Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Брук В.А. Производство полупроводниковых приборов учебник для подготовки рабочих на пр-ве

.pdf
Скачиваний:
44
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
15.79 Mб
Скачать

Увеличение тока будет происходить до тех пор, пока аі + а г = І.При аі + а2=1 происходит переключение.

Напряжение, при котором выполняется условие аі + а2=1, назы­ вают напряжением переключения Unp. На вольтамперной характе­ ристике появляется участок отрицательного сопротивления, ток через структуру увеличивается, а напряжение уменьшается. Если через структуру проходит ток 1^1 выкл, то (аі + а 2 ) > 1 .

Переключение прибора из закрытого состояния в открытое про­ исходит не только при подаче на прибор напряжения, превышаю­ щего напряжение переключателя. Можно переключать прибор из закрытого состояния в открытое и путем подачи тока на третий управляющий электрод, имеющий вывод от одной из внутренних областей структуры.

При подаче на управляющий электрод напряжения полярности, соответствующей смещению эмнттерного перехода п — р — «-тран­ зистора в прямом направлении, в цепи управляющего электрода течет ток управления г'о. Этот ток суммируется с общим током при­ бора в закрытом состоянии и, следовательно, увеличивает коэффи­ циент усиления по току, что приводит к снижению напряжения переключения.

Ток io, вызывающий снижение напряжения переключения до

величины,

соответствующей

прямой ветви

тиристора

(спрямление

характеристики),

называют

включающим

током

управляющего

электрода

/упр, или

током

управления.

 

 

Основные электрические параметры управляемых кремниевых тиристоров Д235А—Д235Г приведены в табл. 16.

Т а б л и ц а 16

Основные электрические параметры управляемых кремниевых тиристоров Д235А — Д235Г

 

Н а п р я ж е н и е

Остаточное

В к л ю ч а ю щ и й

т о к

 

н а п р я ж е н и е

у п р а в л я ю щ е г о э л е к ­

 

переключения

У о с т ,

 

- " Р н

т р о д а / у п р >

ма,

п р и

Т и п

U

в.

при

в

н а п р я ж е н и и на

п р и ­

 

 

 

' У П Р =

0

И

боре -f-

10

в

тиристора

' v n p

=

°

т о к е ,

прохо ­

 

 

 

 

( Г и з м е н я е т с я

д я щ е м

 

через

Г = 2 5 +

Г = — 6 0 +

 

от

—60

прибор

 

1—2

a

 

д о + 1 0 0 ° С) ( Г = 2 5 ± 1 0 ° С )

± 1 0 ° С

+ 5 ° С

Обратное на­ п р я ж е н и е

^ о б р .

 

" Р И

/ У П Р

=

° *

' о б р =

5

м а

(T и з м е н я е т с я

от —60 ,

д о + 1 0 0 °

С)

Д235А

40

2

20

50

 

Д235Б

60

2

20

50

 

Д235В

40

2

20

50

40

Д235Г

80

2

20

50

80

§ 33. ФОТОДИОДЫ,

ФОТОТРАНЗИСТОРЫ

И

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ

ИСТОЧНИКИ

СВЕТА

 

 

 

 

Фотодиодами и фототранзисторами называются полупроводни­ ковые приборы, которые преобразуют световую энергию в электри­ ческую. Фотодиоды и фототранзцсторы представляют собой группу полупроводниковых приборов с одним и двумя р «-переходами,

способных реагировать на внешнее световое излучение. Принцип действия этих приборов основан на изменении величины обратного тока р — «-перехода под действием электромагнитного излуче­ ния.

Если внешнее излучение падает на базу фотодиода или эмит­ тер, базу или коллектор фототранзистора, под воздействием внеш­

него света в этих областях полупроводникового

кристалла образу­

ются

пары

электрон — дырка,

которые,

 

диффундируют к р — «-переходу и увели­

 

чивают общий

ток,

протекающий через

 

р — «-переход. В фотодиоде это приводит

 

к возрастанию обратного тока р — «-пере-

 

хода,

а

в фототранзисторе — к

увеличе­

 

нию

обратного

тока

коллектора.

