 103

7.12.            Асбест и асбестовые материалы.................................................. 103

7.13.            Неорганические диэлектрические плёнки................................... 103

7.14.            Нагревостойкость электроизоляционных материалов.............. 104

8.       Активные диэлектрики.................................................................... 105

8.1.         Разновидности активных диэлектриков............................................ 105

8.2.         Сегнетоэлектрики................................................................................. 106

8.3.         Пьезоэлектрики..................................................................................... 109

8.4.         Пироэлектрики...................................................................................... 111

8.5.         Электреты.............................................................................................. 112

8.6.         Жидкие кристаллы............................................................................... 113

8.7.         Материалы для твёрдотельных лазеров.......................................... 114

9.       Магнитные явления и свойства материалов...................... 116

9.1.         ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАГНЕТИЗМЕ.............................................. 116

9.2.         Классификация веществ по магнитным свойствам........................ 117

9.3.         Процессы при намагничивании ферромагнетиков.......................... 119

9.4.         Влияние температуры на магнитные свойства ферромагнетиков 123

9.5.         Поведение ферромагнетиков в переменных электромагнитных полях..................................................................... 123

9.6.         Особенности ферримагнетиков......................................................... 125

9.7.         Доменные структуры в тонких магнитных пленках.......................... 126

10.     Магнитные материалы..................................................................... 128

10.1.            Классификация магнитных материалов...................................... 128

10.2.            Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей.............................................. 128

10.3.            Высокочастотные магнитомягкие материалы............................. 132

10.4.            Магнитные материалы специализированного назначения....... 136

10.5.            Магнитотвёрдые материалы.......................................................... 140

Литература........................................................................................................... 145

1.  Основные сведения об электротехнических материалах

1.1.  Классификация электротехнических материалов

Электротехническими называют материалы, применяемые в технике с учетом определенных свойств по отношению к воздействию на них электромагнитного поля.

По поведению в магнитном поле электротехнические материалы подразделяют на сильномагнитные (магнитные) и слабомагнитные (немагнитные). Большинство электротехнических материалов немагнитны. Среди магнитных материалов следует различать проводящие и практически непроводящие электрический ток, что определяет частотный диапазон их применения.

По поведению в электрическом поле материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические.

Проводниковыми называют материалы, основным электрическим свойством которых высокая электропроводность.

Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, двенадцать из которых проявляют проводниковые свойства.

Полупроводниковыми называют материалы, являющиеся по электропроводности промежуточными между проводниковыми и диэлектрическими материалами. Отличительным свойством полупроводников является возможность управлять их электропроводностью.

Полупроводниковые свойства проявляют некоторые металлы и сплавы.

Диэлектрическими называют материалы, которые практически не проводят электрический ток.  Основным электрическим свойством диэлектриков является способность к поляризации под действием электрического поля.

Большинство диэлектриков применяют для целей электрической изоляции и называют пассивными. Активными (управляемыми) диэлектриками называют сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, жидкие кристаллы, материалы для излучателей и затворов лазерной техники, электреты и другие материалы, свойствами которых можно управлять.

Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ < 10^—5 Ом•м, а к диэлектрикам - материалы, у которых ρ > 10⁸ Ом•м. Удельное сопротивление полупроводников находится в пределах 10^—5-10⁸ Ом•м.

Существуют тысячи  химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Четкую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам, а некоторые проявляют свойство сверхпроводимости. В то же время при сильном нагревании диэлектрики могут проявить свойства полупроводников.

Развитие радиотехники потребовало создания материалов, в которых специфические высокочастотные свойства сочетаются с необходимыми физико-механическими  параметрами. Такие материалы называют высокочастотными.

1.2.  Виды химической связи

Газы, жидкие и твердые тела могут состоять из атомов, молекул или ионов. При расстояниях порядка нескольких ангстрем между ними проявляются силы взаимодействия. Величина этих сил определяется строением электронных оболочек атомов.

Строение электронных оболочек атомов

Каждая оболочка состоит из определённых орбит с соответствующими