ТР3 Рудова А (Подборка образцов ТР), страница 3

Прокаливание сажи ведется при ограничении доступа воздуха в хорошо закупоренных огнеупорных тиглях (замазанных шамо­том).

Химическая обработка саж.

С целью улучшения диспергирования саж в связующих средах применяется обработка ее поверхности активными веществами. Простейшим приемом, используемым в резиновой и лако­красочной промышленности, является окисление сажи обработкой в различ­ных кислотах, прокаливанием в атмо­сфере при 300—400° С или путем по­мола в вибрационных мельницах. При этом уменьшается структурообразование и улучшается смачива­ние сажи органическими связующими.

Совершенное диспергирование в особенности важно для высокоомных проводящих композиций с малым содержанием сажи, получение которых затруднено при использовании прокаленных саж с усиленным структурообразованием. Однако окисление саж увеличивает их водопоглощение (кислород­ные группы являются активными центрами), что сказывается на влаго­стойкости резисторов. Поэтому в производстве резисторов (и только высокоомных) для обработки саж применяется парафенилендиамин.

Обработка производится в водном растворе с последующей высушкой. Сопротивление сажи при этом возра­стает сравнительно мало (в 2—5 раз). Однако сопротивление композиций повышается на 2—3 порядка и более в сравнении с композициями такого же состава, но без обработки сажи (см. рис. 8-14 и 8-15).

Температурный коэффициент сажи (и композиций), а также ее водопоглощение при этом не изменяются; ухудшается несколько (в зависи­мости от концентрации раствора урзола) термическое старение, что связано с уменьшением прочности вторичной структуры.

Другим способом повышения сопротивления саж, дающим иногда лучшие результаты, является обработка сажи соответствующим лаком. После термообработки и размола полученный порошок ис­пользуется в качестве проводящего компонента (так называемые «вторичные» композиции).

Особенности различных саж, применяемых для резисторов.

1. Диффузионные газовые сажи (старое наименование — каналь­ные). Они получаются осаждением на движущихся желобах (кана­лах) из диффузионного пламени природного газа при свободном
   доступе воздуха. Отличаются высокой степенью дисперсности,
   большим количеством летучих (до 15%) и нестандартностью элект­рических свойств, что требует специальной термообработки перед
   их использованием.

2. Турбулентные сажи (печные). Получаются осаждением на стенках камеры при неполном сгорании жидкого топлива или его смеси с природным газом. Отличаются малым количеством примесей, средним структурообразованием
и постоянством электрических свойств.

1. Ацетиленовая взрывная сажа. Получается разложением аце­тилена путем его взрыва в закрытых баллонах с помощью электрического запала. Благодаря высокой температуре при осаждении отличается почти полным отсутствием примесей, сильным структурированием и большой электропроводностью. Используется для низкоомных композиций.

Графиты.

Естественный графит представляет собой природное образование углерода кристаллического строения с различной формой агрегации пластинчатых гексагональных кристаллитов, размер которых находится в пределах 100—10 000 А. Графит может быть получен также искусственным путем, разложением углеводо­родов при высокой температуре.

Применяемые в технике виды коллоидного графита представ­ляют собой продукт термохимической переработки натуральных графитов. Размеры частиц наиболее мелкодисперсного коллоидного графита около 5000 А, т. е. больше, чем у самой грубой сажи.

В графите содержится очень мало летучих примесей (меньше 0,1%). Прокаливание при 1200° С практически полностью очищает его от летучих. Коллоидный графит имеет практически такое же удельное сопротивление, как прокаленные сажи и близкие к ним значения ТКС.

Графит практически не структурируется, что позволяет вводить в компо­зиции большие его количества (до 50% по объему). Все это делает графит незаменимым для получения низкоомных композиций и, в частности, контактных паст и клеев. По теплостойкости графит превосходит сажу.

Для получения низкоомных резисторов выгодным является со­четание графита с сажей в определенном соотношении, которое зависит от дисперсности графита и структурообразующей способ­ности сажи. Наилучшая прочность композиции при наибольшей проводимости получается, когда графит заполняет ячейки в прост­ранственной структуре, образованной сажей. Так как структура композиции неоднородна, т. е. существуют ячейки разных размеров, то часто используются смеси различных видов графитов, различаю­щихся по форме частиц и степени дисперсности.

IV. КОМПОЗИЦИИ С НЕОРГАНИЧЕСКИМ СВЯЗУЮЩИМ („КЕРМЕТЫ")

Раньше такие композиции получали прямым смешиванием порошков провод­ника и диэлектрика с добавлением небольшого количества жидкой органической связки, необходимой для холодного формования заготовок, которые затем спекались в восстановительной среде (без давления). Органическая связка при этом сгорает и улетучивается. Максимальные величины сопро­тивлений получаемых таким способом с приемлемой воспроизво­димостью, не превышали 10³—10⁴ Ом.

Металлокерамические объемные резисторы с карбидом вольфра­ма в качестве проводящей фазы удавалось получать с величиной сопротивления не более сотен Ом при удовлетворительных величинах ТКС.

Более совершенные способы получения объемных керамических резисторов основываются на пропитке неполностью спеченных (утильный обжиг) керамических заготовок растворами, из которых проводящая фаза (углерод, окислы металлов) образуются в процессе окончательного обжига. При этом достигаются высокая дисперсность проводящей фазы и более однородное ее распределение, что способствует повышению предельных величин сопротивлении и улучшению их характеристик.

Повторный обжиг готовых резисторов в окислительной среде позволяет окислять проводящую фазу на желаемую глубину, кор­ректируя, таким образом, величину сопротивления.

Особенность всех композиций с неорганическими связую­щими - очень малое (в сравнении с композициями на основе проводящих пластмасс и, тем более, лаковых пленок) содержание проводящих компонентов в высокоомных резисторах - обусловлена сравнительно низким сопротив­лением контактов между проводящими зернами, которые могут возникать только в результате непосредственного контактирования.

В органической связующей среде хорошо смачивающей проводя­щие компоненты и способной образовывать тонкие, проницае­мые для туннельной проводи­мости, пленки на проводящих зернах, контакт­ные сопротивления значительно больше. Большая усадка керамических материалов при спекании.

Стремятся использовать более высокоомные проводящие компоненты; получать композиции в виде слоев малого сечения; упрощать процесс и проводить его в обычной среде.

Хороши пленочные композиции стекла с палладием и серебром.

Д

ля получения металло-стеклянных пленок стекло размалы­вается до размера зерен порядка 3—5 мкм, смешивается с порошком серебра и палладия (размер частиц 0,1—0,5 мкм) и органическим растворителем. Нанесенные из полученной пасты пленки спекаются в обычной атмосфере при максимальной температуре около 750⁰С с постепенным подъемом и спаданием. Общее количество провод­ника изменяется в пределах от 8 до 27% (по объему), а количество серебра — от 0 до 30-40% общего содержания металлов. Сопротивление композиции может регулироваться в пределах от единиц Ом до сотен кОм на квадрат поверхности пленки при толщине ее 25 мкм (см. рис. 8-25). С увеличением сопро­тивления возрастает вели­чина ТКС и, в особеннос­ти — э. д. с. шума и коэф­фициента напряжения (см. рис. 8-26). На рис. 8-27 показана темпе­ратурная зависимость композиций с различным сопротивлением.

Основным проводящим компонентом является окись палладия, об­разующаяся в процессе спекания и обладающая Р-проводимостью с малой зависимостью концентрации носителей тока от температуры.

В связи со значительной раз­ницей в размерах частиц ме­талла и стекла (примерно в 10 раз) происходит принуди­тельное структуирование ме­таллических зерен в проме­жутках между частицами стекла. Цепная проводящая структура при спекании за­крепляется (см. рис. 8-28). Способность к структуированию присуща и самой окиси палладия.

Серебро, частично сплавляясь с палладием, образует форму с боль­шей проводимостью, чередующуюся с зернами окиси палладия и улучшающую ТКС композиции. Сочетание металлической и по­лупроводниковой проводимости при некотором влиянии эффекта теплового расширения (композиций и подложки) дает показанный на рис. 8-27 характер температурной зависимости сопротивления.

Керметные пленки допускают точную подгонку величины сопро­тивления как шлифовкой поверхности, так и выжиганием по контуру с помощью вольтовой дуги при одновременном измерении величины сопротивления. Пленки устойчивы к радиации, действию растворителей, температуры и влаги, а также к механическому истиранию.

Керметные композиции используются и в виде объемных резис­торов таблеточного типа для микромодулей. Пленочные композиции используются для микросхем, высоковольтных и полупрецизион­ных резисторов.

Фуллерит – новая форма углерода

Изветсны две кристаллические аллотропные модификации углерода: графит и алзмаз. В 1960-х годах было объявлено о третьей аллотропной модификации углерода – карбине, структура которого представляет собой упаковку одномерных линейных цепочек. Высказано мнение, что карбин является неким полимером из атомов углерода, который, строго говоря, нельзя рассматривать как кристаллическое вещество.

В 1973 году Бочвар и Гальперин показали, что замкнутый полиэдр из атомов углерода в форме усеченного икосаэдра дол­жен иметь замкнутую электронную оболочку и высокую энер­гию связи.

В 1985 Крото с сотрудниками сообщили, что в масс-спектрах паров графита, полученных в результате воздействия на графит лазер­ным лучом, содержится интенсивный пик с массой 720 (12∙60), происхождение которого объяснялось присутствием молекул C₆₀. Другой, менее интенсивный пик, соответствующий массе 840 (12∙70), связывался с молекулой С₇₀. Чуть раньше авторы обнаружили в масс-спектрах продуктов испарения графита стабильные долгоживущие кластеры С_n, где n=32, 44, 50, 58, 60, 70, 72, 78, 80, 82 и т. д. Как выяснилось позже, наиболее стабильные из них – С₆₀ и С₇₀. Имеющие форму замкнутой поверхности, молекулы С₆₀ и С₇₀ и др. впоследствии стали называть фуллеренами, в честь Ричарда Бакминстера Фуллера, получившего в 1954 года патент на строительные конструкции в виде фрагментов многогранных поверхностей, составляющих полусферу или полусфероид, которые можно использовать в качестве крыш больших зданий (цирки, выставочные павильоны и т.д.).

В 1990 году Кретчмер и Хуффман наблюдали кристаллическую аллотропную модификацию углерода, состоящую из молекул С₆₀, получившую название фуллерит.

Фуллерены могут образовывать различного рода соеди­нения и комплексы как с простыми элементами, так и с их со­единениями. Такие материалы стали называться фуллеридами. Таким образом, можно говорить о возникновении новой области физического материаловедения на основе новой модификации углерода — фуллеренов.

Фуллерены оказались на перекрестке различных научных дис­циплин и отраслей человеческой деятельности. Они имеют отношение к физике, химии, математике, биологии, астрономии, материаловедению, медицине и архитектуре. Неослабевающий интерес поддерживается перспективами применения фуллеренов, фуллеритов и фуллеридов в наноэлекгронике, энергетике, в создании новых полимеров.

Московский энергетический институт (Технический университет)

Кафедра физики электротехнических материалов и компонентов и автоматизации электротехнологичских комплексов

Типовой расчёт

"Основы технологии композиционных резисторов".

"Фуллерены и фуллериты".

Выполнила: студентка группы Эл-15-04

Рудова Алиса

Проверил:

Колчин Владимир Владимирович

2008