Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроматериаловедение. Учебник для СПО.pdf
К недостаткам композиционных резистивных пленок относятся повышенный уровень собственных шумов, зависимость сопротивления от частоты и
старение при длительной нагрузке.
Углеродистые материалы используют в качестве пленочного резистивного материала в виде проводящих модификаций углерода: природного графита,
сажи, пиролитического углерода. Пиролитический углерод получают разложением углеводородов при высокой температуре в вакууме или среде инертного
газа. Пиролизу подвергают, как правило, углеводороды метанового ряда, которые обладают способностью при высоких температурах разлагаться с образованием на изоляционных подложках пиролитического углерода. По структуре и
свойствам пиролитический углерод близок к графиту.
Пиролитические резистивные пленки углерода обладают следующими
свойствами: толщина не более 6–10 см, высокая стабильность параметров,
устойчивость к импульсным перегрузкам, низкий уровень шумов, отрицательный температурный коэффициент удельного электрического сопротивления
ТКρ, малая зависимость электрического сопротивления от приложенного
напряжения и частоты, относительно низкая себестоимость.
4.6.3. Материалы для термопар
Для термопар применяют чистые металлы и различные сплавы с высоким
электрическим сопротивлением.
Материалы для термопар выбирают по следующим характеристикам:
– допустимая рабочая температура спая Т
сп
;
– удельный коэффициент электрического сопротивления ρ;
– температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ;
– коэффициент термоЭДС.
Для изготовления термопар чаще всего используют сплавы, приведенные
в табл. 4.7.
181
Характеристика сплавов для изготовления термопар
Параметр
Копель
Хромель
Платинородий
Алюмель
44 %Ni;
95 % Ni;
Удельный коэффициент
Таблица 4.7
Состав сплава
электрического сопротив-
56 %
90 %Ni;
10 % Cr
Сu
0,465 0,66 0,19 0,305
90 % Rt;
5 % Al, Si,
10 % Rh
Rh
ления ρ, мкОм⋅м
Термопары могут применяться для измерения следующих температур:
до 350 °С — медь-константан, медь-копель; до 600 °С — железо-константан, железо-копель, хромель-копель; до 900–1000 °С — хромель-алюмель; до 1600 °С —
платинородий-платина.
Для измерения криогенных температур можно использовать термопару
железо-золото.
4.7. Припои, флюсы и контактолы
Припои, флюсы, контактолы применяются для создания механически
прочного, герметичного шва или постоянного электрического контакта с малым
переходным сопротивлением.
Пайкой называется процесс получения неразъемных соединений с помощью специальных сплавов или металлов, температура плавления которых ниже
температур плавления соединяемых деталей.
Специальные сплавы, применяемые при пайке, называют припоями. Процесс пайки сопровождается нагреванием. В результате припой плавится, растекается по поверхности соединяемых деталей, заполняя зазор между ними.
На границе соприкосновения расплавленного припоя и поверхностей соединяемых деталей происходят сложные физико-химические процессы. Припой
диффундирует в основной металл, а поверхностный слой основного металла
растворяется в припое, образуя промежуточную прослойку. После охлаждения
образуется неразъемное соединение.
182
Наличие оксидных пленок, механических и органических загрязнений
на поверхностях соединяемых деталей затрудняет процесс пайки. Поэтому перед пайкой соединяемые поверхности тщательно очищают, а в процессе пайки
защищают от окисления вспомогательными составами, называемыми флюсами.
Для получения электрических контактов в радиоэлектронике применяют
также токопроводящие пасты, клеи, эмали, объединяемые общим названием
контактолы.
Припои должны обладать следующими свойствами: хорошая жидкотекучесть, т.е. способность легко растекаться в расплавленном состоянии и заполнять узкие зазоры и щели; малый интервал температур кристаллизации; высокая механическая прочность; коррозионная стойкость; высокая электропроводность.
Припои подразделяют на мягкие с температурой плавления Т
и твердые с температурой плавления Т
выше 300 °С.
пл
до 300 °С
пл
Кроме температуры плавления, припои существенно различаются по механическим свойствам. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении не выше 50–70 МПа, а твердые — до 500 МПа. Различие между пайкой
мягкими и твердыми припоями состоит в том, что при пайке мягкими припоями
преобладает адгезия (поверхностное сцепление), которая способствует смачиванию, а при пайке твердыми припоями наряду с адгезией — сплавление и
диффузия. С повышением температуры скорость взаимной диффузии и смачиваемость возрастают.
