Сплавы с особыми упругими свойствами
Сплавы с постоянным модулем упругости
Для сплавов Fe — Ni инварного состава, помимо низких значений ТКЛР, характерна еще одна аномалия — аномалия термического коэффициента модуля упругости (ТКМУ). В любых твердых телах, в том числе металлах, при нагреве наблюдается уменьшение модуля упругости, являющегося мерой сил межатомных связей. В сплавах с инварным эффектом модуль упругости растет или остается постоянным с повышением температуры. Характерно, что максимальной величиной ТКМУ обладает тот же Fe — Ni сплав с самым низким значением ТКЛР, содержащий 36 % Ni (рис. 23.4).
Рис 23.4 Температурный коэффициент модуля упругости сплавов Fe — Ni
Подбор определенного химического состава позволяет разработать сплавы, модуль упругости которых практически не зависит от температуры. Сплавы, сохраняющие постоянство модуля упругости в широком температурном диапазоне, называют элинварами.
Сплавы с заданными упругими свойствами, помимо низких значений ТКМУ, должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям и релаксационной стойкостью в условиях статического и циклического нагружения.
Природа аномального изменения ТКЛР инварных сплавов, так же как и модуля нормальной упругости, имеет ферромагнитное происхождение.
ТКМУ чистого железоникелевого сплава даже при небольших колебаниях концентрации никеля, неизбежных в сталеплавильном производстве, становится нестабильным и претерпевает значительные изменения.
|
|
|
Легирование хромом повышает стабильность сплава. Элинвар, содержащий 36 % Ni и 12 % Cr, характеризуется такими же значениями ТКМУ, как и чистый Fe — Ni сплав, но менее зависящими от возможных отклонений в концентрации никеля. Однако он имеет более низкие механические свойства, которые нельзя улучшить термической обработкой из-за стабильности аустенитной структуры. Кроме того, температура Кюри этого сплава составляет около 1000С, что ограничивает температурный интервал его применения.
Для повышения температуры Кюри в элинварах увеличивают концентрацию никеля, а для улучшения механических свойств элинвары дополнительно легируют титаном, алюминием (сплавы 42НХТЮ, 44НХТЮ) или бериллием и подвергают двойной закалке с 900 — 9500С в воду и старению при 600 — 7000С в течение 4 ч.
После первой закалки элинварные сплавы высокопластичны. Относительное удлинение сплава 42НХТЮ составляет не менее 30 %, сплава 44НХТЮ — не менее 20 %. В этом состоянии они могут подвергаться штамповке и механической обработке. При повторной закалке избыточные фазы растворяются в аустените, а при старении из твердого paствopa выделяются упрочняющие дисперсные фазы (FeNi)3(TiA1), Ni3Тi. К наибольшему упрочнению приводит сочетание низкотемпературной термомеханической обработки с последующим старением.
|
|
|
Элинварные дисперсионно-твердеющие сплавы типа 42НХТЮ, 44НХТЮ применяют для изготовления упругих чувствительных элементов прецизионных приборов: расходомеров, регуляторов скорости и датчиков линейных ускорений, динамометров электронных весов, волосковых спиралей часовых механизмов.
Сплав 30Н25КТЮ, содержащий наряду с Ni и Al - Co, относится к элинварам с наиболее высокой точкой Кюри (4700С). Благодаря этому он сохраняет температурную стабильность упругих свойств и релаксационной стойкости вплоть до 4000С. Сплав рекомендуется применять после низкотемпературной термомеханической обработки с последующей закалкой и старением. Учитывая большое влияние предшествующей обработки на свойства стали, конкретный режим деформации и термической обработки подбирается для каждой партии сплава в зависимости от заданных механических свойств. Высокий запас пластичности сплава в горячем и холодном состоянии позволяет изготавливать из него изделия сложной формы.
Для обеспечения стабильности температурного коэффициента линейного расширения и модуля упругости для каждого конкретного случая необходимо применение сплавов строго определенного химического состава. Такие сплавы обычно называют прецизионными сплавами (от французского слова precision), т.е. характеризующимися высокой точностью химического состава.
|
|
|
Полупроводниковые материалы
Строение и свойства полупроводниковых материалов. К полупроводниковым относятся материалы, обладающие удельным электрическим сопротивлением в пределах 10-5—108 Ом м, т. е. промежуточным между металлами и диэлектриками. Материалы этого класса используются в электроной промышленности. К ним относятся 12 элементов (бор, углерод, кремний, германий, олово, фосфор, мышьяк, сурьма, сера, селен, теллур, иод), представляющие простые полупроводники, а также многие химические соединения элементов различных групп периодической таблицы Д. И. Менделеева, как то карбид кремния, антимонид цинка, арсенид галлия, сульфиды цинка и кадмия, оксиды цинка и железа).
Из простых полупроводников наиболее распространены германий и кремний.
Появление электрического тока в полупроводнике возможно лишь тогда, когда часть электронов покидает заполненную валентную зону и переходит в зону проводимости, где они становятся носителями электрического тока. Для такого перехода электроны должны пройти зону запрещенных энергий ∆Е, для чего необходима определенная энергия, которую полупроводник может получить в виде света или теплоты. При нагреве увеличивается концентрация носителей электрического тока, а электрическое сопротивление полупроводника уменьшается.
|
|
|
Чем больше ширина запрещенной зоны, тем выше должна быть температура нагрева полупроводника для разрушения ковалентных связей и образования носителей тока. Так, у кремния ширина запрещенной зоны существенно выше, чем у германия, поэтому при нагреве кремний сохраняет высокие постоянные значения электрического сопротивления до больших температур. Это позволяет использовать кремниевые приборы для работы при более высоких температурах, чем германиевые.
В кристаллах с ковалентной связью проводимость электрического тока может осуществляться как путем перемещения электронов (электронная — п-проводимость), так и путем перемещения «дырок» (дырочная — р- проводимость). Вследствие большой подвижности электронов в «идеальных» кристаллах химически чистого полупроводника электронная проводимость превалирует. В реальных кристаллах химически чистых германия и кремния может превалировать дырочная проводимость из-за неизбежных дефектов в упаковке атомов (дислокации, вакансии, границы зерен, блоков и т. д.). Проводимость в химически чистом полупроводнике называется собственной проводимостью. Однако получить химически чистые элементы весьма сложно. Вследствие этого полупроводники всегда содержат примеси, которые меняют характер и величину проводимости. Электрическая проводимость, обусловленная присутствием примесей в полупроводнике, называется примесной.
Примеси резко изменяют собственную проводимость полупроводника. Так при содержании 10-7% атомов примесей собственное удельное электрическое сопротивление германия снижается от 0,5 до 0,15 Ом м.
В связи с этим для изготовления высококачественных приборов необходимы монокристаллы германия и кремния высокой степени чистоты и совершенной кристаллической структуры. Для получения нужного типа проводимости, кристаллы легируют в строго контролируемых микродозах.
Кроме химически чистых элементов в полупроводниковой технике используют сложные полупроводниковые соединения.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1273; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!