Электропроводность у алюминия: Свойства алюминия

Содержание

Свойства алюминия

Характерными свойствами чистого алюминия являются его малый удельный вес, низкая температура плавления, высокая тепловая и электрическая проводимость, высокая пластичность, очень большая скрытая теплота плавления и прочная, хотя и очень тонкая пленка окиси, покрывающая поверхности металла и защищающая его от проникновения кислорода внутрь.
Малая плотность делает алюминий основой легких конструкционных материалов; большая пластичность позволяет применять к алюминию все виды обработки давлением и получать из него листы, прутки, проволоку, трубы, тончайшую фольгу, штампованные детали с глубокой вытяжкой и др. Хорошая электрическая проводимость обеспечивает широкое применение алюминия в электротехнике. Так как плотность алюминия в 3,3 раза ниже, чем у меди, а удельное сопротивление лишь в 1,7 раза выше, чем у меди, то алюминий, на единицу массы имеет вдвое более высокую проводимость, чем медь. Прочная пленка окиси быстро покрывает свежий разрез металла уже при комнатной температуре, обеспечивая алюминию высокую устойчивость против коррозии в атмосферных условиях.
Сернистый газ, сероводород, аммиак и другие газы, находящиеся в воздухе промышленных районов, не оказывают заметного влияния на скорость коррозии алюминия. Действие пара на алюминий также не-значительно. Алюминий, не содержащий меди, достаточно стоек (в отсутствие электрического тока) в естественной морской воде. В концентрированных азотной и серной кислотах алюминий также практически устойчив. В разбавленных кислотах и растворах едких щелочей алюминий быстро разрушается. Однако в растворах аммиака он достаточно стоек. В контакте с большинством металлов и сплавов, являющихся благородными по электрохимическому ряду потенциалов, алюминий служит анодом и, следовательно, коррозия его в электролитах будет прогрессировать. Чтобы избежать образования гальванопар во влажной атмосфере, место соединения алюминия, с другими металлами герметизируется лакировкой или другим путем.
Длительные испытания проводов из алюминия показали, что они в отношении устойчивости против коррозии не уступают медным.
В табл. 8-16 приведены классификация и химический состав алюминия.
Влияние примесей на электрическую проводимость алюминия различно. Примеси, образующие с алюминием твердые растворы, сильно снижают электропроводность; примеси, не входящие в твердые растворы, почти не оказывают влияния на снижение проводимости. На рис. 8-4 показано изменение проводимости алюминия в зависимости от содержания примесей.
Физические свойства алюминия марок А5; А6 и АЕ, предназначенного для изготовления шин и проводов, приведены ниже:
Плотность при 20 °С, кг/м3 …………………….9700
Удельное электрическое сопротивление при 20 °С (не более), мкОм м:
проволока твердая и полутвердая …………. 0,0283
мягкая ……………………………………………….0,0280
шины …………………………………………………0,0290
Температурный коэффициент сопротивления в интервале 0-150 °С, …… 0,004
Температурный коэффициент линейного расширения (20-100 °С), ……….
Теплопроводность, Вт/(м °С)……………………………………………………………….2,05
Температура плавления, °С …………………………………………………………………. .660-647
Теплота плавления, Дж/кг ………………………………………………………………..
Температура отжига, °С ………………………………………………………………………350-400
Средняя теплоемкость (0-100 °С), Дж/(кг °С)…………………………………………….240
В табл. 8-17 приведена ориентировочная зависимость механических свойств алюминия от температуры.

Проводимость меди и алюминия: удельная проводимость

Электрическая проводимость или электропроводность — это способность тела проводить электрический ток. Это понятие крайне важно в электротехнике: металлы, хорошо проводящие ток, используются в проводах, плохие проводники или диэлектрики — для защиты людей от электричества. Лучшим проводником является серебро, на втором месте стоит медь (она совсем немного уступает серебру), далее идут золото и алюминий.

Достоинства и недостатки медных проводов

Медь — это пластичный переходный металл. Имеет золотисто-розовый цвет, встречается в природе в виде самородков. Используется человеком с давних времен — в его честь была названа целая эпоха.

В таблице дано удельное электрическое сопротивление стали и других металлов

Сегодня медные провода часто используют в электронных устройствах. К их достоинствам относятся:

Высокая электропроводность (металл занимает второе место по этому показателю, уступая только серебру). По сравнению с алюминием медь эффективнее в 1,7 раза: при равном сечении медный кабель пропускает больше тока.
Сварку, пайку и лужение можно проводить без использования дополнительных материалов.
Провода обладают хорошей эластичностью и гибкостью, их можно сворачивать и сгибать без особого вреда.

Медь лишь немного уступает серебру

Однако до недавнего времени медные провода проигрывали алюминиевым из-за нескольких недостатков:

Высокая плотность: при разных размерах медный провод будет весить больше, чем алюминиевый;
Цена: алюминий в несколько раз дешевле;
Медь окисляется на открытом воздухе: впрочем, это не влияет на ее работу и легко устраняется.

Какое сопротивление меди и алюминия

Алюминий — это легкий металл, который легко поддается обработке и литью. Обладает высокой электропроводностью: он стоит на 4 месте после серебра, меди и золота.

Важно! Несмотря на ряд достоинств (невысокую стоимость, малый вес, простоту обработки и другие) в долгосрочной перспективе алюминиевые провода менее выгодны, чем медные.

