2.2.2. Проводниковый алюминий

А97 (0,03% примесей) и алюминий особой чистоты А999 (0,001% примесей).

Проводниковый алюминий наиболее широко используется для обмоточных, монтажных, установочных проводов, линий электропередач, кабельных жил. Низкая плотность алюминия является его основным преимуществом: при одинаковом сопротивлении алюминиевый провод в два раза легче медного, хотя его сечение примерно в 1,6 раза больше. Алюминиевые провода можно применять неизолированными, благодаря наличию на поверхности металла тонкой и прочной оксидной пленки Al2O3, защищающей от коррозии и обладающей значительным электрическим сопротивлением.

Алюминиевая оксидная изоляция получила применение в электролитических конденсаторах, а также в различных катушках без дополнительной межвитковой и межслойной изоляции (до 100…250 В).

Пленки алюминия особой чистоты широко используют в микроэлектронике в качестве межэлементных соединений и контактов. Преимущество алюминия как контактного материала заключается в том, что он легко напыляется, обладает хорошей адгезией к кремнию и пленочной изоляции из двуокиси кремния SiO2.

Благодаря легкости, коррозионной стойкости и немагнитности технический алюминий идет на изготовление деталей радиоаппаратуры и приборов, корпусов, стрелок, циферблатов и т.д.

Основной недостаток алюминия - низкая механическая прочность. Алюминиевая проволока, применяемая в отожженном состоянии, имеет предел прочности 80…90 МПа и относительное удлинение 25…33%.

Для деталей приборов и электротехнических изделий, испытывающих существенные механические нагрузки, применяют алюминиевые сплавы повышенной прочности. Например, для изготовления корпусов радиоаппаратуры и приборов широко используются дура-

люмины - сплавы Al-Cu-Mg (Al+4,3%Cu+1,8%Mg+1%Mn). После уп-

рочняющей термообработки (закалки с 500°С в воде и старения при 175°С) его механические характеристики составляют: σв до 480 МПа, δ = 15%. Для проводов воздушных линий электропередач применяют сплав Al-Mg-Si (Al+1%Mg+1%Si), который отличается повышенной

31

пластичность позволяет получать тонкую фольгу и проволоку диаметром до 0,01 мм. Благодаря высокой электро- и теплопроводности серебро входит в состав многих контактных сплавов, от слаботочных до высоконагруженных контактов. Но чистому серебру свойственны низкая дугостойкость, значительная эрозия и свариваемость. Недостатком серебра является взаимодействие с сероводородом во влажном воздухе с образованием непроводящих пленок сульфида серебра Ag2S. Поэтому серебро не следует применять рядом с материалами, содержащими серу: резиной, эбонитом и др.

Серебро используют в качестве электродов при изготовлении керамических и слюдяных конденсаторов, для покрытия изделий из меди и латуни (серебрение) с целью защиты от окисления и повышения проводимости.

Золото (Аu) обладает высокими тепло-, электропроводностью (ρ=0,0225 мкОм·м) и существенно более высокой коррозионной стойкостью, чем серебро, не окисляется и не образует сернистых пленок. Золото отличается высокой пластичностью (δ ≈ 40%), что позволяет проводить многократную обработку давлением, но имеет очень низкую твердость и прочность (σв ≈ 150 МПа).

Золото применяют для прецизионных контактов, работающих при малых нажатиях и низком напряжении, без дугового режима, резонаторов СВЧ, внутренних поверхностей волноводов. Тонкие пленки золота применяются в качестве полупрозрачных электродов в фоторезисторах и полупроводниковых фотоэлементах, а также в качестве межсоединений и контактных площадок в пленочных микросхемах. Металл наносится на подложку вакуумным напылением на промежуточный адгезионный подслой хрома, меди.

Значительно повышаются механические свойства золота при образовании сплавов. Чаще всего используют сплавы золота с никелем, платиной, упрочняемые закалкой со старением и сохраняющие высокие антикоррозионные свойства.

Платина (Pt) обладает наибольшим удельным сопротивлением среди всех благородных металлов (ρ = 0,098 мкОм·м) и низкой теплопроводностью. Платина прекрасно поддается механической обработке, вытягивается в очень тонкую проволоку и ленты. Тонкие

33

нити диаметром до 1 мкм используются для подвесов и струн в точных электроизмерительных приборах.

Для платины характерна очень высокая химическая стойкость: она не растворяется во многих кислотах, не образует сернистых пленок, что обеспечивает платиновым контактам стабильное переходное сопротивление. Окисление платины на воздухе начинается при температурах выше 540°С.

Платина часто используется в виде сплавов. Наиболее распространены сплавы платины с иридием (Pt+3...6%Ir) и родием (Pt+5…12%Rh), обладающие более высокой твердостью и стойкостью к окислению до температуры 1000°С. Им свойственна высокая дугостойкость (в 2 раза выше, чем у других благородных металлов), они менее подвержены электроэрозии и свариванию. Эти сплавы применяют для термопар и особо ответственных прецизионных контактов в электроизмерительных приборах и радиоаппаратуре.

Из других металлов платиновой группы наиболее широко применяется палладий (Pd), который по свойствам близок к платине, но в 4-5 раз дешевле ее и в два раза легче. Стойкость к окислению по сравнению с платиной ниже (металл тускнеет при температурах выше 350°С), обладает хорошими механическими свойствами:

σв = 200 МПа, δ = 40%.

Особенностью палладия является способность интенсивно поглощать водород (в более чем 850-кратном объеме по отношению к собственному объему). При последующем нагреве в вакууме поглощенный водород вновь выделяется. Это свойство используется для заполнения водородом газоразрядных приборов.

Палладий и его сплавы с серебром, золотом, иридием, медью, никелем применяют для прецизионных разрывных и скользящих контактов.

Остальные металлы платиновой группы: родий (Rh), иридий (Ir), рутений (Ru) и осмий (Os) используют в качестве легирующих элементов в контактных сплавах для повышения твердости. Из-за высокой стоимости контакты на основе металлов платиновой группы применяют в виде тонких покрытий на серебряном подслое.

34