Текст
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МАТЕРИАЛЫ
в приборостроении
и автоматике
Ш
ш
СПРАВОЧНИК
МАТЕРИАЛЫ
в приборостроении
и автоматике
СПРАВОЧНИК
Второе издание, переработанное и дополненное
Под ред. д-ра техн, наук проф. IO. М Пятина
Г
БИБЛИОТЕКА
©41 *Б А^*У ..
Инв № УЖ
МОСКВА « МАШИНОСТРОЕНИЕ » 1982
ББК 34.43
МЗЗ
УДК 621.002.3 : 681.2(031)
Авторы: Д-р техн, наук проф. Ю. М. Пятки, ипж. | А. М. Чернявская
капд. физ.-мат. наукР. А. Владимирский, каш. техн. наук[ Ф. Я- Губеев |,
д-р техн, паук проф. Н П. Заказное, инж. Ю. С. Сакагунов,
канд. техн, паук Р. Ю. Сухоруков
Рецензент д-р техн, наук проф. А. Н. (аврилов
Материалы е приборостроении и автоматике!
МЗЗ Справочник Под ред. IO. М Пятина.— 2-е изд., перераб.
и доп.— А1.: Машиностроение, 1982. — 528 с., ил.
В пер.: 2 р. 50 к.
В справочнике приведены сведения о физико-механических, электриче-
ских, магнитных и технологических свойствах металлов и сплавов, а также
неметаллических материалов, применяемых в приборостроении и автоматике.
Даны рекомендации но их выбору, применению и технологии обработки.
Второе издание (1-е издание 1969 г.) дополнено сведениями о новых
материалах.
Справочник предназначен для инженерно-технических работников
научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и заводов,
разрабатывающих, изготовляющих, эксплуатирующих приборы и автомати-
ческие устройства.
2704010000-40 ББК 34.43
038(01 )-82 ' 6П2.1.06
© Издательство «Машиностроение», 1982 г,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Принятые обозначения .... 5
Глава 1. МАГНИТНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ (Пятин Ю.М.,
Сакатцнов 10. С., Сухору-
ков Р. Ю.) । . . . . 6
Виды магнетизма................ 6
Магнитные свойства материа-
лов ..................... . 12
Процесс намагничивания 13
Перспективы развития магннт-
но-твердых материалов . 20
Классификация магнитно-твер-
дых материалов............... 22
Магнитные параметры оте-
чественных магнитно-твер-
дых материалов............ 26
Магнитные параметры за-
рубежных магнитно-твер-
дых материалов ...» 45
Аппроксимация кривой раз-
магничивания и петель ма-
гнитного возврата............. 45
Расчетные характеристи-
ки размагничивания и
петель магнитного воз-
врата .................... 47
Выбор материала для магнита 78
Редкоземельные материалы 81
Технология изготовления
магнитов из РЗМ........... 86
Литые сплавы альни н
альнико .................. 97
Металлокерамические
сплавы альни и альнико 108
Ковкие сплавы............. ПО
Магнитно-твердые фер-
рнты..................... 122
Композиционные магнитно-
твердые материалы .... 126
Классификация магнитно-мяг-
ких материалов............... 130
Технически чистое железо 130
Тонколистовая электро-
техническая легирован-
ная сталь................ 134
Сплавы с высокой прони-
цаемостью в слабых ма-
гнитных полях . , , , , 156
Магнитно-мягкие ферриты 189
Материалы с высокой ин-
дукцией насыщения . . 211
Магнитострикционные ма-
териалы ....... 216
Термомагнитные мате-
риалы .................. 221
Методика расчета технологи-
ческой точности н температур-
ной стабильности магнитных
систем ..................... 224
Построение математиче-
ской модели магнитной си-
стемы .................. 226
Определение относитель-
ных коэффициентов влия-
ния вида ............... 232
Расчет технологической
точности и температурной
стабильности ........... 235
Список литературы ..... 243
Глава 2. ПРОВОДНИКО-
ВЫЕ МАТЕРИАЛЫ (Черняв-
ская А. Л1., Владимир-
ский Р. А.) •.......... 244
Материалы высокой проводи-
мости ...................... 244
Проводниковая медь . . . 244
Проводниковый алюминий 244
Сплавы высокого электриче-
ского сопротивления ........ 244
Сплавы для прецизионных
резисторов ............. 247
Сплавы для технических
резисторов ............. 255
Термоэлсктродные сплавы 255
Жаростойкие сплавы . . . 255
Провода .................... 268
Глава 3. КОНТАКТНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ (Черняв-
ская А. М., Владимир-
ский Р. А.) ......... 271
Основные положения теории
контактирования ............ 271
1*
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
Образование и разрушение пле-
нок .......................
Неподвижные контакты . . .
Разрывные контакты.........
Благородные металлы и
сплавы на их основе. . .
Неблагородные металлы
и сплавы на их основе. .
Тугоплавкие металлы . .
Прочие материалы и ме-
таллокерамические ком-
позиции ...............
Скользящие контакты . . . .
Глава 4 МЕТАЛЛЫ И
СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ
СВОЙСТВАМИ (Черняв-
ская А М., Владимир-
ский Р А.).................
Прецизионные сплавы с осо-
быми свойствами теплового рас-
ширения ...................
Прецизионные сплавы с осо-
быми упругими свойствами
Термобиметаллы ............
Редкие элементы ...........
Глава 5. КОНСТРУК-
ЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
(Чернявская A- АГ, Влади-
мирский Р. А.).............
Черные металлы............
Техническое железо . . .
Сталь .................
Цветные металлы н сплавы иа
их основе .................
Медь...................
Бронза.................
Латунь.................
Никель ................
Глава С. МАТЕРИАЛЫ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРО-
ЭЛ ЕК ТРО НИ КЕ (Владимир-
ский Р. А. Губеев Ф. Я.,
Сухоруков Р. 10., Пятин Ю. М.)
