- •1 Физико-химические основы материаловедения 5
- •2 Проводниковые материалы 39
- •3 Полупроводниковые материалы 114
- •4 Диэлектрические материалы 136
- •5 Магнитные материалы 188
- •Введение
- •1 Физико-химические основы материаловедения
- •1 .1 Общие сведения о строении вещества
- •1.1.1 Типы химических связей
- •1.1.2 Агрегатные состояния вещества
- •1.1.3 Кристаллическое строение вещества
- •1.1.4 Анизотропия кристаллов. Индексы Миллера
- •1.1.5 Процесс кристаллизации веществ
- •1.1.6 Полиморфизм (аллотропия)
- •1.1.7 Виды дефектов в кристаллах
- •1.1.8 Влияние термической обработки на структуру свойства материалов
- •1.1.9 Влияние пластической деформации на структурные свойства материалов
- •1.2 Основные cbeдения о сплавах
- •1.2.1 Понятие о сплавах
- •1.2.2 Диаграммы состояния двойных сплавов
- •1.2.3 Диаграмма "состав-свойство"
- •1.2.4 Диаграмма состояния сплавов железо-углерод.
- •1.3.Основные свойства и параметры материалов.
- •1.3.1 Механические и технологические свойства материалов и методы их определения
- •1.3.1.1 Определение твердости металлов и сплавов
- •1.3.2 Тепловые характеристики
- •1.3.3 Физико-химические характеристики
- •1.3.4 Электрофизические характеристики
- •1.3.5 Зонная структура твердых тел
- •2 Проводниковые материалы
- •2.1 Классификация проводниковых материалов
- •2.2 Электрические свойства проводниковых материалов
- •2.3 Материалы с высокой проводимостью
- •2.3.1 Медь и ее сплавы
- •2.3.2 Алюминий и его сплавы
- •2.3.3 Натрий
- •2.4 Материалы с высоким сопротивлением
- •2.4.1 Проволочные резистивные материалы
- •2.4.2. Пленочные резистивные материалы
- •2.4.3. Материалы для термопар
- •2.5 Проводниковые материалы и сплавы различного применения
- •2.5.1 Благородные металлы
- •2.5.2 Тугоплавкие металлы
- •2.5.3 Ртуть Hg
- •2.5.4. Легкоплавкие металлы
- •2.6 Сверхпроводники и криопроводники
- •2.6.1 Сверхпроводники
- •2.6.2 Криопроводники
- •2.7 Неметаллические проводниковые материалы
- •2.7.1 Материалы для электроугольных изделий
- •2.7.2 Проводящие и резистивные композиционные материалы
- •2.7.3 Контактолы
- •2.8 Материалы для подвижных контактов
- •2.8.1 Материалы для скользящих контактов
- •2.8.2 Материалы для разрывных контактов
- •2.9 Припои
- •2.10 Металлокерамика
- •2.11 Металлические покрытия
- •2.12 Проводниковые изделия
- •2.14 Порошковые конструкционные материалы
- •2.15 Композиционные конструкционные материалы
- •2.16 Металлы и сплавы для элементов конструкции полупроводниковых приборов и микросхем
- •3 Полупроводниковые материалы
- •3.1 Собственная и примесная электропроводность полупроводников
- •3.2 Примеси в полупроводниках
- •3.3 Основные параметры полупроводников
- •3.3.2 Удельное электрическое сопротивление - параметр, характеризующий способность материала проводить электрический ток:
- •3.3.6. Концентрация носителей заряда.
- •3.4 Влияние различных факторов на электропроводность полупроводников
- •3.4.1 Зависимость электропроводности полупроводников от температуры
- •3.4.2 Зависимость электропроводности полупроводников от внешнего электрического поля.
- •3.4.3 Влияние деформации на проводимость полупроводников
- •3.4.4 Влияние света на проводимость полупроводников
- •3.5 Производство полупроводниковых материалов
- •3.5.1. Выращивание монокристаллов кремния по методу Чохральского
- •3.5.2. Зонная плавка кремния и германия
- •3.6 Свойства полупроводниковых материалов и их применение
- •3.6.1 Классификация полупроводниковых материалов
- •3.6.2 Применение полупроводниковых материалов
- •3.6.3 Германий
- •3.6.4 Кремний
- •3.6.5 Карбид кремния
- •3.6.6. Полупроводниковые соединения aiii bv
- •3.6.7. Соединения aiibvi и другие халькогенидные полупроводники
- •4 Диэлектрические материалы
- •4.1 Общие сведения о диэлектриках
- •4.2 Поляризация диэлектриков
- •4.2.1 Электронная поляризация
- •4.2.2 Ионная поляризация
- •4.2.3 Дипольно-релаксационная поляризация
- •4.2.4 Ионно-релаксационная поляризация
- •4.2.5 Самопроизвольная (спонтанная) поляризация
- •4.3 Классификация диэлектриков по виду поляризации
- •4.4 Диэлектрическая проницаемость
- •4.4.1 Зависимость ε от температуры для полярных диэлектриков
- •4.4.2 Зависимость ε от температуры для неполярных диэлектриков
- •4.4.3 Зависимость ε от влажности
- •4.4.4 Зависимость ε от частоты f
- •4.5 Электропроводность диэлектриков
- •4.6 Диэлектрические потери
- •4.6.1 Виды диэлектрических потерь
- •4.7 Пробой диэлектриков
- •4.7.1 Основные понятия пробоя диэлектрика
- •4.7.2 Виды пробоев в диэлектриках
- •4.8 Физико-химические свойства диэлектриков
- •4.8.1 Теплопроводность
- •4.8.2 Химические свойства диэлектриков
- •4.9 Газообразные диэлектрические материалы
- •4.10 Жидкие диэлектрические материалы
- •4.11 Активные диэлектрики
- •4.11.1 Сегнетоэлектрики
- •4.11.2 Пьезоэлектрики
- •4.11.3 Электреты
- •4.11.4 Диэлектрики для оптической генерации
- •4.11.5 Электрооптические материалы
- •4.11 Твердые органические диэлектрики
- •4.11.1 Основные понятия о высокомолекулярных соединениях (полимерах)
- •4.11.2 Пластмассы
- •4.11.3 Компаунды
- •4.11.4 Лаки
- •4.11.5 Эпоксидные смолы
- •4.11.6 Клеи
- •4.12 Твердые неорганические диэлектрики
- •4.12.1 Неорганические стёкла
- •4.12.1.1 Классификация неорганических стекол
- •4.12.1.2 Кварцевое стекло
- •4.12.2 Ситаллы
- •4.12.3 Керамика, свойства, типы, применение
- •4.13 Диэлектрические материалы в микроэлектронике.
