Тепловые свойства.

1. Удельная теплопроводность .

2. Удельная теплоемкость

– отношение изменения количества теплоты,

сообщенного телу, к соответствующему изменению его температуры.

Удельная теплопроводность и удельная теплоемкость имеют большое значение при изготовлении подложек, теплоотводов и так далее. Хороши: Au, Ag, Cu, Al, алмаз.

3. Температурный коэффициент линейного расширения

;

Для проводников

Важно при изготовлении вакуумных баллонов.

1. Температурный ряд: и так далее.

Механические и физические свойства.

1. Удельный вес (или плотность ).

1. Прочность при растяжении, сжатии, изгибе. Коэффициент прочности на разрыв: (относительное удлинение при разрыве).

Характеристики очень важны в проводах линий передач. В институте метрологии изобрели материал хронвангал (хром, ванадий, галлий). Позволяет делать провода с  20…80 мкм ( как человеческий волос). Высокая прочность на разрыв, высокое и низкий .

2. Стойкость к истиранию.

3. Твердость.

1. Окисляемость материала в кислородной среде. Самая высокая стойкость к окислению: Au, Ni, Cr. У Al образуется окисная пленка ≈ 30 мкм, препятствующая пайке.

1. Коэффициент адгезии. Адгезия – способность материалов сцепляться друг с другом. При изготовлении БИС необходимые соединения выполняются проводниками из Au. Подложка из Si покрыта окисной пленкой Si . Au и Si обладают плохой адгезией, поэтому выполняются многослойные конструкции.

Нихром обладает хорошей адгезией с Au и Cu,Используются также Ni,Cr, Ti, Ta, Nb.

2. Коэффициент диффузии. Он учитывается, когда имеют дело со сверхчистыми материалами и неконтролируемая диффузия может навредить.

Si очень хороший поглотитель атомов, диффундирующих при изменении температуры.

Коэффициент диффузии очень высок у Si и Au. Поэтому его ограничивают с помощью пленки Si .

Области применения проводниковых материалов.

• Проводящие жилы кабелей и проводов самых разных типов.

• Термоэлементы.

• Припои.

• Резисторы.

• Плавкие вставки предохранителей.

• Источники магнитных полей и цепи магнитных линий.

• Электромеханические преобразователи (генераторы, двигатели, реле и т.д.)

1. Материалы высокой проводимости.

1. Классические.

Преимущественно это чистые металлы и сплавы. Основные металлы: Cu, Ag. В перспективе Na вытеснит Cu. На величину удельного сопротивления в основном влияют: температура, чистота, дефекты кристаллической решётки. Все эти факторы уменьшают длину свободного пробега .

Для чистых металлов: (концентрация) ≈ const ( несколько уменьшается за счет линейных расширений при росте температуры), поэтому .

1. Для сплавов , т. к. у некоторых сплавов может частично увеличиться концентрация носителей , и подвижность увеличивается при росте температуры.

Таблица 1. Некоторые свойства чистых металлов.

Проводник	Удельное сопротивение	Температурный коэффициент сопротивления	Работа выхода	Температура плавления	Плотность
	ρ	∝ρ	А вых.	Т плавл.	γ
	мкОм∗м	1/°К	эВ	℃	кг/м∗∗3
Ag	0.0155…0.016	0.004	4.5	961	10500
Cu	0.0168…0.0175	0.0043	4.5	1083	8890
Al	0.028	0.0025	4.1	660…670	2703
Au	0.024	0.0038	5.1	1063	19300
Na	0.047		2.36	97.7	968
Mo	0.05	0.0043	4.4	2620	7190
W	0.055	0.005	4.54	3400	1200
Co	0.062	0.006	5	1500	8860
Ni	0.07	0.0067	4.5	1453	8960
Fe	0.098	0.00625	4.31	1540	7900
Pt	0.105	0.0039	5.32	1768	21450
Cr	0.13	0.0024	4.5	1900	7190
Nb	0.152	0.004	3.99	2500	8450

Материалы с малым (высокой проводимости) :

0.016 мкОм*м

0.0168...0.0175 мкОм*м

0.024 мкОм*м

0.028 мкОм*м

Все они получаются обычными методами химической очистки.

Серебро Ag – основные свойства в Табл.1, высокая химическая стойкость, теплопроводность, простота обработки и пайки.

Недостатки: материал дорогой, способен выращивать «усы» т.е. очень тонкие нити, если между двумя серебряными проводниками существует значительная разность потенциалов ( в результате из-за нитей велика вероятность короткого замыкания).

Медь Cu- (Табл.1),высокая проводимость, механическая прочность, пластичность, легкая обработка, химическая стойкость, легкость пайки. Достаточно распространена: 4,7 % в массе Земли. 2 % в поверхностном слое. Кроме указанных в Табл.1 важные хар-ки: коэффициент термо ЭДС в паре с платиной

; 200 ,

500 .