Полупроводниковые мате-
риалы ...................
Одноэлементные полупро-
водники ..............
Двухэлементные полу-
проводники ...........
Многоэлементные полу-
275 проводники..................... 410
278 Общие сведения о материалах
279 для тонкопленочных гибридных
интегральных схем.................. 410
279 Материалы для подложек гиб-
ридных интегральных схем 414
302 Стеклянные подложки . . 415
303 Керамические подложки 417
Подложки из ситаллов. . 418
Материалы для подложек
304 ограниченного применения 421
304 Материалы для элементов тон-
копленочных гибридных ин-
тегральных схем (ГИС).... 423
Материалы для тонкопле-
ночных резисторов .... 433
Монометаллические си-
стемы .................... 434
Материалы для контактных
площадок и системы вну-
тренних соединений . . . 445
Диэлектрики для тонко-
пленочных гибридных ин-
тегральных схем........... 449
Материалы для фотолито-
графии интегральных схем 457
Материалы для толстых пле-
нок ......................... 469
Материалы для тонких магнит-
ных нлепок................... 481
359 Список литературы............ 492
359 Глава 7. ПЛАСТМАССЫ
361 (Заказное Н. П.)............. 493
362 Общие положения.............. 493
Фенопласты.................. 502
375 Аминопласты.................. 502
375 Список литературы............ 505
313
313
313
313
358
Глава 8. МАТЕРИАЛЫ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗ-
400 ГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕ-
СКИХ ДЕТАЛЕЙ (Заказ-
ное Н. П.).......... 506
Оптическое бесцветное стекло 506
Цветное оптическое стекло 512
Кварцевое оптическое стекло 514
4 1 Оптические стекла для волокон-
ной оптики............ 520
401 Светорассепвающее (молочное)
стекло ...................... 520
401 Снталлы ...................... 520
Список литературы...... 522
407 Предметный указатель .... 523
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
а„ — ударная вязкость
В — индукция магнитная
В, — индукция остаточная
Bs — индукция насыщения
(В//)1П,|Х =
= В^На — максимальное энергети-
ческое произведение
с — теплоемкость (удельная)
Е — модуль нормальной j п-
ругости
F — намагничивающая сила
f— частота, стрела прогиба
G — модуль упругости прн
сдвиге
GM — магнитная проводимость
Н — напряженность магнит-
ного поля
Нс — коэрцитивная сила
7/т — напряженность поля
трогания
HV — твердость по Виккерсу
НВ — твердость по Брпнелю
НМ — твердость по Моосу
HRC — твердость но Роквеллу
М — намагниченность (ин-
тенсивность намагни-
чивания)
Мг — остаточная намагничен-
ность
L — индуктивность
Ук — температура точки Кюри
/г. о — температура горячей об-
работки
— температура кипения
/л — температура литья
/0 — температура отжига
?от — температура отпуска
ал — температурный коэф-
фициент линейного рас-
ширения
аа — температурный коэффи-
циент электрического
сопротивления
у — плотность
б — удлинение
е0 — электрическая постоян-
ная
х — магнитная восприимчи-
вость
х, — магнитная воспрш м-
чивость реверсивная
?. — коэффициент теплопро-
водности
Хм — коэффициент магнито
стрнкции
pi — магнитная проницае-
мость
pirf — магнитная проницае-
мость дифферепциаль
пая
pi, — магнитная проницае-
мость обратимая
нп — магнитная проницае-
мость начальная
Ртах — магнитная проницае-
мость максимальная
рт — коэффициент трения
р — удельное электрическое
сопротивление
ов — предел прочности при
растяжении
о„ — предел прочности при
изгибе
ос — предел прочности при
сжатии
o_j — предел выносливости
при изгибе
от — предел текучести
°уп — предел упругости
оус — предел усталости
тСР — предел прочности прн
срезе
Ф — магнитный поток
<р — стандартный электрод-
ный потенциал
ф — сужение
Все I ОсТы. приведенные в справочнике, действительны до 01 01.1983 г,
Глава 1. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ВИДЫ МАГНЕТИЗМА
Магнитные свойства веществ в об-
щем случае определяются совокупно-
стью ряда физических явлений:
движением электронов по орбитам
вокруг ядра (при этом создается орби-
тальный магнитный момент);
свойствами электронов, которые
связаны с созданием спинового магнит-
ного момента;
строением электронных оболочек
атома;
электростатическим взаимодей-
ствием между электронными оболоч-
ками соседних атомов с нескомпенсиро-
вапными спинами (обменное взаимо-
действие);
энергетическими соотношениями
в веществе, что связано с созданием
замкнутых макроскопических обла-
стей, называемых доменами.
Количественную оценку магнитных
свойств вещества принято давать по
его магнитной восприимчивости х =
— Л1Н, где М — намагниченность
вещества, Н — напряженность внеш-
него магнитного ноля. В зависимости
от магнитных свойств вещества раз-
деляют па диамагнетики, парамагне-
тики, антнферромагнетикн и ферри-
магнетики.
Диамагнетики — это вещества, ато-
мы, ноны или молекулы которых не
имеют результирующего магнитного
момента при отсутствии внешнего поля.
Во внешнем магнитном поле они на-
магничиваются противоположно при-
ложенному нолю, т е. имеют отрица-
тельную магнитную восприимчивость
V. < 0. Отрицательная восприимчи-
вость является следствием прецессии
орбит электронов вокруг направления
внешнего поля (прецессия Лармора).
