Рисунок 1.1 - Классификация металлических материалов

Рисунок 1. 1 - Классификация металлических материалов

Большую группу металлических материалов составляют собственно конструкционные материалы. Особую роль в электронике, во многом определяющую технические характеристики приборов, играют функциональные материалы.

Функциональные материалы общего назначения применяют при производстве практически всех элементов вакуумной электроники, микроэлектроники и наноэлектроники, а также при производстве радиоэлектронной аппаратуры. В данную группу входит примерно 200 прецизионных сплавов, обладающих определенным набором физических свойств.

· Магнитомягкие сплавы обладают высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцетивной силой в слабых полях. Их используют в качестве сердечников магнитопроводов, магнитных экранов и т. д.

· Магнитотвердые сплавы обладают высокой магнитной энергией и используются как элементы памяти — носители информации, а также как постоянные магниты в радиоаппаратуре.

· Сплавы с заданным термическим расширением используют для спаев с керамикой, стеклом и другими диэлектриками.

· Сплавы с высокими упругими свойствами применяют в качестве пружин и упруго-чувствительных элементов в расходомерах, акселерометрах, резонансных фильтрах и т. д.

· Сплавы сопротивления используют для изготовления нагревателей, термодатчиков, эталонных сопротивлений и т. д.

· Криогенные сплавы обладают заданными тепловыми, магнитными и электрическими свойствами при температурах до – 269 °С, и их используют в криогенной электронике.

· Функциональные материалы специального назначения обычно используют в конкретных областях радиоэлектроники. Данные материалы должны обладать рядом специфических свойств, например высокими эмиссионными свойствами, высокой устойчивостью к электронной и ионной бомбардировке, высокими механическими свойствами при повышенных температурах, сверхвысокими рабочими температурами и т. д.

 

Виды диэлектрических материалов представлены на рисунке 1. 2.

 

 

Рисунок 1. 2 - Классификация диэлектрических материалы

Органические диэлектрические материалы:

пластмассы, лаки, электроизоляционные компаунды, клеи, волокнистые материалы.

Неорганические диэлектрики представлены двумя классами материалов: электроизоляционные стекла и керамические материалы.

· Керамические материалы используют в качестве элементов конструкций вакуумных электронных приборов, установочных элементов в радиоаппаратуре, подложек микросхем, пьезоэлементов, элементов конденсаторов и т. д. Кроме того, широко используют ферритную керамику на основе сложных оксидных систем, сегнетоэлектрическую, пьезоэлектрическую, пироэлектрическую, конденсаторную керамику и т. д.

· Стеклообразные материалы применяют для изготовления оболочек электронных устройств, элементов лазерных систем — активных элементов и светодиодов, защитных пленок, в качестве оптически- и магнитоактивных элементов микроэлектронных устройств, в качестве аморфных материалов микроэлектроники, подложек микросхем и т. д.

Активные диэлектрики представляют собой материалы с нелинейной кривой поляризацией. К ним относятся сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, жидкие кристаллы.

Классификация полупроводниковых материалов представлена на рисунке 1. 3.

Рисунок 1. 3 - Классификация полупроводников

Полупроводниковые материалы могут быть разделены на три группы по составу:

· простые полупроводники — химические элементы, ко­торыми являются В—бор, Si— кремний, Ge — германий, Р — фосфор, As — мышьяк, S — сера, Sb — сурьма, Те — теллур, I — йод, Se — селен;

· полупроводниковые химические соединения типа: a ^IVb^IV - SiC и др, A ^IIIB^V – InSb, GaAs и др., А^IIB^VI – CdS, ZnSe и др.; оксиды — Cu₂O, TiO₂ и др.;

· многофазные полупроводниковые материалы с полу­проводящей или проводящей фазой из карбида кремния, графита и т. д.

Полупроводники представляют собой весьма многочисленный класс материалов. В него входят сотни самых разнообразных ве­ществ: как элементов, так и химических соединений. Полупро­водниковыми свойствами могут обладать как неорганические, так и органические вещества, кристаллические и аморфные, твердые и жидкие, немагнитные и магнитные. Несмотря на существенные различия в строении и химическом составе материалы этого клас­са роднит одно замечательное качество — способность сильно из­менять свои электрические свойства под влиянием небольших внешних энергетических воздействий.

 

1. 2 Tугоплавкие соединения

Понятие тугоплавкости изменяется со временем, и температурная граница, соответствующая этому понятию, непрерывно возрастает. Правильнее считать температуру плавления, выше которой начи­наются тугоплавкие соединения, температуру плавления железа (1535° С), являющегося основой многочисленных традиционных не туго­плавких материалов типа сталей, чугунов и других железоугле­родистых сплавов. Такая граница, выше которой начинается «тугоплавкость», условна и соответствует уровню технического раз­вития материалов. Имея в виду, что самый тугоплавкий металл — вольфрам плавится при температуре 3340° С, а самый тугоплав­кий неметалл — углерод при ~3700° С можно условно считать, что тугоплавкими являются металлы, сплавы, соединения, темпе­ратуры плавления которых находятся в интервале от 1600 до 4000° С, т. е. до той границы, выше которой температуры плавле­ния веществ при обычных условиях пока не известны. Дальнейшее смещение этой верхней границы, а также изменение понятия о туго­плавкости возможно только при сверхвысоких давлениях, когда сначала ликвидируются электронные оболочки атомов, а затем «внедряются» электроны в ядра с реакцией внутри­ядерных протонов с электронами, т. е. происходит нейтронизация, приводящая к образованию сверхплотной и сверхтугоплавкой нейтронной материи[3].

