Достаточно высокая механическая прочность.

Удовлетворительная в большинстве случаев стойкость к коррозии.

Даже в условиях высокой влажности медь окисляется на воздухе значительно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах.

Хорошая обрабатываемость.

Медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра.

Относительная легкость пайки и сварки.

Получение меди. Медь получают путем переработки сульфидных руд, чаще других встречающихся в природе.

Методом холодной протяжки получают твердую (твердотянутую) медь (маркируется МТ), которая благодаря влиянию наклепа имеет высокий предел прочности при растяжении и малое относительное удлинение, а также твердость и упругость при изгибе; проволока из твердой меди несколько пружинит.

Марки меди. В качестве проводникового материала используют медь М1 и М0. Маркировка произведена по содержанию примесей в основном металле.

Свойства меди. Стандартная медь в отожженном состоянии при 20°С, имеет удельную проводимость 58 МCм/м, т. е. ρ = 0,017241 мкОм•м. Удельная проводимость меди весьма чувствительна к наличию примесей.

Недостатком меди является ее подверженность атмосферной коррозии с образованием окисных и сульфидных пленок.

Сплавы меди. Кроме чистой меди в качестве проводниковых материалов применяют сплавы меди с цинком (латуни) а также с оловом и другими металлами (бронзы). Электропроводность таких сплавов меньше, а механическая прочность и химическая стойкость больше, чем у чистой меди. Их применяют для изготовления пружинящих контактов.

Применение меди. Медь применяют в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, шин распределительных устройств, обмоток трансформаторов, электрических машин, токоведущих деталей приборов и аппаратов, анодов в гальваностегии и гальванопластике. Медные ленты используют в качестве экранов кабелей.

Алюминий

Сравнение свойств алюминия и меди. Вторым по значению (после меди) проводниковым материалом является алюминий — металл серебристо-белого цвета, важнейший из так называемых легких металлов (см. Приложение). Проводимость алюминия в 1,6 раза, а механическая прочность в 3 раза меньше, чем у меди, но алюминий в 3,5 раза легче. При одинаковом сопротивлении и одинаковой длине алюминиевые провода в два раза легче медных и значительно дешевле.

природе. Его получают электролизом глинозема Al₂О₃ в расплаве криолита Na₃AlF₆ при 950°С.

Прокатку, протяжку и отжиг алюминия производят аналогично соответствующим операциям для меди. Из алюминия путем прокатки можно получать очень тонкую (6—7 мкм) фольгу, применяемую в качестве обкладок в бумажных конденсаторах, или пластины конденсаторов переменной емкости.

Марки алюминия. Для электротехнических целей используют алюминий технической чистоты АЕ, содержащий не более 0,5% примесей. Поверхность алюминия. Алюминий активно окисляется и покрывается тонкой пленкой окиси с большим электрическим сопротивлением. Такая пленка предохраняет алюминий от коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых проводов, а также делает невозможной пайку алюминия обычными методами. Поэтому для пайки алюминия применяют специальные припои и флюсы, а также ультразвуковые паяльники.

 

 (13)Железо, никель, кобальт и их сплавы

Железо, никель и кобальт обладаю явно выраженными магнитными свойствами. Кроме того, они обладают повышенным температурным коэффициентом удельного сопротивления (в 1,5 раза превышающим α_ρ меди и большинства других электротехнических металлов). Очень важное практическое значение имеют сплавы рассматриваемых металлов.

Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет интерес и в качестве проводникового материала. Но даже чистое железо имеет значительно более высокое по сравнению с медью и алюминием удельное сопротивление (около 0,1 мкОм•м).

Удельное сопротивление железа, как и других металлов, зависит от содержания примесей. Наиболее сильное влияние на электрические свойства железа оказывает примесь кремния. Это обстоятельство используется при выплавке электротехнической стали, обладающей, благодаря повышенному удельному сопротивлению, меньшими потерями на вихревые токи по сравнению с чистым железом.

Из-за высокой магнитной проницаемости в железе и сталях заметно сказывается скин-эффект, даже в полях промышленной частоты. Железо используют для изготовления корпусов электровакуумных и полупроводниковых приборов, работающих при температуре до 500°С. При этом газовыделение из железа мало и не нарушает нормальную эксплуатацию приборов.

Никель — серебристо-белый металл с плотностью, равной плотности меди. Он широко применяется в электровакуумной технике в качестве материала для арматуры электронных ламп и некоторых типов катодов. Его достаточно легко получить в чистом виде (99,99% Ni) и ввести в него специальные легирующие присадки кремния, марганца и др. Никель извлекают из его сернистых или кислородных соединений металлургическим путем и подвергают электролитическому рафинированию. Очень чистый порошкообразный никель можно получить путем термического разложения карбонила никеля при температуре порядка 220°С.

Очень близкими механическими и электрическими свойствами обладает кобальт. Его используют в качестве составной части многих магнитных и жаростойких сплавов, а также сплавов с маленькими температурными коэффициентами линейного расширения.

 

(14) Сверх провод сплавы

Кроме чистых металлов сверхпроводимостью обладают многие интерметаллические соединения и сплавы. Количество наименований известных в настоящее время сверхпроводников исчисляется тысячами. Высокими критическими параметрами обладают сплавы и соединения ниобия Некоторые из них позволяют использовать для достижения сверхпроводящего состояния вместо жидкого гелия (4,2К) более дешевый хладагент — жидкий водород с температурой 20.3К. Уникальными параметрами обладают высокотемпературные сверхпроводники, которые представляют собой керамику - соединение меди и кислорода с добавками других, в том числе редкоземельных элементов. Некоторые из этих соединений обладают сверхпроводимостью при температуре жидкого азота (77,4К) и выше.

Применение сверхпроводников.. Одно из главных применений сверхпроводников связано с получением сверхсильных магнитных полей.

Широкие перспективы применения сверхпроводников открывает измерительная техника. Сверхпроводящие элементы позволяют регистрировать очень тонкие физические эффекты, на основе сверхпроводимости созданы высокочувствительные болометры для регистрации инфракрасного излучения, магнитометры для измерения слабых магнитных потоков, индикаторы сверхмалых напряжений и токов.

Сверхпроводимость будет широко использоваться в компьютерных технологиях. Перспективно применение ВТСП фильтров для использования в спутниковых системах связи и на базовых станциях сотовых телефонов, способных выдерживать высокие уровни мощности, характерные для систем космической связи.

 

(15)Сплавы высокого сопротивления

Сплавами высокого сопротивления называют проводниковые материалы, у которых значения ρ в нормальных условиях составляют не менее 0,3 мкОм•м. Их применяют при изготовлении электроизмерительных приборов, образцовых резисторов, реостатов и электронагревательных устройств.Нагревательные сплавы должны длительно работать на воздухе при температурах порядка 1000°С..

Манганин (Cu-85%, Mn-12%, Ni-3%, ρ=0,42-0,48 мкОм•м) — основной сплав для шунтов и добавочных сопротивлений электроизмерительных приборов а также образцовых резисторов. Манганин отличается желтоватым оттенком, хорошо вытягивается в тонкую проволоку до диаметра 0,02 мм. Из манганина изготавливают также ленту толщиной 0,01—1 мм и шириной 10—300 мм.

Константан — сплав меди и никеля. Содержание никеля около 40%, что соответствует максимуму ρ и минимуму α_ρ для сплавов Cu - Ni. Значение α_ρ константана близко к нулю и обычно имеет отрицательный знак. Константан хорошо поддается обработке; его можно протягивать в проволоку и прокатывать в ленту тех же размеров, что и из манганина.Константан применяют для изготовления реостатов и электронагревательных элементов в тех случаях, когда рабочаятемпература не превышает 400—450°С.

Хромоникелевые сплавы (нихромы) используют для изготовления нагревательных элементов электрических печей, плиток, паяльников с рабочей температурой до 1000°С. Из этих сплавов изготавливают проволоку диаметром 0,02 мм и более и ленту сечением 0,1 х 1,0 мм и более. Высокую жаростойкость нихрома обеспечивает оксидная плёнка.

нихромовая проволока используется для изготовления миниатюрных высокоомных переменных резисторов с хорошими техническими характеристиками.

Тонкие пленки из нихрома Х20Н80, получаемые методом термического испарения и конденсации в вакууме, широко применяются для изготовления тонкопленочных резисторов, в частности, резисторов интегральных микросхем.

 

(16)

Тугоплавкие металлы

К тугоплавким относятся металлы с температурой плавления, превышающей 1700°С. Как правило, они химически устойчивы при низких температурах, но становятся активными при повышенных. Эксплуатация их при высоких температурах может быть обеспечена в атмосфере инертных газов или в вакууме.В плотном виде эти металлы чаще всего получают методами порошковой металлургии — прессовкой и спеканием порошков.

Вольфрам — очень тяжелый, твердый металл серого цвета. Из всех металлов вольфрам обладает наиболее высокой температурой плавления. В природе встречается только в виде соединений. Вследствие высокой температуры плавления получение вольфрама в виде компактного слитка сопряжено со значительными трудностями.

Характерной особенностью вольфрама, отличающей его от других металлов, является высокая внутрикристаллическая прочность при очень слабом сцеплении между отдельными зернами. Поэтому спеченные изделия, обладающие мелкозернистым строением, хрупки и легко ломаютсяДля улучшения свойств чистого вольфрама в него вводят различные присадки. Наиболее эффективной присадкой, замедляющей процесс рекристаллизации, является окись тория Th₂О₃, которая, образуя прослойки между зернами вольфрама, затрудняет диффузию его атомов и вследствие этого препятствует росту кристаллов.

Вольфрам является одним из важнейших материалов электровакуумной техники. Из него изготавливают электроды, подогреватели, пружины, крючки в электронных лампах, рентгеновских трубках и т. п.

Молибден — металл, по внешнему виду, а также по технологии обработки близкий к вольфраму. При комнатной температуре молибден — химически относительно инертный металл, но более активный, чем вольфрам. На воздухе начинает окисляться при 300°С с образованием низших окислов, а при температуре выше 600°С образуется трехокись МоО₃, которая быстро испаряется при 700°С. Поэтому нагреваемые детали должны работать в вакууме или восстановительной среде.

Из молибдена изготавливают сетки и электроды электронных ламп, рентгеновских трубок и различные вспомогательные детали электровакуумных приборов с напряженным тепловым режимом.

Тантал — металл, получаемый методами порошковой металлургии подобно вольфраму и молибдену. Тантал изготавливают в виде проволоки, прутков, листов, лент и фольги толщиной до 10 мкм. В производстве используют материал Т (тантал повышенной чистоты), ТЧ (тантал высокой чистоты) и сплавы тантала с ниобием, маркируемые ТН.

Способность предварительно обезгаженного тантала поглощать газы в диапазоне температур 600—1200°С в сочетании с тугоплавкостью, хорошей пластичностью и формоустойчивостью ставят этот металл в ряд важнейших материалов электровакуумной техники. Однако ввиду природной дефицитности и относительно высокой стоимости тантал используется преимущественно для ответственных изделий, работающих в напряженном тепловом режиме, или в тех случаях, когда к вакууму предъявляют жесткие требования. В частности, из тантала изготавливают аноды и сетки генераторных ламп, катоды прямого и косвенного накала и различные вспомогательные детали электровакуумных приборов.

Особое значение тантал имеет при производстве конденсаторов. ериала.

Ниобий — металл, по свойствам близкий к танталу и находящийся, как правило, в тех же рудах, что и тантал. Получают его также методами порошковой металлургии. Металл, содержащий 99,4% Nb, высокопластичен и выпускается в виде прутков, листов, ленты, фольги и проволоки. Ниобий обладает высокой газопоглощающей способностью в интервале температур 400—900°С, поэтому в электровакуумных приборах конструктивные детали из ниобия одновременно выполняют функции нераспыляемого геттера.

