2478

10

для БСМ1 не превышает 47,3 Ом/км, БСМ2 – 32 Ом/км (для проволоки диаметром 1,2–1,6 мм).

Используют сталемедную биметаллическую проволоку в линиях связи и электропередачи при передаче переменных токов повышенной частоты. Кроме этого, из биметаллического материала изготавливают шины для распределительных устройств, различные токопроводящие части электрических аппаратов. В частности, в условиях завода šКузбассэлектромоторŸ сталемедную проволоку применяют для деталей реле.

Согласно техническим условиям выпускают также алюмомедную электротехническую проволоку, которая представляет из себя алюминиевый сердечник, покрытый слоем меди. Предел прочности составляет не менее 93 МПа, относительное удлинение – 10 %, электросопротивление – не более 0,0270¶10–6 Ом¶м (для мягкой проволоки диаметром 2,5–4,0 мм).

3.5. Серебро

Серебро имеет наименьшее удельное электрическое сопротивление из группы металлических проводников (физические свойства в табл. 1), но является остродефицитным и дорогостоящим материалом. Предел прочности серебряной проволоки: σв = 200 МПа, относительное остаточное удлинение δ = 50 %. Серебро используют в виде микропроводников, гальванических покрытий в ответственных ВЧ- и СВЧустройствах, слаботочных контактах.

4. ПРИПОИ

Припои – это сплавы, применяемые при пайке металлов. Пайка осуществляется с целью получения постоянного электрического контакта или создания прочного механического соединения. В процессе пайки основной металл остается твердым, в то время как припой плавится, диффундируя в основной металл. В результате этого образуется промежуточная прослойка, которая при застывании образует одно целое с основным металлом.

Припои должны обеспечивать небольшое переходное сопротивление (сопротивление контакта). Кроме того, для получения хорошего соединения припой должен иметь более низкую температуру плавления, чем металл, подвергающийся пайке; в расплавленном состоянии припой должен хорошо смачивать поверхности. С паяемыми материалами припой не должен образовывать соединений, склонных к коррозии.

11

Температурные коэффициенты линейного расширения основного металла и припоя должны быть близки. Кроме того, припой не должен в значительной степени снижать прочность (статическую и вибрационную) и пластичность соединяемых материалов, а также способствовать их хрупкому разрушению.

В связи с этим для изготовления припоев наиболее часто применяют относительно легкоплавкие металлы: олово, свинец, цинк, серебро, и др. Физические свойства некоторых из них приведены в табл. 7. Сплавы этих металлов образуют эвтектические смеси, электрическое сопротивление которых мало отличается от металлов, образующих сплав.

Согласно ГОСТ 19248–90 припои классифицируются:

по степени расплавления при пайке;

температуре расплавления;

способу образования;

основному компоненту;

способности к флюсованию;

способу изготовления;

виду полуфабриката.

В зависимости от температуры полного расплавления (температуры ликвидуса) припои подразделяют:

на особолегкоплавкие – Тпл 145 ¼С;

легкоплавкие – 145 ¼С Тпл 450 ¼С;

среднеплавкие – 450 ¼С Тпл 1100 ¼С;

высокоплавкие – 1100 ¼С Тпл 1850 ¼С;

12

тугоплавкие – Тпл 1850 ¼С.

На практике наиболее часто припои делят:

на мягкие (особолегкоплавкие и легкоплавкие);

твердые (среднеплавкие, высокоплавкие, тугоплавкие). Вышеуказанный ГОСТ 19248–90 устанавливает также условное обо-

значение припоев, соответствующее стандарту ISO 3677. Обозначение состоит из трех частей. Первая часть – буква В (brasing) – означает припой. Вторая часть содержит группу символов – химических элементов припоя. Первым в группе символов указывают основной элемент припоя, определяющий его основные свойства. Затем указывают численное значение его массовой доли в процентах. Остальные химические элементы указывают в порядке убывания массовой доли элементов. В случае если в припое два или более элементов имеют одну и ту же массовую долю, их указывают в порядке понижения атомного номера. Элементы припоя, массовая доля которых составляет менее 2 %, не указывают, кроме тех элементов, которые существенно влияют на свойства припоя, а также драгоценных и редких металлов. Всего в обозначении указывают не более шести элементов. Третья часть содержит значение начала и конца плавления. Для эвтектических сплавов указывают только температуру плавления. Примеры условных обозначений:

–ВAg72Cu780 – эвтектический припой, содержащий 72 % серебра (основной элемент), 28 % меди с температурой плавления 780 ¼С;

–BSn25Pb185–260 – припой, содержащий 25 % олова, (основной элемент), 73 % свинца и 2 % сурьмы с температурой плавления 185 ¼С и конца плавления 260 ¼С.

В настоящее время переход на новые обозначения не завершен и используются обозначения по ранее разработанным стандартам (см. ниже).

4.1. Мягкие (низкотемпературные) припои

Мягкие (низкотемпературные) припои имеют температуру плавления до 400 ¼С; предел прочности не выше 50–70 МПа. В основном в эту группу входят оловянно-свинцовые и оловянно-цинковые (ГОСТ 21931–76) припои, а также технически чистое олово.

4.1.1. Технически чистое олово

Технически чистое олово (ГОСТ 860–75) маркируется буквой О и цифрой, указывающей порядковый номер по ГОСТу. Для изготовления

13

припоев используют олово марок О1, О2, О3, О4. Температура плавления технически чистого олова составляет 232 ¼С, предел прочности – 20 МПа, плотность – 7,3¶10-3 кг/м3. Область применения аналогична оловянно-свинцовым припоям.

4.1.2. Оловянно-свинцовые припои

Оловянно-свинцовые припои, как правило, содержат: Sn = 18–90 % (в зависимости от марки); Sb = 0,15–2,2 %; Pb – остальное.

Маркируют эти припои буквами ПОС и цифрой, которая указывает процентное содержание олова, затем указывают все символы элементов, входящих в припой, а массовые доли указывают только для олова и сурьмы. Например, ПОС–90 – припой оловянно-свинцовый с содержанием олова 90 %; ПОССу 10–2 – припой оловянно-свинцовый сурьмянистый, содержащий в среднем 10 % олова и 2 % сурьмы. Сплавы олова и свинца образуют диаграмму состояния с твердыми растворами ограниченной растворимости. Сплавы эвтектического типа (состав: 61 % Sn и 39 % Pb) имеет низкую температуру плавления 183 ¼С и хорошую жидкотекучесть, что обеспечивает качественное формирование шва и высокие механические свойства (ПОС–61). Применяют также сплавы доэвтектического (ПОС–18, ПОС–30, ПОС–40, ПОС–50) и заэвтектического (ПОС–90) составов.

Припои этого типа имеют переходное электрическое сопротивление 0,14–0,21 мкОм м, температурный коэффициент линейного расширения (26–27)¶106 К–1; их удельная проводимость составляет 9–13 % удельной проводимости стандартной меди.

Применяются оловянно-свинцовые припои для лужения и пайки контактных поверхностей электрических аппаратов, реле и приборов, а также для пайки очень тонких проводов из меди и медных сплавов.

4.1.3. Оловянно-цинковые припои

Оловянно-цинковые припои маркируют аналогично оловянносвинцовым. Например, ПОЦ–40 – припой оловянно-цинковый с содержанием олова 40 %. Параметры некоторых оловянно-свинцовых припоев представлены в табл. 8. Сплавы олова и цинка также образуют диаграмму эвтектического типа. Наилучшим в этой группе является сплав ПОЦ–90, отвечающий эвтектическому составу: 90 % Sn и 10 % Zn.

14

Сплав имеет самую низкую температуру плавления из всех сплавов этой системы –199 ¼С. Сплавы ПОЦ используют для пайки алюминия и его сплавов.

Таблица 8 Параметры некоторых оловянно-свинцовых припоев

Примечание: ρ1 – удельное электросопротивление, ρ – плотность, Тпл – температура плавления..

4.1.4. Сплавы висмута

Сплавы висмута со свинцом, оловом, кадмием применяются в тех случаях, когда требуется очень низкая температура ( 100 ¼С) нагрева. В процессе сплавления металлы образуют между собой легкоплавкие тройные и более сложные эвтектики, чем и объясняется низкая температура плавления сплавов. Следует отметить, что такие припои не обеспечивают высокой прочности соединения. Кроме того, сплавы с висмутом хрупки. Не маркируются. Примером низкотемпературного припоя является сплав Вуда, имеющий температуру плавления 60,5 ¼С и состоящий из 12,5 % Sn, 25 % Pb, 11,5 % Cd, 50 % Vi.

15

4.2. Твердые (высокотемпературные) припои

Твердые (высокотемпературные) припои имеют температуру плавления выше 400 ¼С; предел прочности до 500 МПа. Обеспечивают более прочные соединения, чем припои для низкотемпературной пайки, так как вследствие высокой температуры нагрева происходит взаимная диффузия элементов основного металла и припоя. Переходное электрическое сопротивление таких припоев ниже, чем низкотемпературных припоев.

В качестве высокотемпературных припоев используют медноцинковые и медно-фосфорные припои, а также припои, содержащие серебро.

4.2.1. Медно-цинковые припои

Медно-цинковые припои (ГОСТ 21737–78) маркируются буквами ПМЦ и цифрой, которая указывает процентное содержание меди. Например, ПМЦ–36 – медно-цинковый припой, содержащий 36 % меди, остальное – цинк. ПМЦ–36, ПМЦ–48, ПМЦ–54 имеют переходное электрическое сопротивление в пределах 0,03–0,04 мкОм¶м; температура плавления при увеличении содержания меди возрастает от 825 ¼С до 880 ¼С; предел прочности составляет около 220 МПа. Применяют эти сплавы для пайки стали, меди и ее сплавов.

4.2.2. Серебряные припои

Серебряные припои очень технологичны, так как обладают хорошей растворимостью и смачиваемостью; пригодны для пайки любых металлов и сплавов, обеспечивают соединения с хорошими механическими свойствами и имеют невысокое переходное сопротивление. Маркируются эти сплавы буквами ПСр и цифрой, указывающей содержание серебра. Например, ПСр72 содержит 72 % серебра, остальное – медь. В состав некоторых припоев вводят цинк, олово и другие элементы, что отражается в маркировке (см. табл. 9): Кд – кадмий, Ц – цинк, Су – сурьма, М – медь, Ф – фосфор, О – олово, С – свинец.

Серебряные припои применяются для пайки как черных, так и цветных металлов: меди, медно-никелевых сплавов, никеля, нейзильбера, латуней и бронз, а также стали с медью и ее сплавами, меди с никелированным вольфрамом, нержавеющей стали с жаропрочной сталью.

16

Таблица 9 Химический состав и физические свойства серебряных припоев

Примечание: ρ – плотность материала, ρ1 – удельное электросопротивление, Тпл – температура плавления.

4.2.3. Медно-фосфорные припои

Медно-фосфорные припои маркируются буквами ПМФ и цифрой, которая указывает процентное содержание фосфора. Например, ПМФ7 содержит 7 % фосфора, остальное – медь.

Температура плавления медно-фосфорных сплавов около 750 ¼С. Припои ПМФ позволяют вести пайку меди без флюса, что практически удобнее и проще. В некоторых случаях они заменяют серебряные.

5. РЕЗИСТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Материалом высокого электрического сопротивления (резистивным) называют проводниковый материал с удельным электрическим сопротивлением при нормальных условиях не менее 0,3¶106 Ом¶м. По области применения резистивные материалы разделяют на три основные группы:

–материалы для резисторов;

–материалы для термоэлектродов термопар и удлиняющих про-

водов;

–материалы для электронагревателей.

17

5.1. Материалы для резисторов (резистивные материалы общего назначения)

Материалы для резисторов (резистивные материалы общего назначения) должны удовлетворять следующим требованиям: низкий температурный коэффициент электрического сопротивления, высокая стабильность электрического сопротивления во времени, низкая термоэлектродвижущая сила в паре с медью. Кроме того, к этим материалам предъявляется технологическое требование – пластичность. Соблюдение данного требования необходимо для получения гибкой проволоки. Важное значение придается

иотносительно невысокой стоимости и недефицитности материалов.

Вэтой группе выделяют материалы:

–для проволочных, ленточных (технических и прецизионных) резисторов;

–непроволочных резисторов.

5.1.1. Сплавы для проволочных резисторов

Основными материалами для технических резисторов являются сплавы на никелевой основе (ГОСТ 10994–74) и медно-никелевые

(ГОСТ 492–73) сплавы.

В маркировке отражен химический состав: основные элементы обозначаются начальными буквами, а их содержание – в процентах по массе. Так, например, манганин МНМц 3–12 состоит из 12 % марганца, 3 % никеля и 85 % меди, являющейся основой.

Наиболее типичны для этой группы материалы: манганин, константан, нейзильбер, мельхиор.

Основные свойства манганина МНМц 3–12 приведены в табл. 10. Манганин может вытягиваться в тонкую проволоку (диаметром до 0,02 мм), предельно допустимая рабочая температура сплава – 200 ¼С, термоЭДС в паре с медью составляет 1–2 мкВ/К. Применяется также манганин марки МНМцАЖ 3–12–0,3–0,3. Для получения стабильных значений электрического сопротивления и коэффициента электрического сопротивления сплавы подвергают отжигу в вакууме при 400 ¼С, а после изготовления элементы сопротивления повторно нагревают до 250 ¼С для устранения остаточных напряжений. Манганины используют для элементов сопротивления: резисторов, термодатчиков, шунтов и др.

Константан МНМц 40–1,5 содержит около 40 % никеля, 1,5 %

19

При изготовлении резисторов из этих сплавов делают тонкую (диаметром 0,09–0,4 мм) проволоку, которую поставляют в отожженном состоянии. Ее сортамент и основные свойства нормированы ГОСТ 8803–77 (табл. 10). Однако, наиболее широко нихромы применяются в качестве нагревательных элементов, о чем подробнее сказано в п. 5.2.1.

Для особовысокоточных прецизионных сопротивлений используют сплавы на основе серебра, палладия, золота, платины. Так, серебряный сплав с 10 % Мn и 8 % Sn имеет удельное элетросопротивление ρ1 = 0,5¶10-6 Ом·м. Его подвергают старению в течение 10 часов при 175 ¼С с целью максимального снижения значения температурного коэффициента удельного сопротивления. Применяют сплав при нагреве до 200 ¼С.

Недостаток сплавов на основе благородных металлов – высокая стоимость и дефицитность.

5.1.2. Непроволочные резистивные материалы

Непроволочные резистивные материалы отличаются от проволочных меньшими размерами и высоким верхним пределом номинального сопротивления. Они имеют малую зависимость сопротивления от напряжения и отличаются высокой стабильностью при воздействии температуры и влажности.

Непроволочные резистивные материалы разделяют на пленочные металлические, пленочные на основе оксидов, силицидов, карбидов и неметаллические – углеродистые.

Металлические пленки получают из хрома, тантала, нихрома, нитрида тантала, металлоксидные – из окисла хрома. Пленочные резистивные материалы используют в микроэлектронике, в микросхемах, интегральных схемах и других устройствах. Углеродистые непроволочные материалы изготавливают из природного графита, а также из пиролитического углерода, который получают термическим разложением без доступа кислорода газообразных углеводородов (метана, бензина, гептана) в камере, где находятся керамические или стеклянные заготовки для резисторов. Непроволочные резисторы широко применяют в измерительной и вычислительной технике, в различных областях электротехники.