В электротехнике значение имеют 2 термина:

Электропроводность: отвечает за передачу тока от одной точки к другой. Чем выше проводимость металла, тем лучше он передает электричество. При +20 градусах проводимость меди составляет 59,5 миллионов сименс на метр (См/м), алюминия — 38 миллионов См/м. Проводимость медного кабеля практически не зависит от температуры.
Электросопротивление: чем выше это понятие, тем хуже вещество будет пропускать ток. Удельное сопротивление меди составляет 0,01724-0,0180 мкОм/м, алюминия — 0,0262-0,0295.

Алюминиевые кабели востребованы не меньше медных

Иными словами, медь обладает более высокой проводимостью и меньшим сопротивлением, чем алюминий.

Какое удельное сопротивление стали

Сталь — это металлический сплав железа с углеродом и другими элементами. В ее состав входит не менее 45% железа, содержание углерода колеблется от 0,02% до 2,14%. В зависимости от точного состава сталь используется в строительстве, машиностроении и приборостроении, а также во многих областях, например, в транспорте, народном хозяйстве, при производстве бытовых приборов.

Стальные провода отличаются невысокой проводимостью

Проводимость стали составляет всего 7,7 миллионов См/м, удельное сопротивление — 0,13 мкОм/м, то есть оно довольно высоко. Сталь плохо проводит электричество и не применяется при производстве непосредственно кабелей. Однако нередко можно встретить внешнюю оцинкованную стальную оплетку, которая защищает провода от механического растяжения. Такая защита нужна, если кабель проходит под дорогой или на нестабильном грунте, если есть риск резко дернуть провод.

Также из стали делают ПНСВ — провод нагревательный со стальной жилой, имеющий изоляцию из винила. Его размещают внутри конструкции до заливания бетона и используют в дальнейшем для электрообогрева готового блока. Электричество кабель практически не проводит.

Из стали производят провод ПНСВ

Сравнение проводимости разных видов стали

Характеристики стали зависят от ее состава и температуры:

Для углеродистых сплавов сопротивление довольно низкое: оно составляет 0,13-0,2 мкОм/м. Чем выше температура, тем больше значение;
Низколегированные сплавы имеют более высокое сопротивление — 0,2-0,43 мкОм/м;
Высоколегированные стали отличаются высоким сопротивлением — 0,3-0,86 мкОм/м;
Благодаря высокому содержанию хрома сопротивление хромистых нержавеющих сплавов равняется 0,5-0,6 мкОм/м;
Хромоникелевые аустенитные стали являются нержавеющими и благодаря никелю имеют высокую сопротивляемость — 0,7-0,9 мкОм/м.

Из стали часто делают оцинкованную оплетку

Медь стоит на втором месте по степени электропроводимости: она отлично пропускает электрический ток и повсеместно используется при изготовлении проводов. Не реже применяют и алюминий: он слабее меди, но дешевле и легче.

Свойства алюминия — ПЕРЕПЛАВ.РУ

Сферы использования алюминия.

Алюминий — химический элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода ПСХИ Менделеева Д. И., с атомным номером 13. Обозначается символом AL (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий — лёгкий, немагнитящийся металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся ковке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкость к коррозии обуславливается образованием оксидной плёнки на поверхности, защищающей от дальнейшего воздействия агрессивной среды.

Физические свойства алюминия. Плотность — 2,7 г/см³, температура плавления — порядка 658-660 °C, удельная теплота плавления — 390 кДж/кг, температура кипения — 2500 °C, удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг, временное сопротивление литого алюминия — 10…12 кг/мм², деформируемого — 18…25 кг/мм², сплавов — 38…42 кг/мм².

Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм², высокая пластичность: технический алюминий — 35 %, чистый алюминий — 50 %, прокатывается в фольгу. Модуль Юнга — 70 ГПа. электропроводность — 0,0265 мкОм·м, теплопроводность — 1,24×10−3 Вт/(м·К), обладает высокой светоотражательной способностью.температурный коэффициент линейного расширения 24,58×10−6 К−1 (20…200 °C). Образует сплавы практически со всеми прочими металлами.

Впервые алюминий был выделен как самостоятельное вещество в Европе Гансом Эрстедом в 1825 году. Современный метод, основанный на получении алюминия электролизом глинозема, растворённого в расплавленном криолите, положил начало широчайшей сфере применения алюминия в нашей жизни

Физические и химические свойства объясняют огромное значение алюминия в мировой экономике. Без него аэрокосмическая индустрия никогда не получила бы развития. Алюминий и сплавы на его основе необходимы для производства автомобилей, в машиностроении, микроэлектронике, да наверно вообще во всех отраслях промышленности. Самые разные виды продуктов из алюминия используются в современном строительстве. Алюминий практически вытеснил медь в качестве проводников и кабелей для высоковольтных линий ЛЭП. Половина кухонной посуды, продаваемой каждый год во всем мире, сделана именно из алюминия и его сплавов. Производство современных зеркал немыслимо без алюминиевой пудры. В производстве строительных материалов используется как газообразующий агент. Без алюминиевых банок для напитков уже невозможно представить ни одну витрину магазина, или аптеку без лекарств, упакованных в алюминиевую фольгу. А как хорошо попросту запечь мясо или рыбу в духовом шкафу, и все это не получится без алюминиевой фольги!

Как компонент используется в стекловарении, его соединения используются в качестве высокоэффективного горючего в ракетных топливах; в алюминиевых бронзах основные компоненты — медь и алюминий. В магниевых сплавах в качестве добавки чаще всего используется алюминий. Для изготовления спиралей в электронагревательных приборах используют (наряду с другими сплавами) фехраль (Fe, Cr, Al).

Еще один пример — Алюминий зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е173.