Мягкие припои в основном являются оловянно-свинцовыми. Если в припое содержится 1–5 % сурьмы, то они называются сурьмянистыми. Наиболее
распространенными из мягких припоев являются: ПОС-61, в котором 61 % Sn,
остальные проценты — свинец (температура кристаллизации 190 °С, удельное
сопротивление ρ = 139 мкОм⋅м); ПОССу-61-0,5 — оловянно-свинцовый, мало-
сурьмянистый, содержащий 61 % Sn, 5 % сурьмы, остальные проценты — свинец
(температура кристаллизации 189 °С, удельное сопротивление ρ = 0,140 мкОм⋅м);
ПОСК-5О-18 — припой, содержащий 50 % Sn, 18 % кадмия, остальные % —
свинец (температура кристаллизации 145 °С, удельное сопротивление
ρ = 0,133 мкОм⋅м). Эти припои применяются для лужения и пайки монтажных
проводов (диаметром 0,05–0,08 мм), спиральных пружинок в электроизмерительных приборах, резисторов, конденсаторов, печатных схем и при производстве полупроводниковых приборов, для лужения и пайки пассивной части микросхем и других элементов, чувствительных к перегреву.
183
Стандартными твердыми припоями являются медно-цинковые и серебряные. Наиболее распространенными из них являются следующие: ПМЦ-36 —
припой медно-цинковый, содержащий 36 % Сu, остальные проценты — цинк
(температура кристаллизации 950 °С, используется для пайки латуни с содержанием меди до 64 %); ПСР-25 и до ПСР-70 — серебряные припои, содержащие от 25 до 70 % Аg, меди — от 40 до 26 %, цинка — от 35 до 4 % (температура их кристаллизации около 600–750 °С).
Для пайки алюминия применяют специальные припои. Из них наиболее
распространены П425А (температура плавления 415–425 °С), в составе которого 19–21 % М, 14–16 % Сu, 64–66 % Zn; ПСИЛО (силумин), состоящий
из 90–87 % А1 + 10–13 % Si (температура плавления 577 °С); АВИА-1 —
сплав, в котором содержится 55 % Sn, 20 % Сd, 22 % Zn, (температура плавления 200 °С). При пайке алюминия низкотемпературными припоями (АВИА-1 и
др.) его поверхность предварительно должна быть покрыта никелем. Фосфорные припои марки МФI и прочие с содержанием фосфора в сплаве (Сu-Р)
от 8,5 до 10 %, имеющие температуру плавления 725–850 °С, являются самофлюсующимися, т.е. пайка ими производится без применения флюса. Недостаток их — хрупкость шва. Стали не пригодны для пайки. Используются для пайки медных, латунных, бронзовых деталей, работающих в режимах малых статических нагрузок. Иногда в качестве припоев используют чистые металлы.
Например, кадмий применяют для пайки и лужения никеля, чистое олово —
для лужения и пайки меди и ее сплавов, низкоуглеродистой стали и платины, а
чистая медь — для пайки низкоуглеродистой стали и никеля.
В качестве флюсов используется очень большое количество материалов.
Назначение флюсов — удалять загрязнение и оксиды с поверхности спаиваемых металлов, уменьшать поверхностное натяжение расплавленного припоя,
защищать поверхность металла и припоя в процессе пайки от окисления. Флюсы подразделяются на несколько групп по различным признакам. Флюсы, применяемые при пайке мягкими припоями, в основном, с активными неорганическими веществами.
Активные флюсы. К ним относятся:
– канифоль (24 %), хлористый цинк (4 %), этиловый спирт (72 %) —
для пайки черных, цветных и драгметаллов (остатки флюса необходимо удалять растворителем);
– канифоль (16 %), хлористый цинк (4 %), вазелин технический (80 %), —
при пайке черных и цветных металлов (шов прочный, но требует очень тщательной промывки) для изделий простой конфигурации;
184
– хлористый цинк (1.4 %), глицерин (3 %), спирт этиловый (4 %), вода
дистиллированная (91,6 %) — при пайке платины, ее сплавов и никеля, с по-
следующей тщательной промывкой в воде;
– флюс для пайки алюминия и его сплавов (хлористый барий — 4 %. хло-
ристый калий — 29 %, хлористый натрий — 19 %, фтористый кальций — 4 %);
пайка припоями марки АВИА-1 и АВИА-2.
