1. Растворять и удалять оксиды и загрязнения с поверхности спаиваемых металлов;

2. Защищать в процессе пайки поверхность металла, а также расплавленный при­пой от окисления; 3) уменьшать поверхностное натяжение расплавленного припоя и смачиваемость им соединяемых поверхностей.

По действию, оказываемому на металл, подвергающийся пайке, флюсы делятся на несколько групп.

Активные или кислотные флюсы. Они приготовляются на основе активных веществ: соляной кислоты, хлористых и фтористых соединений металлов и т. д. Эти флюсы интенсивно растворяют оксидные пленки на поверхности металла, бла­годаря чему обеспечивается хорошая адгезия, а следовательно, и высокая меха­ническая прочность спая. Остаток флюса после пайки вызывает интенсивную кор­розию спая и основного металла. Применяются эти флюсы только в том случае, когда возможна тщательная промывка и полное удаление остатков флюса.

а При монтажной пайке электрорадиоприборов применение активных флюсов недопустимо.

Бескислотные флюсы. Так называют канифоль и флюсы, приготовляемые на ее основе с добавлением неактивных веществ (спирт, глицерин).

Активированные флюсы. Так называют флюсы, приготовляемые на основе кани­фоли с добавкой активаторов — небольших количеств солянокислого или фосфорно­кислого анилина, салициловой кислоты, солянокислого диэтиламина и т. п. Вы­сокая активность некоторых активированных флюсов позволяет производить пайку без предварительного удаления оксидов после обезжиривания.

Антикоррозийные флюсы. Это флюсы на основе фосфорной кислоты с добавле­нием различных органических соединений и растворителей, а также флюсы на основе органических кислот. Остатки этих флюсов не вызывают коррозии.

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРОВОДНИКИ ■ ; , - -

Электроугольные изделия. Из числа твердых неметаллических проводниковых материалов наибольшее значение имеют материалы на основе углерода (электро­технические угольные изделия, сокращенно электроугольные изделия). Из угля изготовляют щетки электрических машин, электроды для прожекторов, электроды для дуговых электрических печей и электролитических ванн, аноды гальванических элементов. Угольные порошки используют в микрофонах для создания сопротивле­ния, изменяющегося от звукового давления. Из угля делают высокоомные рези­сторы, разрядники для телефонных сетей; угольные изделия применяют в электро­вакуумной технике.

В качестве сырья для производства электроугольных изделий можно исполь­зовать сажу, графит или антрацит. Для получения стержневых электродов из­мельченная масса со связующим, в качестве которого используется каменноугольная смола, а иногда и жидкое стекло, продавливается сквозь мундштук. Изделия бо­лее сложной формы изготовляют в соответствующих пресс-формах. Угольные за­готовки проходят процесс обжига. Режим обжига определяет форму, в которой углерод будет находиться в изделии. При высоких температурах достигается искус­ственный перевод углерода в форму графита, вследствие чего такой процесс носит название графитирования.

Обжиг обычных щеток для электрических машин ведут при температуре около 800 °С; графитированные щетки нагревают при обжиге до 2200 °С.

Угольные электроды (табл. 7-9), работа которых будет протекать при высоких температурах, обжигаются также при очень высокой температуре, вплоть до 3000 °С. Угольные электроды, как и другие угольные изделия, имеют отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления (рис. 7-28).

Щетки служат для образования скользящего контакта между неподвижной и вращающейся частями электрической машины, т. е. для подвода (или отвода) тока к коллектору или контактным кольцам.

Щетки выпускают различных размеров (прилегающая к коллектору контактная поверхность щетки — от 4 X 4 до 35 X 35 мм, высота щетки — от 12 до 70 мм). Имеется несколько марок щеток, отличающихся друг от друга составом и техно­логическим процессом изготовления. Для различных марок характерны определен­ные значения удельного сопротивления, допустимой плотности тока, линейной скорости на коллекторе, коэффициента трения, твердости щетки и т. д.

Различают щетки угольно-графитные (УГ), графитные (Г), электрографитиро- ванные, т. е. подвергнутые термической электрообработке — графитированию (ЭГ), медно-графитные—с содержанием металлической меди (М и МГ).

Щетки с содержанием порошкового металла обладают особенно малым электри­ческим сопротивлением и дают незначительное контактное падение напряжения (между щеткой и коллектором).

В

Параметры угольных электродов

ажнейшие характеристики щеток приведены в табл. 7-10.

Тип электродов	Удельное сопроти­вление р, мкОм» м	Плот­ ность, Мг/м9	Зольность, %, по массе	Предел прочности при растя­жении 0р, МПа	Предел прочности при сжатии ас, МПа
Угольные Графитироваиные	50 15	о сл	5—12 0,03—0,2	700—1100 600—700	2300—4100 200—500

Таблица 7-9

УгбЛьйЫё по*

р

Таблица 7-10 Параметры угольных щеток

Типы щеток	Удельное сопротивле- ние р, ь;кОм*м	Допустима» плотность тока, МА/мг	Допустимая линейная скорость, м/с
Т и УГ	18—60	6—8	10—15
г	10—46	7—11	12—25
эг	10—45	9—11	25—45
М и МГ	0,05—1,20	12—20	12—25

о ш к и для микрофонов изготовляются из антрацита.

Удельное сопротивление по­рошка зависит от крупности зерен, режима обжига по­рошка и плотности засыпки.

Микрофонные порошки выпускают двух типов: мел­козернистые, проходящие сквозь сито с 52 отверстия­ми на 1 см², и крупнозер­нистые, проходящие сквозь сито с 45 отверстиями на 1 см®.

Обжиг порошков, увели­чивающий их электрическое сопротивление, производят при температуре 600— 800 °С. Сопротивление порошков измеряют в кубике объемом 1 см³, куда порошок засыпают из бюретки с высоты 1 см в течение 6—7 с. Значение р мелкозерни­стого порошка должно быть 0,4 Ом-м. Масса объема 1 см³, заполненного уголь­ным порошком вышеуказанным методом, должна равняться 0,8—0,9 г.

Порошки не должны слеживаться с течением времени и слипаться при воздей­ствии повышенной влажности.

Непроволочиые резисторы, отличающиеся от проволочных уменьшенными размерами и высоким верхним пределом номинального сопротивле­ния, широко применяются в автоматике, измерительной и вычислительной технике и некоторых других областях электротехники. Они должны иметь малую зави­симость сопротивления от напряжения и отличаться высокой стабильностью при воздействии температуры и влажности.

В качестве проводящих материалов непроволочных линейных резисторов могут быть использованы природный графит, сажа, пиролитический углерод, бороугле­родистые пленки, а также высокоомные сплавы металлов и другие материалы.

Природный графит представляет собой одну из модификаций чистого углерода слоистой структуры (рис. 7-29) с большой анизотропией как электри­ческих, так и механических свойств. Основные свойства графита (а также пиро­литического углерода, см. ниже) приведены в табл. 7-11. Следует отметить, что чистый углерод в модификации алмаза представляет собой диэлектрик с весьма высоким удельным сопротивлением.

Сажи представляют собой мелкодисперсный углерод. Лаки, в состав которых в качестве пигмента введена сажа, обладают малым удельным сопротивлением и мо­гут быть использованы для выравнивания электрического поля в электрических машинах высокого напряжения.

Рис. 7-28. Зависимость удельного сопротивления р угольного электрода от темпе­ратуры

Рис. 7-28 Рис. 7-29

Рис. 7-29. Структура графита

Параметры графита й пиролитичёского углерода

Материал	Удельное сопроти­вление р, мкОм* М	Плот­ ность, Мг/м9	Температурный коэффициент удельного со­противления ар. 10*. К-‘	Температурный коэффициент линейного рас­ширения а; • 10е, К"1
Поликристаллический гра­фит	8	2,26	—10	7,5
Монокристалл графита вдоль базисных пло­скостей	0,4	2,24	—9	6,6
поперек базисных пло­скостей	100	2,24	—400	2,6
Пиролитический углерод	10—50	2,10	—2	6,5—7,0

Пирблитический углерод получают путем пиролиза (терми­ческого разложения без доступа кислорода) газообразных углеводородов (метан, бензин, гептан) в камере, где находятся керамические или стеклянные основания заготовок для резисторов.

Схема реакции пиролиза углеводородов общего состава С_тН„:

С_тН_п —► тС 4" ~ ^2-

Особенностью структуры пиролитического углерода является отсутствие стро­гой периодичности в расположении слоев (в отличие от графита) при сохранении их параллельности.

Бороуглеродистые пленки получаются пиролизом борорганических соединений, например В(С₄Н₉)₃ или В(С₃Н₇)₃. Эти пленки обладают малым температурным коэф­фициентом удельного сопротивления.

Проводниковые материалы особо высокой нагрсвостойкости. В некоторых слу­чаях [нагревательные элементы высокотемпературных электрических печей, элек­троды магнитогидродинамических (МГД-) генераторов] требуются проводниковые материалы, которые могли бы достаточно надежно работать при температурах 1500— 2000 К и даже выше. В МГД-геиераторах условия работы проводниковых матери­алов еще усложняются из-за соприкосновения материала о плазмой и возможности электролиза при прохождении через материал постоянного тока.

П роблема получения проводниковых материалов, полностью удовлетворя­ющих всем этим требованиям, окончательно еще не решена; по-видимому, решение может быть найдено исключительно в применении специальных керамических мате­риалов. Среди высоконагревостойких проводящих материалов могут быть отмечены некоторые оксиды (прежде всего керамика диоксида циркония 7г0₂, стабилизиро­ванная добавкой оксида иттрия У₂0₃), кера­мика диоксида церия Се0₂, некоторые хро­миты. На рис. 7-30 представлены темпера­турные зависимости р таких материалов. Некоторые свойства керамики 2г0₂ — У₂0_;, (после обжига, при пористоати 25 % по объему): средняя плотность 2,9 Мг/м⁸,

Рис. 7-30. Температурные зависимости удельного сопротивления р керамики 2т0₂—У₂0₃ (кривая /), диоксид церия Се0₂ (кривая 2) и хромита лантана ЬаСЮ₃ (кри­вая 3)

щ= 13- 1(Г⁶ Ю, коэффициент теплопроводноети (при 1500 °С) равен 1,45 Вт/(м-К). Стабилизируя диоксид циркония ЪхО_г добавлением оксида иттрия У₂0₃ (или ■оксидов некоторых других металлов), можно избежать структурных превращений чистого 2гОъ во время охлаждения после обжига, связанных с уменьшением объема и вызываемых этим повреждением обожженных изделий

. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте классификацию проводниковых материалов.

2. Какими основными параметрами определяются свойетва проводников элек­трического тока?

3. В чем состоит явление сверхпроводимости и что такое сверхпроводники I и II рода?

4. Какие вещества имеют высокую проводимость, их свойства и применение?

5. Для каких целей используются сплавы высокого сопротивления, их состав

и свойства?

ГЛАВА ВОСЬМАЯ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

7. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Большая группа веществ с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре больше, чем у проводников, но меньше, чем у диэлектриков (табл. 8-1), относится к полупроводникам. Как было указано в § В-1, электропроводность полупроводников в большой степени зависит от внешних энергетических воздействий, а также от различных примесей, иногда в ничтожных количествах присутствующих в теле собственного полупроводника.

У

Удельное сопротивление электротехнических материалов различных классов при 20 °С и постоянном напряжении

правляемость электропроводностью полупроводников посред­ством температуры, света, электрического поля, механических уси­лий положена в основу принципа действия соответственно термо­резисторов (термисторов), фоторезисторов, нелинейных резисторов (варисторов), тензорезисторов и т. д.

Класс материалов	р, Ом- м	Число порядков по зна­ченням г>	Знак ар в широком интервале темпе­ратур	Тип электропро- ЕОДИОСТИ
Проводники . . .	10-8—10-^	3	Положительный	Электронная
Полупроводники	10-6—Ю+8	14	Отрицательный	Электронная
Диэлектрики . .	І0+7—10+16	9	Отрицательный	Ионная и электрон­ная

Таблица 8-1

Простые электронные полупроводники

Элемент	Г руппа в табли­це Мен­делеева	Ширина запре­щенной зоны		Элемент	Группа в табли­це Мен­делеева	Ширина запре­щенной зоны
		эВ	X I О-1' Дж			эВ	Х10-‘* Дж
Бор	ш	1,10	1,76	Мышьяк	V	1,20	1,92
Кремний	IV	1,12	1,79	Сера	VI	2,50	4,00
Германий	IV	0,72	1,15	Селен	VI	1,'/0	2,72
Фосфор	V	1,50	2,40	Теллур	VI	0,36	0,58
				Йод	VII	1,2Ь	2,00

Примечание. В некоторых модификациях свойствами полупроводников обладают еще.олово (серое), сурьма и углерод.

