Giáo trình Vật liệu điện lạnh (Phần 1)

i dây dẫn 
có đ−ờng kính nhỏ hơn 1mm, thì điện dẫn sẽ giảm đồng thời với sự giảm của đ−ờng 
kính. 
Sự thay đổi điện dẫn tuỳ theo nhiệt độ nung nóng trở lại (ủ nhiệt):nung giữa 
200 - 3000C sẽ có điện dẫn suất nhỏ hơn nhiều so với giữa 400 - 5000C. 
Thông th−ờng đồng có 2 loại ôxit tạo thành những lớp xếp chồng lên nhau: CuO có 
màu hơi đen ở bên ngoài và nó là 1 lớp ngăn cách điện; Cu2O có màu đỏ son ở 
ngay trên mặt đồng và là chất bán dẫn điện. ôxy sẽ xâm thực vào đồng ở nhiệt độ ≥
700C song lớp ngoài của đồng sẽ làm chậm sự xâm thực. Sự ôxy hoá của đồng chỉ 
xảy ra ở nhiệt độ rất cao. 
Giáo trình: Vật liệu điện lạnh
_____________________________________________________________________________ 
_____________________________________________________________________________ 
Khoa điện-Trung Cấp Nghề Bỡnh Thạnh 54
b. Hợp kim của đồng: 
* Theo tính chất và công dụng, hợp kim đồng đ−ợc phân thành các nhóm: 
- Hợp kim đúc và hợp kim biến dạng. 
Đồng đúc ít đ−ợc sử dụng vì nó có bọt khí xuất hiện khi đúc và lỗ chỗ. 
- Nhóm có thể hoá bền bằng nhiệt luyện và nhóm không có đặc điểm này. 
* Theo thành phần hoá học: có 2 nhóm chính 
- Đồng thau (Latông): Là hợp kim đồng kẽm trong đó kẽm ≤ 46%. Nó có độ 
giãn dài t−ơng đối khá cao, độ bền kéo và điện trở suất cao hơn đồng tinh khiết. 
Đ−ợc dùng để sản xuất mọi chi tiết dẫn điện. Có thể phân thành: đồng thau dùng để 
đúc, dùng để cán mỏng, dùng để hàn gắn. 
Với Latông: ký hiệu L rồi lần l−ợt Cu, Zn sau đó là các nguyên tố hợp kim 
nếu có. Các con số đứng sau mỗi ký hiệu nguyên tố chỉ hàm l−ợng trung bình theo 
% t−ơng ứng của nó. VD: L Cu Zn40 Pb2: latông chứa 40%Zn, 2%Pb còn lại là 
Cu. 
Một số nguyên tố hợp kim thông dụng: Pb, Zn, Al, Mn... 
Pb (chì với hàm l−ợng nhỏ 0,4 ữ3%): Cải thiện tính cắt gọt nhờ dễ làm gãy phôi và 
giảm ma sát. 
Al: Nếu Al có tỷ lệ 2% sẽ làm tăng sức bền cơ khí và độ cứng đồng thời sức bền hoá 
học, tạo vật liệu đồng nhất. 
Mn: làm tăng cơ tính và tăng khả năng chống ăn mòn. 
Thiếc: làm tăng sức bền cơ và tạo sự vững bền đối với sự ăn mòn nhất là n−ớc biển. 
Nếu >25% thì lớp bảo vệ của ôxit kẽm sẽ tạo nên trên mặt vật liệu càng nhanh khi 
nhiệt độ càng lớn. 
- Đồng thanh (Brông): Là hợp kim của đồng với 1 l−ợng nhỏ thiếc, Si, P, 
Mg, Cr ... Nó có độ bền cơ và điện trở suất lớn hơn đồng tinh khiết, đ−ợc dùng để 
chế tạo lò xo dẫn điện, vòng cổ góp điện, dây dẫn... 
Với Brông: ký hiệu B rồi lần l−ợt Cu, Sn sau đó là các nguyên tố hợp kim. 
VD: B Cu Sn4 Zn4 Pb2,5. 
Cho cađimi vào sẽ làm giảm điện dẫn suất nh−ng độ bền cơ và độ cứng tăng 
nhiều. Sự có mặt của ôxy làm tăng tính dễ gẫy: nếu tỷ lệ > 0,9% Cu2O trên bề mặt 
của đồng thì sẽ giảm sức bền cơ của đồng. 
Đồng thanh dùng làm dây dẫn cần chịu đ−ợc sức bền khi ăn mòn. 