Таким

 

образом,

при

освещении

р — «-перехода

 

внешним

источником,

его

вольтамперная

 

характеристика

изменяется. Изменения

 

характеристики

зависят от

интенсивности

 

и длины

волны

падающего

света,

геомет­ Рис.

50. Вольтамперные

рических размеров и физических

парамет­

характеристики

фото­

ров р — «-перехода, а также направления

диода для

 

различных

падения светового потока на поверхность

световых

потоков

 

 

 

полупроводникового кристалла.

 

 

 

 

Электрические парметры фотодиодов

и фототранзисторов разде­

ляются на темновые и световые. Темновые параметры,

измеряемые

при отсутствии внешнего света

(т. е. в

темноте), соответствуют

параметрам обычных диодов и транзисторов. Световые параметры измеряются при фиксированных значениях внешнего излучения, падающего на полупроводниковый кристалл.

На рис. 50 приведены вольтамперные характеристики фотодио­ да для различных значений световых потоков Ф. При отсутствии светового потока (Ф—0) вольтамперная характеристика фотодиода совпадает с вольтамперной характеристикой выпрямительного диода.

При световом потоке Ф = Ф ( вольтамперная характеристика фотодиода смещается относительно оси ординат и оси абцисс. Если световой поток, падающий на поверхность полупроводникового кристалла, возрастает ( Ф з > Ф г > Ф і ) , происходит еще более значи­ тельный сдвиг вольтамперной характеристики фотодиода, что сви­ детельствует об увеличении обратного тока фотодиода пропорцио­ нально световому потоку.

Ток освещенного фотодиода

 

qU

 

 

 

 

1=1s \ e кТ

1

 

 

где Isобратный

ток неосвещенного р — «-перехода; I L — ток до­

полнительных

носителей заряда, созданных

светом;

q — заряд

электрона;

U — напряжение,

приложенное

к р

«-переходу;

6 З а к а з 305

81

Т — температура, 0 К; к— постоянная Больцмана; е — основание натурального логарифма ( е « 2 , 7 ) .

Ток дополнительных носителей заряда, созданных светом, может быть определен из формулы

к т 1 кф *

где 1К — общий ток коллекторного р — n-перехода фототранзистора;

/ к т ток коллекторного р — /г-перехода без

освещения; / К ф ток

дополнительных носителей заряда, созданных

светом.

Фототранзисторы часто используют в схемах с отключенной базовой областью, т. е. с током базы, равным нулю. Внешний вывод от базовой области в таких фототранзисторах обычно отсутствует, и по своим параметрам они отличаются от фотодиодов только большей чувствительностью.

Особенностью конструкции фотодиодов и фототранзисторов являются их корпуса. Обязательной составной частью корпуса служит стеклянное окно (линза), через которое свет от внешнего источника попадает на поверхность полупроводникового кристалла, расположенного внутри корпуса.

Фотодиоды и фототранзисторы нашли широкое применение в промышленности как чувствительные фотоэлементы. Фотоэлектри­

ческие установки с фотоприборами используют в схемах

автомати­

ческого контроля различных технологических

процессов

производ­

ства.

 

 

 

Полупроводниковыми

источниками света

называются

приборы,

которые преобразуют электрическую энергию в световую. В каче­

стве таких

приборов

используют

диоды

с

одним

р — п-переходом.

 

 

 

 

 

 

 

При

пропускании

через р — «-переход то­

дона

проводимости

 

 

ка полупроводниковый кристалл испускает

 

 

свет.

Проходящий

через

 

р — «-переход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ток

инжектирует

в

область

базы

диода

 

 

 

 

 

 

 

электроны

и дырки. В

области

базы

эти

 

 

 

 

 

 

 

носители

заряда

рекомбинируют,

вызы­

 

 

 

 

 

 

 

вая

свечение

полупроводникового

кри­

 

 

 

 

 

 

 

сталла. Таким образом, эффект свечения

 

 

 

 

 

 

 

связан с процессом рекомбинации носите­

 

 

 

 

 

 

 

лей

заряда — электронов

и

дырок.