Диамагнитные вещества выталки-
ваются из неравномерного поля,
а в равномерном стремятся располо-
житься перпендикулярно направле-
нию поля Диамагнетизм присущ всем
без исключения веществам в твердом,
жидком и газообразном состоянии, ио
проявляется слабо и часто подавляется
другими эффектами. В диамагнитных
кристаллах наблюдается анизотропия
восприимчивости. Наибольшей диа-
магнитной восприимчивостью обла-
дают сурьма (—110-10'6), висмут
(—176- 10'6) и монокристалл графита
(—570-Ю'6). Магнитная восприимчи-
вость искусственных материалов, на-
пример у поликрцсталлического спе-
ченного углерода, равна —190-10'6,
а у пиролитического углерода —600 X
X 10 6 Монокристалл графита и
пиролитический углерод обладают
сильной анизотропией восприимчиво-
сти. Полнкрпсталлический и пиро-
литический углерод применяют в со-
вершенных магнитных опорах (опо-
рах без трения).
Парамагнетики — это вещества,
атомы, ионы или молекулы которых
имеют результирующий магнитный
момент при отсутствии внешнего маг-
нитного поля. Во внешнем магнитном
поле они намагничиваются со: ласо-
ванно с внешним полем, т. е. имеют
положительную магнитную восприим-
чивость (х > 0) Парамагнитный
эффект присущ веществам с иеском-
пеисированным магнитным моментом
атомов при отсутствии у них порядка
в ориентировании этих моментов. По-
этому, когда нет внешнего магнитного
поля, атомные магнитные моменты рас-
полагаются хаотически и намагни-
ченность парамагнитного вещества
равна нулю. Прн воздействии внешнего
поля атомные магнитные моменты по-
лучают преимущественную ориенти-
ровку в направлении этого поля и у па-
рамагнитного вещества проявляется
намагниченность.
Парамагнитное вещество втяги-
вается в неравномерное магнитное по-
ле, а в равномерном стремится рас-
положиться вдоль магнитного поля.
Парамагнетизм проявляется у веществ
ВИДЫ МАГНЕТИЗМА
7
в твердом, жидком и газообразном
состоянии. Магнитная восприимчи-
вость парамагнетиков существенно
зависит от температуры, так как тепло-
вое движение атомов нарушает ориен-
тировку их магнитных моментов. При
нормальной температуре х = 10
rt-10'j, а для намагничивания пара-
магнетиков до насыщения требуются
напряженности магнитного поля
J08 кА/м, совершенно недостижимые
на практике. Насыщение парамагне-
тиков в полях умеренной напряжен-
ности (порядка нескольких сотен
килоампер иа метр) возможно лишь
прн очень низких температурах (около
1 К). Например, серпокислая соль
гадолиния G<l2(SO.1).i8H2O при тем-
пературе 1 К насыщается в поле на-
пряженностью 240 кА/м, причем
намагниченность насыщения дости-
гает приблизительно такого же зна-
чения как и у железа. Парамагнетики
с низкими полями насыщения нашлн
практическое применение для полу-
чения сверхнизких температур в уста-
новках адиабатического размагничи-
вания. Обычно для этих целен при-
меняют тутоновскпе соли ти-
па Mn(NH4)2-SO4-6H2O, квасцы
Fe2(NH.1)2(SO4),24H2O соли редко-
земельных металлов, некоторые ор-
ганические вещества. Адиабатическое
размагничивание в настоящее время
является единственным способом по-
лучения температур ниже 0,3 К.
Среди газов наибольшей парамагнит-
ной восприимчивостью обладает кис-
лород. Это свойство кислорода исполь-
зуют в газоанализаторах для определе-
ния содержания кислорода в газовых
смесях.
Ферромагнетики — это вещества,
в которых магнитные моменты атомов
или ионов находятся в состоянии само-
произвольного магнитного упорядоче-
ния, причем результирующие магнит-
ные моменты каждого из доменов1 *
отличны от нуля. Упорядочение на-
зывается коллинеарным (рис. 1, а),
если векторы магнитных моментов со-
седних атомов параллельны, и гели-
1 Доменом называется область в ма-
гнитном материале или аитнферромагие-
тике, имеющая пространственно однород-
ное упорядочение магнитных моментов
атомов или ионов.
кондальным (рис. 1, б), если они рас
положены спирально.
При воздействии внешнего поля
магнитные моменты доменов приобре-
тают преимущественное ориентирова-
ние в направлении этого ноля, и ферро-
магнитное вещество намагничивается.
Ферромагнитные вещества характе-
ризуются большим значением маг-
нитной восприимчивости (х 3> 1),
а также ее нелинейной зависимостью
от напряженности поля и температуры;
способностью намагничиваться до
насыщения при обычных температурах
даже в слабых полях, гистерезисом —
зависимостью магнитных свойств от
предшествующего магнитного состо-
яния, точкой Кюри, т. е. температурой,
выше которой материал теряег ферро-
магнитные свойства.
К ферромагнитным веществам отно-
сятся Fe, Ni, Со, их соединения и
сплавы, а также некоторые, сплавы
Мп, Ag, Al.
Антиферромагнетики — это веще-
ства, в которых магнитные .моменты
атомов или ионов находятся в состо-
янии самопроизвольного магнитного
упорядочения, причем результиру-
ющие .магнитные моменты каждого из
доменов равны нулю.
Упорядочение у аитпферро.магнети-
ков бывает коллинеарным (антнпарал-
лельным) (рис. I, в), спиральным
(рнс. 1, г) или циклоидальным
(рис. 1, 6).
При воздействии внешнего магнит-
ного ноля магнитные моменты атомов
приобретают преимущественную ори-
ентировку вдоль внешнего поля и
антиферромагнитное вещество на-
магничивается.
Антиферромагнитные вещества ха-
рактеризуются кристаллическим стро-
ением, небольшим коэффициентом
магнитной восприимчивости (х ~
те 10"3-s-10"?), постоянством и в сла-
бых полях н сложной зависимостью
от Н в сильных полях, специфической
зависимостью от температуры, а также
температурой точки Нееля, выше ко-
торой вещество переходит в парамаг-
нитное состояние.