При пайке твердыми припоями используют обычно несколько марок
флюсов. Наиболее популярные из них:
– Ф70А (температура плавления 370 °С) предназначен для пайки алюми-
ния, его сплавов как между собой, так и с другими металлами (хлористый ка-
лий — 33–37 %. хлористый литий — 40–41 %, борофтористоводородный ка-
лий — 2–29 %);
– Ф8ООСп (температура плавления 800 °С) предназначен для пайки не-
ржавеющих сталей, жаропрочных сплавов латунью и другими твердыми при-
поями (температура плавления 850–1100 °С). Такой припой представляет собой
буру (тетраборнокислый натрий 100 %).
Флюсы могут быть твердыми веществами (соли, оксиды, кислоты), пас-
тами и растворами солей и кислот. Очень часто флюсы изготавливаются
на местах, поэтому и марки идут не по стандартам. В марках флюсов буквы
означают: Ф — флюс, К — канифоль, Сп — спирт, П — полиэфирная смола,
У — уксусная кислота, М — муравьиная кислота, Х — хлористые соли и т.д.
Контактолами (иначе электропроводящий клей) называются малонизкие
или пастообразные композиции из различных синтетических смол, используе-
мые в качестве токопроводящих клеев и покрытий. Токопроводящим наполни-
телем являются мелкодисперсные горошки металлов или графита. Для регули-
рования вязкости используют растворители. Полимерные связующие опреде-
ляют низкую плотность, высокую прочность и эластичность, а также хорошие
адгезионные свойства электропроводящих композиций. Электрические свой-
ства определяются свойствами дисперсного наполнителя — его электропровод-
ностью, концентрацией, формой и размером частиц, В настоящее время извест-
но более 50 типов контактолов. Наиболее высокой проводимостью и стабиль-
ностью свойств обладают контактолы с содержанием серебра. Их используют
для склеивания поверхностей серебра, меди, стекла, керамики. Если серебро
предварительно обработано растворами жирных кислот, то такой клей исполь-
зуется для монтажа элементов радиоэлектроники, таких как ниточные резисто-
ры, фоторезисторы и другие элементы. Некоторые виды клея, имеющие высо-
185
кую термостойкость и большой срок службы, используются в производстве ке-
рамических конденсаторов и для монтажа интегральных схем. А контактол К-20
обладает максимальной для подобных материалов электропроводностью
(ρ = 0,5 мкОм⋅м).
Марки и характеристики некоторых проводящих клеев приводятся ниже:
– клей марки К-17: наполнитель — серебро, ρ = 1–2 мкОм⋅м, температура
затвердевания 170–200 °С, максимальная рабочая температура — 200 °С, срок
службы 6 месяцев;
– клей К-20: наполнитель тот же, температура отверждения 20–80 °С,
максимальная рабочая температура 80 °С, срок службы 6 месяцев.
186
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Журавлева, Л. В. Электроматериаловедение / Л. В. Журавлева. — М. :
ПрофОбрИздат, 2001.
2. Агеева, Н. Д., Винаковская, Н. Г, Лифанов, В. Н. Электротехническое
материаловедение / Н. Д. Агеева, Н. Г. Винаковская, В. Н. Лифанов. — Владивосток : Изд-во ДВГТУ, 2006.
3. Дудкин, А. Н., Ким, В. С. Электротехническое материаловедение /
А. Н. Дудкин, В. С. Ким. — Томск : Издательство Томского политехнического
университета, 2012.
4. Электротехнические и конструкционные материалы / В. Н. Бородулин,
А. С. Воробьев, В. М. Матюгин и др. — М. : Издательский центр «Академия»,
2005.
5. Богородицкий, Н. П., Пасынков, В. В., Тареев, Б. М. Электротехниче-
ские материалы / Н. П. Богородицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев. — Л. :
Энергоатомиздат, 1985.
6. Штофа, Я. Электротехнические материалы в вопросах и ответах /
Я. Штофа. — М. : Энергоатомиздат, 1984.
7. Розенблат, М. А. Магнитные элементы автоматики и вычислительной
техники / М. А. Розенблат. — М. : Наука, 1966.
8. Справочник по электротехническим материалам / под ред. Ю. В. Ко-
рицкого, В. В. Пасынкова, Б. М. Тареева. — М. : Энергия. 1988.
9. Тареев, Б. М. Физика диэлектрических материалов / Б. М. Тареев. —
М. : Энергия, 1982.
10. Попов, В. С. Теоретическая электротехника / В. С. Попов. — М. :
Энергоатомиздат, 1990.
11. Хахин, Ю. М. Электротехническое материаловедение / Ю. М. Хахин. — Екатеринбург : Изд-во УГГГА, 1995.
187