Giáo trình: Vật liệu điện lạnh
_____________________________________________________________________________ 
_____________________________________________________________________________ 
Khoa điện-Trung Cấp Nghề Bỡnh Thạnh 55
Với những kết cấu máy điện phải chịu quá tải điện và sực bền cơ lớn, ta dùng đồng 
thanh với tỷ lệ 0,3 - 0,1% Cr và 0,1% Ag. 
1.5.2 Nhôm và hợp kim của nhôm: 
a. Nhôm: 
Là kim loại nhẹ hơn đồng 3,5 lần, có màu bạc trắng. Hệ số nhiệt độ giãn nở 
dài của nhôm lớn hơn đồng. Nh−ng nhôm kém đồng cả về độ bền cơ cũng nh− các 
đặc tính điện. Khó khăn trong việc thực hiện tiếp xúc điện. Các tạp chất cũng làm 
giảm điện dẫn của nhôm. 
- Nếu so sánh giữa nhôm và đồng cùng tiết diện, cùng chiều dài thì điện trở dây 
nhôm lớn hơn dây đồng 1,68 lần. Nếu cùng chiều dài và cùng điện trở thì tiết diện 
dây nhôm lớn hơn đồng 1,68 lần. Nếu có các đặc tính điện giống nhau, truyền dòng 
điện có c−ờng độ nh− nhau thì dây nhôm chỉ nhẹ bằng 1/2 dây đồng và bị nung 
nóng ít hơn. 
- Nhôm bị ôxy hoá mạnh tạo nên màng ôxy hoá mỏng có điện trở lớn. Lớp 
màng này bảo vệ nhôm khỏi bị ăn mòn nh−ng tạo nên điện trở lớn ở chỗ tiếp xúc 
các dây nhôm và không thể hàn nhôm bằng ph−ơng pháp thông th−ờng (dùng 
thuốc bột đặc biệt hay mỏ hàn siêu âm). Tuy nhiên lớp ôxit tự nhiên này rất mỏng 
(vài ăngstrôm) nên khả năng chống ăn mòn kém. Ng−ời ta tạo ra lớp màng ôxit 
dày hàng chục micrônmet có khả năng bảo vệ cao nhờ kỹ thuật Anôt hoá. 
- ở chỗ tiếp xúc giữa nhôm và đồng xảy ra ăn mòn điện hoá. D−ới tác dụng của hơi 
ẩm trong vùng tiếp xúc sẽ phát sinh cặp pin cục bộ có trị số cao và có dòng điện đi 
từ nhôm sang đồng. Kết quả là dây nhôm có thể bị phá huỷ vì bị ăn mòn nhanh. 
Nhôm bị tác dụng mạnh bởi Cl trong không khí tạo nên những lỗ nhỏ xung quanh 
lớp bọc và làm hỏng bề mặt dây dẫn điện. N−ớc biển có ảnh h−ởng xấu đến nhôm 
cũng nh− dung dịch xút giặt quần áo. 
b. Hợp kim của nhôm: 
Theo tính công nghệ hợp kim nhôm phân thành: hợp kim biến dạng (chế tạo 
bán thành phẩm bằng gia công áp lực) và hợp kim đúc (đúc chi tiết). 
Hợp kim nhôm biến dạng dùng để chế tạo các bán thành phẩm hoặc chi tiết 
bằng gia công áp lực nóng hoặc nguội (ủ mềm, tôi, tôi và hoá già nhân tạo, biến 
cứng, biến cứng không hoàn toàn...). Ta còn có thể phân biệt thành loại có thể hoá 
bền bằng nhiệt luyện và loại không hoá bền bằng nhiệt luyện. 
Giáo trình: vật liệu điện lạnh
_____________________________________________________________________________ 
Khoa điện-Trung Nghề Bỡnh Thạnh 56
Hợp kim nhôm đúc dùng để đúc các chi tiết có hình dạng và công dụng 
khác nhau. 
TCVN quy định hợp kim nhôm ký hiệu nh− sau: bắt đầu là nhôm, các nguyên tố 
hợp kim chính, các nguyên tố hợp kim phụ. Các con số chỉ hàm l−ợng % đặt sau ký 
hiệu t−ơng ứng. VD: Al Mg5 → hàm l−ợng MG là 5%. Nếu là hợp kim đúc có thêm 
chữ Đ ở cuối: Al Si12 Mg1 Cu2 Mn0,6 Đ. 
Các chất Zn, Fe, Si, Cu, Mg sẽ làm tăng sức bền cơ khí khi kéo nhôm. 
