Магнітні матеріали

Напівпровідники.

Провідникові матеріали.

ЕЛЕКТРОРАДІОТЕХНІЧНІ МАТЕРІАЛИ.

План:

1. Електрорадіотехнічні матеріали мають особливі властивості по відношенню до електричного струму та магнітного поля і використовуються для виготовлення виробів електротехніки. Електрорадіотехнічні матеріали по їх призначенню поділяють на чотири основні групи:

1) провідникові матеріали;

2) напівпровідникові;

3) електроізоляційні;

4) магнітні.

Провідники, напівпровідники і діелектрики розрізняють: по величині електроопору, по характеру зміни його при нагріванні і по типу провідності.

Провідники мають питомий електроопір 10^-6-10^-3Ом·см, якій при нагріванні збільшується. Використовуються для провідників постійного і змінного струму, як матеріали з малим перехідним електроопором, для елементів опору, нагрівальних елементів, контактів.

Напівпровідники мають питомий електроопір в межах 10^-3-10¹⁰ Ом·см, який при нагріванні зменшується. Їх використовують для випрямлення і посилення електричного струму, а також для перетворення різних видів енергії в електричну.

Діелектрики мають питомий електроопір в межах 10¹⁰-10¹⁸ Ом·см і використовуються як ізолятори.

Провідність твердих тіл у першу чергу визначається електронною будовою атомів. Накладання електричного поля зумовлює рух електронів, які зазнають гальмуючого впливу викривлень кристалічної структури. В ідеальних кристалічних ґратках у вузлах якої при температурах абсолютного нуля, будуть знаходитись нерухомі атоми, електрони, що забезпечують провідність, повинні рухатися безперешкодно. Опір виникає при порушенні регулярного повторення орбіт унаслідок розсіювання електронів. Такі порушення створюють атоми домішок (або легуючі елементи), а також теплові коливання атомів. Таким чином, загальний електроопір металу складається з опорів за рахунок теплового і домішкового розсіювання. Деформації і залишкові напруження, що виникають при технологічній обробці створюють викривлення в кристалічних ґратках (вакансії, дислокації, границі блоків), що також підвищують опір унаслідок додаткового розсіювання. Вплив легуючих елементів у сплавах на провідність різний і визначається природою фаз, що утворюються. При утворенні твердих розчинів електроопір сплавів, відповідно до правила Курнакова збільшується. Сплав здобуває максимальне значення електроопору в більшості випадків при концентрації елементів рівній 50 атомарним відсоткам. Тому, у випадках, коли потрібен матеріал з підвищеним електричним опором, варто використовувати сплави із структурою твердих розчинів. При утворенні механічних сумішей, електроопір сплаву росте за законом додавання електроопорів складових фаз. Подібні сплави дозволяють зберегти високу електропровідність компонентів (чистих металів) при більш низькій температури плавлення сплаву – рідко-текучості (евтектичний склад), більш високій твердості і зносостійкості, якщо один з металів, що сплавляються, мав їх. Така різноманітність впливів легуючих елементів дозволяє одержати матеріали, що задовольняють різні вимоги електротехнічної промисловості. Вплив деформації і залишкових напружень на електропровідність чистих металів невеликий і складає близько 2%. У сплавах наклеп викликає значне зміцнення, дуже сильно знижує електропровідність. З хімічно чистих металів практичне застосування як провідникові матеріали знайшли: Сu, Аl, Fе. Їх характеризує висока електропровідність, достатня міцність, пластичність (r (Ом·мм²/м): Аg = 0,016, Сu = 0,017, Аl = 0,028, Fe = 0,098). Для одержання максимальної електропровідності їх застосовують у відпаленому стані (мінімальність дефектів кристалічної будови). Підвищення міцності мідних провідників досягають нагартовкою. Для виробів від яких потрібна міцність вище 40 кгс/мм², використовуються латуні (Л70) і бронзи (БрБ2 з берилієм (2-2,5% Ве)), які забезпечують більшу міцність і зносостійкість, ніж мідь. Алюміній поступається міді в електропровідності і міцності. Алюміній легують Мg (<1%) і Si (<1%), гартують, піддають волочінню і природному старінню. Такі сплави (АД31, АДЗЗ) після гартування (максимальна пластичність) піддають волочінню і природному старінню (s_в = 35 кгс/мм², d = 6%). А1₂О₃ має високий електроопір. Він є напівпровідник. Fе, як провідниковий матеріал застосовують завдяки великій міцності. Звичайно використовують низько-вуглецеві якісні сталі (08, 10, 15), а також сталі звичайної якості (СтЗ...Ст6). Біметалічний провід (сталевий провід, покритий міддю) використовують при змінному струмі підвищеної частоти для зменшення електричних втрат, зв’язаних з феромагнетизмом Fе, і витрат дефіцитної міді. Сплави, які використовують при пайці металів високої провідності – припої, повинні забезпечувати невеликий перехідний опір. Для цих цілей використовують припої на основі Sn, Рb, Zn, Аg (евтектика + низький електроопір). Для низькотемпературної пайки (Т_пл до 400°С) широко застосовують Sn-Рb, Sn-Zn припої. Найкращим є ПОС90 (90Sn+10Zn). При необхідності використовують сплави Ві+Рb, Sn, Сd, Нd. Як тверді припої (Т_пл> 400°С) застосовують сплави системи Сu+Zn, Сu+Р, а також припої, що містять срібло.

Припої ПСр25 і ПСр70 (Аg - 2570%) мають робочу Т=720760°С, s_в =2835 кг/мм². Їх застосовують для пайки міді і її сплавів, срібла, платини, вольфраму, сталі.

3і зниженням Т°С електроопір всіх металів монотонно падає. Однак, є метали (25 елементів) і сплави (більше 1000 сплавів), у яких електроопір при визначеній Т°С, яку називають критичною, різко падає до нуля і при більш низькій температурі - вони стають надпровідниками. З всіх елементів Nb має найвищу критичну Т°С переходу 9,17 К. Практичне використання знайшли надпровідникові сплави на основі Nb.

Дата добавления: 2014-01-07