Однако к тугоплавким относят и вещества с температу­рой плавления ниже 1500—1600° С, но не принадлежащие к веще­ствам и сплавам традиционным, особенно по типу химической связи приближающиеся к веществам, которые принято называть туго­плавкими. Отнесение к классу тугоплавких веществ с одним и тем же типом химической связи, но не тугоплавких по точке плавления несколько условно, но вызвано практической целесо­образностью.

1. 2. 1 Свойства

Тугоплавкие соединения, обладая уникальными физико-механическими свойствами - высокими показателями температуры плавления, твердости прочности, упругих постоянных, широким спектром электрических и других характеристик, являются основой многих современных материалов.

Из широкой гаммы тугоплавких соединений можно выделить несколько фаз: WC, TC, SiC, B₄C, BN, Si₃N₄ и другие, которые нашли широкое применение в промышленности при производстве различных материалов.

Фазы этих систем обладают уникальным комплексом свойств исходя из понимания химической связи. Они имеют очень высокие точки плавления, что позволяет проводить соответствующие измерения в очень широкой области температур; рассматриваемые системы содержат соединения, которые существуют в широкой области составов и характеризуется необычным поведением, определяемым смешением металлической, ионной и ковалентной связей.

Все тугоплавкие соединения характеризуются свойствами, к которым относятся теплофизические, термодинамические, электрофизические и упругие свойства, а также твердость, прочность и химическая стойкость.

Среди всех тугоплавких соединений карбид кремния выделяется широким комплексом полезных свойств. Долгое время масштабы промышленного производства карбида кремния определялись, и главным образом, требованиями абразивной промышленности. Однако по мере развития исследований электрических и, в первую очередь, полупроводниковых свойств карбида кремния, его прочностных характеристик, химической и радиационной стойкости значительно расширились области его промышленного использования, уже не только как первоклассного абразива, но и как основы для производства материалов конструкционного назначения, огнеупоров, материалов электротехнического назначения. Поэтому особое значение приобрели исследования термодинамических свойств карбида кремния, равновесий в системах, содержащих карбид кремния, механизма и кинетики химического взаимодействия этого соединения с агрессивными жидкостями и газами. Способность материалов и изделий выдерживать без разрушений резкие температурные перепады, а именно термопрочность, особенно важна применительно к ковалентным кристаллам типа SiC, B₄C, Si₃N₄, BN₂ и другие.

Потребность промышленности в карборундовых огнеупорах с каждым годом возрастает с необходимостью применения новых футеровочных материалов, которые обладали бы достаточной стойкостью к воздействию криолитоглиноземного расплава и алюминия, при его производстве, а также газообразного хлора и хлорного алюминия при температурах до 1000 °С и имели бы высокое удельное электросопротивление для устранения потерь тока через стенки реакторов и электролизеров, то в связи с этим намечается расширение их производства, причем такое расширение связано с производством карборундовых огнеупоров на нитридной связке[3].

1. 3 Структура

Сплавы – важные вещества, получаемые сплавлением или спеканием двух или нескольких элементов периодической системы, называемых компонентами. Сплавы также образуются при диффузии атомов металла или неметалла в поверхностный слой металлической детали. Сплав считается металлическим, если его основу (свыше 50 % по массе) составляют металлические компоненты. Металлические сплавы обладают более высокими прочностными и другими механическими свойствами по сравнению с чистыми металлами.

В зависимости от природы сплавляемых компонентов сплавы, взаимодействуя друг с другом, могут образовать различные по строению и свойствам продукты. Характер взаимодействия компонентов при сплавлении зависит от их положения в таблице Менделеева, особенностей строения электронных оболочек их атомов, типов и параметров их кристаллических решеток, соотношения температур их плавления, атомных диаметров и других факторов. Компоненты при сплавлении могут образовывать смеси зерен с пренебрежимо ничтожной взаимной растворимостью, неограниченно или частично растворяться друг в друге, а также образовывать химические соединения.

Смесь образуется при взаимодействии компонентов, не способных к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступающих в химическую реакцию с образованием соединения. В этих условиях сплав состоит из чистых зерен обоих компонентов А и, В сохраняющих присущие им типы кристаллических решеток и прочностные свойства. Механические свойства таких сплавов зависят от количественного соотношения компонентов, от размеров и формы зерен и соединения их границ. Схема микроструктурной смеси представлена на рисунке 1. 4.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: