Электроматериаловедение

И. В. Коршак
ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Допущено Министерством образования Республики Беларусь 
в качестве учебного пособия для учащихся учреждений образования, 
реализующих образовательные программы профессиональнотехнического образования по группам специальностей
«Электротехника и энергетика», «Электроника и автоматизация», 
«Приборостроение, спортивная инженерия и обеспечение 
качества», «Горное дело»
Минск
РИПО
2023

УДК 621.3(75.32)
ББК 31.23я722
К66
А в т о р:
преподаватель УО «Витебский государственный 
технический колледж» И. В. Коршак. 
 
Р е ц е н з е н т ы:
цикловая комиссия УО «Гродненский государственный электротехнический 
колледж имени Ивана Счастного» (В. И. Столярова);
заведующий кафедрой «Электрические станции» Белорусского национального 
технического университета кандидат технических наук, доцент И. В. Новаш.
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 
части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь.
Коршак, И. В.
К66
Электроматериаловедение : учеб. пособие / И. В. Коршак. – 
Минск : РИПО, 2023. – 263 с. : ил.
ISBN 978-985-895-153-5.
В учебном пособии рассматриваются современные электротехнические материалы, раскрыты  основные свойства и параметры, определяющие надежность, долговечность, безопасность, конкурентоспособность и 
другие показатели электротехнических изделий, а также  способы их получения. Уделено внимание  классификации и маркировке, назначению 
и применению данных материалов.
Учебное пособие предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих образовательные программы профессионально-технического образования по группам специальностей «Электротехника и 
энергетика», «Электроника и автоматизация», «Приборостроение, спортивная инженерия и обеспечение качества», «Горное дело».
УДК 621.3(075.32)
ББК 31.23я722 
ISBN 978-985-895-153-5	
	
© Коршак И. В., 2023
	
	
	
	
© Оформление. Республиканский институт
	
	
	
  
                профессионального образования, 2023

ПРЕДИСЛОВИЕ
Умение конструировать электротехнические установки, отвечающие современным требованиям, непосредственно зависит 
не только от глубины и оригинальности замысла их исполнения, 
но и от свойств материалов, которые будут использованы в новой 
установке. В этом случае говорят о современных технологиях, в 
том числе и в отношении электротехнических материалов. Следует отметить, что ряд электротехнических материалов, выпускаемых отечественной промышленностью, в полной мере соответствует самым высоким требованиям.
Электротехническими материалами называют совокупность 
проводниковых, магнитных, электроизоляционных и полупроводниковых материалов, предназначенных для работы в электротехнических установках, а также основные электротехнические 
изделия: изоляторы, провода, конденсаторы, конденсаторные 
установки и др.
Значимость электротехнических материалов в электротехнике велика: они лежат в основе производства всех без исключения 
электротехнических установок. Кроме того, от их свойств зависят 
надежность, экономичность, срок службы электротехнических 
установок, начиная от гигантских электрических машин и кончая миниатюрными интегральными схемами.
Цель данного учебного пособия – сформировать необходимые знания по электротехническим материалам, обеспечить 
базу для изучения их основных свойств и параметров, технологии изготовления и применения. Объектом изучения предмета 
«Электроматериаловедение» являются материалы, выполняющие 
определенные функции.
Учебное пособие отражает содержание общеобразовательных 
стандартов и типового учебного плана и является фундаментом 
для последующего изучения специальных курсов электротехники.
3

Предисловие
В учебном пособии изложена информация, касающаяся современных электротехнических материалов:
•
• классификация и маркировка;
•
• основные свойства и получение;
•
• назначение и применение. 
Содержание представленного материала в учебном пособии 
систематизировано по разделам и темам с выделением контрольных вопросов, что позволяет получить представление о теоретических основах материаловедения для дальнейшего углубления 
знаний. Особые шрифтовые выделения, схемы, рисунки, формулы позволяют детально овладеть терминологией предмета, умением работать с нормативным материалом, знаниями основных и 
вспомогательных материалов, способов их расходов при монтаже 
и ремонте электротехники, производстве и передаче электроэнергии, эксплуатации электроизмерительных приборов и автоматики, монтаже и эксплуатации оборудования связи и охранно-пожарной сигнализации.
Рассматриваемые в учебном пособии вопросы имеют профессиональную направленность и содержат аспекты, связанные 
со спецификой получаемых специальностей.
4

