Проводниковые материалы Электропроводность полупроводников

Никель - широко используется в электровакуумной технике, при умеренных температурах обработки он сочетает в себе многие свойства присущие танталу при высоких температурах. Никель достаточно прочен в технически чистом состоянии и может быть использован в виде сплавов с различными металлами, обладающими специальными свойствами. Никель обладает умеренным удельным сопротивлением и высоким его температурным коэффициентом, вследствие чего легко поддается точечной сварке и индукционному нагреву. Сравнительно низкое удельное сопротивление никеля при умеренных температурах, позволяет использовать его для токопроводящих выводов в электровакуумных приборах. Основные электрофизические свойства никеля приведены в таблице 5.12.

Никель легко получается либо в очень чистом виде, либо с легирующими присадками кремния или марганца. Трубки, изготовленные из легированного кремнием никеля, применяются в производстве кернов оксидных катодов. Никель, легированный марганцем (фабричные марки "мангрид" или "гридник"), имеет несколько большую твердость после отжига по сравнению с другими сортами. Поэтому он применяется для изготовления держателей вольфрамовых нитей в лампах накаливания.

Получают никель гидрометаллургически, а особо чистый разложением карбонила никеля. Промышленностью выпускается чистый никель марок Н0, Н1, Н-экстра и некоторых других в виде полос, пластин и проволоки, а также различные сплавы, из которых широкое распространение получил сплав под названием "монель", содержащий, помимо никеля и кобальта, до 30% меди. Монель обладает высокой прочностью, пластичностью, способностью к сварке и превосходной сопротивляемостью коррозии, он хорошо противостоит действию хлорированных растворителей и составов для травления стекла, хорошо паяется твердыми и мягкими припоями. Различные сорта монеля, в зависимости от состава, могут быть магнитными или немагнитными.

Таблица 5.12

Электрофизические свойства чистого никеля

Плотность, г/см 3

8,9

Удельное сопротивление, мкОм .м

0,073

Температурный коэффициент сопротивления, 0С -1

0,0065

Относительное удлинение (холоднотянутая, отожженная проволока), %

30

Температура магнитного превращения (точка Кюри), 0С

358

Магнитное насыщение при 20 0С, Гс

6080

Никель и его сплавы, применяющиеся в электротехнических устройствах, легко поддаются любым видам механической обработки, даже в холодном состоянии, отличаются прекрасными коррозионно-стойкими качествами и превосходно выносят различные виды химической технологической обработки. Подборка технохимических свойств никеля приведена в таблице 5.13.

Таблица 5.13

Технохимические свойства чистого никеля

С сухим воздухом при комнатной температуре: не реагирует.

В сухом воздухе при температуре выше 400 0С: слабое окисление (защитная пленка).

С чистым влажным воздухом при комнатной температуре: практически не реагирует.

В атмосфере, содержащей серу, при комнатной температуре с относительной влажностью более 70%: потемнение поверхности.

С сухим четыреххлористым углеродом: не реагирует.

Во влажном четыреххлористом углероде при комнатной температуре: на поверхности появляются голубые и желтые пятна.

С трихлорэтиленом: не реагирует.

С водой при комнатной температуре: практически не реагирует (коррозия менее 0,003 см/год).

С соленой водой при комнатной температуре: реагирует очень слабо (коррозия менее 0,013 см/год).

С парами воды при накаливании докрасна: слабая реакция.

В соляной или серной кислоте холодной, разбавленной: растворяется со скоростью: в свободной от воздуха HCl-0,125 мм/год; в насыщенной воздухом HCl-2,5 мм/год; в свободной от воздуха H2SO4-0,075 мм/год; в насыщенной воздухом H2SO4 - 0,75 мм/год.

В соляной или серной кислотах теплых, разбавленных: растворяется.

В азотной кислоте холодной, разбавленной: быстрое растворение.

С царской водкой: быстрая реакция.

В HPO3 холодной, разбавленной: медленное растворение.

В HPO3 горячей, концентрированной: быстрая реакция.

В разбавленном растворе плавиковой кислоты при температуре 20-110 0С: 0,25-0,275 мм/год; в безводной плавиковой кислоте при температуре 20-150 0С: 0,05 мм/год.

В смеси плавиковой и азотной кислот: быстрое растворение.

Со щелочами холодными или горячими: практически не реагирует.

В концентрированной  уксусной кислоте: сильное взаимодействие.

Помимо электровакуумной техники никель используется в производстве железо-никелевых аккумуляторов, а также в качестве компонента некоторых проводниковых и магнитных сплавов. В случаях, когда магнитные сплавы используются в виде тонкослойных покрытий, чрезвычайно ценным оказывается свойство никеля образовывать прекрасные гальванические покрытия в чистом виде и совместно с другими металлами. В качестве примера такого сплава можно назвать пермаллой, помимо никеля содержащий 20% железа. Гальванические покрытия чистым никелем и его сплавами широко используются также для защитно-декоративных покрытий изделий из черных и цветных металлов. Практические рецептуры электролитов, для нанесения гальванических покрытий никелем и его сплавами, в большом количестве можно найти в пособиях по гальванотехнике.

Свинец - тяжелый металл, плотность 11,4 г/см 3, серебристо-серого цвета с температурой плавления 327 0С. Свинец - мягок, пластичен и непрочен, он имеет предел прочности при растяжении всего лишь 1,6 кг/мм 2 при относительном удлинении более 55%, он не стоек к вибрации и обладает высоким удельным сопротивлением - 0,21 мкОм .м, устойчив к действию воды, серной и соляной кислот, но разрушается известью и гниющими органическими веществами. Благодаря стойкости к влаге, нашел широкое применение в кабельной промышленности, для изготовления оболочек кабелей, защищающих изоляцию от проникновения в нее воды, а вследствие легкоплавкости - в производстве плавких вставок, защищающих электрооборудование от токов короткого замыкания. Свинец используется в производстве свинцовых аккумуляторов, входит в состав оловянно-свинцовых припоев - ПОС, использующихся при пайке электротехнических изделий; широко применяется для защиты от рентгеновского и других видов жестких излучений. По своим защитным свойствам лист свинца толщиной 1 мм эквивалентен слою стали толщиной 11,5 мм или слою кирпича толщиной в 110 мм. В кабельной технике применяется свинец марок С2 и С3 с содержанием примесей не более 0,08-0,14%.

Олово - легкоплавкий металл белого цвета с температурой плавления 232 0С, подобно свинцу, оно имеет низкие механические свойства - предел прочности при растяжении колеблется от 1,6 до 3,8 кг/мм 2 и высокое удельное сопротивление - 0,12 мкОм .м. Олово входит в состав бронз и сплавов для пайки.

Тонкая оловянная фольга толщиной 6-8 мкм с присадками 15% свинца и 1% сурьмы применяется в производстве некоторых типов конденсаторов.

Кроме обычного белого олова, которое кристаллизуется в тетрагональной системе, существует еще серое - порошковое олово. При низкой температуре белое олово переходит в серое, что проявляется в появлении на белом олове серых пятен. Это явление носит название оловянной чумы, которая может сделать изделие, содержащее белое олово полностью не работоспособным. При нагревании серое олово вновь переходит в белое, но следует иметь в виду, что при температурах выше 160 0С белое олово переходит в третью модификацию - ромбическую и становится настолько хрупким, что разбивается при падении.

Оба эти явления уменьшают допустимый диапазон рабочих температур изделий, содержащих оловянные покрытия и изделий, паянных оловом.

Благодаря достаточно высокой химической стойкости олово используют в качестве защитного покрытия других металлов, которое наносится либо гальванически, либо горячим способом - погружением защищаемого изделия в ванну с расплавленным оловом.

Цинк - светлый, легкоплавкий металл, имеющий температуру плавления 420 0С, весьма хрупкий при комнатной температуре и пластичный при нагревании от 100 до 200 0С. Удельное сопротивление цинка сравнимо с удельным сопротивлением вольфрама и составляет 0,059 мкОм . м.

Он используется в производстве гальванических элементов и в качестве составной части латуни, а также в производстве некоторых фотоэлементов, ламп накаливания, для металлизации бумаги при изготовлении малогабаритных металлобумажных конденсаторов и как защитное покрытие черных металлов от коррозии. Промышленностью выпускается несколько марок цинка: ЦВ, Ц0, Ц1. Цинк высокоочищенный (марка ЦВ) содержит не менее 99,99% цинка и не более 0,01% в сумме таких примесей, как свинец, железо, кадмий, и медь.

Кадмий - серебристо-белый металл, с температурой плавления 321 0С, постоянный спутник цинка в рудах. Получают как побочный продукт в металлургии цинка. Используется в электровакуумной технологии при изготовлении некоторых видов фотоэлементов, в производстве гальванических элементов входит в состав ряда легкоплавких припоев, применяющихся в микроэлектронике. Промышленностью выпускается несколько марок: Кд0, Кд1, Кд2. Наиболее высокая степень чистоты кадмия 99,997%. Основные примеси в кадмии: свинец, железо, цинк и медь.

Индий и галлий - нашли применение в качестве легирующих примесей в производстве транзисторов и других полупроводниковых приборов.

Золото используется как контактный материал в ответственной аппаратуре и для коррозионно-стойких покрытий выводов некоторых типов полупроводниковых приборов.

Серебро используется при производстве слюдяных и керамических конденсаторов, волноводов и контактов, входит в состав некоторых тугоплавких припоев.

Платина - металл практически не окисляющийся и стойкий к химическим воздействиям, легко прокатывается в ленты и волочится в тонкую проволоку, диаметром до 0,001 мм. Применяется для изготовления термопар на рабочие температуры до 16000С, а тонкие платиновые нити - для изготовления подвесок особо ответственных электроизмерительных приборов. Благодаря высокой химической стойкости, из платины производятся превосходные контакты, но в этом случае она используется не в чистом виде, а в сплаве с иридием. Платина-иридиевые контакты не окисляются, имеют высокую твердость, малый механический износ, допускают большую частоту включений, но вследствие высокой стоимости применяются только для ответственных целей.

Палладий - по свойствам близок к платине и в ряде случаев служит ее заменителем. В сплавах с медью и серебром используется как контактный материал в производстве герметизированных контактов - герконов.


Магнитные цепи