4.4 Провідникові матеріали і сплави різного призначення.

1. Контактні матеріали.

2. Металокераміка, властивості і область застосування.

3. Електротехнічне вугілля і вироби з нього.

4. Припої.

5. Флюси.

1. Електричним контактом називають поверхню зіткнення струмоведучих частин електротехнічного пристрою, а так само конструктивні пристосування, що забезпечують такий контакт. За принципом роботи контакти розділяють на нерухомі, розривні, ковзаючі.

До нерухомих контактів відносять суцільнометалеві (зварні або паяні) затискні (болтові, гвинтові) з'єднання. Суцільнометалеві з'єднання повинні відрізняться не тільки механічною міцністю, але і забезпечувати стабільний електричний контакт з малим перехідним опором.

Якість затискного контакту визначається в основному контактним тиском і здатністю матеріалу до пластичної деформації, тому контактні поверхні покривають м'яко корозійно-стійкими металами (оловом, сріблом, кадмієм і ін.)

Розривні контакти забезпечують періодичне замикання і розмикання електричних кіл. Вони повинні забезпечувати: стійкість проти корозії, стійкість до зварювання і дії електричної ерозії, стійкість до дії стискаючих і ударних навантажень, високі провідність і теплофізичні властивості, добру технологічність і здатність прироблятися один до одного. Як контактні матеріали для слабкострумових розривних контактів, крім чистих тугоплавких металів (вольфраму, молібдену), застосовуються благородні метали (платина, золото, срібло), а так само різні сплави на їх основі (золото-срібло, платина-рутеній, платина-родій і т.д.), металокерамічні композиції.

Сильнострумові розривні контактні виготовляються з металокерамічних матеріалів, які виготовляють методом порошкової металургії і включають композиції на основі міді і срібла: срібло-оксид кадмію, срібло-оксид міді, мідь-графіт, срібло-нікель, срібло-графіт. Використовуються так само і потрійні композиції: срібло-нікель-графіт, мідь-вольфрам-нікель. Мідна і срібна фази забезпечують високу електро- і теплопровідність контакту, а включення тугоплавкої фази додають контактам стійкість до механічного зносу, електричної ерозії і зварюваності.

Для виготовлення сильнострумових контактів, що працюють при підвищених напругах і контактному тиску, здатному пробити або зруйнувати оксидну плівку на контактній поверхні, рекомендується використовувати тверду мідь, щоб здешевити електротехнічний пристрій.

Ковзаючі контакти повинні відрізнятися високою стійкістю до стираючих навантажень, які особливо великі при сухому терті, коли обидва контакти виготовлено з одного матеріалу, а так само при невдалому виборі пар. Найвищі якості мають контактні пари, складені з металевого матеріалу і матеріалів, що містять графіт. Крім низького коефіцієнта тертя, графіт і матеріали на його основі відрізняються великою напругою дугоутворення, тому знос контактів від іскріння незначний. Крім того, на поверхні графіту не утворюються оксидні плівки і контакт має лінійну вольтамперну характеристику.

Широке застосування для виготовлення ковзаючих контактів знайшли провідникова бронза і латунь, що відрізняються високою механічною міцністю, стійкістю до стираючих навантажень, пружністю, антифрикційними властивостями і стійкістю до атмосферної корозії.

2. Металокераміка знайшла достатньо широке застосування в електротехніці. Цей матеріал застосовується для виготовлення контактів круглої, прямокутної і складної форми методом порошкової металургії. Композиції виходять шляхом трифазного спікання спресованих із порошків заготовок або шляхом просочення сріблом або міддю заздалегідь опресованих пористих каркасів з вольфраму або вольфрамо-нікелевого сплаву. Питомий електричний опір металокерамічних контактів повинен бути не більше 0,7 мкОм м при 20°С, відрізнятися високою стабільністю в часі і малою залежністю від умов експлуатації.

Для отримання матеріалів металокерамічним способом застосовують метали, які не створюють твердих розчинів. При виборі компонентів для металокерамічних контактів виходять з таких основних умов: один з них повинен мати добру провідність, другий повинен бути механічно міцним і більш тугоплавким, ніж перший, причому допустима знижена провідність; обидва компоненти при можливій робочій температурі контактів не повинні сплавлятися між собою

3. Електротехнічне вугілля належить до твердих неметалічних провідників, сировиною для його виробництва можуть служити сажа, графіт, антрацит. Для отримання його монолітного виробу використовують зв'язуючу речовину (кам'яновугільна смола або рідке скло), продавлюється крізь мунштук. Вироби складнішої форми виготовляють у відповідних прес-формах. Вугільні заготовки проходять процес випалення при високих температурах (800-3000°С). Режим випалення визначає в основному форму, в якій вуглець знаходитиметься у виробі. При високих температурах 2000-3000°С відбувається перехід вуглецю у форму графіту, тому такий процес отримав назву графітування. Випалення звичайних щіток ведуть при температурі близько 800С, графітувальні щітки нагрівають при випаленні до 2200С.