Наличие у полупроводников двух типов электропроводности — электронной (п) и электронно-дырочной (р) позволяет получить полупроводниковые изделия с р —п-переходом. Сюда относятся различные типы как мощных, так и маломощных выпрямителей, усилителей и генераторов. Полупроводниковые системы могут быть с успехом использованы для преобразования различных видов энергии в энергию электрического тока с такими значениями коэф­фициента преобразования, которые делают полупроводниковые пре­образователи сравнимыми с существующими преобразователями других типов, а иногда и превосходящими их. Примерами полу­проводниковых преобразователей могут служить солнечные батареи и термоэлектрические генераторы. При помощи полупроводников можно понизить температуру на несколько десятков градусов. В последние годы особое значение приобрело рекомбинационное свечение при низком напряжении постоянного тока электронно­дырочных переходов, которые используются для создания сигналь­ных источников света и в устройствах вывода информации из вы­числительных машин.

Полупроводники могут служить также нагревательными элемен­тами (силитовые стержни), индикаторами радиоактивных излучений, с их помощью также можно измерять напряженность магнитного поля (преобразователи Холла) и т. д.

Использующиеся в практике полупроводники могут быть под­разделены на простые полупроводники (их основной состав образо­ван атомами одного химического элемента) и сложные полупровод­никовые композиции, основной состав которых образован атомами двух или большего числа химических элементов. В настоящее время изучаются также стеклообразные и жидкие полупроводники. Про­стых полупроводников существует около десятка, они приведены в табл. 8-2. В современной технике особое значение приобрели крем­ний, германий и частично селен. Сложными полупроводниками являются соединения элементов различных групп таблицы Менде­леева, соответствующие общим формулам А^|УВ^1У (например, Б1С), А^ШВ^У (1п5Ь, ОаАз, ОаР), А^ПВ^1У (Сей, гпБе), а также некоторые

оксиды (например, Си₂0) и вещества сложного состава. К полу­проводниковым композициям можно отнести материалы с полупро- водящей или проводящей фазой из карбида кремния и графита, сцепленных керамической или другой связкой. Наиболее распро­страненными из них являются тирит, силит и др.

Изготовленные из полупроводниковых материалов приборы обла­дают преимуществами, к ним относятся: 1) большой срок службы;

2. малые габариты и масса; 3) простота и надежность конструкции, большая механическая прочность (не боятся тряски и ударов); 4) отсутствие цепей накала при замене полупроводниковыми при­борами электронных ламп, потребление малой мощности и малая инерционность; 5) экономичность при массовом производстве.

Дальнейшее развитие электроники твердого тела позволило перейти от дискретных полупроводниковых приборов к созданию и серийному производству узлов электронной аппаратуры и схем, устройств и приборов в целом. Это прогрессивное направление техники получило название микроэлектроники. Научной задачей, решаемой с помощью микроэлектроники, является создание слож­нейших кибернетических систем для использования в народном хозяйстве, для освоения космоса, для исследований в области био­логии и медицины. Техническая задача микроэлектроники сводится к дальнейшему сокращению размеров и массы электронной аппара­туры, увеличению плотности монтажа при одновременном повышении ее долговечности и надежности. Осуществить это возможно только на основе резкого сокращения затрат мощности в электронных схемах на полупроводниковых элементах. Экономическая задача микро­электроники заключается в существенном сокращении потребности в материалах, трудоемкости и капитальных вложений в производство электронной аппаратуры и приборов, в перевозку деталей и аппара­туры, а также в снижении энергетических затрат при ее производстве и эксплуатации.

Советская наука и техника полупроводников развивалась по своему пути, обогащая мировую науку достижениями и в то же время используя все прогрессивное, что давала зарубежная наука и тех­ника.