 

 

+ + + + + + + + +

 

Существует четыре основных процесса

Валентная зона

 

 

 

рекомбинации

(рис. 51). Первый

процесс

 

 

 

 

 

 

 

рекомбинации

1 связан с переходом носи­

Рис.

51. Зонные

схемы

телей заряда

из

зоны

проводимости

в

процессов

 

рекомбина­

валентную зону

полупроводникового

ма­

 

 

ции:

 

 

 

 

териала. Например, переход электрона

из

/ — з о н а п р о в о д и м о с т и — в а ­

зоны

проводимости

в

валентную

зону.

л е н т н а я з о н а , 2 — з о н а

п р о ­

в о д и м о с т и —

д о н о р н ы й

 

у р о ­

Второй

процесс

рекомбинации

2

имеет

вень — в а л е н т н а я

з о н а ,

3 —

место при

переходе

носителей заряда

из

з о н а

п р о в о д и м о с т и —

а к ц е п ­

т о р н ы й у р о в е н ь — в а л е н т н а я

зоны

проводимости

на донорный

уровень

зона,

4 ~ з о н а

п р о в о д и м о ­

сти — д о н о р н ы й

у р о в е н ь

и далее

с донорного уровня — в валент­

а к ц е п т о р н ы й

у р о в е н ь

ва ­

 

л е н т н а я

з о н а

 

 

 

ную

зону.

При

переходе

электрона

из

валентной зоны происходит его захват одним из донорных уровней, а затем переход его в валентную зону. Третий процесс рекомбина­ ции 3 связан с переходом носителей заряда из зоны проводимости на акцепторный уровень и с акцепторного уровня — в валентную зону. Четвертый процесс рекомбинации 4 основан на трехступенчатом переходе носителей заряда: из зоны проводимости — на донорный уровень, с донорного уровня — на акцепторный уровень и с акцеп­ торного уровня — в валентную зону.

Чем больше ток, проходящий через р — «-переход, тем выше инжекция и рекомбинация носителей заряда и, следовательно, силь­ нее световое излучение. В случае процесса рекомбинации типа зона проводимости — валентная зона длина волны испускаемового полу­ проводниковым кристаллом света определяется шириной запрещен­ ной зоны Д£ исходного полупроводникового материала (германия, кремния, арсенида галлия, карбида кремния и др.). В случае про­ цесса рекомбинации типа зона проводимости — примесный уро­ вень — валентная зона длина волны света определяется энергетиче­ ским 'Промежутком Д-Еі между соответствующей зоной и примесным уровнем полупроводникового кристалла.

При изготовлении полупроводниковых приборов используют при­ меси, обладающие различной глубиной залегания в запрещенной зоне исходного полупроводникового материала, что позволяет полу­ чать приборы с нужной длиной волны испускаемого света.

Особенностью конструкций полупроводниковых источников света является полусферическая стеклянная или полупроводниковая лин­ за, которая располагается над областью свечения кристалла с р — «-переходом и служит для усиления и концентрации светового потока.

На рис. 52 показаны наиболее часто встречающиеся конструкции

полупроводниковых источников света. На рис. 52,

а показан прибор

с винтом и полупроводниковой полусферической

линзой,

которая

является частью р — «-перехода, а на рис. 52, б — прибор

без вин­

та, который имеет стеклянную полусферическую линзу, являющую­ ся его отдельным элементом. Существуют и другие конструкции

6*

83

полупроводниковых источников света, в которых для усиления светоотдачи используются параболические рефлекторы. Основные типы полупроводниковых источников света приведены в табл. 17.

Т а б л и ц а 17

Полупроводниковые источники света

Т и п д и о д а

Ц в е т свечения

Прямой

Н а п р я ж е н и е ,

Я р к о с т ь ,

т о к , ма

в

п/п

 

 

АЛ102А

Красный

5

2,5

5

АЛ102Б

Красный

20

2,5

40

АЛ102В

Зеленый

30

3

50

ДИ1А

Красный

3

2,5

20

ДИ1Б

Зеленый

5

2,5

20

ДИ1В

Красный

5

2,5

20

ДИ1Г

Зеленый

10

3

20

ДИ1Д

Красный

30

3

20

ДИ1Е

Зеленый

30

3,5

30

ДИ1Ж

Зеленый

30

5

60

ДИ1И

Красный

30

5

60

Б35А

Желтый

10

5,5

10

Б35Б

Желтый

20

5,5

15

§ 34. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

За время развития микроэлектроники были разработаны раз­ личные направления микроминиатюризации: уплотненный монтаж, сварные модули, микромодули и полупроводниковые интегральные схемы. Эти направления быстро развивались, заимствуя одно у другого лучшие технологические решения. В настоящем учебнике рассматриваются только интегральные схемы.

Полупроводниковые интегральные схемы — это микроминиатюр­ ные функциональные узлы электронной аппаратуры, в которых активные, пассивные и соединительные элементы изготовляются единым технологическим циклом на поверхности или в объеме полу­

проводникового материала и имеют общую герметичную

обо­

лочку.

 

В настоящее время не существует единой классификации

инте­

гральных схем. Готовые схемы обычно получают наименования по методам их создания, принципам работы и способам соединения {коммутации) отдельных элементов схем.

Наибольшее распространение в полупроводниковой электронике получили четыре типа интегральных схем: тонкопленочные, гибрид­ ные, твердые и совмещенные.

Т о н к о п л е н о ч н ы е с х е м ы изготовляют нанесением тонких металлических, диэлектрических и полупроводниковых пленок в соответствующей последовательности на изоляционную подложку для создания активных и пассивных элементов. Основным техноло­ гическим способом изготовления тонкопленочных схем является способ испарения металлов и диэлектриков в вакууме. Метод ваку-

умного испарения позволяет получать многослойные структуры в течение одного технологического процесса. Преимуществом тонкопленочной технологии является возможность ее полной автомати­ зации. К недостаткам следует отнести нестабильность получаемых пленочных активных элементов.

Г и б р и д н ы е с х е м ы представляют собой тонкопленочные схемы, состоящие из пассивных элементов с присоединенными к ним обособленными (дискретными) активными элементами любого на­ значения (транзисторами, диодами, варикапами, стабилитронами и др.). Преимущества гибридных схем состоят в том, что они поз­ воляют изготовлять по пленочной технологии пассивные элементы

(резисторы, токоведущие дорожки

и др.) и сочетать их с дискрет­

ными полупроводниковыми структурами.

Т в е р д ы е с х е м ы отличаются

от гибридных тем, что их актив­

ные элементы изготовляются в объеме полупроводника. Соединения между активными элементами осуществляются как внутри объема полупроводникового кристалла, так и на его поверхности. Основ­ ным преимуществом схем этого типа является возможность изго­ товления высококачественных активных компонентов. К недостат­ кам следует отнести большое число паразитных связей, возникаю­ щих между активными элементами и снижающих электрические характеристики твердых схем.

Следует отметить, что изготовление твердых схем является од­ ним из наиболее перспективных направлений, позволяющих созда­ вать наиболее функциональные и высоконадежные схемы.

С о в м е щ е н н ы е с х е м ы ^изготовляют комбинированием твер­ дых схем и пленочных пассивных элементов. В совмещенных схе­ мах пассивные элементы наносят методом вакуумного испарения на поверхность изоляционного слоя, покрывающего монолитную полупроводниковую структуру с активными элементами. Этот ме­

тод, позволяет

изготовлять

схемы

с более широким

диапазоном

электрических

параметров.

 

 

 

В настоящее время выпускается большое количество различных

типов интегральных схем, которые

по функциональным

признакам

можно объединить в семь основных групп:

 

схемы с непосредственной связью;

 

схемы с резисторно-емкостными

связями;

 

резисторно-транзисторные;

 

 

диодно-транзисторные;

 

 

 

транзисторно-транзисторные;

 

 

схемы с объединенными

эмиттерами;

 

диодные матрицы.

 

 

 

С х е м ы с

н е п о с р е д с т в е н н о й с в я з ь ю (рис. 53,а) отли­

чаются простотой и имеют однотипные активные элементы. Иногда для уменьшения влияния разброса входных характеристик тран­ зисторов в цепь базы каждого транзистора включают сопротивле­ ние в несколько сотен ом. Схемы с непосредственной связью между активными элементами используют для изготовления логических схем, однако широкого распространения они не нашли.

С х е м ы с р е з и с т о р н о-е м к о с т н ы м и с в я з я м и

(рис. 53, б)

характеризуются наличием RC-связей

между

отдельными

каскада­

ми. Эти схемы имеют базовый

кристалл

полупроводникового мате­

 

 

 

 

 

 

 

 

риала

с резисторами,

диодами

 

 

 

 

 

 

 

и транзисторами,

соединенны­

 

 

 

 

 

 

 

 

ми

металлизацией,

и

 

исполь­

 

 

 

 

 

 

 

 

зуются

в

 

наземной

 

бортовой

 

 

 

 

 

 

 

 

аппаратуре

и космической

тех­

 

 

 

 

 

 

 

 

нике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р е з и с т о р но - т р а н з и ­

 

 

 

 

 

 

 

 

с т о р н ы е

с х е м ы

(рис. 53,

s)

 

 

 

 

 

 

 

 

достаточно просты и состоят

из

 

 

 

 

 

 

 

 

нескольких однотипных элемен­

 

 

 

 

 

 

 

 

тов.

 

Отличительная

 

особен­

 

 

 

 

 

 

 

 

ность

этих

схем — малая

пот­

 

 

 

 

 

 

 

 

ребляемая

мощность и

среднее

 

 

 

 

 

 

 

 

быстродействие,

основное

на­

 

 

 

 

 

 

 

 

значение

— работа

в

 

режиме

 

 

 

 

 

 

 

 

ключа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д и о д н о - т р а н з и с т о р ­

 

 

 

 

 

 

 

 

н ы е с х е м ы

(рис.

53, г)

до­

 

 

 

 

 

 

 

 

статочно

сложны и имеют боль­

 

 

 

 

 

 

 

 

шое количество различных эле­

 

 

 

 

 

 

 

 

ментов (до 80 на одном

кри­

 

 

 

 

 

 

 

 

сталле),

 

что позволяет

созда­

 

д)

 

 

 

 

 

 

вать

 

 

 

многофункциональные

 

 

 

 

 

 

 

схемы,

такие

как

триггеры.

 

 

о

Н

 

1

 

 

Возможность

использования

 

 

 

 

 

этих

 

схем в различных

сочета­

 

 

с

Ы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ниях

(например, триггер может

 

 

°

WI

 

 

 

 

 

 

 

ы

 

 

 

 

быть

использован

как

 

счетчик,

 

 

0

^1

 

 

 

 

или как элемент сдвигового ре­

 

 

 

ы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гистра)

 

придает

им

большую

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[

 

 

логическую

гибкость.

Эти

схе­

 

 

 

 

 

 

 

мы

обладают

средней

 

величи­

 

 

 

 

 

\

 

 

ной

быстродействия

и

 

средним

 

 

 

ж)

 

 

уровнем

 

рассеиваемой

 

мощно­

Рис.

53.

Полупроводниковые

интег­

сти.

 

 

 

 

 

 

 

 

- т р а н ­

Т р а н з и с т о р н о

 

 

ральные

схемы:

 

 

з и с т о р н ы е

(рис.

