Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехническое и конструкционное материаловедение. Учебник.pdf
Керметные резистивные пленки содержат проводящую и диэлектрическую фазы. Эти пленки наносят методом испарения в вакууме смеси порошков
металлов (Cr, Ni, Fe) и оксидов (SiО
, ТiO2, Nd2О3). От соотношения этих ком-
2
понентов зависят основные свойства резистивных пленок.
Керметные резисторы обладают хорошей однородностью свойств и повышенной термостойкостью.
Металлооксидные материалы образуют резистивные пленки, которые обладают высокой термостойкостью. Наиболее широкое применение для изготовления таких резистивных пленок получили материалы на основе двуокиси олова (SnО
водят химическим путем из хлористых соединений SnCl
хлористого олова SnCl
). Осаждение пленок двуокиси олова на изоляционные подложки про-
2
и SnCl4. Кристаллы
2
подвергают гидролизу при температуре 720–730 °С, и
2
образующиеся пары впускают в камеру, нагретую до такой же температуры.
На поверхности изоляционных подложек, которые находятся в камере, образуется пленка двуокиси олова SnО
.
2
Пленки двуокиси олова можно наносить на изоляционные подложки также термическим испарением с последующим прогревом при постепенно нарастающей температуре.
Пленки двуокиси олова обладают хорошей адгезией к изоляционным
подложкам и высокой кислотостойкостью.
Композиционные резистивные материалы представляют собой механические смеси мелкодисперсных порошков металлов и их соединений с органической или неорганической связкой.
В качестве проводящей фазы используют проводники (порошки серебра,
палладия) и полупроводники (оксиды серебра, палладия, карбиды кремния,
вольфрама).
В качестве связующих веществ применяют термопластичные и термореактивные полимеры, порошкообразное стекло, неорганические эмали.
Композиции, содержащие органические связующие вещества, образуют
композиционные резистивные пленки, которые подвержены действию влаги и
повышенной температуры. Предельная рабочая температура композиционных
резистивных пленок не выше 150 °С.
Композиции с неорганическими связующими элементами после спекания
при высоких температурах образуют композиционные резистивные пленки
с высокой влаго- и теплостойкостью до температуры 350 °С. Однако верхний
предел сопротивлений резисторов снижается, увеличиваются нелинейность и
собственные шумы.
181
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.
182
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.
183
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.
184
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;
185
– 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-
186
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.
187
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.
188