전기 기기용 도전 재료의 분류와 영향 요소

전류가 흐르는 것을 주목적으로 하는 전기 기기용 재료를 도전 재료라 하고 도전율이 큰 재료가 채용되고 있다. 도전용 재료를 사용하기 위해서는 전기적 성질 중에서도 저항률이 적고(도전율이 크고), 기계적으로 강하고, 여러 가지 형으로 형성하기가 용이하고, 내식성이 좋고 , 접속이 용이하며, 원료의 입수가 용이하여 가격이 저렴한 것이 요구된다. 본 포스팅에서는 주로 금속용 도전 재료에 대해서 살표보기로 한다.

 

도전 재료의 분류

도전용 재료로 사용되는 것으로 금속과 비금속을 포함하여 그 종류가 대단히 많다. 금속용 도전 재료에도 사용 목적에 따라 단체로 하여 사용하는 경우와 합금하여 목적에 맞는 성질로 하여 사용하는 경우가 있다. 단체의 금속에서도 불순물의 종류와 함유량에 따라 동일한 것이라도 열처리의 방법이나, 기계 가공에 따라 전기적 성질이 달라진다.

도전 재료는 도전용 재료와 저항 재료로 분류되고 도전용 재료에는 일반 도전 재료와 특수 도전재료로 분류된다. 저항 재료에는 일반 저항 재료와 특수 저항 재료가 있다.

 

도전 재료에 영향을 주는 요소

1) 저항률, 도전율 : 저항률에는 체적 저항률과 표면 저항률 등의 두 종류가 있다. 도전용 재료에서는 도체 내부에 흐르는 전류에 대하여 체적 저항률이 쓰인다. 체적 저항률이란, 도체의 단위 단면적, 단위 길이의 저항에 상당하는 것으로 기호는 p를 쓰고 단위는 옴 미터를 사용한다. 저항률이 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 것이라면, 도전율은 반대로 전류의 흐르기 쉬운 정도를 나타내는 것이다.

2) 저항의 온도 계수 : 일반적으로 금속의 전기 저항은 온도가 상승하면 증가 하지만, 비금속(탄소, 전해액, 절연물, 반도체 등)에서는 감소한다. 비금속 중에서도 반도체는 저항 변화의 정독 크다. 금속에서는 온도차의 범위가 크지 않지만 저항은 온도차의 1차 함수로서 표시된다.

 

금속의 가공 및 열처리

1) 상온 가공과 전기 저항 : 고체는 고체에 가해지는 외력이 어떤 한도를 넘으면 탄성을 잃고, 외력을 제거하여도 변형이 남는다. 탄성이 유지되는 최대의 힘을 탄성 한도라 한다. 금속판을 만들려면 두 개의 롤(ROLL) 사이에 재료를 넣어 압연하고 다이스(dice)라는 작은 구멍을 통하여 뽑아내어 점점 가늘게 한다. 

상온에서 탄성 한도를 넘는 이와 같은 가공을 하면 저항률이 증대한다. 그 비율은 결정내에 공극이 생기거나 또는 결정면의 만곡이 생기는 등의 내부 왜 형이 생겨 자유 전자의 에너지 손실이 증가하기 때문이다.

2) 열처리와 전기 저항 : 금속 재료를 융점 이하의 적당한 온도로 가열한 후, 냉각 속도를 변화시켜 필요한 성질을 주는 것을 총칭하여 열처리라 한다. 담금질(quenching)은 고온에서 물 또는 기름 중에 넣어 급냉하는 열처리로, 경도를 증가시키지만 부러지기 쉽다. 담금질된 금속은 약간 낮은 온도로 재가열하면 경도는 약간 감소하나 강하게 된다. 이를 뜨임(tempering)이라 한다.

3) 합금의 전기 저항

두 종 또는 그 이상의 금속을 동시에 융해시킨 후에 응고된 것을 합금이라 한다. 성분의 하나가 탄소 및 질소 등의 비금속 원소의 경우도 있다. 합금은 1개의 금속에 다른 원소가 불순물로써 들어가 있다고 생각하므로 결정 구조에 왜형이 생겨 자유 전자의 운동이 방해되어 저항률은 성분 금속보다 크고 도전율은 작게 된다.

합금에는 성분 원소가 혼합되는 방법에 따라 여러 가지가 있으나, 간단하게 고용 합금과 공정 합금 그 외 합금으로 분류할 수 있다.

 

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