Xử lý nhiệt và nhiệt độ có ảnh h−ởng đến tính chất cơ của nhôm. Mức độ ảnh 
h−ởng phụ thuộc vào độ tinh khiết của kim loại, thời gian và nhiệt độ nung nóng. 
ở các đ−ờng dây dẫn điện trên không khí khoảng cách giữa các cột lớn ng−ời 
ta dùng hợp kim nhôm có độ bền cơ cao hơn nhôm tinh khiết. Phổ biến là dây nhôm 
lõi thép. 
Trong ruột là lõi thép xoắn lại, bên ngoài là nhôm. Loại dây này có độ bền 
cơ do lõi thép quyết định, còn tính dẫn điện do nhôm. 
Hợp kim dùng phổ biến để chế tạo dây dẫn là hợp kim của nhôm với Mg (0,3 
- 0,5%); silic (0,4 - 0,7%) và sắt (0,2 - 0,3%). Dây dẫn loại này có độ bền gấp 2 lần 
dây nhôm thông th−ờng. 
Nhôm đúc dùng trong rôto lồng sóc đòi hỏi hợp kim với mangan vì chúng có 
điện trở tăng và ổn định đến nhiệt độ quá 2000C tức là đảm bảo độ ổn định của 
điện trở rôto trong quá trình làm việc (điện trở suất khoảng 0,03 Ωmm2/m). 
Nối cáp nhôm có thể dùng ph−ơng pháp đúc: 2 đầu cáp đ−ợc đ−a vào 1 khuôn tháo 
lắp đ−ợc. Sau đó rót nhôm nóng chảy với nhiệt độ 850 - 9000C. khi nguội thì tháo 
khuôn ra. 
1.5.3 Sắt: 
- Thép (sắt công nghệp) là kim loại rẻ tiền, dễ kiếm nhất. 
Nó có độ bền cơ cao nh−ng điện trở suất lớn. Dòng xoay chiều trong thép 
gây nên hiệu ứng bề mặt đáng kể. Vì vậy điện trở của dây thép đối với dòng xoay 
chiều cao hơn đối với dòng 1 chiều. Ngoài ra dòng xoay chiều còn gây ra tổn thất 
từ trễ. 
Để làm dây dẫn th−ờng dùng thép mềm có 0,1 - 0,15% cácbon có điện 
dẫn suất nhỏ hơn đồng 6 - 7 lần. Chỉ dùng làm đ−ờng dây trên không tải công suất 
nhỏ. 
- Thép làm vật liệu dẫn điện d−ới dạng thanh dẫn, đ−ờng ray tàu điện, dây chống sét 
và trang thiết bị nối đất... Khi dùng làm dây dẫn hay thanh góp ở dòng 1 chiều cần 
Giáo trình Vật liệu điện lạnh
_____________________________________________________________________________ 
Khoa điện- Trung cấp nghề bỡnh thạnh 57
phải có thật ít tạp chất vì tạp chất sẽ làm giảm điện dẫn. Đối với dòng xoay chiều tỷ 
lệ cácbon phải tăng hơn (0,1 - 0,15%) để giảm tổn thất. 
Chỉ dùng dây dẫn sắt trong tr−ờng hợp năng l−ợng điện có giá thành hạ 
(năng l−ợng cấp từ nhà máy thuỷ điện) hay trong những l−ới điện có công suất rất 
bé (l−ới điện nông thôn không quan trọng) vì tổn thất năng l−ợng nhiều. 
Cũng có thể dùng để chế tạo các điện trở phát nóng với nhiệt độ đến 300 - 
5000C hay làm biến trở khởi động và điều chỉnh... Sắt tinh khiết (chế tạo bằng điện 
phân) đ−ợc sử dụng để chế tạo các điện cực anôt (điện cực d−ơng) ở các chỉnh l−u 
với bể thuỷ ngân. 
Khả năng chống ăn mòn của thép yếu: ở nhiệt độ bình th−ờng và nhất là khi 
độ ẩm cao nó bị gỉ nhanh. Khi nhiệt độ cao tốc độ ăn mòn nhanh vì vậy bề mặt dây 
thép th−ờng đ−ợc mạ 1 lớp bảo vệ (Zn). 
1.5.4 Các hợp kim điện trở cao: 
a. Manganin: Là hợp kim gốc đồng (với 12%Mn, 2%Ni) dùng phổ biến trong các 
dụng cụ đo điện và điện trở mẫu (nhiệt độ làm việc ≤ 600C với điện trở và khoảng 
3000C với biến trở). 
Nó là hợp kim có sắc vàng, đ−ợc kéo thành sợi mảnh đ−ờng kính 0,02 mm và 
sản xuất thành tấm mỏng 0,01 ữ 1mm rộng 10 ữ 300 mm. Manganin cần chế độ 
nhiệt luyện đặc biệt (ủ ở nhiệt độ 350 - 5500C trong chân không sau đó làm nguội) 
b. Conxtantan: 
Là hợp kim 60% đồng - 40% niken, dùng để sản xuất dây biến trở và dụng cụ 
đốt nóng bằng điện có nhiệt độ làm việc không quá 4000C. 
Có thể kéo thành sợi và cán thành tấm nh− Manganin. Khi đốt nóng đến 
nhiệt độ t−ơng đối cao trên bề mặt sẽ tạo màng ôxít có tính cách điện. 
c. Hợp kim Crôm - Niken: 
Dùng trong các dụng cụ đốt nóng bằng điện: thiết bị nung, lò điện, mỏ hàn... 
Chịu đ−ợc nhiệt độ cao, khả năng chống ôxy hoá tốt. 
d. Hợp kim Crôm - nhôm: 
Là hợp kim rẻ tiền dùng trong các thiết bị nóng bằng điện công suất lớn và lò 
điện công nghiệp. Hợp kim này cứng và giòn, khó kéo thành sợi và thành băng dài. 
1.5.5 Than kỹ thuật điện: 
Giáo trình Vật liệu điện lạnh
_____________________________________________________________________________ 
Khoa điện-Trung cấp nghề bỡnh thạnh 58
Dùng làm chổi than của máy điện, các điện cực đèn chiếu, điện cực các lò 
điện và các bể điện phân. Từ than có thể làm các điện trở có trị số cao, cái phóng 
điện cho mạng thông tin và dùng cả than trong kỹ thuật chân không. 
Đặc tính điện cực than 
Loại điện 
cực 
Khối l−ợng 
riêng g/cm3
Hàm 
l−ợng 
tro,% 
Giới hạn 
bền nén, 
kg/cm2 
Giới hạn 
bền kéo, 
kg/cm2 
Điện trở 
suất, 
Ωmm2/m
Than 
Graphit hoá 
1,5 
2 
5-12 
0,03- 0,3
230 - 410 
20 - 50 
70 - 110 
60 - 70 
50 
15 
Nguyên liệu sản xuất than kỹ thuật điện có thể dùng bồ hóng, than chì hay 
than gầy tự nhiên. Các thanh điện cực đ−ợc chế tạo bằng cách nghiền nguyên liệu 
với chất dính kết - nhựa than đá hay đôi khi là thuỷ tinh lỏng - ép qua miệng phun. 
Có thể chế tạo hình dạng phức tạp bằng khuôn ép. Phôi than đi qua quá trình nung 
và chế độ nung sẽ quyết định dạng của cácbon trong sản phẩm. ở nhiệt độ cao 
cacbon chuyển sang dạng Graphit, do đó quá trình này gọi là graphit hoá. 
Chổi than của các máy điện đ−ợc nung ở 8000C. Chổi điện Graphit hoá nung 
đến 22000C. Các điện cực than làm việc ở nhiệt độ cao đ−ợc nung ở nhiệt độ rất 
cao, đến 30000C. 
Có thể dùng graphit tự nhiên, bồ hóng (là biến thể phân tán mịn của cacbon), 
cac bon nhiệt phân ... làm điện trở không dây tuyến tính. 
Điện trở không dây khác với điện trở dây là kích th−ớc giảm rất nhiều, điện 
trở định mức giới hạn cao, trị số điện trở ít phụ thuộc điện áp và phải có độ ổn định 
cao đối với tác dụng của nhiệt độ và độ ẩm. 
Điều chế cácbon nhiệt phân bằng phân tích nhiệt không có ôxy (nhiệt phân) 
của các khí Hyđrôcacbon các loại (mêtan, benzen...). Nếu đặt sẵn các lõi điện trở 
bằng thuỷ tinh hoặc bằng gốm trong buồng nhiệt phân, ta sẽ có lớp cácbon bám vào 
và tạo thành điện trở không dây. 
1.5.6 Một số kim loại khác: 
a. Vonfram: 
Là kim loại rắn rất nặng, màu xám. Nó có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong 
các kim loại, bị ôxy hoá ở nhiệt độ 7000C. Sợi Vonfram mảnh có tính dẻo, càng 
giảm chiều dày của nó giới hạn bền kéo càng tăng. Nó có thể làm việc ở nhiệt độ 
cao trong chân không. ở điều kiện khí quyển tạo thành màng ôxit. 
Giáo trình Vật liệu điện lạnh
_____________________________________________________________________________ 
_____________________________________________________________________________ 
Khoa điện-Trung cấp nghề bỡnh thạnh 59
Dùng làm tiếp điểm. Khi đó nó có −u điểm: ổn định lúc làm việc, độ mài 
mòn nhỏ, có khả năng chống tác dụng của hồ quang, không bị dính tiếp điểm. 
Nh−ợc điểm: Khó gia công, cần áp lực tiếp xúc lớn để trị số điện trở tiếp xúc nhỏ. 
Cũng có thể dùng chế tạo điện trở cho các lò điện khi cần thu đ−ợc nhiệt độ 
cao (16000C). Khi đó ta quấn 1 số vòng dây bằng Vonfram quanh 1 ống chịu nhiệt 
đ−ợc nung nóng bằng điện. 
b. Môlipđen: 
Đ−ợc dùng làm tiếp điểm, các l−ới của bóng đèn điện tử, phần tử đốt 
nóng trong chân không, trong những lò điện trở có nhiệt độ đến 16000C. 
Là kim loại có bề ngoài và công nghệ chế tạo gần giống Vonfram. Nó làm 
việc trong chân không ở nhiệt độ thấp hơn Vonfram. Độ bền nó phụ thuộc và 
ph−ơng pháp gia công, hình dáng sản phẩm và sự nhiệt luyện. 
c. Vàng: 
Có màu vàng sáng chói, có tính dẻo cao, đ−ợc dùng nh− vật liệu tiếp xúc để 
làm lớp mạ chống ăn mòn, làm điện cực của tế bào quang điện... Có thể dùng hợp 
kim (Au + 20% Cr) làm dây dẫn ở các điện trở trong điện kế vì chúng có hệ số biến 
đổi của điện trở suất theo nhiệt độ bé. 
d. Bạch kim (Platin): 
Là kim loại không kết hợp với O2 và rất bền vững với các thuốc thử hoá học. 
Nó dễ gia công cơ khí, kéo thành sợi mảnh và tấm mỏng. 
Dùng để sản xuất cặp nhiệt ở nhiệt độ làm việc đến 16000C. Do độ cứng thấp 
nó ít dùng làm tiếp điểm nh−ng hợp kim của nó lại đ−ợc dùng làm tiếp điểm 
(Platin- Inđi). Cũng dùng làm điện cực trong các quy trình điện phân hay mạ platin 
các chi tiết. Nh−ợc điểm là đắt tiền nên chỉ dùng trong những việc quan trọng. 
e. Thuỷ ngân: 
Là kim loại duy nhất có trạng thái lỏng ở nhiệt độ bình th−ờng. Nó đ−ợc 
dùng trong các dụng cụ phóng điện chứa khí vì hơi thuỷ ngân có điện thế ion hoá 
thấp. Nó có tính bền hoá học tốt, chỉ bị ôxy hoá ở nhiệt độ gần nhiệt độ sôi. 
Nó cũng dùng làm tiếp điểm trong các rơle, chế tạo đèn chỉnh l−u thuỷ 
ngân, làm điện cực thuỷ ngân khi đo tính chất điện của các điện môi rắn... 
Giáo trình Vật liệu điện lạnh
_____________________________________________________________________________ 
_____________________________________________________________________________ 
Khoa điện-Trung cấp nghề bỡnh thạnh 60
1.5.7 Chất hàn: 
Là hợp kim đặc biệt dùng khi hàn. Nó đ−ợc chọn theo kim loại đ−ợc hàn, 
theo yêu cầu độ bền cơ, độ chống ăn mòn. Khi hàn các bộ phận dẫn điện phải chú ý 
đến điện dẫn của chất hàn (chất hàn cứng: Đồng - kẽm, mềm là chì - thiếc). 
Chất hàn mềm nhiệt độ nóng chảy đến 4000C; 
Chất hàn cứng nhiệt độ nóng chảy đến 5000C; 
1.5.8 Chất giúp chảy: 
Là vật liệu để giúp mối hàn đ−ợc đảm bảo. 
Chúng cần phải: 
+ Hoà tan, khử ôxit và chất bẩn ở bề mặt kim loại đ−ợc hàn. 
+ Bảo vệ bề mặt kim loại trong quá trình hàn, cũng nh− chất hàn nóng chảy 
khỏi bị ôxy hoá. 
+ Giảm lực căng mặt ngoài chất hàn nóng chảy. 
+ Cải thiện tính chảy và dính của chất hàn với bề mặt đ−ợc nối.