36)Материалы высокой проводимости.Медь,Алюминий ,Серебро. Свойства номенклатура, область применения

Материалы высокой проводимости

К этой группе относятся серебро, медь, алюминий.

Серебро - один из наиболее дефицитных металлов, достаточно широко применяемый в электротехнике и электронике для высокочастотных кабелей, защиты медных проводников от окисления, для электродов некоторых типов керамических и слюдяных конденсаторов в электрических контактах. Серебро используется в сплавах с медью, никелем или кадмием, в припоях ПСр-10, ПСр-25 и др. Серебро марки Ср999 - 999,9 должно иметь примесей не более 0,1%. Удельное электрическое сопротивление ρ = 0,015 мкОм · м. Механические характеристики серебра невысоки: твердость по Бринелю - 25 (немного более золота), предел прочности при разрыве не более 200 МПа, относительное удлинение при разрыве - 50%. По сравнению с золотом и платиной имеет пониженную химическую стойкость. Часто применение серебра ограничивается его способностью диффундировать в материалы подложки.

Медь - наиболее широко применяется в качестве проводникового материала: в производстве обмоточных и монтажных проводов и кабелей (мягкая отожженая медь марки ММ) в производстве волноводов и т. д.; при изготовлении контактных проводов, шин распределительных устройств, коллекторных пластин электрических машин (медь твердая марки МТ-имеет меньшую проводимость и относительное удлинение перед разрывом, но большую механическую прочность, чем отожженая медь марки ММ).

Наиболее нежелательными примесями в меди являются висмут и свинец, сера, кислород. Наиболее чистые сорта проводниковой меди марок МООК (катодная) и МООб (бескислородная), содержат примесей не более 0,001%. В производстве проводниковых изделий применяют марки меди с содержанием примесей не более 0,05-0,1%, для проводов очень малого диаметра (0,01 мм) и проводов, работающих при температурах выше 300°С применяют проволоку из бескислородной меди. Основные характеристики меди марок ММ и МТ приведены в табл. 1.

Таблица 1     

Характеристика	Медь марки MM	Медь марки МТ
Плотность, кг/м3	8900	8960
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	260-280	360-390
Относительное удлинение, %	6-35	0,5-2
Уд. электрическое сопротивление, мкОм · м	0,0172-0,0174	0,0177-0,0180
Температурный коэффициент уд. электр. сопротивления, 1/°С	0,0043	0,0043

Алюминий - в 3,3 раза легче меди, имеет сравнительно большую проводимость (для AM ρ = 0,028 мкОм · м) и стойкость к атмосферной коррозии за счет защитной пленки оксида Al₂O₃. Алюминий мягкий имеет прочность на разрыв 80, твердый 160-170 МПа. По сравнению с медью имеет больший температурный коэффициент линейного расширения (26 · 10^-6 1/°С), что является недостатком. В местах контакта алюминиевого провода с проводами из других металлов во влажной среде возникает гальваническая пара, поэтому незащищенная лаками или другими способами алюминиевая проволока разрушается коррозией. Из алюминия особой чистоты с содержанием примесей не более 0,005% изготовляют электроды алюминиевых конденсаторов и алюминиевую фольгу. Из алюминия, содержащего примесей не более 0,3-0,5% (марки А7Е и А5Е) изготовляют проволоку и шины. Для жил кабелей может использоваться алюминий с уменьшенным содержанием примесей-марки А75К, А8К и А8КУ. Алюминиевые провода можно соединять друг с другом холодной или горячей сваркой, а также пайкой с применением специальных флюсов и припоев.

Из алюминиевых сплавов наиболее широко используется альдрей, высокие механические свойства которого достигаются за счет наличия в его составе соединения Mg₂Si (сплав содержит более 98% чистого алюминия). Его σ_p = 350 МПа, ρ = 0,0317 мкОм · м.

В линиях электропередачи широко применяют сталеалюминиевый провод - стальные жилы, обвитые алюминиевой проволокой. Для сталеалюминиевого провода воздушных линий используется особо прочная стальная проволока с σ_p = 1200 - 1500 МПа, покрытая цинком для защиты от коррозии в условиях повышенной влажности.

37Сплавы высокого сопротивления делятся на три группы: 1. Сплавы для магазинов сопротивлений, различных эталонов, добавочных сопротивлений, шунтов. 2. Сплавы для сопротивлений и реостатов. 3. Сплавы для электронагревательных приборов и печей.