53,6)

са­

а — с н е п о с р е д с т в е н н о й с в я з ь ю , 6 - е

ре -

мые

 

быстродействующие. Эле­

з н с т о р н о - е м к о с т н ы м и

с в я з я м и ,

в —

р е з и -

 

с т о р н о - т р а н з н с т о р н а я ,

г — д и о д н о - т р а н з и -

ментами

этих

схем

являются

в

с т о р н а я ,

д

т р а н з и с т о р н о - т р а н з и с т о р н а я ,

є — с

о б ъ е д и н е н н ы м и

 

э м и т т е р а м и ,

ж —

основном

 

обычные

и

много-

 

 

д и о д н а я м а т р и ц а

 

 

эмиттерные

транзисторы

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

диффузионные

резисторы,

ис-

пользование которых значительно улучшает и стабилизирует температурыые характеристики схем. Эти схемы обеспечивают большую нагрузочную способность при сохранении высокого уровня быстродействия и используются для изготовления счетверенных

двухвходовых, строенных трехвходовых, сдвоенных четырехвходо-

вых и восьмивходовых ключевых схем.

 

С х е м ы

с о б ъ е д и н е н н ы м и э м и т т е р а м и

(рис. 53, е)

состоят из

большого количества транзисторов, диодов

и резисто­

ров и используются для переключателей большой мощности в бор­ товой аппаратуре.

Д и о д н ы е м а т р и ц ы (рис. 53, ж) представляют собой набор быстродействующих диодов, соединенных по определенному прин­ ципу. Количество диодов в матрице может быть различным и за­ висит от типа схемы. Обычно диодные матрицы включают от 4 до

64

отдельных

элементов. Схемы

этой группы

используются как

быстродействующие логические элементы.

 

 

 

Контрольные

вопросы

 

 

 

 

1. Каков механизм образования р

гс-перехода?

 

 

 

2.

Что такое

пробой р гс-перехода

и какие виды пробоя вы

знаете?

 

3.

Каков принцип действия выпрямительного диода

и какими

параметрами

он

характеризуется?

 

 

 

4.Чем отличаются стабилитрон и варикап от выпрямительного диода?

5.Какова зависимость напряжения стабилизации стабилитрона от темпе­ ратуры?

6.Какими параметрами характеризуется импульсный диод и как эти пара­ метры зависят от свойств исходного материала?

7.В чем отличие туннельного диода от обращенного диода?

8.Каков принцип действия транзистора?

9-. Каковы основные параметры транзистора?

10.Каков принцип действия тиристора?

11.Каков принцип действия фотодиодов и фототранзисторов?

12.

Каков

принцип действия

полупроводниковых источников

света?

13.

Какие

типы интегральных

схем вы знаете?

.

\

ГЛАВА ПЯТАЯ

 

 

МЕХАНИЧЕСКАЯ

ОБРАБОТКА

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ

 

 

§ 35. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Абразив — слово латинского происхождения, в переводе на рус­ ский язык означает скоблить. Это понятие и определяет характер •обработки, выполняемой абразивными материалами — снятие тон­ ких слоев с поверхности обрабатываемого материала. Абразив представляет собой смесь зерен неправильной формы и разных размеров. Зерном абразива называют отдельный кристалл, срост­ ки кристаллов или их осколки.

Характеристика

абразивных зерен. Основными

требованиями,

предъявляемыми к

качеству

абразивных

материалов,

являются

высокая

твердость,

минимальная хрупкость

и высокая

абразивная

способность.

 

 

 

 

 

Под

твердостью

понимают

способность

материала

сопротив­

ляться

вдавливанию в него другого материала, не

получающего

остаточных деформаций. По твердости абразивные материалы со­ гласно минералогической шкале Мооса разделяют на 10 классов. Минерал высшего класса оставляет царапину на всех минералах

низших классов.

Шкала

твердости включает в качестве эта­

лонов следующие

десять

минералов: тальк, гипс, кальцит,

флюорит,

ортоклаз, апатит, кварц, топаз, корунд, алмаз.

микротвер­

Более точной характеристикой абразива является

дость, определяемая по величине вдавливания алмазной

пирамид­

ки в исследуемый материал. Величина отпечатка, оставляемого алмазом в зависимости от физико-механических свойств исследуе­ мого абразива, может меняться в интервале от 7 до 50 мкм с изме­ нением нагрузки от 1 до 200 Г, что соответствует микротвердости

материала от 100 до 7000

кГ/мм2.