Електротехнічне вугілля широко застосовується для виготовлення щіток електричних машин, електродів для прожекторів, дугових електропечей і електролітичних ванн, анодів гальванічних елементів. Вугільні порошки, виготовлені з антрациту, використовуються в мікрофонах для створення опору, значення якого змінюється залежно від прикладеного до нього тиску. Використовується вугілля і для виготовлення недротяних високоомних резисторів, різних розрядників для телефонних мереж, електровакуумних приладів.

Композиції на основі сажі і графіту використовуються для екранування жил силових кабелів, додаються до складу гумових сумішей для підвищення механічних характеристик гум, а так само стійкості до світлового і теплового старіння, деяких агресивних середовищ.

4. Припої для паяння, які заповнюють зазор у розплавленому стані між заготовками, що з´єднуються, повинні відповідати таким вимогам:

1. температура їх плавлення повинна бути нижче температури матеріалів, що сплавляються;

2. вони повинні добре змочувати матеріал, що паяється, і легко розтікатися по його поверхні;

3. повинні бути достатньо міцними і герметичними;

4. коефіцієнти термічного розширення припою і матеріалу, що паяється, не повинні різко відрізнятися;

5. мати високу електропровідність при паянні радіоелектронних і струмопровідних виробів.

Класифікація припоїв і основні види паяння були розглянуті при вивченні теми 2.4.2 “Паяння металів”. Дуже важливо запам´ятати, що усі припої за температурою плавлення поділяються на низькотемпературні (температура плавлення нижче 500^оС), чи м´які припої, і високотемпературні (температура плавлення вище 500^оС), чи тверді припої. Припої виготовляють у вигляді прутків, дроту, смуг, листів, спіралей, колець, дисків, зерен і т.і., які вкладаються у місце з´єднання.

До низькотемпературних, чи м´якіх припоїв відносять олов´яно-свинцові, на основі висмуту, індію, кадмію, цинку, олова, свинцю. Вони мають порівняно невисоку температуру плавлення і в ряді випадків не забезпечують контакту необхідну міцність. М´які припої використовують для паяння внутрішніх виводів корпусів мікросхем, дротових виводів навісних компонентів, герметизації корпусів, місць монтажу і т.п

До високотемпературних чи твердих припоїв відносять мідні, мідно-марганцеві, мідно-нікелеві, з благородних металів (срібла, золота, платини). Вони відрізняються тугоплавкістю і високою механічною міцністю, але технологія паяння при цьому значно складніша і процес ведеться у спеціальних електричних печах. Ці припої використовують при паянні особливо відповідальних виробів електронної техніки.

Вироби на основі алюмінію і його сплави паяють з припоями на алюмінієвій основі з кремнієм, міддю, оловом і іншими металами.

Магній і його сплави паяють припоями на основі магнію з добавками алюмінію, міді, марганцю і цинку.

Вироби із корозійно-стійких сталей і жароміцних сплавів, що роблять при високих температурах (вище 500^оС), паяють з припоями на основі заліза, марганцю, нікелю, кобальту, титану, цирконію, гафнію, ніобію і паладію.

5. Наявність оксидних плівок, механічних і органічних забруднень на поверхні деталей, що з´єднуються, заважає процесу паяння. Тому перед паянням поверхні, що з´єднуються, ретельно очищають, а у процесі паяння захищають від окислення додатковими складами – флюсами.

Паяльні флюси використовують для очищення поверхонь матеріалів, що паяються, а також для зниження поверхневого натяжіння і покращення розтікання і змочуваності рідкого припою.

Флюс (крім реактивно-флюсової пайки) не повинен хімічно взаємодіяти з припоєм. Флюс у розплавленому і газоподібному стані повинен сприяти змочуванню поверхні основного металу розплавленим припоєм. Флюси можуть бути твердими, пастоподібними, рідкими і газоподібними.

Найбільш розповсюдженими паяльними флюсами є бура і борна кислота, хлористий цинк, фтористий калій й інші галоинні солі лужних металів