Реферат: Матеріали високої провідності. Сплави та неметалеві провідники

4. Характеристика інших металів

Вольфрам – надзвичайно важкий та твердий метал сірого кольору. З усіх металів має найбільшу температуру плавлення. Його отримують з руд різного складу; проміжним продуктом є вольфрамова кислота H₂ WO₄ , з якої відновленням воднем при нагріванні до 900⁰ С отримують металевий вольфрам у вигляді порошку. З цього порошку при високому тиску пресують стрижні, які обробляють при високій температурі в атмосфері водню (для запобігання окисленню), після чого перетворюють процесами кування та волочіння в дріт діаметром до 0,01 [мм] або прокатуванням в листи.

Для вольфраму є характерним слабкий зв’язок між окремими кристалами, тому при зернистій структурі вироби з нього є досить крихкими та легко ламаються. Після кування та волочіння вольфрам стає волокнистим, гнучким та міцним, його межа міцності при розтягуванні σ_ρ приймає значення приблизно від 500÷600 [МПа] для стрижнів діаметром 5 [мм] до 3000÷4000 [МПа] для тонких ниток, причому відносне подовження перед розривом ∆ℓ/ℓ для ниток становить менше 2%. Нитки вольфраму знайшли широке застосування у якості елементів розжарювання в електронно-вакуумних приладах, завдяки здатності вольфраму витримувати температури більше 2000⁰ С. При цьому застосування вольфраму можливе тільки в умовах високого вакууму або в атмосфері інертних газів тому, що в повітрі він сильно окислюється. Вольфрам застосовують також для виготовлення контактів.

До переваг вольфрамових контактів можна віднести:

cтійкість у роботі;

незначне механічне зношування;

здатність протистояти дії електричної дуги та не приварюватися один до одного;

низька схильність до ерозії (утворення кратерів та наростів в місцях перегріву та плавлення металу).

Для контактів з великими значеннями потужності, що комутується, використовують металокерамічні матеріали. Заготовку пресують з порошку вольфраму під великим тиском, спікають в атмосфері водню, отримуючи міцну, але пористу основу, яку пропитують розплавленим сріблом або міддю для збільшення провідності.

До недоліків вольфраму можна віднести:

складність обробки;

утворення в атмосферних умовах оксидних плівок;

необхідність у великих тисках для забезпечення малих значень електричного опору контакту.

Молібден – широко використовується в електровакуумній техніці, але при менших температурах ніж вольфрам. Може експлуатуватися тільки в вакуумі або інертному газі. Механічна міцність молібдену в дуже великій степені залежить від механічної обробки матеріалу, виду виробу, діаметру стрижнів або дроту та наступної термообробки. Його межа міцності при розтягуванні σ_р може приймати значення від 350 до 2500 [МПа], а відносне подовження перед розривом ∆ℓ/ℓ становить від 2% до 55%. Щільність молібдену приблизно вдвічі менша ніж у вольфраму.

Застосування молібдену:

в електровакуумній техніці. Найбільш розповсюдженими є марки МЧ (молібден чистий) та МК (молібден з кремнієм). Остання марка має високу механічну міцність при високих температурах;

в якості матеріалу для контактів.

Благородні метали

Золото – метал жовтого кольору, який має високу пластичність.

Параметри: межа міцності при розтягуванні σ_ρ =150 [МПа]; відносне подовження перед розривом ∆ℓ/ℓ=40%.

Застосовується в якості: контактного матеріалу для корозійно – стійкого покриття, електродів фотоелементів, вакуумного напилення плівкових мікросхем, тощо.

Срібло – білий блискучий метал, стійкий до окислення при нормальній температурі. Має найменший питомий опір з усіх металів – ρ= 0,016 [мкОм·м].

Параметри срібного дроту: межа міцності при розтягуванні σ_ρ =200 [МПа]; відносне подовження перед розривом ∆ℓ/ℓ=50%.

Застосовується в якості: контактного матеріалу, обкладинок керамічних та слюдяних конденсаторів (срібло наноситься безпосередньо на матеріал діелектрика).

Недоліками срібла є:

схильність до міграції по поверхні та всередину діелектрика, на який його наносять, при високих вологості та температурі;

але найгіршу хімічну стійкість у порівнянні з іншими благородними металами.

Платина – хімічно стійкий метал, який практично не з’єднується з киснем. Добре піддається механічній обробці, здатний витягуватися в тонкі нитки або стрічки. Параметри: межа міцності при розтягуванні σ_ρ = 150 [МПа], відносне подовження перед розривом ∆ℓ/ℓ=30÷35%. Застосовується для виготовлення термопар для вимірюванні температур до 1600⁰ С. Внаслідок низької твердості платина не використовується самостійно, але служить основою для контактних сплавів. Так сплави платини з іридієм стійкі до окислення та зносу, мають високу твердість і допускають велику частоту включень, однак характеризуються високою вартістю, що обмежує їх широке застосування.

Паладій – метал за багатьма властивостями близький до платини, іноді служить її замінником. Параметри: межа міцності при розтягуванні σ_ρ = 200 [МПа], відносне подовження перед розривом ∆ℓ/ℓ=40%. Застосовується в електровакуумній техніці для поглинання водню; сплави паладія зі сріблом використовуються для виготовлення контактів.