Химия радиоматериалов, лекции Кораблевой А.А. (ГУАП)
|421 |0.0159 |
|Pt |21450 |1773 |4410 |69.9 |0.109 |
|редкие металлы |
|Ge |5360 |958 |1760 |— |0.89 (при 0) |
|Nb |8570 |2420 |3700 |— |0.131 |
|Ta |11600 |2850 |5050 |54.4 |0.124 |
(2) Металлы высокой проводимости Cu, Ag, Al.
Медь (Cu), достоинства
1) малое удельное сопротивление (уступает только серебру)
2) достаточно высокая механическая прочность
3) удовлетворительная стойкость к коррозии
4) хорошая обрабатываемость (прокатывается в листы, в ленту,
протягивается в проволоку)
5) относительная легкость пайки и сварки
Содержание примесей влияет на различные свойства меди. Медь марки М1
содержит 99.90% меди, примеси 0.10%, медь марки М0 содержит 99.95% меди,
примеси 0.05%. Если в примесях Zn, Cd, Ag, то они снижают
электропроводность на 5%, а Ni, Sn или Al – на 25 – 40%. Еще более сильное
влияние оказывают примеси Be, As, Fe, Si и P, которые снижают
электропроводность на 55% и более. Поэтому медь очищают различными
способами: до 99.97% электролитическим способом.
В вакуумных печах получают медь, содержащую 99.99% меди. Эта медь
имеет электропроводность примерно равную электропроводности Ag. Из
специальной меди изготавливают детали магнетронов, аноды мощных
генераторных ламп, выводы энергии приборов СВЧ, некоторые типы волноводов и
генераторов; ее используют для изготовления фольгированного гетинакса, в
микроэлектронике в виде осажденных на подложке пленок, играющих роль
проводящих соединений между функциональными элементами схемы.
Алюминий почти в 3.5 раза легче меди. Марка А97 (0.03% примесей)
используется для изготовления алюминиевой фольги и электродов. А999 (0.001%
примесей). Оксидная пленка предохраняет алюминий от коррозии, но создает
большое сопротивление в местах спайки, что затрудняет пайку обычными
методами. Из оксидированного алюминия изготавливают различные катушки без
дополнительной изоляции, но при большой толщине Al2O3 уменьшается гибкость,
и увеличивается гигроскопичность.
(3) Тугоплавкие металлы
Температура плавления более 1700°С. Основными тугоплавкими металлами
являются металлы, стоящие в середине периода, у которых наряду с
металлическими связями есть еще и ковалентные
W
Cr
Mo
Один электрон участвует в металлической связи, т.е. делокализован,
обобществлен всем кристаллом, а остальные d электроны принимают участие в
ковалентной связи. Ковалентная связь прочна. Кристаллическая решетка имеет
высокую энергию связи, и требуются высокие температуры, чтобы эту связь
разрушить. Для этих металлов характерна высокая твердость, но в то же время
они обладают низкой пластичностью. К металлам с высокой температурой
плавления относятся W, Mo, Ta, Nb, Cr, V, Ti, Re, Zr; температура плавления
[1700;3500]°C. W самый тугоплавкий. Имеет высокую механическую прочность.
Используется в качестве нитей в лампах, электронных лампах, в рентгеновских
трубках, используется при глубоком вакууме. Недостатки: трудная
обрабатываемость и образование оксидных пленок.
(4) Благородные металлы
Не взаимодействуют (почти) с окружающей средой в связи со своей
химической стойкостью
Au 99.998%
Ag 99.9999%
Pt 99.9998%
Pd 99.94%
Au – является контактным материалом для коррозионно стойких покрытий
Ag с высокой проводимостью используется в качестве высоких контактов в
качестве электродов, производстве конденсаторов
Pt – для изготовления термопар, чувствительных приборов
Pd – заменитель платины (дешевле в 4-5 раз)
(5) Металлы со средним значением температуры плавления.
Fe, Ni, Co
(6) Металлы с невысокими температурами плавления.
Стоят они в нижней части периодической системы: имеют большой радиус,
и, как правило, у них нет свободных (не спаренных) d-электронов, и для них
характерна металлическая связь. Pb, Sn, Ga, In, Hg. Hg применяется в
качестве жидких катодов.
1.8 Сплавы
Одним из важнейших свойств металлов является образование сплавов.
Расплавленные металлы растворяются друг в друге, образуя при отвердевании
твердые смеси – сплавы. Металлическим сплавом называется фаза или комплекс
фаз, образующихся при сплавлении металлов при условии сохранения
металлических свойств: электро- и теплопроводность. В металлических сплавах
сохраняются связи, т.е. и наличие свободных электронов. Если образуются
ковалентные связи, то образуются интерметаллические неорганические
соединения.
Все металлы по величине диаметра атомов делятся на:
1) при диаметре 2.2-3Е металлы образуют между собой непрерывные твердые
растворы. (Mn, Fe, Ni)
2) при диаметре >3Е – не смешиваются с металлами середины длинных
периодов. (K, Ca, Si)
3) при диаметре <2Е (не металлы) – образуют ограниченные твердые растворы
или фазы внедрения. (Ti, V, Cr)
3-х компонентные системы представляют собой треугольник Гиббса, вершины
которого – чистые вещества А, В, С. Соответствующие свойства – в области,
перпендикулярной к треугольнику.
Существуют 3-7 компонентные сплавы
Сплавы высокой проводимости.
1) Бронзы – сплавы на основе Cu. Помимо чистой Cu применяют сплавы,
содержащие небольшое количество олова (Sn), кремния (Si), фосфора (P),
бериллия (Be), хрома (Cr), магния (Mg), кадмия (Cd). При этом ?
увеличивается, зато сплавы обладают более высокими механическими
свойствами. Предел при растяжении = 8350 Па. Особенно удачен Cd. При малом
уменьшении ?, приводит к значительному увеличению прочности. Еще больше
прочности у бериллиевой бронзы.
Латуни – повышенное значение относительного удлинения при увеличении
предела прочности. Это обеспечивает технологические преимущества
(изготовление токопровдящих деталей).
2) Сплавы алюминия.
Альдрей – содержит 0.3-0.5% Mg, 0.4-0.7% Si, 0.2-0.3% Fe; сохраняет
лёгкость алюминия, близок ему по сопротивлению, приближен по механической
прочности к твердотянутой меди.
Сплавы для электровакуумных приборов.
На основе металлов со средней температурой плавления (Fe,Ni) созданы
сплавы, которые широко применяются в электровакуумных технологиях, т.к. они
обладают ?L – коэффициент линейного температурного расширения, позволяют
получать сокращенные металлические конструкции и спаи со стеклом.
Инвар (Н36) – сплав Fe и 36% Ni
?L = 1*10-6 К-1 при Т = (-100)-100°С.
Ковар – Fe + 29% Ni + 17% Сo
?L = 4.8*10-6 К-1
? = 0.5 ? инвара.
Инвар и ковар применяют для герметизации изделий путём сварки со стеклом,
для изготовления конденсаторов с переменной ёмкостью.
Платинид (Н47) – Fe и 47% Ni
?L? ?L Pt и стекол.
Используется как вводы в стеклянные баллоны
Припои – сплавы для пайки.
Температура плавления припоя < температуры плавления соединения.
На границе металл – припой: припой смачивает металл, растекается и
заполняет зазоры, при этом компоненты припоя диффундируют в основной
металл, следовательно образуется промежуточная прослойка. Припои делят на
мягкие и твердые: мягкие - температура плавления < 300°С, твердые -
температура плавления > 300°С. Механическая прочность мягких припоев 16-100
МПа, у твердых 100-500 МПа. Мягкие припои – оловянно-свинцовые, твердые –
Cu, Zn, Ag с добавлением вспомогательных материалов.
Вспомогательные материалы (флюсы):
1) растворять и удалять оксиды из спаиваемых металлов.
2) защищать в процессе пайки поверхность от окисления.
3) уменьшать поверхностные натяжения
4) уменьшать растекаемость и смачиваемость припоя
По оказываемому действию:
1) активные (кислотные: HCl, ZnCl2, хлористые и фтористые металлы) –
интенсивно растворяют оксидную пленку, но после пайки вызывают
коррозию, следовательно, нужна тщательная промывка. При монтажной
пайке применение активных флюсов запрещено.
2) Бескислотные флюсы – канифоль и флюсы на ее основе с добавлением
спирта и глицерина.
3) Активированные – канифоль + активаторы (солянокислый диметиламин) –
пайка без предварительного удаления оксидов после обезжиривания.
4) Антикоррозийные флюсы на основе H2PO3 с добавлением контактол
Контактолы:
1) Ag, Ni, Pd, в порошкообразном виде используют в качестве проводящей
фазы в пасте.
2) Высокомолекулярные вещества. Применяются для получения контактов между
металлами, металлами и полупроводниками, создания электродов,
экранирования от помех…
Керметы
Металлоэлектрические композиции с неорганическими связующими для
резисторов, волноводных нагрузок с повышенным значением ?.
Сплавы высокого сопротивления
Для электроизмерительных приборов, образцовых резисторов, реостатов,
электронагревательных приборов.
Среди большого количества сплавов наиболее распространены сплавы на медной
основе: манганин и константан. Хромоникелевые и железо-хромо-алюминивые
сплавы.
Манганин: Mg – 12%, Ni – 2%, Cu – 86%
Константан: Cu – 60%
max ? и min ?? ? 0 или < 0. При нагреве образуется пленка оксида – оксидная
изоляция. Константан в паре с Fe или Cu дает термо-ЭДС.
Хромоникелевые сплавы –
| |  скачать работу |
Химия радиоматериалов, лекции Кораблевой А.А. (ГУАП) |