Если мир без алюминия представляется не самым уютным местом, то мир, в котором алюминий есть, открывает нам самые разные возможности.

Наша компания осуществляет производство и поставку на внешний и внутренний рынки сплавов алюминиевых литейных, деформируемых, алюминий технической чистоты (технический алюминий), алюминий для раскисления (раскислители) различных марок.

Цены на алюминий и его сплавы, а так же способы доставки алюминия можно уточнить, связавшись с нами по телефону или электронной почте.

Встретившись с потребностью в алюминии или сплавах алюминия Вы можете задать в поиске «купим чушку» или «купим сплав алюминия», знайте, что в случае с «куплю чушку» лучше обратиться к нам, как специалистам в области производства и поставок. Мы сможем помочь Вам подобрать интересующий Вас сплав в соответствии с потребностями и совместно скоординируем форму выпуска, сроки и период поставки.

Глава I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Глава I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОБ АЛЮМИНИИ

§ 1. Свойства алюминия и области его применения

Алюминии—химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98. Устойчивых нзотопов алюминии не имеет.

Химические свойства

Алюминий имеет электронную конфигурацию 1s²2s²2p⁶3s²3p¹. На третьем (внешнем) энергетическом уровне атома алюминия находятся три электрона, и в химических соединениях алюминии обычно трехвалентен. Из трех валентных электронов два расположены на s-подуровне и один на p-подуровне (3s²3p¹).

Так как один p-электрон с ядром атома связан слабее, чем два спаренных s-электрона, то в определенных условиях, теряя p-электрон, атом алюминия становится одновалентным ионом, образуя соединения низшей валентности (субсоединения). Кристаллизуется алюминии в гранецентрированной кубической решетке.

Алюминий химически активен. Уже в обычных условиях он взаимодействует с кислородом воздуха, покрываясь очень тонкой и прочной пленкой оксида Al²S³.
Эта пленка защищает алюминий от дальнейшего окисления и обусловливает его довольно высокую коррозионную стойкость, а также ослабляет металлический блеск. Чем чище алюминий, тем выше его стойкость против коррозии, что объясняется более прочным сцеплением оксндной пленки с поверхностью чистого металла. Из присутствующих в алюминии примесей наиболее сильно снижают его коррозионную стойкость примеси железа.

В мелкораздробленном состоянии алюминий при нагревании на воздухе воспламеняется и сгорает с выделением большого количества тепла. С серой алюминий реагирует также при нагревании с образованием сульфида алюминия Al₂S₃; с хлором и жидким бромом реагирует при обычной температуре, а с йодом — при нагревании или в присутствии воды, служащей катализатором. В атмосфере фтора при комнатной температуре алюминий покрывается пленкой фтористого алюминия АlFз, которая препятствует дальнейшей реакции; при темно-красном калении

взаимодействие алюминия с фтором протекает очень энергично. С азотом алюминии взаимодействует при нагревании выше 800°С с образованием нитрида алюминия AlN. Взаимодействие алюминия с углеродом начинается при 650°С, но протекает энергично при температуре около 1400С° с образованием карбида алюминия А1₄С₃.

Нормальный электродный потенциал алюминия в кислой среде 1,66 В, в щелочной 3,25 В.

Будучи амфотерным, алюминий растворяется в соляной кислоте и в растворах щелочей. В серной кислоте и в разбавленной азотной алюминий растворяется медленно; в концентрированной азотной кислоте, в органических кислотах и в воде алюминий устойчив.

Физические свойства

Температура плавления алюминия технической чистоты (99,5 % А1) 658°С.

С повышением степени чистоты температура плавления алюминия возрастает и для металла высокой чистоты (99,996 % А1) составляет 660,24°С. Удельная теплота плавления алюминия—около 390 Дж/г, удельная теплоемкость при 0°С—0,88 Дж/(г.°С). При переходе алюминия из жидкого состояния в твердое объем его уменьшается на 6,6 % (99,75% А1). Кипит алюминий при 2500 °С.

Следует отметить, что удельная теплота плавления алюминия по сравнению с другими металлами очень высока; например, удельная теплота плавления меди 205 Дж/г, железа 273 Дж/г.

Плотность алюминия меньше плотности железа в 2,9 раза, меди—в 3,3 раза.

В твердом состоянии (при 20 °С) для алюминия технической чистоты (99,75 % А1) она составляет 2,703 г/см³, а для алюминия высокой чистоты (99,996 % А1) 2,6989 г/см³. В расплавленном состоянии алюминий жидкотекуч и хорошо заполняет формы при литье. Вязкость и поверхностное натяжение алюминия при 1000° С составляют соответственно 0,0013 Па.с и 0,454 Н/м.

В твердом виде алюминий легко подвергается ковке, прокатке, волочению, резанию. Из него можно вытягивать тончайшую проволоку и катать фольгу.

Пластичность алюминия возрастает по мере повышения, его чистоты. Временное сопротивление литого алюминия технической чистоты составляет 88—118 Па, прокатанного 176—275 Па. Относительное удлинение соответственно равно 18—25 и 3—5 %, а твердость по Бринеллю НВ 235—314 и 440—590.

Алюминий имеет высокую теплопроводность и электропроводность. В зависимости от чистоты теплопроводность алюминия составляет 238 Вт/(м-°С) (99,7% А1) и 247 Вт/(м.°С) (99,99% А1). Электропроводность алюминия также зависит от его чистоты. Для алюминия технической чистоты (99,5 % А1) она составляет 62,5 % от электропроводности меди, а для алюминия высокой чистоты (99,997% А1) 65,45 %. Различные примеси влияют на электропроводность алюминия в неодинаковой степени. Наиболее сильно электропроводность снижают

примеси хрома, ванадия и марганца. В меньшей степени, чем примеси, на электропроводность алюминия влияет степень его деформации и режим термической обработки. Отрицательное влияние деформации на электропроводность устраняется отжигом. Удельное электросопротивление отожженной проволоки из алюминия технической чистоты (99,7% А1) составляет (0,0279-0,0282) Ю-⁶ Ом.м.

Следует также отметить, что алюминий обладает высокой способностью отражать световые и тепловые лучи, которая близка к отражающей способности серебра и увеличивается с повышением чистоты металла.

Области применения

Алюминий обладает целым рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Это — небольшая плотность алюминия, хорошая пластичность и достаточная механическая прочность, высокие тепло- и электропроводность. Алюминий нетоксичен, немагнитен и коррозионностоек к ряду химических веществ. Благодаря всем этим свойствам, а также относительно невысокой стоимости по сравнению с другими цветными металлами он нашел исключительно широкое применение в самых различных отраслях современной техники.

Значительная часть алюминия используется в виде сплавов с кремнием медью, магнием, цинком, марганцем и другими металлами. Промышленные алюминиевые сплавы обычно содержат не менее двух-трех легирующих элементов, которые вводятся в алюминий главным образом для повышения механической прочности.

Наиболее ценные свойства всех алюминиевых сплавов—малая плотность (2,65—2,8), высокая удельная прочность (отношение временного сопротивления к плотности) и удовлетворительная стойкость против атмосферной коррозии.

Алюминиевые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы подвергают горячей и холодной обработке давлением, поэтому они должны обладать высокой пластичностью. Из деформируемых сплавов широкое применение нашли дуралюмины — сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем. Имея небольшую плотность, дуралюмины по механическим свойствам близки к мягким сортам стали. Из деформируемых алюминиевых сплавов, а также из чистого алюминия в результате обработки давлением (прокатка,

штамповка) получают листы, полосы, фольгу, проволоку, стержни различного профиля, трубы. Расход алюминия на изготовление этих полуфабрикатов составляет около 70 % его мирового производства. Остальной алюминий применяется для изготовления литейных сплавов, порошков, раскислителей, а также для других целей.

Из литейных сплавов получают фасонные отливки различной конфигурации.

Широко известны литейные сплавы на основе алюминия—силумины, в которых основной легирующей добавкой служит кремний (до 13%).

В настоящее время алюминий и его сплавы используют практически во всех областях современной техники. Важнейшие потребители алюминия и его сплавов—авиационная и автомобильная отрасли промышленности, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая промышленность и приборостроение, промышленное и гражданское строительство, химическая промышленность, производство предметов народного потребления.

Использование алюминия и его сплавов во всех видах транспорта и в первую очередь — воздушного позволило решить задачу уменьшения собственной (“мертвой”) массы транспортных средств и резко увеличить эффективность их применения. Из алюминия и его сплавов изготовляют авиаконструкции, моторы, блоки, головки цилиндров, картеры, коробки передач, насосы и другие детали.

Алюминием и его сплавами отделывают железнодорожные вагоны, изготовляют корпуса и дымовые трубы судов, спасательные лодки, радарные мачты, трапы.

Широко применяют алюминий и его сплавы в электротехнической промышленности для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока. В приборостроении алюминий и его сплавы используют в производстве кино- и фотоаппаратуры, радиотелефонной аппаратуры, различных контрольно-измерительных приборов.

Благодаря высокой коррозионной стойкости и нетоксичности алюминий широко применяют при изготовлении аппаратуры для производства и хранения крепкой азотной кислоты, пероксида водорода, органических веществ и пищевых продуктов. Алюминиевая фольга, будучи прочнее и дешевле оловянной, полностью вытеснила ее как упаковочный материал для пищевых продуктов. Все более широко используется алюминий при изготовлении тары для консервирования и храпения продуктов сельского хозяйства, для строительства зернохранилищ и других быстровозводимых сооружений. Являясь одним из важнейших стратегических металлов, алюминий, как и его сплавы, широко используется в строительстве самолетов, танков, артиллерийских установок, ракет, зажигательных веществ, а также для других целей в военной технике.

Алюминий высокой чистоты находит широкое применение в новых областях техники — ядерной энергетике, полупроводниковой электронике, радиолокации, а также для защиты металлических поверхностей от действия различных химических веществ и атмосферной коррозии. Высокая отражающая способность такого алюминия используется для изготовления из пего отражающих поверхностей нагревательных и осветительных рефлекторов и зеркал.

В металлургической промышленности алюминий используют в качестве восстановителя при получении ряда металлов (например, хрома, кальция, марганца) алюмотермическими способами, для раскисления стали, сварки стальных деталей.

Широко применяют алюминий и его сплавы в промышленном и гражданском строительстве для изготовления каркасов зданий, ферм, оконных рам, лестниц и др. В Канаде, например, расход алюминия для этих целей составляет около 30 % от общего потребления, в США— более 20 %.

По масштабам производства и значению в народном хозяйстве алюминий прочно занял первое место среди других цветных металлов.

§ 2. История развития алюминиевой промышленности

Алюминий сравнительно недавно стал промышленным металлом. Впервые металлический алюминий получил датский физик Г. Эрстед в 1825 г.. восстановив хлористый алюминий амальгамой калия. В дальнейшем способ Эрстеда был улучшен:, амальгаму калия заменили металлическим калием, а затем—более дешевым натрием; нестойкий и гигроскопичный хлористый алюминий заменили двойным хлоридом алюминия и натрия (AlCl₃-NaCI).

В 1865 г. русский ученый Н. Н. Бекетов предложил получать алюминий вытесненном его из фтористых соединении магнием. Этот способ нашел применение .о ряде стран Западной Европы. Производство алюминия “химическими” методами осуществлялось примерно в течение 35 лет (с 1854 до 1890 г. ). За это время было получено около 200 т алюминия. В конце 80-х годов прошлого столетия химические способы производства алюминия были вытеснены электролитическим.

Основоположниками электролитического способа производства алюминия являются Поль Эру во Франции и Чарльз Холл в США, которые в 1866 г. независимо друг от друга заявили аналогичные патенты на способ получения алюминия электролизом глинозема (А1₂0₃), растворенного в расплавленном криолите (Na₂AIF₆). С открытием электролитического способа началось быстрое развитие алюминиевой промышленности. Если в 1900 г. выпуск алюминия во всем мире составил 5,7 тыс. т, но уже к 1930 г. он приблизился к 270 тыс. т, в 1950 г. составил (без стран социализма) около 1,3 млн. т, а в 1980 г.—более 12 млн. т.

В капиталистическом мире основными производителями алюминия являются США, Япония, Канада, ФРГ, Норвегия.

В дореволюционной России не было собственной алюминиевой промышленности. Однако
в конце прошлого и начале настоящего столетия русские ученые (Н. Н. Бекетов,
П. П. Федотьев, Н. А. Пушин, Д. А. Пеняков, Е. И. Жуковский и другие) выполнили
ряд исследований, сыгравших большую роль в развитии мировой алюминиевой промышленности.
Под руководством П. П. Федотьева были проведены глубокие исследования теоретических
основ электролитического способа получения алюминия, в частности были исследованы
двойные системы фторид алюминия—фторид натрия, криолит—глинозем, явления растворимости
алюминия в электролите, анодный эффект, а также ряд других процессов, связанных
с электролизом криолито-глиноземных расплавов. Результаты этих исследований
получили мировую известность.

В 1882—1892 гг. химик К. П. Байер разработал в России щелочной способ получения
глинозема, который до настоящего времени является основным в мировой алюминиевой
промышленности. В 1895 г. Д. А. Пеняков предложил способ получения глинозема
из бокситов спеканием с сульфатом натрия в присутствии угля, а А. Н. Кузнецов
и Е. И. Жуковский в 1915 г.—способ получения глинозема из низкосортных руд путем
восстановительной плавки их на шлаки алюминатов щелочноземельных металлов. Н.
А. Пушин с сотрудниками в 1914 г.

впервые в нашей стране получил алюминий “русского происхождения”, т. е. Из отечественных сырья и материалов.

Условия для создания в нашей стране алюминиевой промышленности, являющейся крупным потребителем электроэнергии, появились только после Великой Октябрьской социалистической революции. Решающую роль в этом сыграл разработанный в 1920 г. по инициативе и под руководством В. И. Ленина план ГОЭЛРО, положивший начало созданию прочной энергетической базы в нашей стране. Построенная в соответствии с этим планом в 1926 г. первая крупная гидроэлектростанция на р. Волхов явилась энергетической базой первого в СССР

Волховского алюминиевого завода. В декабре 1927 г. XV съезд ВКП(б) принял решение о создании в нашей стране алюминиевой промышленности, а в августе 1929 г. Совет Труда и Обороны принял решение о строительстве в СССР Волховского и Днепровского алюминиевых заводов. В 1929 г. на Ленинградском опытном заводе “Красный Выборжец” под руководством П. П. Федотьева были

проведены длительные производственные испытания по получению алюминия электролитическим путем из отечественных материалов.

В 1930 г. в Ленинграде был пущен опытный завод, который сыграл большую роль в развитии советской алюминиевой промышленности. На этом заводе испытывалось оборудование, осваивался технологический режим, готовились рабочие и инженерно-технические кадры для первых советских алюминиевых заводов. Одновременно были проведены исследования по производству электродных изделий, необходимых для получения алюминия. Результаты этих исследований легли в основу проектирования первых электродных заводов—Московского и Днепровского. Разработанный в Институте прикладной минералогии способ получения криолита был положен в основу проектирования производства криолита

на Полевском криолитовом заводе.

В 1931 г. были созданы Научно-исследовательский институт алюминиевой промышленности (НИИСалюминпй) и проектный институт—гипроалгомпний.

Позднее НИИСалюминий и Гипроалюминий были объединены в единый Всесоюзный алюминиево-магниевын институт (ВАМИ).

14 мая 1932 г. вступил в эксплуатацию Волховский алюминиевый завод, а в 1933 г. на базе Днепровской ГЭС—Днепровский алюминиевый завод. Очень много внимания становлению советской алюминиевой промышленности уделял С. М. Киров, который возглавлял Ленинградскую партийную организацию. Первым алюминиевым заводам нашей страны—Волховскому и Днепровскому—в дальнейшем было присвоено его имя.

В период с 1926 по 1936 г. в Государственном институте прикладной химии (ГИПХ) под руководством А. А. Яковкина был разработан способ получения глинозема из тихвинских бокситов спеканием их с содой и известняком. В результате впервые была разрешена проблема переработки высококремнистых бокситов. В 1938 г. вошел в эксплуатацию Тихвинский глиноземный завод, а в 1939 г. на базе высококачественных североуральских бокситов—Уральский алюминиевый завод.

В начале Великой Отечественной войны Волховский и Днепровский алюминиевые заводы и Тихвинский глиноземный были выведены из строя. Оборудование этих заводов вывезли на Урал и в Сибирь. В годы Великой Отечественной войны был значительно расширен Уральский алюминиевый завод к введены в эксплуатацию Новокузнецкий (1943 г.) и Богословский (1945 г.) алюминиевые заводы.

В послевоенные годы были восстановлены Волховский и Днепровский алюминиевые заводы и Тихвинский глиноземный завод, а также вошли в эксплуатацию новые алюминиевые заводы: Канакерский (1950 г.), Кандалакшский (1951 г.), Надвоицкий (1954 г.), Сумгаитский (1955 г.). Ряд крупных алюминиевых заводов был пущен на базе дешевой электроэнергии гидроэлектростанций, построенных на Волге и реках Сибири: Волгоградский (1959 г.). Иркутский (1962 г.). Красноярский (1964 г.), Братский (1966 г.) и Таджикский (1975 г.).

Одновременно вводились новые предприятия по производству глинозема — Никалевский (1959 г. ) и Ачинский (1970 г.) глиноземные комбинаты. Павлодарский (1964 г.) и Кировабадскии (1966 г.) алюминиевые заводы, Николаевский глиноземный завод (1980 г.).

Алюминиевая промышленность, созданная в нашей стране, занимает одно из ведущих мест в мире. При создании ее советскими учеными и специалистами впервые в мировой практике был решен ряд важных научно-технических проблем: комплексная переработка нефелиновых руд и концентратов с получением глинозема, соды, поташа и цемента, комплексная переработка алунитовых руд с получением глинозема, сульфата калия и серной кислоты, а также многие другие.

Энергетика – Алюминиевая Ассоциация

Впервые алюминиевые провода появились в конце XIX века в США. В 1880 году в Чикаго начальник железнодорожной станции заметил, что наружная медная проводка быстро разрушается, потому что медь разъедается паровозным дымом. Неизвестно, что именно подвигло его попробовать в качестве замены алюминий, но медный провод длиной несколько сот метров был заменен на алюминиевый, который оказался долговечнее, несмотря на то, что с каждым годом количество поездов на станции увеличивалось.

С тех пор доля алюминия в электроэнергетике только увеличивалось. На сегодняшний день 13% всего производимого в мире алюминия используется в энергетике.

Алюминиевые провода успешно соперничают с традиционными медными: они в 3,3 раза легче, обладают высокой коррозионной стойкостью, теплопроводностью и приблизительно в 3 раза дешевле. Высокая электропроводность алюминия позволяет использовать его для изготовления голых кабелей воздушных линий электропередачи, силовых изолированных кабелей связи, установочных проводов, обмоточной проволоки.

В сегменте передачи и распределения электроэнергии безусловным лидером являются неизолированные алюминиевые провода с композитными сердечниками, имеющими низкий коэффициент температурного линейного расширения. Данный провод из термостойкого алюминиевого сплава позволяет передать большие объемы электроэнергии.

Все большее применение находит алюминий в таком сегменте электроэнергетики как производство силовых трансформаторов. Так, обмотки трансформаторов l – lV категории (распределительных подстанций) в 85% случаев изготавливаются из «крылатого металла». Алюминий и алюминиевые сплавы также широко применяются в производстве конденсаторов.

В то же время применение алюминия в электроэнергетике не ограничивается только проводами. Алюминиевые сплавы находят широкое применение в производстве энергосберегающих светодиодных источников света. Прежде всего, это подложка из монокристалла окиси алюминия (лейкосапфира) и большая часть функциональных элементов светильников.

Среди инновационных направлений – создание алюминий–ионного аккумулятора. Над этим направлением работают уже во многих странах, и ожидается, что его появление произведет технологическую революцию. В первую очередь, это обусловлено предположениями, что алюминий-ионным аккумулятор вытеснит двигатель внутреннего сгорания из автомобилестроения и приведет к значительным изменениям в потреблении и накоплении электроэнергии из возобновляемых источников.

Не стоит также забывать про автомобильную промышленность, где замена медной проводки алюминиевой в автомобилях дает экономию в 40% и позволяет снизить общий вес автомобиля в среднем на 12 кг.

Проводниковые металлы и сплавы

Проводниковые металлы и сплавы должны обладать высокой электропроводностью, достаточно высокими механическими свойствами, сопротивляемостью к атмосферной коррозии, способностью поддаваться обработке давлением в горячем и холодном состоянии.

После серебра наиболее высокой электропроводностью обладают медь и алюминий. Они и являются наиболее распространенными проводниковыми материалами. Проводимость отожженного проводникового алюминия составляет приблизительно 62% проводимости стандартной меди. Но плотность алюминия мала, поэтому проводимость 1 кг алюминия составляет 214% проводимости 1 кг меди. Следовательно, алюминий экономически более выгоден для использования в качестве проводникового материала.

Применяемые в настоящее время проводниковые материалы можно разделить на следующие группы: проводниковая медь, проводниковый алюминий, проводниковые сплавы, проводниковое железо, сверхпроводники.

Проводниковая медь. При наличии в меди даже небольшого количества примесей ее электропроводность быстро уменьшается (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Влияние примесей на электропроводность меди

Для изготовления электрических проводов применяют электролитическую (катодную) медь, с суммарным содержанием примесей не более 0,05%. Катоды переплавляются в слитки, при этом содержание примесей в меди повышается. Проводниковая медь марки Ml должна содержать не более 0,1% примесей, в том числе не более, %: 0,001 Bi; 0,002 Sb; 0,002 As; 0,005 Fe; 0,002 Ni; 0,005 Pb; 0,002 Sn; 0,005 S; 0,05 O; 0,003 Ag. Фосфор для раскисления меди марки М1 не применяется.

