Три основные группы проводящих материалов:
Металлы:
а. Металлы с высокой удельной проводимостью. К ним относят медь и алюминий. У меди ρ = 0,017 мкОм×м, у алюминия ρ = 0,028 мкОм×м. Они применяются для изготовления радиомонтажных проводов и кабелей, тонких плёнок в интегральных микросхемах.
б. Благородные металлы. К ним относят золото, серебро, платину и палладий. Они обладают высокой химической стойкостью. Применяются в качестве контактных материалов и коррозиестойких покрытий
в. Тугоплавкие металлы имеют температуру плавления свыше 1700 °С. Вольфрам, молибден, хром, рений и др.
г. Металлы со средней температурой плавления. Железо, никель и кобальт. Температура плавления около 1500 °С. Эти металлы имеют сильно выраженные магнитные свойства.
Сплавы Металлов:
а. Сплавы высокого сопротивления. Манганин (86% Cu, 12%Mn, 2%Ni), константан (59% Cr, 40%Ni), хромоникелевые сплавы. Эти сплавы имеют удельное электрическое сопротивление более 0,4 мкОм×м. Применяются для изготовления резисторов и нагревательных элементов.
б. Сверхпроводящие сплавы. У них при температурах, близких к абсолютному нулю, наблюдается резкое уменьшение удельного сопротивления. Среди таких сплавов наилучшими параметрами обладают сплавы ниобия (Nb3Sn, Nb3Ga, Nb3Ge).
в. Припои. Низкотемпературные сплавы, применяемые при пайке. Различают мягкие и твёрдые припои. Мягкие припои имеют температуру плавления ниже 300 °С. В их состав входит от 10 (ПОС-10) до 90% (ПОС-90) олова, остальное – свинец. Твёрдые припои имеют температуру плавления свыше 300 °С. Наиболее распространёнными являются медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр)
Неметаллические проводящие материалы:
а. Углеродистые материалы. Наиболее широкое применение имеет графит. Ценные свойства: малое удельное сопротивление, хорошая теплопроводность, стойкость ко многим агрессивным средам.
б. Проводящие материалы на основе окислов. Подавляющее большинство чистых оксидов являются диэлектриками, однако при неполном окислении или при ведении примесей проводимость оксидов резко увеличивается. Такие материалы можно использовать в качестве контактных и резистивных слоёв. Практический интерес представляют тонкие плёнки диоксида олова SnO2 и оксида индия In2O3.
г. Композиционные материалы. Это механическая смесь проводящего наполнителя с диэлектрической связкой. Наибольший интерес – контактолы и керметы.
Контактолы – маловязкие или пастообразные композиции, применяемые в качестве токопроводящего клея или краски. Связующим веществом в них являются синтетические смолы, а токопроводящим наполнителем – мелкодисперсные порошки металлов (серебра, никеля, палладия).
Керметы – металлодиэлектрические композиции с неорганическим связующим веществом. Обладают высоким удельным поверхностным сопротивлением, поэтому применяются для изготовления тонкоплёночных резисторов. Наибольшее распространение получила микрокомпозиция Cr-SiO, тонкие плёнки которой изготовляют путём напыления в вакууме на диэлектрическую подложку.
Медь. Основные свойства меди. Получение, применение.
Медь – металл с атомным номером 29. Простое вещество – это пластичный металл золотисто-розового цвета, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.
Свойства: обладает высокой тепло- и электропроводностью, занимает второе место по электропроводности после серебра. Удельная проводимость меди (5,5 ÷ 5,8)∙107 См/м при 20 °C, плотность 8,96 г/см3, температура плавления Тпл = 1083 оС, Существует ряд сплавов меди: латуни – с цинком, бронзы – с оловом и другими элементами, мельхиор – с никелем, баббиты – со свинцом и другие. Удельная проводимость меди весьма чувствительна к наличию даже небольшого количества примесей и снижается в зависимости от вида примеси на 5 ÷ 55 %. В то же время присадки многих металлов повышают механическую прочность и твердость меди.
Основные достоинства меди:
1. Малое сопротивление ρ = 0,017241 мкОм∙м приТ= 20 С.
2. Высокая механическая прочность.
3. Стойкость к коррозии (в условиях высокой влажности окисляется на воздухе медленнее, чем железо).
4. Интенсивное окисление меди происходит при повышенных температурах
Недостатки Сu:
1. Высокая стоимость.
2. Атмосферная коррозия с образованием окисных и сульфидных пленок.
3. Влияние водорода на механические свойства (водородная болезнь).
Производство Сu.
Производят путем переработки сульфидных руд (плавка и обжиг с интенсивным дутьем) с последующей электролитической очисткой от примесей. Пластины Сu переплавляют в стандартные болванки.
Выполняют прокатку и протяжку в типовую электропроводку и изделия для ЭУ.
Применение: провода, силовые кабели, радиаторы (с-мы охлаждения)