Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое алюминий, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое алюминий, медь, бескислородная медь, золото, платина, серебро , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Материаловедение и материалы электронных аппаратов.
К этой группе материалов принято относить проводники с удельным электрическим сопротивлением в нормальных условиях не более 10–7 Ом⋅м. Наиболее распространенными из них являются медь и алюминий .
Преимущества меди:
После получения медь, предназначаемую для электротехнических целей, подвергают электролитической очистке.
Методом холодной протяжки получают твердотянутую медь (маркируется МТ), которая в результате наклепа имеет высокий предел прочности при растяжении.
После отжига медь получается мягкая (маркируется ММ), с меньшей прочностью, с большим коэффициентом удлинения и более высокой удельной проводимостью.
Стандартная медь в отожженном состоянии при 20°С имеет удельное сопротивление 1,7241⋅10–8 Ом⋅м.
Марки меди. В качестве проводникового материала используют медь М1 и М0. Здесь маркировка по содержанию примесей.
М1 содержит 99,90% основного металла, причем на долю кислорода должно приходиться не более 0,08%. При повышенном содержании кислорода заметно ухудшаются механические и технологические свойства меди, затрудняется пайка и лужение.
Лучшими механическими свойствами обладает медь М0 (99,95% основного металла, кислорода не свыше 0,02%). Из меди М0 может быть изготовлена наиболее тонкая проволока.
Специальные сорта меди. В электровакуумной технике применяют специальные сорта меди, не содержащие кислорода. Их получают из электролитической меди, переплавленной в защитной атмосфере восстановительного газа CO. Выделяющийся при нагревании меди кислород вступает в реакцию с закисью углерода и удаляется в виде углекислого газа. Эта медь содержит 99,97% основного металла. Еще более чистой является вакуумная медь, выплавленная в вакуумных индукционных печах в графитовых тиглях при остаточном давлении газа порядка 10–3 Па. Она содержит 99,99% основного металла. Свободная от кислорода медь по механической прочности и электрической проводимости мало отличается от электролитической меди, переплавленной обычным способом. Ее существенное преимущество – высокая пластичность.
Свойства меди. Удельная проводимость меди весьма чувствительна к наличию примесей. Так, при содержании в меди 0,5% примеси Zn, Cd или Ag удельная проводимость ее снижается на 5%. При том же содержании Ni, Sn или Al удельная проводимость меди падает на 25 … 40%. Еще более сильное влияние оказывают примеси Be, As, Fe, Si или P, снижающие ее удельную проводимость на 55% и более. В то же время присадки многих металлов повышают механическую прочность и твердость меди, как в холоднотянутом, так и в отожженном состояниях.
Недостатком меди является ее подверженность атмосферной коррозии с образованием окисных и сульфидных пленок. Скорость окисления быстро возрастает при нагревании, однако прочность сцепления окисной пленки с металлом невелика. Вследствие окисления медь не пригодна для слаботочных контактов. Металлическое отслаивание и термическое разложение окисной пленки вызывает повышенный износ медных контактов при больших токах.
Значительное влияние на механические свойства меди оказывает водород. После водородного отжига твердость меди может уменьшиться в несколько раз. Разрушительное действие водорода сказывается особенно сильно в присутствии кислорода в технической меди в виде закиси Cu2O. Водород, легко проникая в глубь металла при повышенных температурах, вступает в реакцию:
Cu2O + H2 = 2Cu + H2O
Давление образующегося в металле водяного пара из-за незначительной скорости диффузии его может достигать нескольких тысяч атмосфер. Это приводит к образованию микротрещин, нарушающих вакуумную плотность материала и придающих ему хрупкость и ломкость. В производстве это явление называют «водородной болезнью». В меди, содержащей менее 0,001% кислорода, «водородной болезни» практически нет.
Применение меди. Медь применяют в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, шин распределительных устройств, обмоток трансформаторов, электрических машин, токоведущих деталей приборов и аппаратов, анодов в гальванотехнике. Медные ленты используют в качестве экранов кабелей. Твердую медь употребляют в тех случаях, когда необходимо обеспечить особенно высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость истиранию, например, для изготовления неизолированных проводов. Если требуется хорошая гибкость и пластичность, а предел прочности на растяжение не имеет существенного значения, то предпочтительнее мягкая медь (например, для монтажных проводов).
Кроме того, медь используют для изготовления фольгированного гетинакса и применяют в микроэлектронике в виде осажденных на подложки пленок, играющих роль проводящих соединений между функциональными элементами схемы.
бескислородная медь — электролитическая медь, свободная от медных оксидов.
В меди, полученной из руды электролизом, присутствует значительное количество оксида меди, который, при последующем отжиге в атмосфере водорода, взаимодействует с ним (водород легко проходит через металл и восстанавливает Cu2O). Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Образовавшиеся пары воды портят слиток, образуя трещины, поры, пустоты (т. н. «водородная болезнь меди»). Для предотвращения этого, после отжига в атмосфере водорода медь переплавляют в вакууме.
Для снижения содержания кислорода в меди на этапах ее дальнейшего передела и предотвращения таким образом «водородной болезни», применительно к полуфабрикатам и готовым изделиям неэлектротехнического назначения применяется раскисление фосфором. Так, меди советской (российской) марки М1Ф и ее европейского аналога Cu-DHP содержат от 0,012 % (0.015 % для Cu-DHP) до 0,04 % массовой доли фосфора, отчего содержание кислорода в них стремится к нулю и в силу этого не нормируется.
Из бескислородной меди марки М1Ф (согласно ГОСТ 1173-2006) изготавливают фольгу, ленты и листы, которые используются в качестве кровельного материала, экранов и т.д. Также из бескислородной меди изготавливают трубы для воды, газа (ГОСТ Р 52318-2005) и фитинги (ГОСТ Р 52922-2008), жала пальников электроакустические и видео кабеля.
Вторым по значению после меди проводниковым материалом является алюминий. Удельное сопротивление алюминия в 1,6 раза больше удельного сопротивления меди, но алюминий в 3,5 раза легче меди.
Недостатком алюминия является его низкая механическая прочность (в 3 раза меньше прочности меди).
Марки алюминия. Для электротехнических целей используют алюминий технической чистоты АЕ, содержащий не более 0,5% примесей. Изготовленная из алюминия АЕ и отожженная при температуре 350 ± 20°С проволока обладает удельным сопротивлением при 20°С не более 2,8⋅10–8 Ом⋅м. Алюминий высокой чистоты А97 (не более 0,03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. У алюминия особой чистоты А999 примеси не превышают 0,001%. Чистоту его контролируют по значению остаточного удельного сопротивления при температуре жидкого гелия, которое не должно превышать 4⋅10–12 Ом⋅м.
Разные примеси в различной степени снижают удельную проводимость алюминия. Примеси, не образующие твердых растворов с алюминием, мало влияют на электрическую проводимость, а примеси, образующие твердый раствор, заметно снижают ее. Закалка увеличивает сопротивление алюминия в присутствии тех примесей, которые увеличивают свою растворимость при нагревании.
При температуре жидкого азота алюминий по значению удельного сопротивления почти сравнивается с медью, а при еще более низких температурах становится даже лучше ее. Поэтому перспективно использование алюминия в качестве криопроводника.
Поверхность алюминия. Алюминий активно окисляется и покрывается тонкой пленкой оксида с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет алюминий от коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых проводов, что делает невозможным пайку алюминия обычными методами.
Поэтому для пайки алюминия применяют специальные пасты-припои, а в микротехнологии – ультразвуковую сварку. Более толстый слой окисла, который выдерживает сравнительно высокие напряжения, получают с помощью электрохимической обработки алюминия. Оксидная изоляция очень прочна: слой толщиной 0,03 мм имеет пробивное напряжение порядка 100 В, а толщиной 0,04 мм – около 250 В.
Из оксидированного алюминия изготавливают различные катушки без дополнительной междувитковой и междуслойной изоляции. Недостатками оксидной изоляции является ее ограниченная гибкость (особенно при большой толщине) и заметная гигроскопичность (в тех случаях, когда не требуется большой нагревостойкости, ее покрывают лаком).
На практике большое значение имеет вопрос защиты от гальванической коррозии в местах контакта алюминия и меди. Если область контакта подвергается воздействию влаги, то возникает местная гальваническая пара с довольно высоким значением ЭДС. Полярность этой пары такова, что ток направлен от алюминия к меди, вследствие чего алюминиевый проводник может быть сильно разрушен коррозией. Поэтому места соединения медных проводников с алюминиевыми должны быть защищены от влаги (покрыты лаком и т.п.).
Пленки алюминия широко используют в интегральных микросхемах в качестве контактов и межсоединений. Нанесение пленок на кремниевые подложки обычно производят методами испарения и конденсации в вакууме. Преимущества алюминия как контактного материала состоят в том, что этот материал легко напыляется, обладает хорошей адгезией к кремнию и слою изоляции из SiO2, широко используемой в полупроводниковых интегральных схемах, обеспечивает хорошее разрешение при фотолитографии, хороший омический контакт с кремнием. также используется для изготовления зеркал.
Серебро́ (Ag от лат. Argentum) — элемент 11 группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы первой группы), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 47.
Простое вещество серебро — ковкий, пластичный благородный металл серо-белого цвета. Кристаллическая решетка — гранецентрированная кубическая. Температура плавления — 962 °C, плотность — 10,5 г/см³.
Чистое серебро — довольно тяжелый (легче свинца, но тяжелее меди, плотность — 10,5 г/см³), необычайно пластичный серебристо-белый металл (коэффициент отражения света близок к 100 %). Тонкая серебряная фольга в проходящем свете имеет фиолетовый цвет. С течением времени металл тускнеет, реагируя с содержащимися в воздухе следами сероводорода и образуя налет сульфида, чья тонкая пленка придает тогда металлу характерную розоватую окраску. Обладает самой высокой теплопроводностью среди металлов. При комнатной температуре имеет самую высокую электропроводность среди всех известных металлов (удельное электрическое сопротивление 1,59⋅10−8 Ом·м при температуре 20 °C). Относительно тугоплавкий металл, температура плавления 962 °C.
применение серебра
Зо́лото (Au от лат. Aurum) — элемент 11 группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы первой группы), шестого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 79. Простое вещество золото — благородный металл желтого цвета.
Чистое золото — мягкий металл желтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности, меди. В тонких пленках золото просвечивает зеленым. Золото обладает высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.
Золото — очень тяжелый металл: плотность чистого золота равна 19,32 г/см³ (шар из чистого золота диаметром 46,237 мм имеет массу 1 кг).
Золото — очень мягкий металл: твердость по шкале Мооса ~2,5, по Бринеллю 220—250 МПа (сравнима с твердостью ногтя).
Золото также высокопластично: оно может быть проковано в листки толщиной до ~0,1 мкм (100 нм) (сусальное золото); при такой толщине золото полупрозрачно и в отраженном свете имеет желтый цвет, в проходящем — окрашено в дополнительный к желтому синевато-зеленоватый. Золото может быть вытянуто в проволоку с линейной плотностью до 2 мг/м.
Линейный коэффициент теплового расширения — 14,2⋅10−6 К−1 (при 25 °C). Теплопроводность — 320 Вт/м·К, удельная теплоемкость — 129 Дж/(кг·К), удельное электрическое сопротивление — 0,023 Ом·мм2/м.
Электроотрицательность по Полингу — 2,4. Энергия сродства к электрону равна 2,8 эВ; атомный радиус 0,144 нм, ионные радиусы: Аu+ 0,151 нм (координационное число 6), Аu3+ 0,082 нм (4), 0,099 нм (6) .
Золотые припои очень хорошо смачивают различные металлические поверхности и применяются при пайке металлов. Тонкие прокладки, изготовленные из мягких сплавов золота, используются в технике сверхвысокого вакуума.
По своей химической стойкости и механической прочности золото уступает большинству платиноидов, но незаменимо как материал для электрических контактов. Поэтому в микроэлектронике золотые проводники и гальванические покрытия золотом контактных поверхностей, разъемов, печатных плат используются очень широко.
Золото используется в качестве мишени в ядерных исследованиях, в качестве покрытия зеркал, работающих в дальнем инфракрасном диапазоне, в качестве специальной оболочки в нейтронной бомбе. Тонкий слой золота (20 нм) на внутренней поверхности оконных и витражных стекол существенно уменьшает нежелательные тепловые потери зимой, а летом предохраняет внутренние помещения зданий и транспортных средств от нагревания инфракрасными лучами.
Платина – химический элемент, драгоценный металл, являющийся биржевым товаром. Как правило, обозначается символом Pt, который происходит от испанского слова plata – «cеребро»; platina – уменьшительная форма, буквально «маленькое серебро» или «серебришко».
Платина применяется в следующих отраслях промышленности:
- автомобилестроение. На сегодняшний день основной потребитель платины – она требуется для катализаторов дожигания выхлопных газов автомобилей. Использование этой технологии началось в середине 1970-х в связи с ужесточением требований к охране атмосферного воздуха. В развитых странах на эту сферу приходится до 90 тонн потребления платины в год;
- нефтегазовая отрасль. С помощью платины получают высокооктановый бензин, ароматические углеводороды и технический водород из бензиновых и лигроиновых фракций нефти. Объем использования – 6-7 тонн в год;
- электротехника и электроника. Платину применяют как материал контактов электрических приборов и печей сопротивления. Из ее сплавов изготавливают миниатюрные магниты, специальные зеркала для лазеров. Электронная промышленность потребляет 6-8 тонн в год;
- химическая промышленность. Платина используется при изготовлении перегонных реторт для производства плавиковой кислоты. Из нее делаются электроды для получения ряда веществ, таких, например, как перекись водорода. В общей сложности химическая промышленность расходует около 10 тонн платины в год.
Кроме того, платина применяется в стекольной промышленности (до 10 тонн в год) и в медицине (около 8 тонн).
До трети всей произведенной платины используется в ювелирной промышленности.
Данная статья про алюминий подтверждают значимость применения современных методик для изучения данных проблем. Надеюсь, что теперь ты понял что такое алюминий, медь, бескислородная медь, золото, платина, серебро и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Материаловедение и материалы электронных аппаратов
Комментарии
Оставить комментарий
Материаловедение и материалы электронных аппаратов
Термины: Материаловедение и материалы электронных аппаратов