Хром — весьма распространенный в земной коре элемент, обладающий высокой стойкостью к окислению, а потому используемый для защитных покрытий изделий, в том числе эксплуатируемых при повышенных температурах. Хромирование производят электролитически или с помощью насыщения хромом поверхностных слоев стальных изделий посредством диффузии из внешней среды. Из тонких пленок хрома изготавливают резисторы и адгезионные подслои для контактных площадок и токопроводящих соединений в интегральных микросхемах, а также светонепроницаемые слои фотошаблонов.

Хром входит в состав большого количества сплавов для нагревательных приборов, термопар, конструкционных нержавеющих, жаропрочных сталей и магнитных материалов.

Рений — один из редких очень тяжелых металлов, с температурой плавления, близкой к температуре плавления вольфрама. Получают рений методами порошковой металлургии. Он отличается редким сочетанием свойств, удовлетворяющих большинству требований электровакуумной техники. В атмосфере водорода и во влажной среде он испаряется в меньшей степени, чем вольфрам. Рений и его сплавы с вольфрамом применяют в производстве электроламп и электровакуумных приборов взамен вольфрама. Это обеспечивает более длительный срок службы в условиях динамических нагрузок. Рений и его сплавы вместе с вольфрамом позволяют создавать термопары для измерений температур до 2500—2800°С в вакууме, водороде или инертной среде.

В радиоэлектронике рений применяют для защиты от коррозии и износа деталей из меди, серебра, вольфрама, молибдена. Тонкие пленки рения, получаемые путем испарения электронным лучом в высоком вакууме, используются для создания прецизионных резисторов в интегральных схемах.

Сплавы тугоплавких металлов.

Помимо чистых тугоплавких металлов в электровакуумной технике для арматуры приборов применяют сплавы вольфрама с молибденом, молибдена с рением, вольфрама с рением, а также танталовольфрамовые сплавы. Изменением содержания компонентов удается получать необходимые механические свойства и пластичность при требуемых электрических и термических свойствах изделия. Например, при сплавлении молибдена и вольфрама, образующих непрерывный ряд твердых растворов, несколько снижается тугоплавкость при сохранении твердости и увеличении удельного сопротивления. Сплав вольфрама с небольшими добавками рения характеризуется значительно более высокой температурой рекристаллизации по сравнению с чистым вольфрамом.

 

(17)Благородные металлы

К благородным металлам относятся наиболее химически стойкие металлы: золото, серебро, платина, палладий. Они встречаются в природе в виде самородков и в различных рудах.

Золото — блестящий металл желтого цвета, обладающий высокой пластичностью. Предел прочности при растяжении золотой проволоки составляет 150 МПа, относительное удлинение при разрыве порядка 40%.

В электронной технике золото используют как контактный материал, материал для коррозионно-устойчивых покрытий резонаторов СВЧ, внутренних поверхностей волноводов.

Серебро — белый, блестящий металл, стойкий к окислению при нормальной температуре; от других металлов отличается наименьшим удельным сопротивлением (см. Приложение). Предел прочности при растяжении для серебряной проволоки составляет около 200 МПа, относительное удлинение при разрыве — порядка 50%.

Серебро применяется в широкой номенклатуре контактов в аппаратуре разных мощностей. Высокие значения удельных теплоемкости, теплопроводности и электрической проводимости серебра обеспечивают по сравнению с другими металлами наименьший нагрев контактов и быстрый отвод теплоты от контактных точек. Серебро применяют также для непосредственного нанесения на диэлектрики, в качестве электродов, в производстве керамических и слюдяных конденсаторов..

Платина — белый металл, практически не соединяющийся с кислородом и весьма стойкий к химическим реагентам. Платина прекрасно поддается механической обработке, вытягивается в очень тонкие нити и ленты. В отличие от серебра платина не образует сернистых плёнок при взаимодействии с атмосферой, что обеспечивает платиновым контактам стабильное переходное сопротивление. Она практически не растворяет водород, пропуская его через себя в нагретом состоянии. После отжига в водороде платина сохраняет свои свойства. Однако при прокаливании в углеродсодержащей среде платина науглероживается и становится хрупкой.

Платину применяют для изготовления термопар, рассчитанных на рабочие температуры до 1600°С (в паре со сплавом платинородий). Особо тонкие нити из платины диаметром около 0,001 мм для подвесок подвижных систем в электрометрах и других чувствительных приборах получают многократным волочением биметаллической проволоки платина — серебро с последующим растворением наружного слоя серебра в азотной кислоте (на платину азотная кислота не действует).

Палладий по ряду свойств близок к платине и часто служит ее заменителем, так как дешевле ее в 4—5 раз. Использование палладия в электровакуумной технике обусловлено его способностью интенсивно поглощать водород. Водород диффундирует в палладий при сравнительно низких температурах (150—300°С) и избыточном давлении 0,015—0,1 Мпа. При нагревании палладия в вакууме до температур 350— 500°С водород вновь выделяется в чистом виде. Твердый палладий поглощает более чем 850-кратный объем водорода по отношению к собственному объему. Выделенным из палладия чистым водородом наполняют некоторые типы газоразрядных приборов. Палладий и его сплавы с серебром и медью применяют в качестве контактных материалов. В отожженном состоянии палладий обладает весьма хорошими механическими свойствами: предел прочности при растяжении - порядка 200 МПа, относительное удлинение при разрыве - до 40%.

 

(18)Припои

Припои представляют собой специальные сплавы, применяемые при пайке. Пайку осуществляют или с целью создания механически проч­ного (иногда герметичного) шва, или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке места сое­динения и припой нагревают. Так как припой имеет температуру плавления значительно ниже, чем соединяемый металл (или металлы), то он плавится, в то время как основной металл остается твердым. На границе соприкосновения расплавленного припоя и твердого металла происходят различные физико-химические процессы. Припой смачивает металл, растекается по нему и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом компоненты припоя диффундируют в основной металл, основной металл растворяется в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.

Припои принято делить на две группы — мягкие и твердые. К мягким относятся припои с температурой плавления до 300°С, к твердым — выше 300°С. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16—100 МПа, твердые— 100—500 МПа.

Выбирают припой с учетом физико-химических свойств соединяемых металлов, требуемой механической прочности спая, его коррозионной устойчивости и стоимости. При пайке токоведущих частей необходимо учитывать удельную проводимость припоя.

Сплавы для термопар.

Хотя многие неметаллические материалы (в первую очередь полупроводники) имеют большие потенциальные возможности для успешного применения в термоэлектрической термометрии, технология их изготовления является недостаточно совершенной. Поэтому подавляющее большинство термопар изготавливают из металлических.компонентов. Наиболее часто применяют следующие сплавы: 1) копель (56% Cu и 44% Ni); 2) алюмель (95% Ni, остальные — Al, Si и Mn); 3) хромель (90% Ni и 10% Cr); 4) платинородий (90% Pt и 10% Rh).

Термопары можно применять для измерения следующих температур; платинородий — платина до 1600°С; медь — константан и медь —

копель до 350°С; железо — константан, железо — копель и хромель — копель до 600°С; хромель — алюмель до 900—1000°С.

Большинство термопар устойчиво работает лишь в окислительной среде. В процессе длительной эксплуатации может наблюдаться постепенное изменение удельной термо-э. д. с. Причинами нестабильности являются загрязнения примесями из окружающей атмосферы, летучесть компонентов, окисление проволок, резкие перегибы и деформации, которые вносят внутренние напряжения и создают физическую неоднородность. Наиболее высокой точностью, стабильностью и воспроизводимостью обладают платинородиевые термопары, несмотря на малую удельную термо-э. д. с. Эти качества объясняются химической инертностью материала и возможностью получать его с высокой степенью чистоты.

 

(19)Неметаллические проводящие материалы

Наряду с металлами и металлическими сплавами в качестве резистивных, контактных и токопроводящих элементов достаточно широко используются различные композиционные материалы, некоторые окислы и проводящие модификации углерода. Как правило, эти материалы имеют узкоспециализированное назначение.

