1. Конструкционные материалы.

Конструкционные материалы (KM) - металлические и неметаллические. Требования к КМ. Стали: углеродистые, легированные, специального назначения. Цветные металлы и связи на их основе: сплавы меди, алюминия, магния, титана. Пластмассы: термопластичные и термореактивные. Керамика: установочная, конденсаторная. Стекла: установочные (электровакуумные и изоляторные), стекловолокнистые материалы. Световоды. Ситаллы: фотоситаплы. термоситаллы.

Свойства и применение КМ в электронных средствах и ИЭТ.

Литература [8,17,18].

Конструкционные материалы по своей природе делятся на металлические и неметаллические. Используют КМ для создания несущих конструкций ИЭТ и изделий ЭС. К металлическим КМ относят стали и сплавы цветных металлов. Последние дорогие, что существенно уменьшает область их использования.

Сталь - сплав железа, содержащий до 50 % добавок. Наиболее широкое применение находят углеродистые стали (углерода до 2,14 %). Углеродистые стали подразделяют на стали обыкновенного качества, стали углеродистые качественные, углеродистые инструментальные и специального назначения (автоматные, рессорные, жаропрочные и другие).

Легированные стали кроме железа, углерода и неизменных примесей содержат элементы, специально вводимые для улучшения свойств. Легирующие добавки: никель - Н, хром - X, кобальт - К, молибден - М, марганец - Г, медь - Д, кремний - С, вольфрам - В, титан - Т, бор - Р, алюминий - Ю, ванадий - Ф, ниобий - Б, цирконий - Ц.

Легированные стали подразделяют на цементируемые стали (0,15 - 0,20 %), улучшаемые (0,3 - 1,4 %) и нержавеющие. Нержавеющие стали подразделяются на хромистые (Сг g ≥13 %) и хромоникелевые (Сг -18%, Ni- от 8 до 15 %).

Сплавы на основе меди: латуни и бронзы. Латунь - сплав Си и Zn (до 37 %), бронза - сплав Си, Zn, Р, AI, Мп и других элементов. По технологическим свойствам сплавы меди делят на сплавы, обрабатываемые давлением, и литейные Литейные сплавы используют при формообразовании сложных деталей.

Сплавы на основе алюминия: деформируемые обработкой и литейные. Деформируемые обработкой обладают хорошей пластичностью, сплавы АМг, АМ упрочняют путем холодной деформации. Дуралюмины (сплав Al-Cu-Mg) Д16, Д18 коррозионно-стойкие, хорошо деформируются в холодном и горячем состоянии. Подвергаются термообработке.

Литейных алюминиевых сплавов пять групп. В производстве ЭС широкое применение получили силумины (сплав А1 и Si), которые обладают хорошими литейными качествами, подвергаются термообработке и относительно недорогие.

Сплавы титана с алюминием ВТ-5 хорошо свариваются, но не пластичны. Сплав ВТ-9 (6-7 % Аl, 3 - 4 % Мо, 0,3 % Si, 0,8 - 2 % Cr) хорошо штампуется, куется, прокатывается, прессуется.

Магниевые сплавы подразделяются на литейные (МЛ) и обрабатываемые давлением (ИА). Механические свойства у них не высоки.

К неметаллическим КМ относят: полимерные материалы, неорганические стекла, стеклокерамические материалы (ситаллы), керамические материалы, композиционные материалы.

Синтетические полимеры - высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся мономерных звеньев с характерным цепным строением. По методу получения полимеры подразделяют на полимеризационные и поликонденсационные. Полимеры бывают совмещенные или сополимеры. В этих полимерах находятся звенья различной природы, Различают блоксополимеры и привитые сополимеры. По строению молекул полимеры подразделяются на линейные, разветвленные и сетчатые. По отношению к температуре: термопластичные (линейные или разветвленные, которые обратимо изменяют свойства при изменении температуры) и термореактивные (сетчатые, которые необратимо изменяют свойства при изменении температуры). По полярности молекул термопласты делятся на неполярные (с симметричным строением молекул) и полярные (с несимметричным строением молекул, которое имеет место при введении в полимерную цепь молекулярных заменителей, например, хлор- поливинилхлорида). Термопластичные полимеры имеют меньшую механическую прочность и, как правило, небольшой температурный диапазон эксплуатации, значительное удлинение.

Пластические массы (пластмассы) — неметаллические материалы на основе природных или синтетических смол и целевых добавок (наполнители, стабилизаторы, красители и т.д.), которые способны при определенных условиях переходить в пластичное состояние и принимать заданную форму изделия, Пластмассы бывают простые и сложные. В зависимости от наполнителя сложные пластмассы делят на виды: с листовым наполнителем (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит и др.), с волокнистым наполнителем (стекловолокнит и др.), с порошковым наполнителем (аминопласты, фенопласты и др.), с газообразным наполнителем (поро- и пенопласты). Простые пластмассы, как правило, без наполнителя (полистирол, фторопласты и др.).

Неорганические (электроизоляционные) стекла представляют собой аморфные вещества, получаемые сплавлением стеклообразующих оксидов (SiO₂, B₂O₂, P₂O₅ и др.) с добавками (до 40 %) других оксидов, щелочных (Na_:0,K,0) и щелочно­земельных (СаО,ВаО) металлов, а также оксидов свинца (PbO) и алюминия (Al₂O₃). Все стекла делят на установочные (электровакуумные и изоляторные) и стекловолокнистые материалы. Для электровакуумных стекол доминирующей характеристикой является TKЛP - температурный коэффициент линейного расширения, а для изоляторных и конденсаторных стекол ТКε - температурный коэффициент диэлектрической проницаемости.

Стекловолокнистые материалы - гибкие искусственные волокна диаметром 4-7 мкм, их разновидностью являются световоды, представляющие собой тонкие стеклянные волокна диаметром 5-15 мкм, состоящие из сердцевины с коэффициентом преломления n₁, и оболочки с n₂, причем, n₁ > n₂, тогда световая волна полностью отражается внутри световода.

Керамика - неорганический поликристаллический материал, получаемый специальной обработкой минеральных композиций с последующим обжигом отформованного и высушенного полуфабриката. Это сложная система, состоящая из трех фаз: кристаллической, аморфной (стекловидной) и газовой (закрытые поры). Керамику подразделяют по назначению на установочную и конденсаторную, по рабочей частоте - на низко- и высокочастотную. Установочная керамика: фарфор, радиофарфор, ультрафарфор. Корундовая керамика с содержанием глинозема (a- Al₂O₃) 95-99 % называется алюминоксидной. Когда Al₂O₃ 99,7%, то керамику называют поликором (поликорунд). Наиболее высокой теплопроводностью обладает брокерит (95-99 % ВeО), но он токсичен. Каркасы bz катушек, bz конденсаторов изготавливают из цельзионовой керамики, в которую входит цельзиан (BaO-Al₂O₃ 2[(SiO₂)]) углекислый барий (ВаCa₃) и каолин (A_l2_O3-2SiO₂-2H₂O). Цельзионовая керамика имеет низкий TKJIP (2* 10^-6 k^-1).

Конденсаторная керамика делится на материалы с повышенной ε =10-230 и высокой ε >900 диэлектрической проницаемостью. В первом случае керамика относится к высокочастотным диэлектрикам и tgδ≤ 0,0006 на f = 1МГц, во втором - при f =1000 Гц tgδ = 0,002 - 0,025.

Для ВЧ конденсаторов используют титановую керамику на основе рутила (TiO₃,), перовскита (СaTiO₃,) и титаната стронция (SrTi_O3,). У неё высокий отрицательный температурный коэффициент диэлектрической проницаемости α_ε. Поэтому в эту -керамику вводят добавки c положительным α_ε и получают термокомпенсированную керамику (ТiО₂-ZrО₂, СаТiО₃-СаZrО₃, LaAl₂О₃СаТiО₃ и др.). Основу НЧ керамики составляет титанат бария ВаТiО₃ - сегнетокерамика с доменной поляризацией.

Ситаллы - стеклокристаллические вещества, полученные способом кристаллизации стекол специально подобранного состава: Li₂O-Al₂О₃-SiO₂, MgO- Al₂О₃-SiO_, BaO- Al₂О₃-SiO₂, BaO- Al₂О₃-SiO₂. и др. Содержание кристаллической фазы составляет до 95 %. По способу проведения кристаллизации различают фотоситаллы (ФС) и термоситаллы (СТ). При производстве ФС для инициирования фотореакции применяют ультрафиолетовое облучение. В качестве катализаторов используют соли серебра, меди, золота. Под влиянием УФ облучения выделяются мельчайшие частицы Ag, Сu, Au, которые при проявлении служат центрами кристаллизации. При получении термоситаллов катализаторами являются TiО₃, FeS, B_a2_О3, C_r2_О3, _V2О₅ и другие вещества, легко кристаллизирующиеся из расплавов. Стекломассу подвергают двухступенчатой термообработке: на первой ступени образуются зародыши кристаллизации, на второй происходит развитие кристаллической фазы. Термоситаллы по совокупности свойств лучше фотоситаллов.

Композиционные материалы подразделяются на материалы с металлической и с неметаллической основой. Первые называют также керметами - материалы и изделия, получаемые спеканием заготовок из смеси керамического и металлических порошков. По типу керамической фазы керметы подразделяются оксидные, карбидные, силицидные и нитридные. Металлические порошки получают электрическим способом. Широко используется в качестве матрицы хром. Кроме порошка керамику армируют металлическими волокнами. В качестве наполнителей у композиционных материалов на неметаллической основе выступает бумага, стеклоткань, хлопчатобумажная ткань, а связующими- различные полимеры.

Вопросы для самопроверки:

1. Стали.

2. Сплавы цветных металлов.

3. Синтетические полимеры.

4. Пластмассы.

5. Неорганические стекла.

6. Керамика.

7. Ситаллы.

8. Композиционные материалы.