ВВЕДЕНИЕ
Электротехническое материаловедение – это раздел материаловедения, который занимается материалами для электротехники 
и энергетики, т. е. материалами, обладающими специфическими 
свойствами, необходимыми для конструирования, производства 
и эксплуатации электротехнического оборудования.
Исследование электрофизических явлений, происходящих 
в материалах в оптическом диапазоне частот, и создание квантовых оптических генераторов привело к возникновению новой 
отрасли – оптоэлектроники. Это потребовало разработки принципиально новых материалов (активных диэлектриков, полупроводниковых соединений), способных преобразовывать электрическую энергию в световую и наоборот (лазеры, светодиоды, 
оптроны и др.).
Сфера применения радиоэлектронных приборов весьма обширна и, следовательно, широк диапазон внешних воздействий 
на материалы этих приборов.
При выборе того или иного материала для изготовления 
радиоэлектронных устройств большое значение имеет экономический аспект, т. е. электрорадиоматериалы должны иметь 
минимальную стоимость при условии обеспечения требуемых 
технических параметров. В первую очередь это относится к материалам, используемым в элементах, приборах и устройствах 
массового производства. Такие материалы не должны содержать 
дефицитных, редких компонентов, технология их производства 
должна быть достаточно простой, что позволит легко автоматизировать процесс.
Для создания высококачественных приборов и устройств необходимы материалы, удовлетворяющие комплексу различных 
технических требований. Требования и методы испытаний ма5

Введение
териалов приведены в нормативной технической документации: 
государственных общесоюзных стандартах (ГОСТ), отраслевых 
стандартах (ОСТ), технических условиях (ТУ) и др. Требования, 
изложенные в нормативной документации, являются законом 
для всех предприятий, выпускающих электрорадиотехнические 
материалы, а также для организаций, их использующих.
Особенностью производства радиоэлектронной аппаратуры 
является выпуск большой номенклатуры приборов, интегральных схем и радиоэлементов различного назначения в больших 
количествах и высокого качества, так как они служат элементной 
базой для многих изделий во всех областях техники.
Несмотря на то что многие технологические процессы изготовления приборов и радиоэлектронных устройств автоматизированы, механизированы или выполняются групповыми методами обработки, сборочно-монтажные операции продолжают 
оставаться наиболее трудоемкими и выполняются с применением ручного труда. Это объясняется наличием большого количества соединений и сложностью выполнения сборочно-монтажных работ вследствие малых размеров контактных соединений и 
высокой плотности упаковки элементов.
Электромонтажник должен не только иметь соответствующую техническую подготовку, но и знать свойства применяемых 
электрорадиоматериалов, без чего невозможно понять практические вопросы современного производства.
Все производимое руками и умом людей оборудование выполняется из конкретных материалов. Эти материалы обладают 
свойствами и характеристиками, которые в итоге определяют надежность, долговечность, безопасность, КПД, массогабаритные 
параметры, стоимость, конкурентоспособность и другие показатели изделий. Качество и важнейшие параметры электротехнических изделий во многом зависят не столько от их конструктивных и схемных решений, сколько от используемых в них материалов.
6

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА
Все вещества – газообразные, жидкие и твердые – построены 
из атомов и молекул. Атом – наименьшая частица элемента, сохраняющая химические характеристики. Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг него. Каждый электрон испытывает не 
только притяжение со стороны ядра, но и отталкивание со стороны электронов. Внутренние электронные слои образуют своеобразный экран, ослабляющий притяжение внешних электронов 
к ядру. Следовательно, электроны наружного слоя, называемые 
валентными, наименее прочно связаны с ядром. Они могут 
отрываться от одного атома и присоединяться к другому атому, 
входя в состав внешнего электронного слоя последнего. Атом, 
лишившийся одного или нескольких электронов, становится 
заряженным положительно, а атом, присоединивший к себе 
лишние электроны, заряжается отрицательно. Образующиеся 
заряженные частицы называют ионами.
Благодаря слабой связи внешних электронов с ядром в металлах всегда есть электроны, подвергающиеся воздействию положительно заряженных ядер близлежащих атомов. Такие электроны называются свободными. Свободные электроны не принадлежат одному какому-либо ядру, а блуждают по всему металлу, 
вращаясь вокруг ядра то одного, то другого иона.
Химические свойства элементов, определяющие способность 
их атомов вступать в соединения с атомами других элементов 
и образовывать молекулы, обусловлены внешними валентными 
электронами. 
7

