К металлам и сплавам различного назначения относят: материалы для термопар; тензометрические сплавы; контактные материалы; материалы электровакуумной техники; припои и ряд других.
Материалы для термопар
Материалы для термопар характеризуются наибольшими предельно допустимыми величинами температур спая, коэффициентами термо-ЭДС и удельным электрическим сопротивлением (ρv). Коэффициент термо-ЭДС не является постоянной величиной, а зависит от температуры. Обычно значения коэффициента термо-ЭДС в справочной литературе приводят для определенного температурного интервала, где он сохраняет постоянное значение. Предельно допустимая температура спая устанавливается для каждого типа термопар. Она показывает, при какой предельной температуре возможно проведение достаточно точных и длительных измерений.
Для изготовления термопар применяют следующие сплавы:
1) копель (44 % Ni и 56 % Cu);
2) алюмель (95 % Ni, остальное А1, Si, Мn);
3) хромель (90 % Ni и 10 % Сr);
4) платинородий (90 % Рt и 10 % Rh).
В зависимости от значений измеряемых температур применяют следующие конструкции термопар:
1) платина – платинородий — до 1600 °С;
2) хромель – алюмель — до 1000 °С;
1) железо – константан: железо копель; хромель – копель — до 600 °С;
2) медь – константан: медь – копель — до 350 °С;
3) железо – золото — 10…100 К.
Тензометрические сплавы
Тензометрические сплавы применяются для изготовления датчиков деформаций и давлений (обычно растягивающих усилий). Действие таких датчиков основано на изменении сопротивления при растяжении тензометрического элемента. Коэффициент тензочувствительности тензометрического элемента можно определить из выражения:
? (2.14)
где ΔR — изменение сопротивления R при изменении Δl длины элемента l.
Основным материалом для тензодатчиков, работающих при сравнительно низких температурах, является уже описанный манганин. Для высокотемпературных датчиков применяют сплавы системы Fе + Сr + Ni.
Контактные материалы
По условиям работы подвижные контакты могут быть разделены на два типа: скользящие и разрывные.
Скользящие контакты обеспечивают передачу электрической энергии от неподвижной части устройства к подвижной (потенциометры, реостаты, генераторы, двигатели постоянного тока, токосъемники подвижного транспорта и т.д.). Материалы для скользящих контактов должны обладать низким удельным сопротивлением, малым падением напряжения на контакте, высокой фрикционной способностью, обладать малым коэффициентом трения. В качестве материалов для скользящих контактов используют твердотянутую медь, кадмиевые, кадмиево-оловянистые, берилливые бронзы, а также соединения системы Аg – СdО. Из неметаллических используют графитовые, угольно-графитовые и металлографитовые материалы.
Разрывные контакты обеспечивают управляемое, периодическое замыкание и размыкание электрических цепей в течение длительного времени, например, в реле, пускателях, электромеханических преобразователях различного вида. Материалы для разрывных контактов работают в весьма сложных условиях. Эти материалы должны иметь низкое значение ρv, малое падение напряжения на контакте, должны обладать стойкостью к механическому износу и электрической эрозии.
В качестве материалов для разрывных контактов в слаботочной технике используют: чистое серебро, а также сплавы систем Аg–Сd, Аg–Рd, Аg–Мg–Ni; чистое золото; сплавы системы Аи–Рt, Аи–Аg, Аи–Ni; Аи–Zr; чистую платину, платину легированную Ni, Аg, Аи, сплавы системы Рt–Jr.
В сильноточной технике используют чистые тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, медь, различные сплавы систем: Аg с Со, Ni, Сr, Мо, W, Та,; Си с W и Мо. Кроме того, в качестве разрывных контактов хорошо зарекомендовали себя металлокерамические композиции систем: Аg–СdО; карбид вольфрама – серебро; медь – окись кадмия; серебро (медь) – графит.
Материалы электровакуумной техники
Материалы электровакуумной техники используются для получения герметически прочных спаев металла со стеклом или керамикой, что необходимо в электровакуумном и полупроводниковом производстве. Если вакуум-плотные спаи работают при сравнительно низких температурах, нет необходимости применять тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, молибден, платина и т.д. Главным требованием при этом считается смачиваемость материала стеклом и равенство температурных коэффициентов линейного расширения материала выводов и стекла.
Из этой группы следует выделить сплавы:
· ковар марки Н28К18 (28 % Ni,18 % Со, 54 % Fе);
· инвар марки Н36 (36 % Ni, 64 % Fе).
Кроме этого используют биметаллическую проволоку – платинит. Платинит имеет центральную жилу из никелевой стали Н42 (42 % Ni, остальное Fе), а оболочку из чистой меди МО. Содержание меди в платините 25…30 % от общей массы проволоки. Свое название платинит получил за близость ТКl = (8,2…9,2)·10-6 К-1 к ТКl платины.
Припои
В электротехнике и электронной технике широко используются различные системы контактов, которые можно разделить на неподвижные и подвижные. Неподвижные обеспечиваются различными технологическими приемами, основными из которых являются пайка и сварка. Пайкой называют способ соединения металлических или металлизированных деталей с помощью чистых металлов или специальных сплавов. Сплавы, применяемые при пайке, называют припоями. Припои подразделяют на мягкие с температурой плавления Тпл < 300 °С и твердые с Тпл ³ 300 °С. В настоящее время мягкие припои подразделяются на низкотемпературные Тпл < 145 °С и легкоплавкие 145 °С £ Тпл £ 300 °С.
Особую группу твердых припоев составляют электровакуумные припои, применяемые при пайке узлов электронных приборов работающих в вакууме при высоких температурах.
Название марок припоев определяется металлами, входящими в них с наибольшим процентным содержанием:
· олово – О;
· свинец – С;
· аллюминий – А;
· серебро – Ср;
· сурьма – Су;
· медь – М;
· цинк – Ц;
· висмут – Ви;
· кадмий – К; и т.д.
Если в припое присутствует драгоценный или редкий металл, его обозначение присутствует в названии марки припоя даже при малых количествах. Номенклатура припоев постоянно расширяется.
Мягкие припои. Основным типом мягких припоев являются припои оловянно-свинцовые (ПОС), содержащие олово от 10 % (марки ПОС-10) до 90 % (марки ПОС-90). Припои марки ПОС по содержанию сурьмы подразделяются на:
· безсурьмянистые;
· малосурьмянистые (0,2…0,5 % сурьмы), например ПОССу – 30-0,5;
· сурьмянистые (1…5 % сурьмы), например ПОССу-40-2).
Введение сурьмы повышает механическую прочность припоев и уменьшает их ползучесть под нагрузкой. Добавка кадмия к припоям марки ПОС повышает их проводимость и механическую прочность (припои марки ПОСК).
Низкотемпературные припои. При пайке деталей, чувствительных к нагреву (полупроводниковые приборы, тонкопленочные выводы интегральных микросхем) требуется пониженная температура плавления припоя. Для выполнения этих условий в состав припоев вводят висмут, индий, а также кадмий (например, припой ПОСК-50-18).
Особую группу составляют припои с цинком и кадмием марки ПОКц, разработанные для пайки алюминия и его сплавов. Самым легкоплавким припоем является
Сплав ВУДА который имеет состав: 50 % Bi; 25 % Рб; 12,5 % Sn; 12,5 % Cd и температуру плавления 60,5 °С.
Твердые припои. В электровакуумной технике твердые припои применяют для пайки различных узлов электронных ламп, электровакуумных устройств и т.д. По допустимой температуре прогрева (Тпр) эти припои делятся на группы:
· для приборов с Тпр = 450 ºС;
· для приборов с Тпр = 700 °С.
Припои для приборов с Тпр = 450 °С представляют собой сплавы систем: Аg–Си–Sп и Аg–Си–Jn. Эти припои используют в виде порошков, так как им свойственна хрупкость. Припои для приборов с Тпр = 700 °С представляют собой сплавы на основе меди, золота, кальция и никеля. В качестве твердых припоев используют также медно–цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр).