МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ

К материалам с высокой проводимостью относятся медь, алюминий, никель, серебро и золото. Основные их параметры приведены в табл. 2.1.

Медь занимает первое место по применяемости среди проводниковых материалов. Она характеризуется высокой электропроводностью и пластичностью, хорошо обрабаты­вается, легко паяется и сваривается. В процессе получе­ния меди выплавкой из природных руд обязательной опе­рацией является электролитическая очистка, поскольку наличие примесей различных элементов до 0,1 % резко снижает механические свойства и повышает удельное со­противление материала.

Различают мягкую медь (ММ), отожженную при темпе­ратуре до нескольких сотен градусов с последующим ох­лаждением, и твердую медь (МТ), неотожженную, получае­мую холодной прокаткой, которая по механическим свой­ствам — пределу прочности, относительному удлинению, твердости и упругости — превосходит мягкую. Мягкую медь с изоляцией применяют в основном для изготовле­ния токопроводящих шин, кабелей, обмоточных и монтаж­ных проводов, где важны гибкость и пластичность, а не прочность. Круглая медная проволока выпускается диа­метром от 0,03 до 10 мм. Твердую медь используют, ког­да необходимо обеспечить механическую прочность, твер­дость и сопротивление истиранию. Из нее изготавливают провода для воздушных линий, шины электроаппаратов, распределительных силовых щитов, коллекторов электри­ческих машин, где изделия находятся, как правило, в не­изолированном виде, а также в качестве конструкционно­го материала в электро- и радиоаппаратуре.

Специальные сорта меди — бескислородную, электрова­куумную — применяют в электровакуумной технике и микроэлектронике.

Основными недостатками меди являются подвержен­ность атмосферной коррозии, низкое сопротивление исти­ранию и снижение механической прочности при нагреве свыше 100. .. 200 °С. Устранить эти недостатки позволяют сплавы на основе меди, называемые бронзами и латунями.

Бронзы — это сплавы меди с оловом, алюминием, с леги­рующими добавками химических элементов Si, Mn, P, Сг, Be, Cd и т.д. Их применяют для изготовления токоведущих пружин, штепсельных и скользящих контактов, за­жимов, ножей переключателей и выключателей и т.д.

Латуни — это сплавы меди с цинком (до 40 %) с ис­пользованием легирующих добавок типа Al, Ni, Pb и др. Из латуней изготавливают зажимы и контакты приборов, а вытяжкой и штамповкой — сложные конструкционные изделия.

Алюминий — второй после меди материал по приме­няемости в электротехнике. Основное преимущество его перед медью состоит в том, что он почти в 3,5 раза легче. Однако его сопротивление почти в 1,6 раза выше, чем у меди, поэтому для изготовления провода такого же сопро­тивления, как медный, требуется увеличивать диаметр в 1,3 раза, что при ограничении габаритов изделия не всегда возможно.

Алюминий на воздухе покрывается тонкой пленкой оксида А1₉0₃, которая является антикоррозионной защи­той. Поэтому его используют для замены свинца в защит­ных кабельных оболочках. С другой стороны, при соеди­нениях алюминиевых проводов образуются большие переходные сопротивления, а пленка А1₂О₃ препятствует пайке и сварке.

Из алюминия изготавливают провода, шины, трубки, листовой материал, фольгу и прочие изделия. Проволока выпускается диаметром от 0,06 до 8 мм, а шины — тол­щиной от 3 до 12 мм при ширине от 10 до 120 мм. Алю­миниевая фольга толщиной от 0,006 до 0,15 мм исполь­зуется в качестве обкладок в бумажных и пленочных кон­денсаторах разных типов.

Алюминий широко применяется в микроэлектронике для формирования токоведущих дорожек, а в окисленном виде — для изоляции элементов и в качестве межуровневой изоляции в многослойных структурах.

Никель обладает хорошими механическими свойства­ми — прочностью, пластичностью и т.п., стоек к окисле­нию. Поэтому его широко применяют в электровакуум­ной технике в качестве электродов и конструкционных деталей ламп и приборов. Кроме того, его используют как компонент ряда магнитных и проводниковых сплавов, для защиты и декоративных покрытий изделий из железа. В микроэлектронике он применяется при формировании кон­тактных площадок как защитный слой на меди и алюми­нии, что обеспечивает надежную пайку и сварку внешних выводов микросхем.

Серебро имеет наименьшее удельное сопротивление сре­ди металлов, что и определило его широкое применение в технике. Оно обладает высокой пластичностью, что позво­ляет получать фольгу толщиной 0,00025 мм и проволоку диаметром до 0,01 мм. Благодаря стойкости к окислению на воздухе при температурах до 200 °С и высокой тепло­проводности серебро используется в сплавах с кадмием и медью для контактов электроаппаратов, реле и т.д. В чис­том виде серебро применяют для контактов в слаботоч­ных цепях, а также в качестве электродов в керамических и слюдяных конденсаторах, где оно наносится непосред­ственно на диэлектрик с последующим вжиганием либо путем испарения в вакууме. В виде тонких пленок серебро используется в высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочас­тотных (СВЧ) устройствах для получения слоев с высокой проводимостью. Оно входит также в состав припоев, обес­печивающих прочные соединения при пайке.

Золото обладает высокой пластичностью и инертнос­тью к агрессивным средам, поэтому используется как кон­тактный материал, для коррозийно-устойчивых покрытий,

электродов фотоэлементов и т.д. В микроэлектронике его применяют в качестве выводов навесных компонентов мик­росхем и соединений контактных площадок с выводами на корпусе микросхем, а также в качестве химически инерт­ного защитного слоя элементов интегральных схем (ИС).