Углеродистые материалы

Среди твердых неметаллических проводников наиболее широкое применение в электротехнике получил графит — одна из аллотропных форм чистого углерода. Наряду с малым удельным сопротивлением ценными свойствами графита являются значительная теплопроводность, стойкость ко многим химически агрессивным средам, высокая нагревостойкость, легкость механической обработки. Для производства электроугольных изделий используют природный графит, антрацит и пиролитический углерод.

Графит широко используется в технологии полупроводниковых материалов для изготовления разного рода нагревателей и экранов, лодочек, тиглей, кассет и т. п. В вакууме или защитных газовых средах изделия из графита могут эксплуатироваться при температурах до 2500°С.

Композиционные проводящие материалы

Композиционные материалы представляют собой механическую смесь проводящего наполнителя с диэлектрической связкой. Путем изменения состава и характера распределения компонентов можно в достаточно широких пределах управлять электрическими свойствами таких материалов. Особенностью всех композиционных материалов является частотная зависимость проводимости и старение при длительной нагрузке. В ряде случаев заметно выражена нелинейность электрических свойств.

В качестве компонентов проводящей фазы используют металлы, графит, сажу, некоторые окислы и карбиды. Функции связующего вещества могут выполнять как органические, так и неорганические диэлектрики.

Среди многообразия комбинированных проводящих материалов наибольшего внимания заслуживают контактолы и керметы.

Контактолы, используемые в качестве токопроводящих клеев, красок, покрытий и эмалей, представляют собой маловязкие либо пастообразные полимерные композиции. В качестве связующего вещества в них используют различные синтетические смолы (фенолформальдегидные, кремнийорганические, эпоксидные, и др.), а токопроводящим наполнителем являются мелкодисперсные порошки металлов (серебра, никеля, палладия).

Контактолы используют для получения контактов между металлами, металлами и полупроводниками, создания электродов на диэлектриках, экранирования помещений и приборов от помех, для токопроводящих коммуникаций на диэлектрических подложках, в гибких волноводах и других изделиях электронной промышленности.

Керметами называют металлодиэлектрические композиции с неорганическим связующим. Они предназначены для изготовления тонкопленочных резисторов. Существенным преимуществом керметных пленок является возможность варьирования их удельным сопротивлением в широких пределах.

Проводящие материалы на основе окислов.(резестивные)

Подавляющее большинство чистых окислов металлов в нормальных условиях является хорошими диэлектриками. Однако при неполном окислении, а также при введении некоторых примесей проводимость окислов резко повышается. Такие материалы можно использовать в качестве контактных и резистивных слоев. Наибольший практический интерес в этом плане представляет двуокись олова. В радиоэлектронике она используется' преимущественно в виде тонких пленок. Такие пленки получают различными способами: термическим вакуумным испарением и конденсацией с последующим отжигом на воздухе, окислением пленок металлического олова, осажденного на диэлектрическую подложку, реактивным катодным или ионно-плазменным распылением и др.

Тонкие слои двуокиси олова обладают ценным оптическим свойством — высокой прозрачностью в видимой и инфракрасной частях спектра.

 

 (22)Германий

Получение германия. Германий относится к числу сильно рассеянных элементов, т. е. часто встречается в природе, но присутствует в различных минералах в очень небольших количествах. В настоящее время основными источниками промышленного получения германия являются побочные продукты цинкового производства, коксования углей, а также германиевые концентраты, получаемые из медносвинцовых руд.

Чистый германий обладает металлическим блеском, характеризуется относительно высо­кими твердостью и хрупкостью. Подобно кремнию он кристаллизуется в структуре алмаза. Каждый атом решетки находится в окружении четырех ближайших соседей, расположенных в вершинах правильного тетраэдра.

Для изготовления полупроводниковых приборов применяют германий с определенными добавками электрически активных примесей. Процесс введения примесей в основной материал называют легированием. Применение германия. На основе германия выпускается широкая номенклатура приборов самого различного назначения и, в первую очередь, диодов и транзисторов. Особенно широкое распространение получили выпрямительные плоскостные диоды и сплавные биполярные транзисторы.

---

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 363; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!