Проводниковая медь имеет в отожженном состоянии имеет предел прочности 270 МПа. Предел прочности меди может быть повышен до 480 МПа
путем холодной деформации, но при этом ее удельное сопротивление увеличивается (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Зависимость механических свойств и удельного электрического сопротивления меди марки М1 от степени деформации

Проводниковый алюминий. Недостатком алюминия является его срав-нительно низкая прочность. Отожженный алюминий почти в три раза менее прочен на разрыв, чем медь. Поэтому при изготовлении проводов его упрочняют путем холодной деформации. В этом случае предел прочности составляет 250 МПа, что является недостаточным для сопротивления сильному натяжению, которое испытывают провода в линиях электропередач. Поэтому для линий электропередач применяют провода со стальной сердцевиной.

Для кабельных и токопроводящих изделий применяют алюминий марок А00, А0, Al, A2. Проводниковый алюминий обычно содержит десятые доли процента примесей, из которых основными являются железо и кремний (таблица 3. 1).

Термическая обработка проводникового алюминия для снижения его сопротивления обычно не применяется, так как холодная обработка алюминия мало снижает его электропроводность. Так при обжатии до 95 – 98% электропроводность уменьшается не более чем на 1,2% электропроводности стандартной меди.

Проводниковые сплавы. В тех случаях, когда требуется повышенная прочность или специальные свойства (например, повышенное сопротивление истиранию), применяют сплавы на алюминиевой и медной основе. Композицию сплавов подбирают таким образом, чтобы легирующий металл не растворялся в основном металле, а упрочнение сплавов достигалось за счет интерметаллических фаз.

Проводниковое железо. Удельное электрическое сопротивление железа в 7 – 8 раз выше, чем у меди. Тем не менее, железо применяют в промышленности, т.к. оно является недефицитным материалом и имеет повышенную механическую прочность. При использовании железа в качестве проводникового материала оно должно быть достаточно чистым. Обычно для этих целей применяют армко-железо.

Железо используют при изготовлении биметаллических проводов, в этом случае сердцевину провода изготовляют из железа, а поверхностный слой из материала, имеющего более высокую электрическую проводимость (медь, алюминий).

алюминиевый прокат

Алюминий — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

Физические свойства

Металл серебристо-белого цвета, лёгкий, плотность — 2,7 г/см³,

температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C,

удельная теплота плавления — 390 кДж/кг,

температура кипения — 2500 °C,

удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг,

временное сопротивление литого алюминия — 10…12 кг/мм², деформируемого — 18…25 кг/мм², сплавов — 38…42 кг/мм².

Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²,

высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу.

Модуль Юнга — 70 ГПа.

Алюминий обладает высокой электропроводностью (0,0265 мкОм·м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(мК)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.

Слабый парамагнетик.

Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10−6 К−1 (20…200 °C).

Температурный коэффициент электрического сопротивления 2,7·10−8K−1.

Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием(силумин).

Лучший проводник электроэнергии: выбор правильных металлов

В Quest-Tech мы используем различные сорта углерода, нержавеющей стали, алюминия, латуни и меди, и у нас есть производственные мощности для удовлетворения ваших производственных потребностей под одной крышей. Хотя все металлы (и некоторые металлические сплавы) в определенной степени проводят электричество, некоторые из них обладают большей проводимостью, чем другие. Лучший проводник электричества может вас удивить!

Какой металл является лучшим проводником электричества?

Серебро

Лучшим проводником электричества является чистое серебро, но неудивительно, что это не один из наиболее часто используемых металлов для проведения электричества.

Широкое использование чистого серебра имеет несколько недостатков. Во-первых, он имеет тенденцию тускнеть при использовании, что вызывает проблемы, связанные со «скин-эффектом», то есть неравномерным распределением тока, которое может возникать по токам высокой частоты. Второй недостаток является наиболее очевидным — прокладывать серебряную проволоку через здание слишком дорого — гораздо дороже, чем алюминий или медь.

Медь

Медь — один из наиболее часто используемых металлов для проведения электричества. Медь пластична, ее легко наматывать или паять, что делает ее лучшим выбором, когда требуется большое количество проводов.Основная электрическая функция меди связана с передачей электроэнергии и выработкой электроэнергии. Он используется в двигателях, генераторах, трансформаторах и проходных изоляторах. При правильной установке это самый безопасный и эффективный металл для производства электроэнергии.

Медь обычно используется в качестве эффективного проводника в бытовых приборах и в электрическом оборудовании в целом. Из-за низкой стоимости большинство проводов имеют медное покрытие. Часто можно встретить сердечники электромагнитов, обычно обмотанные медной проволокой.Медь также используется в микроэлектронных проводниках, электрических цепях и микропроцессорах из-за ее высокой проводимости и низкого сопротивления джоулевому нагреву. Он также используется в мобильных телефонах, телевизорах и компьютерах.

Алюминий

Алюминий — еще один металл, известный своей высокой проводимостью электричества. Хотя по объему его проводимость составляет всего 60% от меди, по весу один фунт алюминия имеет пропускную способность по электрическому току, равную двум фунтам меди. Это делает его очень экономичным материалом, и из-за этого он все чаще заменяет медь в некоторых приложениях, связанных с электричеством.