- •5 Магнитные материалы
- •5.1 Природа магнетизма
- •5.2 Основные параметры магнитных веществ
- •5.3 Классификация магнитных материалов
- •5.3.1 Слабомагнитные вещества
- •5.3.2 Сильномагнитные вещества
- •5.4 Магнитомягкие материалы
- •5.4.1 Технически чистое железо (низкоуглеродистая сталь)
- •5.4.2 Пермаллои
- •5.4.3 Аморфные магнитные материалы
- •5.4.4 Магнитодиэлектрики
- •5.4.5 Ферриты
- •5.5 Магнитотвёрдые материалы
- •5.5.1 Литые высококоэрцитивные сплавы
- •5.5.3 Магнитотвердые ферриты
- •5.5.4 Сплавы на основе редкоземельных металлов
- •5.5.5 Другие магнитотвердые металлы
- •5.6 Материалы специального назначения
1.3.3 Физико-химические характеристики
Плотность материала – масса единицы объема материала. По плотности различабт легкие(плотность до 5МГ/м3 ) и тяжелые материалы.
Среди металлов легкими являются натрий, магний, алюминий, титан и др., практически все остальные являются тяжелыми. Очень тяжелые – вольфрам, рений, уран, платина, осмий, золото.
Среди диэлектриков легкими являются пластмассы, ситаллы, а среди полупроводников – кремний, некоторые соединения АIII BV.
Коррозия — разрушение твердых тел, вызванное химическими или электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой. Коррозионная стойкость- способность материала или сплава сопротивляться воздействию внешней среды. Она определяется скоростью коррозии, то есть массой материала, превращенной в продукты коррозии, с единицы поверхности в единицу времени,либо толщиной разрушенного слоя в миллиметрах в год. Коррозии больше подвержены черные металлы и сплавы(Fе,сталь, чугун), чем цветные.
Коррозионностойкими считаются материалы, если скорость коррозии не более 0,1 мм/год, ограниченно- стойкими-0,1-1 мм/год. Скорость атмосферной коррозии в мкм/год, например у золота-0, у Ag-0,04, у Си-1, у Sn-1,2, у Zn-3,2,y Fe-20. Коррозионностойкими, кроме благородных металлов Au,Ag,Pt,Pd, являются также металлы Cr,Re,Sn,Pb,Cd,Zn,Ni. Продуктами коррозии могут быть окислы (рыхлые, пористые, удаляемые с поверхности материалы), например ржавчина Fe2Оз и другие соединения-сульфид серебра Ag2S (4epHbifi налет на Ag), гидроокисьА1(ОН)з (белоснежный как иней на А1) и т.д.
Вязкость жидкостей представляет собой коэффициент внутреннего трения при относительном перемещении частиц жидкости, оценивающий ее текучесть. Чем больше вязкость, тем жидкость более густая, т.е. обладает плохой теукчестью. Чем меньше вязкость, тем легче заполняются полости, глубже проникает жидкость в пропитываемую изоляцию. Различают кинематическую, динамическую и условную вязкость.
Динамическая вязкость η определяется по закону Стокса или Пуазейля и измеряется в СИ в паскалях-секундах (Па с), а в СГС – в пуазах (1Па с = 10П).
Кинематическая вязкость ν — это отношение динамической вязкости к плотности жидкости d: ν= η/ d. Она измеряется в СИ в квадратных метрах на секунду(м2/с), а в СГС в стоксах (1м2/с = 10Ст).
Значение условной вязкости жидкостей и единицы ее измерения зависят от способа определения ( с помощью вискозиметра ВУ или ВЗ), когда фиксируется время истечения заданного объема жидкости через отверстие установленного диаметра. У всех жидкостей с ростом температуры вязкость уменьшается.
Для многих электроизоляционных материалов важными являются также характеристики, как водо- и влагопоглощение, позволяющее оценить по количеству поглощенной за 24ч воды или влаги (из воздуха) способность диэлектрика противостоять и воздействию. Водо- и влагопоглощение W(%) определяют по формуле: W= (G1-G0)100/G0, где G0 – исходная масса образца, г; G1 — масса того же образца после 24-часовой выдержки, г.
В последнее время все чаще пользуются такой характеристикой, как стойкость материалов к воздействию излучений высокой энергии, или радиационная стойкость. Воздействие излучении может привести к разрушению структуры материала или к новым молекулярным образованиям, химическим реакциям. В частности, в полимерах все преобразования можно разделить на процессы деструкции (разрушение) и вулканизации (упрочнение). У материалов меняются как механические, химические, так и электрические характеристики. Иногда для оценки защитных свойств материалы характеризуются слоем десятикратного ослабления излучения, т.е. толщиной слоя вещества, после прохождения которого интенсивность излучения ослабляется в 10 раз.