电线电缆材料：结构·性能·应用_工业技术

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前言

材料是人类社会进步的物质基础，是人类文明程度的象征。社会的发展始终与材料密切相关。石器时代、青铜时代、铁器时代等就是以材料来划分人类社会发展进程的。现代高科技发

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绪论

电线电缆是用于传输电能、传递信息和实现电磁转化的电工类线材产品。一般将直径较小、结构简单的电线电缆称为电线，而将直径较大、结构复杂的电线电缆称为电缆，两者没有严

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第1章金属的结构

在元素周期表中，金属元素占三分之二。金属最主要特性是具有良好的导电性和导热性。而正是由于有这两种特性，使它成为最宝贵的电线电缆材料，时至今日，仍无任何其他材料取

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1.1 固体金属的结构

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1.1.1 金属键

一般情况下，金属是处于固体的。金属原子之间相互结合成固体时，彼此相互影响，各金属原子的外层电子易脱离原子核的吸引成为正离子，正离子按照一定规律排列起来，在平衡位

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1.1.2 固体金属的空间结构

金属晶体是由于金属原子靠共用自由电子结合在一起的。在电子的胶合作用下，金属原子尽可能以最紧密的堆积形成晶体。为了研究问题的方便，把金属晶体中的金属原子简单地看

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1.1.3 晶体中原子间的作用规律

金属晶体中的原子之间通过金属键结合成具有一定几何尺寸、结构稳定的晶体，是由于原子间存在着作用力，即金属键，这种作用力本质上也是静电力，只是要遵守量子论原则。但两

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1.1.4 晶体的缺陷

在实际的晶体中，原子的排列不可能是完整的理想状态，而是或多或少地存在偏离理想结构的区域。缺陷的产生与晶体的生成条件（晶体凝固）、晶体中原子的热运动（固态相变）、

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1.2 合金的结构

由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的并具有金属特性的物质称为合金。工业中应用的金属材料大部分是合金。电缆中也广泛使用各种合金，用得最多的是铜合金、

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1.2.1 固溶体

溶质原子溶入金属溶剂中，所组成的合金称为固溶体。固溶体的晶格结构仍保持溶剂的晶格结构，只引起晶格参数的改变。当两组元合金在固态呈现无限溶解时，所组成的固溶体称

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1.2.2 中间相

两组元元素A和B组成合金时，除了可以形成以A为基或以B为基的固溶体外，当超过固溶体的溶解度时，还可以形成晶体结构不同于该两组元的新相。新相可有很多类型，它在二元

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第2章金属的性能

金属材料是制造电线电缆的重要材料，不光绝大多数电线电缆的导电线芯是金属材料，相当部分的护套材料也是由金属材料制造的。金属材料的特性，特别是导电性、导热性、力学性

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2.1 导电性

导电性是指金属材料传导电流的性能，是电线电缆用金属材料的最重要性能之一。以银导电性最好，铜、铝次之。因此，电线电缆中最常用铜、铝作导电线芯。在电线电缆技术中，为

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2.1.1 金属导电的机理

金属为什么能导电，可以用金属的自由电子理论来理解。金属的自由电子理论发展大约经历了三个重要阶段。首先Drude（特鲁德）在1900年提出，后经Lorentz（洛

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2.1.2 影响金属导电性的因素

根据金属导电的本质，试分析影响金属导电性的因素。 1.温度从γ=ne2τ/（2m）可见，当τ减小时，电导率减少；当温度升高时，晶格热运动加剧，电子与晶格碰撞次

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2.2 超导电性

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2.2.1 超导电现象

在1880年，荷兰低温物理学家卡末林·昂尼斯使最后一个永久性气体氦液化，从而使温度可以下降到4.2K的低温。1911年他和他的学生做了一个实验，将汞冷却到4.2

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2.2.2 超导体的主要特征

1.零电阻率这里介绍著名的持续电流实验，如图2-2所示。将一超导圆环放入磁场中，并冷却到临界温度以下。当磁场突然撤去时，在超导环中产生感应电流，感生电流可以持

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2.2.3 超导电性的BCS理论

怎样从微观上解释超导电性的宏观规律，一直是物理学的难题，自发现超导电现象后，经过40多年，直到1957年才由巴丁（J.Barden）、库珀（Cooper）、施瑞

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2.2.4 超导材料和超导电缆的发展

自从发现超导体以来，超导体的临界温度在很长时间没有明显提高。直至1986年4月瑞士的J.G.Beth和K.A.Miiller宣布两种La、Ba、Cu三元氧化物的

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2.3 热性能

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2.3.1 比热容

物体的温度决定于物质质点热振动的强度，金属离子在围绕结点振动时，振幅的增大使原子的动能及位能都增大，金属温度升高或降低总要吸收或放出热量。将质量为m的物体从绝

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2.3.2 摩尔热容（Cm）

一摩尔物质升高1K所需的热量称摩尔热容。金属的摩尔热容是1克原子金属升高1K（度）所需的热量又称为金属的原子热容。显然，数值上等于金属比热容和原子量A的乘积：

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2.3.3 导热性

导热性是金属材料的重要性能之一，其中纯金属的导热性最好。在纯金属中银、铜导热性最好，合金导热性差。如果金属导热性差，在金属材料加热或冷却时，由于物体内外部分存

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2.3.4 热膨胀

金属和大多数物质一样存在热胀冷缩现象，但是比橡胶和塑料小一些。在通常情况下，金属材料的伸长与温度关系可用经验公式来表示：或式中 L2、L1——分别为温度T2

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2.3.5 热电性

在金属组成的回路中，存在温差或通以电流时，会产生热能与电能相互转换效应，称为金属的热电性。金属的热电性也是一个重要的性能，利用热电性原理，可以制造成热电偶，用以

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2.4 磁性

金属和合金的磁性在近代科学技术，特别是在电工技术及无线电技术中获得了广泛的应用。

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2.4.1 磁化现象和磁性的基本量

如果在真空中造一个磁场，然后在磁场中放入一种物质，就会发现，任何一种物质都会使其所占的空间的磁场发生变化。不同物质所引起的磁场变化是不同的。对于铁，会使磁场强

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2.4.2 物质的抗磁性

在外磁场作用下，物质中的每个电子都受到洛伦兹力作用，因而电子的运动状态要改变。可以证明，在这种情况下，除了电子的轨道运动和自旋运动，还要附加一个以外磁场方向为轴

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