Алюминий используется в линиях электропередач на большие расстояния, при передаче и распределении электроэнергии высокого напряжения в коммунальных сетях; а в зоне обслуживания — служебный вход и механизмы подачи проволоки. Его плотность и исключительно низкая стоимость делают его очень разумным выбором для многих крупных электрических приложений, таких как электрические силовые кабели, электрические разъемы и даже электрические контакты выключателя. Алюминий часто используется в спутниковых антеннах.

Золото

Золото

также известно своей высокой проводимостью, но из-за своей стоимости оно используется только в умеренных количествах.Микрочипы могут иметь золотые провода для соединений, и там, где приложения требуют высокой стойкости к окислению и коррозии наряду с высокой проводимостью, используется очень тонкое золотое покрытие.

Когда дело доходит до металлических сплавов, их физические свойства могут улучшить основной металл в таких областях, как прочность, долговечность, устойчивость к условиям окружающей среды и электрические применения.

Например, латунь — сплав меди — также используется для проведения электричества. Его получают путем добавления примерно 30% цинка к чистой меди.Хотя электрическая проводимость и теплопроводность латунного сплава составляет всего 28% от меди, его немагнитные свойства делают его идеальным для электрических и электронных клемм и соединителей.

Какой металл является самым плохим проводником электричества?

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь разных сортов, хотя и не известна своей электропроводностью, все же имеет важное электрическое применение. Типы 304 и 316 являются наиболее распространенными марками, используемыми в электротехнической промышленности из-за их превосходной устойчивости к коррозии.Электрические шкафы для настенного и напольного монтажа, а также отдельно стоящие распределительные коробки изготавливаются из нержавеющей стали.

Свяжитесь со специалистами по металлу Quest-Tech

Quest-Tech знает, что выбор подходящего металла для работы может иметь решающее значение, будь то электричество или другие требования. Мы специализируемся на производстве металлических компонентов и сборочных конструкций, и мы готовы ответить на любые ваши вопросы и помочь вам принять правильное решение. Хотите использовать Quest-Tech для своего следующего проекта? Свяжитесь с нами сегодня!

Таблица удельного сопротивления

Материал	Удельное сопротивление ρ (Ом · м)		Температура Коэффициент α на градус C	Электропроводность σ x 10 ⁷ / Ом · м	Ref
Серебро	1.59	x10 ^-8	.0038	6,29	3
Медь	1,68	x10 ^-8	.00386	5,95	3
Медь отожженная	1,72	x10 ^-8	.00393	5,81	2
Алюминий	2,65	x10 ^-8	. 00429	3,77	1
Вольфрам	5.6	x10 ^-8	.0045	1,79	1
Железо	9,71	x10 ^-8	.00651	1,03	1
Платина	10,6	x10 ^-8	.003927	0,943	1
Манганин	48,2	x10 ^-8	.000002	0,207	1
Свинец	22	x10 ^-8	…	0,45	1
Ртуть	98	x10 ^-8	.0009	0,10	1
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr)	100	x10 ^-8	.0004	0,10	1
Константан	49	x10 ^-8	…	0,20	1
Углерод * (графит)	3-60	x10 ^-5	-. 0005	…	1
Германий *	1-500	x10 ^-3	-,05	…	1
Кремний *	0,1- 60	…	-.07	…	1
Стекло	1-10000	x10 ⁹	…	…	1
Кварц (плавленый)	7.5	x10 ¹⁷	…	…	1
Твердая резина	1-100	x10 ¹³	…	…	1

* Удельное сопротивление полупроводников сильно зависит от наличия примесей в материале, что делает их полезными в твердотельной электронике.

Источники:

1. Джанколи, Дуглас К., Физика, 4-е изд., Прентис Холл, (1995).

2. Справочник по химии и физике CRC, 64-е изд.

3. Википедия, Удельное электрическое сопротивление и проводимость.

Индекс

Таблицы

Каталожный номер
Giancoli

Электропроводность меди и алюминия при высоких температурах и давлениях

В этой системе будет проводиться техническое обслуживание 20 декабря с 9:00 до 13:00 по центральному поясному времени.

Версия PDF также доступна для скачивания.

ВОЗ

Люди и организации, связанные либо с созданием этой статьи, либо с ее содержанием.

Что

Описательная информация, которая поможет идентифицировать эту статью.Перейдите по ссылкам ниже, чтобы найти похожие предметы в Электронной библиотеке.

Когда

Даты и периоды времени, связанные с этой статьей.

Статистика использования

Когда эта статья использовалась в последний раз?

Взаимодействовать с этой статьей

Вот несколько советов, что делать дальше.

Версия PDF также доступна для скачивания.

Ссылки, права, повторное использование

Международная структура взаимодействия изображений

Распечатать / Поделиться

Печать

Электронная почта

Твиттер

Facebook

в Tumblr

Reddit

Ссылки для роботов

Полезные ссылки в машиночитаемом формате.

Ключ архивных ресурсов (ARK)

Международная структура взаимодействия изображений (IIIF)

Форматы метаданных

Картинки

URL

Статистика

Митчелл, А. К. и Киллер, Р.

Электропроводность меди и алюминия при высоких температурах и давлениях,
статья,

1 января 1986 г .;

Нью-Мексико.

(https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1074594/:
по состоянию на 20 декабря 2021 г.),

Библиотеки Университета Северного Техаса, Цифровая библиотека UNT, https://digital.library.unt.edu;

кредитование Департамента государственных документов библиотек ЕНТ.

Тепловая и электрическая проводимость алюминия.[Коэффициент Зеебека; От 80 до 400 / sup 0 / K]

Версия PDF также доступна для скачивания.

ВОЗ

Люди и организации, связанные либо с созданием этого отчета, либо с его содержанием.