Глава 1. Основные характеристики электротехнических материалов
Молекула – наименьшая частица вещества, сохраняющая его 
химические свойства.
Рассмотрим основные виды связей, за счет которых происходит объединение атомов в молекулы.
Ковалентная связь характеризуется образованием устойчивых 
электронных пар из электронов, ранее принадлежавших отдельным атомам (рис. 1.1). Эти пары становятся общими для атомов, 
входящих в состав молекул. Электроны при движении по молекулярной орбите чаще всего находятся между ядрами, где создается как бы избыток отрицательного заряда, что способствует 
сближению атомов.
Н
+
+
Н
Cl
Cl
Н
Н
Cl
Cl
Рис. 1.1. Ковалентная неполярная связь 
Если двухатомная молекула состоит из атомов одного 
элемента (N2, Сl2), то электронная пара в одинаковой степени 
принадлежит обоим атомам. В подобном случае молекулу и существующую в ней ковалентную связь называют неполярными, 
или нейтральными. В неполярных молекулах центры положительных и отрицательных зарядов совпадают.
Если же двухатомная молекула состоит из атомов различных 
элементов, электронная пара может быть смещена к одному из 
атомов. В таких случаях ковалентную связь называют полярной, а 
молекулы – с полярной связью, у которых центры положительных 
и отрицательных зарядов не совпадают, – полярными, или дипольными (рис. 1.2). 
+
Cl
Cl
Cl
–
Н
Н
Н
δ+
δ–
–
+
Н
Cl
Рис. 1.2. Ковалентная полярная связь
8

1.1. Общие сведения о строении вещества
Многоатомные молекулы также могут быть неполярными 
(при симметричном расположении зарядов) или полярными (при 
асимметричном расположении зарядов). Вещества, образованные молекулами с ковалентной связью, характеризуются высокой твердостью. Они тугоплавкие и химически инертные, что 
объясняется прочностью ковалентной связи. Ковалентная связь 
существует в молекулах алмаза, кремния и некоторых неорганических соединений.
Донорно-акцепторная связь является разновидностью ковалентной связи. Она возникает между атомами элементов, один из 
которых способен отдать электроны (донор), а другой – принять 
эти электроны (акцептор).
Примером таких соединений могут служить соединения, 
образованные элементами третьей и пятой групп Периодической 
системы Д.И. Менделеева, например арсенид галлия GaAs.
Ионная связь вызывается силами электростатического притяжения между положительными и отрицательными ионами. 
Ионные соединения образуют элементы, очень различные по 
свойствам, например типичные металлы и типичные неметаллы. 
Ионная связь показана на рисунке 1.3 на примере NaCl. Молекулы вещества с ионной связью полярны.
e
Cl
+
Na
Na+ [ Cl ]–
Рис. 1.3. Ковалентная ионная связь
К веществам с ионной связью относятся большинство солей 
и некоторые оксиды (Cu2О, ZnO, CdO, Fe2О3, NiO и др.). Ионные 
соединения по механической прочности и химической стойкости 
уступают веществам, образованным с помощью ковалентной связи, поскольку ионная связь менее прочна, чем ковалентная.
Металлическая связь между атомами наблюдается в металлах. 
Атомы металлов способны отдавать внешние электроны, превращаясь в положительные ионы, или их вновь присоединять, 
превращаясь в нейтральные атомы. Таким образом, металл можно рассматривать как систему, построенную из положительных 
ионов, находящихся в среде свободных, коллективизированных 
электронов (рис. 1.4).
9

Глава 1. Основные характеристики электротехнических материалов
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Рис. 1.4. Схема металлической связи
Следовательно, металлическая связь определяется одновременным наличием ковалентной связи между нейтральными 
молекулами и электростатическим притяжением между ионами 
и свободными электронами, что в итоге обеспечивает монолитность и прочность металла. Благодаря наличию свободных 
электронов металлы обладают высокой электро- и теплопроводностью. Высокая пластичность металлов объясняется отсутствием направленности металлической связи. 
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ 
МАТЕРИАЛОВ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ И МАГНИТНЫМ 
СВОЙСТВАМ
В процессе изготовления и в различных условиях эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры на электротехнические материалы (ЭТМ) воздействуют электрическое и магнитное поля 
(в отдельности и совместно). По поведению в электрическом поле 
эти материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые, диэлектрические и магнитные.
Классификация ЭТМ по электрическим свойствам основана на 
представлениях зонной теории электропроводности твердых тел.
Проводниковые материалы
Общеизвестно, что в подавляющем большинстве твердых 
тел электрический ток обусловлен движением электронов. Такие 
электроны называются электронами проводимости. Они появляются во внешних, удаленных от ядра областях атома. Эти области 
формируют в твердом теле валентные зоны. Чтобы возник электрический ток, электроны должны из валентной зоны взобраться 
выше по энергетической шкале и перейти в зону проводимости, 
10