К сплавам первой группы предъявляют следующие требования: высокое удельное сопротивление, близкий к нулю температурный коэффициент сопротивления, малая термоэлектродвижущая сила в сочетании с другими металлами (особенно с медью), постоянство сопротивления во времени, высокая стойкость против коррозии. К сплавам этой группы относятся сплавы на основе меди — манганин и константан. Манганин — сплав коричнево-красноватого цвета, состоящий из 86% меди, 12% марганца и 2% никеля. Манганин имеет удельное сопротивление 0,42—0,43 ом-мм²/м, плотность 8,4 кг/дм³, прочность на разрыв 40—55 кГ/мм², очень малые температурный коэффициент сопротивления и термо-э. д. с, допустимую рабочую температуру не выше 60°. Манганин является лучшим материалом для изготовления магазинов сопротивлений, образцовых сопротивлений и шунтов. Константан — сплав 60% меди и 40% никеля. Константан имеет удельное сопротивление 0,5 ом-мм²/м, плотность 8.9 кг/дм³, прочность на разрыв 40—50 кГ/мм². Константан применяется для изготовления реостатов и электронагревательных сопротивлений, если их рабочая температура не превышает 400—450°. Константаи в сочетании с медью имеет высокую термо-э. д.с. и поэтому не может быть применен для изготовления эталонных сопротивлений к точным приборам, так как эта дополнительная э. д. с. будет искажать показания приборов. Это свойство кон-стантана используется при изготовлении термопар для измерения температур порядка нескольких сотен градусов. Сплавы для сопротивлений и реостатов должны быть дешевыми, иметь большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления. Для этих целей применяют сплавы на медной основе, например константаи, нике-лин и др. Для удешевления материала никель в реостатных сплавах заменен цинком и железом. Сплавы, применяемые для электронагревательных приборов и печей, должны хорошо обрабатываться, быть механически прочными, дешевыми, иметь высокое удельное сопротивление и длительное время работать при высокой температуре без окисления. При нагреве металла на его поверхности образуется оксидная пленка, которая должна предотвратить дальнейшее разрушение металла. Металлы — медь, железо и кобальт — имеют пористую оксидную пленку, поэтому при нагревании они быстро разрушаются. Такие металлы, как никель, хром и алюминий, покрываются при нагреве плотной оксидной пленкой, поэтому жароупорные сплавы делают на основе этих металлов. Нихром — сплав никеля и хрома. К нихромам относится также ферронихром, который, кроме никеля и хрома, содержит железо (58—62% никеля, 15—17% хрома, остальное — железо). Плотность нихрома 8,4 кг/дм³, прочность на разрыв 70 кГ/мм2, удельное сопротивление около 1,0 ом-мм²/м. Нихром выпускается в виде проволоки и ленты, которые идут на изготовление спиралей электронагревательных приборов и печей, имеющих рабочую температуру до 1000°. Фехраль — сплав 12—15% хрома, 3—5% алюминия, остальное — железо. Фехраль имеет плотность 7,5 кг/дм³, прочность на разрыв 70 кГ/мм² и удельное сопротивление около 1,2 ом-мм²/м. Рабочая температура фехраля около 800°. Хромаль — сплав 28—30% алюминия, остальное — железо. Прочность хромаля на разрыв 80 кГ/мм², удельное сопротивление 1,3—1,4ом-мм²/м, допустимая рабочая температура 1250°.

38)благоРодные металлы.Свойства,номенклатура.

К благородным металлам относятся наиболее химически стойкие ме-

таллы: золото, серебро, платина, палладий. Они встречаются в природе в

виде самородков и в различных рудах. В результате металлургической,

химической и электролитической переработки удается получить металлы

очень высокой чистоты:

золото – 99.998%; серебро – 99.999 %;

платина – 99.9998%; палладий – 99.94%.

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. Существенным преимуществом

золота как контактного материала является его стойкость против

образования сернистых и окисных пленок в атмосферных условиях как при

комнатной температуре, так и при нагревании. Тонкие пленки золота

применяются в качестве полупрозрачных электродов в фоторезисторах и

полупроводниковых фотоэлементах, а также в качестве межсоединений и

контактных площадок в пленочных микросхемах. В последнем случае из-за

плохой адгезии к диэлектрическим подложкам пленки золота наносят

обычно с адгезионным подслоем (чаще всего хрома). В контактах золота с

алюминием происходит постепенное образование ряда интерметаллических

соединений, обладающих повышенным удельным сопротивлением и

хрупкостью. Поэтому контакты тонких пленок золота и алюминия

ненадежны.

24)распространенные пленочные пассивные диэлектрики и их основные свойства

39)Сверхпроводимость.Теория БКШ.Сверхпроводящие материалы,ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Определение

явление падения удельного сопротивления некоторых материалов до нуля вблизи определенной температуры Т_с, называемой температурой перехода в сверхпроводящее состояние.

Описание

Вещества, обладающие такими свойствами, называются сверхпроводниками. При температурах ниже Т_с сопротивление у сверхпроводника полностью отсутствует (равно нулю). В настоящее время известно свыше 500 чистых элементов, сплавов и соединений, обнаруживающих свойство сверхпроводимости. Температурный интервал перехода в сверхпроводящее состояние для чистых образцов может не превышать тысячных долей градуса, поэтому с хорошей точностью можно говорить об определенном значении Т_с. Известные в настоящее время температуры Т_с изменяются в пределах от 0,155 К (BiPt) до 135 К у ртутьсодержащих высокотемпературных сверхпроводников (при внешнем давлении в 350 тыс. атмосфер температура возрастает до 164 К).

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:

Применение	Примечания
Экранирование	Сверхпроводник не пропускает магнитный поток, следовательно, он экранирует электромагнитное  излучение. Используется в микроволновых устройствах, а также при создании установок для защиты от излучения при ядерном взрыве
Магниты - научно-исследовательское оборудование - магнитная левитация	НТСП магниты используются в ускорителях частиц и установках термоядерного синтеза Интенсивно проводятся работы по созданию поездов на магнитной подушке. Прототип в Японии использует НТСП
Передача энергии	Прототипные линии НТСП уже продемонстрировали свою перспективность
Аккумулирование	Возможность аккумулировать электроэнергию в виде циркулирующего тока
Вычислительные устройства	Комбинация полупроводниковых и сверхпроводящих приборов открывает новые возможности в конструировании аппаратуры