Температурный коэффициент линейного расширения:

16,4 ;

Для высокой проводимости допускается содержание примесей не более 1,1% (кроме Ag, который не увеличивает сопротивление). Вреднейшие примеси: висмут (0,001%), свинец (0,01%) - вызывает растрескивание при 850-1150 , сера (0,003%) – приводит к хладноломкости, кислород ( до 0,08%) – вызывает красноломкость - разрушение при термической обработке, затруднены пайка, лужение.

Марки электропроводной меди: М1; М0 (соответственно 0,1% примесей и 0,05%).

Алюминий Al –содержание в Земной коре 7,5 %,

(350÷ ; примесей до 0,5%.

У Al очень высока способность к окислению, толщина защитной пленки 30 мкм хорошо защищает в агрессивных средах, она− диэлектрик, но затрудняет пайку. Соединение возможно при термокомпрессионной сварке. При сварке с Au при несоблюдении температурного режима вместо соединения образуется («пурпурная чума») диэлектрик.

Золото Au− высокая проводимость, теплопроводность, химическая стойкость в агрессивных средах.

*Высокой проводимостью обладают также Fe, W, Mo, Ni, Co.

Вольфрам 3400 . Относиться к группе тугоплавких материалов, где Применяется для выводов из баллонов электровакуумных приборов (температурный коэффициент линейного расширения равен вольфрамового и молибденового стекла) ; W используется как проводник для БИС и СБИС с высокой плотностью тока (до )

Молибден 2620 .

Ниобий 0.15 мкОм*м; 0,004 3,99 ; (подогреваемые катоды), 2500

Для создания магнитных материалов применяются Fe, Ni, Co, которые как проводники не используются:

Cr ,Ni и Co используются как защитные проводящие покрытия.

2.Высокопроводящие сплавы.

Латуни – двойные или многокомпонентные сплавы на основе Cu, в которых главной легирующей добавкой является Zn. Двойные (Cu+ Zn)− простые латуни. Многокомпонентное− специальные латуни. Латунь дешевле меди, прочнее и тверже её, хорошо обрабатывается в холодном и горячем состоянии. Практическое применение имеют сплавы с содержанием Zn до 45%.

Простые латуни содержанием Zn до 12% - томпаки: Л96, Л90.

Свыше 10% до 20%- полутомпаки: Л85, Л80 (Цифры в марке латуни указывают содержание Cu в процентах, остальное Zn.).

Удельное сопротивление латуни 0.03...0,06 мкОм*м. Для улучшения механических свойств добавляют металлы, такие как: Al, Be, Fe, Si, Mg, Ni, Sn, Pb, Cd, Ti и другие. Простые латуни легко перерабатываются в листы, ленты, проволоку и т.д., выдерживают резкие изгибы, хорошо свариваются, паяются.

Наиболее широко используются для изготовления токопроводящих деталей, электрооборудования, стержней в электродвигателях асинхронных с короткозамкнутым ротором, пружинящих контактов и других элементов, где требуются твердость, стойкость к воздействию электрических разрядов.

Бронзы − сплав меди с различными химическими элементами ( Sn, Be, Cd, Si, P и др) кроме Zn и Ni ( исключение существует, о нем - в конце) отличается от латуней высокой механической прочностью, твёрдостью, упругостью как при нормальной температуре, так и при повышенной, а также стойкостью к истиранию.

Наибольший интерес − бронзы высокой проводимости и прочности: кадмиевая, хромовая, бериллиевая.

Проводящие бронзы используют для изготовления контактных проводов для электротранспорта, коллекторных пластин электромашин, контактных ножей, токоведущих пружин, упругих контактных элементов.

Бр Кд1=0,0205 мкОм*м

Исключение: бронзы оловянно-цинковые с повышенным электрическим сопротивлением (Zn до 5%): =0,0905 мкОм*м

Алюминиевые сплавы.

Алюминиевые сплавы сочетают легкость с повышенной по сравнению с алюминием прочностью. Добавляют: Si, Mg. Они мало влияют на проводимость, но за счет образования упрочняют сплав.

Al- Mg- Si – сплав альдрей ( Mg 0,35÷0,5%; Si 0,45÷0,65%; Fe 0,25÷0,35%) из него изготавливают провода и сопутствующие элементы. По мех. прочности он приближается к меди, сохраняя легкость алюминия.

= 0,03÷0,034 мкОм·м

Алюминиевый деформируемый сплав: АДЗ1: 0,4÷ 0,9% Mg; 0,3÷0,7% Si – используют для изготовления токоведущих шин.

Конструкционный сплав – дюралюминий (Cu – 2,2%, Mg - 0,2÷2,7%; Mn - 0,2÷1,06%) используется в авиации и космонавтике.

Силумин – Al+Si (4÷23%) – легкие литейные сплавы с повышенной коррозионной стойкостью.