 

Хрупкостью

определяется способность

материала выдерживать

без разрушения внешние нагрузки.

 

Абразивная

способность

характеризует

количество материала,

сошлифованного за определенное время при номинальном режиме работы станка, и зависит от твердости, остроты граней и других •физико-механических свойств абразива.

Размер

зерен абразива характеризуется

диаметром.

Если зер­

но имеет

неправильную форму, около зерна

описывают

паралле­

лепипед с линейными размерами: а — длина, в — ширина, с — вы­ сота. Оценку диаметра зерен производят по формуле.

d=V abc .

Виды и свойства абразивных материалов. Абразивные

материа­

лы подразделяются

на природные. (алмаз,

корунд

и кремень)

и

искусственные

(электрокорунд, карбид кремния,

карбид

бора

и

синтетические

алмазы).

 

 

 

 

 

А л м а з является

самым твердым материалом. Его твердость

по минералогической

шкале Мооса равна

10,

микротвердость-—

10 000 кГ/мм2.

Плотность алмаза 3,4—3,6 г/см3.

В

промышленно­

сти используются только черные минералы. Однако широкое при­

менение алмаза

ограничено ввиду малой

распространенности

его-

в природе.

 

 

 

 

 

 

 

К о р у н д — безводный

глинозем

А12

уступает по твердости

(по шкале

Мооса

9)

только

алмазу;

микротвердость-

2000—3000 кГ/мм2, плотность

колеблется

от 3,9

до 4,0 г/см3.

Гли­

нозем способен изоморфно кристаллизоваться с окислами хрома,

железа, титана. Примеси придают кристаллу глинозема

различные

оттенки. Бесцветный прозрачный корунд носит название

лейко-

корунда, синий,

называют

сапфиром, красный—рубином,

жел­

тый — топазом.

В качестве

абразивного материала

используют

полупрозрачные, помутневшие кристаллы. Известные в настоящее время месторождения корунда почти исчерпаны, что ограничивает его применение в промышленности.

К р е м е н ь

представляет

собой

минеральное образование,

состоящее из

кристаллического и аморфного кремнезема. Твер­

дость

кремния

по шкале

Мооса равна 7, микротвердость 1000—

1100

кГ/мм2,

плотность

2,6

г/см3. В

качестве примесей в квар­

цевых

песках

(кремниях)

могут быть

глинистые минералы, слю­

да и т. д.

Относительно малые запасы месторождений природных абра­ зивов, обладающих высокой твердостью, послужили причиной

развития производства

искусственных

абразивных

материалов,

обладающих высокой твердостью.

 

 

К р и с т а л л и ч е с к и й

г л и н о з е м

а — AI2O3,

получаемый

плавкой глиноземистого сырья в дуговой электрической печи, называют э л е к т р о к о р у н д о м. Электрокорунд, выпускаемый про­ мышленностью, бывает трех сортов: белый, нормальный и черный.

Белый электрокорунд содержит от 98,5% до 99,5%

А12 03

и полу­

чается

плавкой чистого глинозема; нормальный электрокорунд —

основной продукт

производства — содержит

от

91%

до 96%

А12 03

и получается

плавкой боксита с углем;

черный

электро­

корунд, содержащий 65—75% А12 03 , получают плавкой желези­ стого боксита без добавки восстановителя (угля). Твердость элек­

трокорунда

по шкале Мооса 9—9,2, микротвердость 2000—

2600 кГ/мм2,

плотность колеблется от 3,2 до 4 Г/см3.

К а р б и д

к р е м н и я SiC получают нагреванием смеси квар­

цевого песка с коксом в электрической печи при температуре не ниже 2000° С. Химически чистый карбид кремния бесцветный, тех­ нический— приобретает в зависимости от количества примесей оттенки от светло-зеленого до черного. Наиболее часто в полупро­ водниковой промышленности используют зеленый и черный кар-

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