К антиферромагнетикам относятся
чистые металлы: хром, марганец, ред-
коземельные металлы цериевой под-
группы: церий, неодим, празеодим,
£
МЛГНИ Т11ЫЕ МЛ ТЕРИЛЛЫ
а) б) в) г)
д) е) м) з)
Рис. 1 Схемы магнитного упорядочения:
о — коллинеарное; б — геликоидальное; в — антнпараллельиое; г — спиральное;
б — циклоидальное; е — антнпараллельиое с разным числом узлов в подрешет-
ках; ж — антнпараллельиое с разными значениями моментов атомов в подре-
шетках; з — треугольною типа
самарий н европий. Редкоземельные
металлы — диспрозий, гольмий и эр-
бий — в зависимости от температуры
могут быть антиферромагнетнками
или ферромагнетиками. При воздей-
ствии на эти металлы, находящиеся
в антиферромагнитном состоянии,
внешнего магнитного поля, превы-
шающего критическое, происходит
переход антиферромагнитного поряд-
ка в ферромагнитный, сопровожда-
ющийся скачкообразным появлением
намагниченности М ~ 1600 кА м.
Аналогичные превращения мож; о
наблюдать у тулия и тербия.
Ферримагнетики — это кристалли-
ческие вещества, магнитную струк-
туру которых можно представить в ви-
де двух или более подрешеток; магнит-
ные моменты атомов или поиов нахо-
дятся в состоянии самопроизвольного
магнитного упорядочения, причем
результирующие магнитные моменты
каждого из доменов отличны от нуля.
ВИДЫ МАГНЕТИЗМА
9
Ферримагнитные вещества характе-
ризуются кристаллическим строе-
нием, значительным (но меньшим,
чем у ферромагнитных веществ) коэф-
фициентом магнитной восприимчи-
вости, такой же, как у ферромагнит-
ных веществ, зависимостью намагни-
ченности от напряженности магнитного
поля, температурой Нееля н целым
рядом других специфических свойств.
К ферримагнетикам относятся фер-
риты, манганиты, хромиты и другие
соединения. Ферритами называются
двойные окислы типа MeO-Fe.,O3, где
Me — металл (Ni, Мп, Ba, Со, Sr,
a Fe2O3 — окись железа). Принято
различать однокомпонентные и сме-
шанные ферриты. Последние пред-
ставляют твердые растворы одноко.мно-
иентных ферритов. Ферриты могут
быть магнитно-мягкими (МпО X
X 1?е2Оя и др.), магнитно-твердыми
(BaO-6Fe2O3 и др.) и немагнитными
(GdO-FeoOj и др.) В электрическом
отношении ферриты принадлежат
к классу полупроводников (р “ 1ч-
ч-10’’ Ом-м). Кристаллические решетки
ферритов относятся к типу шпинели,
граната, магпетоплумбнта и др. У одно-
компонептных ферритов кристалли-
ческая решетка состоит из атомов,
образующих две подрешеткп (Л и В),
причем ближайшие соседи атома в иод-
решетке А принадлежат к подрешет-
ке В. Если числа узлов в подрешетке А
и В неодинаковы (рис. I, с) пли не-
одинаковы иескомпепсированные маг-
нитные моменты атомов (рис. 1, ж),
то самопроизвольная намагничен-
ность подрешеткп А оказывается от-
личной от самопроизвольной намагни-
ченности подрешеткп В, н феррит
магнитен. Возможен также и так на-
зываемый «треугольный» тип
(рис. 1, з) и другие типы атомного
магнитного порядка, когда песком-
пенсированиые магнитные моменты
атомов одной из подрешеток направле-
ны неколлинеарно к магнитным момен-
там атомов другой подрешеткп. Ферро-
магнетизм может наблюдаться и
у элементов, например у тулия.
Ферромагнетизм, антиферромагне-
тизм и ферримагнетизм могут про-
являться только в веществах, находя-
щихся в твердом состоянии в объемах
с линейными размерами не менее чем
несколько десятков н даже сотен эле-
ментарных ячеек. В настоящее время
нет строгой количественной теории
магнетизма, ио вполне определенно
установлено, что причины возникнове-
ния порядка в расположении атомных
магнитных моментов связаны с особен-
ностями электронной структуры кри-
сталлов, построенных с участием эле-
ментов переходных групп периодиче-
ской таблицы Менделеева. Природа
сил, ориентирующая магнитные мо-
менты атомов и удерживающая их
в этом положении (несмотря па рас-
страивающее воздействие тепловш о
движения), имеет электростатическое
происхождение. Это так называемое
обменное взаимодействие, возника-
ющее в результате обмена электронами
между соседними атомами. При этом
электрон данного атома может вре-
менно находиться вблизи ядра сосед-
него атома.
Ферромагнитные свойства у веще-
ства возможны лишь при достаточно
большом значении обменного взаимо-
действия, что характерно для кристал-
лов железа, кобальта, никеля и др.
Зависимость (качественная) интеграла
обменной энергии от расстояния между
атомами кристаллов изображена на
рис. 2
Необходимое значение обменного
взаимодействия ферромагнетики име-
ют лишь в твердом состоянии. Этим
объясняется отсутствие в природе
жидких1 и газообразных ферромаг-
нетиков. Ферромагнетизм сплавов,
целиком состоящих из «парамагнит-
ных» компонентов, объясняется тем,
что в этих сплавах, основой которых
обычно является марганец или хром,
введение в решетку марганца атомов
висмута, сырьмы, серы и др., а в ре-
шетку хрома атомов серы и теллура
изменяет электронную структуру
кристаллов, в результате чего соз-
даются условия для возникновения
магнетизма.
Из принципа Паули следует, что
состояние системы взаимодейству-
ющих электронов оказывается (при
1 Применяемые в технике «магнитные
жидкости' представляют собой взвесь
твердых ферромагнитных частиц в вязкой
жидкости, по размерам частиц близких
к коллоидному раствору.
10
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 2. Характеристика интеграла
обменной энергии:
Z—текущее значение интеграла
обменной энергии. а!г — отношение
межатомного р сстояння а к ра-
диусуг незаполненной электронной
подоболочки
соблюдении определенных условий)
энергетически выгодным, если маг-
нитные моменты атомов ориентированы
одинаково. Но одинаковая ориента-
ция магнитных моментов означает воз-
никновение магнитного момента ве-
щества, т. е. его намагничивание.
Кроме того, энергетически более вы-
годным является разделен! е всего
объема кристалла на замкнутые об-
ласти — домены, каждая из которых
имеет определенный магнитный мо-
мент. В целом кристалл немагнитен,
так как магнитные моменты доменов
ориентированы в пространстве равно-
вероятно. При доменной структуре
кристалла сумма всех видов энергий
тела (обме той кристаллографической
магнитной анизотропии, магнито-
стрикционной деформации, магнито-
упругой, магнитостатической, маг-
нитной) минимальна. Между сосед-
ними доменами возникают граничные
слои (стенки Блоха), внутри которых
происходит плавный поворот векторов
намагниченности (рис. 3).
Обычно домены имеют правильную
форму с прямолинейными границами,
параллельными главным кристалло-
графическим направлениям (рис. 4).
Зависимость толщины доменной стен-
Рис. 3. Поворот векторов намагни-
ченности в граничном слое
ки от магнитной анизотропии доказана
экспериментально. Для железа гра-
ница между антипараллельнымн до-
менами имеет толщину 13-10~8 м, т. е.
около 500 элементарных ячеек. У ко-
бальта энергия магнитной анизотро-
пии на порядок больше, чем у железа,
соответственно толщина стенки мень-
ше ста элементарных ячеек. В .матери-
алах, магнитная анизотропия кото-
рых крайне мала, толщина стенок мо-
жет быть на несколько порядков выше
и достигать десятков и сотен тысяч
элементарных ячеек. В этом случае
домены имеют неправильную конфигу-
рацию, определяющуюся случайным
характером внутренних напряжений.
Такую доменную структуру имеют
высоконпкелевые пермаллои. Криво-
линейные доменные границы могут
наблюдаться и в кристаллах с большой
магнитной анизотропией, но на таких
плоскостях среза, в которых энергия
магнитной анизотропии вдоль разных
направлении не будет сильно отли-
чаться. Например, в плоскости базиса
Рис. 4. Домены правильной формы
ВИПЫ МАГНЕТИЗМА
11
Рис. 5. Зависимость отношения намагни-
ченности насыщения М$ при текущей тем-
пературе Т к намагниченности насыщения
М при ОК Г к — температура точка
Кюри)
гексагональных кристаллов кобальта
или соединения SmCor,.
Если толщина границы зависит глав-
ным образом от соотношения энергий:
обменной, магнитной анизотропии
и магнитоупругой, — то размеры самих
доменов связаны нс только со значе-
нием этих видов энергии, ио и с по-
верхностной энергией, т. е. энергией,
зависящей от наличия и распределения
в образце неоднородностей: неметал-
лических включении, границ зерен,
скоплений дислокаций и т. д. Стремле-
ние к уменьшению поверхностной энер-
гии, а, следовательно, к уменьшению
потоков рассеяния, приводит к дро-
блению доменов и образованию замы-
кающих доменов как на внешних по-
верхностях кристаллов, так и па вну-
тренних, вокруг пустот, неметалличе-
ских включений и т. п. Поэтому прак-
тически объем доменов может коле-
баться даже для одного материала
в очень широких пределах (1СГ1—
10 * см3)
При повышении температуры ориен-
тация магнитных моментов атомов вну-
три домена постепенно расстраивает-
ся, что приводит к соответствующему
уменьшению намагниченности насы-
щения Ms. Условие Ms = 0 опреде-
ляет температуру точки Кюри для
ферромагнетиков или температуру
Нееля для ферримагнетиков. Темпе-
ратуры Кюри и Нееля можно рассма-
тривать как меру обменной силы. Тем-
пературы Кюрн и Нееля всегда значи-
тельно ниже температуры плавления
вещества'.
Зависимость намагниченности на-
сыщения ферромагнетиков от темпера-
туры, выраженная в относительных
единицах, показана на рис. 5. По оси
ординат отложено отношение AIS при
данной температуре Т к Ms0 при 0 К,
а по осп абсцисс отношение Г/'Гц,
где Тц —температура точки Кюрн.
Зависимость интенсивности намаг-
ниченности иась щения от температу ры
у ферритов существенно отличается
от аналогичной характеристики ферро-
магнетиков. Температура Нееля
у ферримагнетиков обычно ниже, чем
температура Кюри у ферромагнети-
ков. У некоторых ферритов, например
у литнй-хромферрнта, наблюдается
предсказанная Неелем аномалия
температурной зависимости намагни-
ченности насыщения. Различный ха-
рактер температурной зависимости на-
магниченности подрешеток Л и В
(рис. 6) приводит к тому, что резуль-
тирующая характеристика С при не-
которой температуре «компенсации»
7\, лежащей н 1же температуры Кюри
7ц, проходит через нуль, так как
магнитные моменты атомов подрешеток
взаимно уравновешиваются.
Рис. 6. Аномальный ход температурной
зависимости намагниченности насыщения
у феррита
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
12
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
МАТЕРИАЛОВ
Намагниченность насыщения, тем-
пература точки Кюри, константы маг-
нитной кристаллографической анизо-
тропии, магнитострикция насыще-
ния — все это относится к основным
магнитным свойствам, связанным со
строением вещества. Эти свойства за-
висят только от основного химического
состава н нс зависят от структуры ве-
ществе. Поэтому их называют струк-
турно-нечувствительными. Магнит-
ная проницаемость, коэрцитивная
сила, остаточная намагниченность,
весь ход кривой намагничивания и вид
петли гистерезиса зависят от струк-
туры вещества. Эти свойства называют
структурно-чувствительными.
Основные типы кристаллических
решеток у ферромагнетиков приведены
па рис. 7. Направления и плоскости
в кристаллах обозначаются индексами
Миллера (рпс. 8). Индексы, определя-
ющие положение поверхностей, за-
ключают в круглые скобки, а ин-
дексы, определяющие направле-
ния, — в квадратные. Монокристаллы
ферромагнетиков магнитно анизо-
тропны н имеют оси легкого намагни-
чивания (рпс. 9). У кристалла железа
этими осями являются направления
[100] ребер куба элементарной ячейки.
Таких направлений в кристалле же-
леза шесть. У кристалла никели на-
а)
Рис. 7. Основные типы кристаллических
решеток у ферромагнетиков:
а — гексагональная; б — кубическая объ-
ем в о цен три ров» и из я: в — кубическая
грашшентрированпая
правления осей легкого намагничива-
ния совпадают с пространственными
диагоналями куба. В кристалле ни-
келя восемь направлений легкого на-
магничивания. У кристалла кобальта
только два направления легкого на-
магничивания, пер пендпкуля р ные
плоскости базиса элементарной ячей-
ки (рис. 7, а). Вектор спонтанной
намагниченности домене при отсут-
сгвпн внешних воздействий всегда на-
правлен вдоль одной из осей легкого
намагничивания. Чтобы отклонить
вектор спонтанного намагничивания
от направления осп легкого намагничи-
вания, нужно затратить работу на пре-
одоление энергии магнитной анизотро-
пии. Удельная энергия намагничивания
Л1
и1 = р0 J/7 dM
о
Рис. в. Обозначение направлений и плоскостей в
Рис. 9. Кривые намагничивания кристалла железа по разным осям
//
кристаллах индексами Миллера
ПРОЦ FC С Н AM АГ И ИЧII ВАНИ Я
13
Рис. 10. Формы петель гистерезиса моно»
кристалла железа при намагничивании до
насыщения вдоль разных осей
пропорциональна площади между
кривой намагничивания п осью ор-
динат.
Намагничивание монокристалла до
насыщения вдоль разных его осей
требует различной затраты энергии
(рис. 9). Формы петель гистерезиса
(рис. 10) существенно различаются,
если кристалл намагничивать вдоль
оси легкого намагничивания (петля а)
или перпендикулярно к этой осн (пет-
ля б). При почти одинаковом значении
намагниченности насыщения петля б
обладает существенно меньшими зна-
чениями коэрцитивной силы и остаточ-
ной индукции по сравнению с петлей а
Поэтому магниты, получаемые из
монокристалла, нужно вырезать так,
чтобы полярная ось магнита совпадала
с осью легкого намагничивания .моно-
кристалла. Таким же требованиям дол-
жен отвечать и магнит, изготовляемый
из полнкристаллнческого .магнитно-
анизотропного материала. Влияние
угла рассогласования между напра-
влением намагничивания и осью
i„7, текстуры на значение удельной энер-
гии у сплавов альнико представлено
на рпс. 11, из которого следует, что
допустимыми можно считать углы рас-
. ц., согласования, не превышающие 8—
Юг.
Магнитное состояние вещества опи-
, сывается зависимостью И = Л (//)
, или зависимостью В = f2 {Н), где А/ —
намагниченность, Н — напряженность
поля внутри вещества, В — магнитная
индукция. Для технических расчетов
обычно пользуются характеристикой
В = f2 (Н) В научной литературе чаще
используют характеристику М =
Рис. II. Влияние угла рассогласования
между направлением намагничивания и
осью текстуры на значение удельной энер-
гии у сплавов альнико
= (//). Если известна одна из этих
характеристик, то другую можно по-
строить на основании соотношения
в = Но (-'И + Я).
Характеристики М = fi (II) и В =
= /2 (Н) являются многозначными
функциями напряженности Н намагни-
чивающего поля. Значения индукции
н намагниченности, соответствующие
данному значению напряженности
магнитного поля, зависят от магнит-
ной истории испытуемого образца.
Принято различать кривую намагни-
чивания, петлю магнитного гистере-
зиса п пеглн частных циклов.
ПРОЦЕСС НАМАГНИЧИВАНИЯ
Если образец был размагничен, то
при наложении монотонно возраста-
ющего поля напряженностью II намаг-
ниченность .И будет изменяться по кри-
вой намагничивания (рнс. 12, а). На
этой кривой принято различать три
характерных участка: начальный уча-
сток Оа (зона Рэлея), характеризу-
ющийся малым углом наклона и поло-
жительной кривизной, средний уча-
сток ab, характеризующийся большим
утлом наклона и содержащий точку
перегиба, и третий участок Ьс (зона
технического насыщения), характери-
зующийся малым углом наклона и от-
рицательной кривизной.
В размагниченном образце
(рис. 12, б) расположение векторов на-
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
14
«« Степка Емка ко" а=> Степка Блом ао*
а)
Рис. 12. Области обратимых и необрати-
мых процессов иа петле гистерезиса:
а—кривая намагничивания; б—домены
в размагниченном образце, о — домены
в очень слабом поле; г — домены в поле
среднего значения; д —домены в сильном
поле
мапшчеиности доменов равновероят-
но по всем направлениям. У образца
(рпс. 12, в), находящегося в очень
слабом поле (зона Рэлея), соответству-
ющем участку Оа, происходит обрати-
мое смещение границ и увеличение
объема тех доменов, вектор намагни-
ченности которых образует наимень-
ший угол с направлением намагничива-
ющего поля //. Это увеличение
происходит за счет соответствующего
уменьшения объема соседних доме-
нов. Процесс обратим (штриховая кри-
вая сО па рис. 12, о), н при умень-
шении намагничивающего поля до
нуля размеры всех доменов восстана-
вливаются. У образца (рпс. 12, г),
находящегося в ноле средней величи-
ны, соответствующему участку ab, про-
исходит необратимое смещение гра-
ниц доменов, и вектор намагниченности
доменов поворачивается в ближайшем
направлении легкого намагничива-
ния. В итоге все векторы оказываются
ориентированными вдоль той оси лег-
кого намагничивания, направление
которой составляет наименьший угол
с направлением намагничивающего по-
ля. Этот процесс необратим (штрихо-
вая кривая bd на рнс. 12, а). При
уменьшении намагничивающего поля
до нуля возникает гистерезис (отста-
вание), и образец остается намагни-
ченным. У образца (рис. 12, 5), на-
ходящегося в поле, соответствующем
участку Ьс (зона насыщения), проис-
ходит поворот векторов намагничен-
ности доменов нз направления вдоль
оси легкого намагничивания в напра-
влении, параллельном намагничива-
ющему полю Н. Этот процесс обратим
(штриховая кривая cf на рпс. 12, а),
и вектор намагниченности доменов
после устранения намагничивающего
поля возвращается в ближайшее на-
правление легкого намагничивания.
В действительности область смещения
границ доменов и область вращения
векторов намагниченности частично
перекрывают друг друга, как это по-
казано иа рис. 12, а.
Упрощенная схема изменения ори-
ентации векторов намагниченности
доменов в процессе намагничивания
до насыщения и после устранения
намагничивающего поля показана
на рис. 13. У изотропного вещества
(без магнитной текстуры) размагни-
ченному состоянию соответствует
равновероятное распределение векто-
ров намагниченности доменов по всем
направлениям (рис. 13, а). При на-
ложении внешнего поля и насыщении
направление всех векторов намагни-
ченности совпадает с направлением
Рис. 13. Упрощенная схема изменения ори-
ентации векторов намагниченности доме-
нов изотропных и анизотропных материа-
лов:
а — изотропный размагниченный; б — изо-
тропный насыщенный; в — изотропный
после устранения намагничивающего по-
ля; г — анизотропный размагниченный;
д — анизотропный насыщенный; е — ани-
зотропный после устранения намагничи-
вающего поля
ПРОЦЕСС НАМАГНИЧИВАНИЯ
15
поля (рис. 13, б). После устранения
намагничивающего поля векторы на-
магниченности стремятся возвратиться
в ближайшее направление легкого на-
магничивания (рнс. 13, в). У изотроп-
ных материалов остаточная намагни-
ченность обычно равна 0,5—0,8 от
значения намагниченности насыще-
ния.
У анизотропного материала размаг-
ниченному состоянию соответствует
равновероятное распределение векто-
ров намагниченности вдоль осн лег-
кого намагничивания (рнс. 13, г). При
намагничивании до насыщения вдоль
текстуры, совпадающей с направле-
нием легкого намагничивания, все
векторы совпадают с направлением
намагничивающего поля (рис. 13, д).
После устранения намагничивающего
поля направление векторов намагни-
ченности сохраняется, поскольку ось
легкого намагничивания совпадает
с направлением текстуры и с напра-
влением намагничивающего поля
(рпс. 13, е). Поэтому у анизотропных
материалов остаточная намагничен-
ность близка к намагниченности на-
сыщен ня.
При расположении всех векторов
намагниченности доменов вдоль на-
правления намагничивающего поля
наступает техническое насыщение,
соответствующее тому значению спон-
танного намагничивания доменов, ко-
торое возможно при данной темпера-
туре. Дальнейшее весьма незначи-
тельное возрастание намагниченности
происходит за счет парапроцесса, т. е.
направляющего воздействия внешнего
поля на дезориентированные тепловым
движением магнитные моменты. Кри-
вую намагничивания определяют как
геометрическое место вершин гисте-
резисных петель, получающихся при
циклическом перемагничивании об-
разца в поле возрастающей амплитуды
(рис. 14).
Предельный гистерезисный цикл.
Гистерезисные петли образуют так
называемое семейство петель гистере-
зиса. Отрезки, отсекаемые ими на осях
абсцисс н ординат, определяют значе-
ния коэрцитивной силы по намагни-
ченности Нсм и остаточной намагни-
ченности Л1,. По мере увеличения
амплитуды намагничивающего тока
и Мг возрастают, а петля гисте-
резиса достигает предельных очерта-
ний, характерных для данного мате-
риала. Значение коэрцитивной силы
Нсм является критерием для разделе-
ния ферро- и ферримагнитных матери-
алов на магнитно-твердые и магнитно-
мягкие. К магнитно-твердым отно-
сятся материалы с Нсм >> 1000 А/м,
а к магнитно-мягким — материалы
с Нс\\ < Ю00 Адм.
Свойства магнитно-мягких матери-
алов обычно характеризуют кривой
намагничивания, а свойства магнитно-
твердых — предельной петлей гисте-
резиса, построенной в координатах VI,
Н или В, Н (рпс. 15). По оси ординат
кроме В отложена индукция намагни-
ченности )i0.W, позволяющая приме-
нить для построения петли гистерезиса
по намагниченности тот же масштаб,
что и для петли гистерезиса по индук-
ции.
Для удобства построения через на-
чало координат проводят прямую О А,
характеризующую поле в вакууме Вк =
= ц0Н, угол у наклона которой к осп Н
определяется выражением
Вв
tgV = ~7Г =
В первом квадранте [х0А1 и II поло-
жительны. Поэтому кривая В = f2 (II)
лежит выше кривой ji0AI = ft (//).
Во втором квадранте положи-
тельно, а Н отрицательно и кривая
16
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 15. Предельные петли гистерезиса по
намагниченности и но индукции
В = /2 (//) лежит ниже кривой ц0Л1 =
= Д (Н). По этой причине всегда Ясм>
> IfLli. Из рис. 15 следует, что петля
гистерезиса по индукции В = Д (//)
является деформированной петлей ги-
стерезиса по намагниченности р0/И =
= ff (II). Поэтому, чем выше у данного
материала коэрцитивная сила Нгм,
тем существенней разница между Нсм
и Исв- У магнитно-твердых матери-
алов с относительно небольшой коэр-
цитивной силой Нсм расхождение ме-
жду /Дд] и Нсв практически неощу-
тимо. Зато у материалов с очень
большой НсЛ( и малым значением Вг
оно становится весьма заметным.
Важнейшим следствием деформа-
ции петлн гистерезиса при переходе
от р0Л4 к В является возникновение
условия
Вг
liin (Нсп)и ,
' СШНСМ^№ Во
согласно которому коэрцитивная сила
по Индукции Нсв не может ни при
каких обстоятельствах превзойти
значение Лг/(*о- Действительно, при
11СМ = 00 Р<|А1 = Br — const и В —
— р0 (М — Н) — Вг — р(|//, но при
В= 0 11 = (Я</з)п|ах ОтС1ОДа (//<л)тах =
= Вг'Ро- На примере сплава сильма-
нал легко убедиться, что его коэрци-
тивная сила Исв = 44,8 кЛ.'м уже
весьма близка к предельно возмож-
ному ее значению [Н( в)гаах = Вг'‘и0 =
= 47,2 кА/м и дальнейшее увеличение
7/гЛ[ практической пользы не при-
несет.
Вторым следствием деформации
петли гистерезиса является возникно-
вение условия
tim (ВаН^^^ = В^/(4в0),
где Bd и II d — индукция и напряжен-
ность магнитного поля, соответству-
ющие максимальной удельной энер-
гии.
Действительно, при /7, = со кри-
вая В = f2 (Н) в пределах второго ква-
дранта близка к прямой, проходящей
через точки Вг н 11 с в- Следовательно,
здесь B<t = Вг'2 и Hd = Нсв^ =
= Вг/(2р0). Отсюда
= В?/(4Во),
Частные циклы. Снятие предельной
петлн гистерезиса всегда производят
при монотонном изменении И. Если
же при прохождении любой точки а
(рис. 16) монотонное изменение поля II
заменить на циклическое, то характе-
ристика В = f2 (11) опишет петлю
частного цикла ab. Общие положения,
касающиеся частных циклов, подчи-
няются (в первом приближении) пра-
вилам Маделунга.
РиСо 16. Частные петли гистерезиса
ПРОЦЕСС НАМАГНИЧИВАНИЕ
17
I. Всякая кривая а однозначно опре-
деляется точкой поворота а, лежащей
на кривой предельного цикла и слу-
жащей началом кривой а.
2. Если какую-нибудь точку b кри-
вой а делают точкой поворота н полу-
чают новую кривую б, то эта кривая 6
приводит к исходной точке а кривой а.
3. Если кривую с начинают из ка-
кой-либо точки с на кривой б, то опа
приводит в точку б и идет далее по
кривой а, как если бы цикл bob не был
описан.
4. Кривые частных циклов, выхо-
дящие из точек поворота а и d, име-
ющих одинаковые ординаты, могут
быть совмещены путем параллельного
смещения (петли ab н de при совме-
щении совпадают).
Сюда следует добавить правило
Юннга, согласно которому при помощи
частых петель можно достичь любой
точки, лежащей внутри петлн предель-
ного цикла, однако никогда нельзя
пройти в точку, лежащую вне предель-
ной петли.
При технических расчетах обычно
пренебрегают как раствором петель
частных циклов, так и кривизной обра-
зующих их линий, и заменяют семей-
ство петель частных циклов прямыми,
например прямой fg (см. рис. 16),
называемых прямыми возврата. Тан-
генс угла наклона этой прямой к осп
абсцисс называется коэффициентом
возврата Лв. Отсюда = ДВ Д/7 =
= tg р. Значение 1гв всегда больше
реверсивной проницаемости р, rcv =
= tg а, по обычно эта разница очень
мала и часто принимают /?и— )ir rcv.
Значение бв входит в расчетные фор-
мулы всех постоянных магнитов, испы-
тывающих в процессе работы (или
в условиях сборки) воздействие внеш-
него магнитного поля или изменение
внешней магнитной проводимости.
Магнитная аккомодация (приспо-
собление). При циклическом перема-
гничивании образца в поле ±Н ам-
плитуда которого близка к напряжен-
ности полного насыщения, петля
гнстерсзнса достигает стационарного
состояния не сразу, а лишь после
пяти — десяти перемагничиваний
(рис. 17, а). Такое «приспособление»
образца к условиям намагничивания
всегда должно учитываться прн маг-
Рис. 17. Магнитная аккомодация:
а — петля гистерезиса; б — петля част-
ного цикла
нптных измерениях. Явление акко-
модации объясняется различием в маг-
нитной истории каждого цикла. Акко-
модация наблюдается также и прн
прохождении частных циклов гисте-
резиса (рис. 17, б).
Особые формы петель гистерезиса.
У подавляющего большинства маг-
питно-твердых материалов форма
предельной петли М. — Ц (II) имеет
одинаковый характер. В приведенных
масштабах гистерезисные пеглп раз-
ных материалов (построенные в коор-
динатах Л1, //) почти совпадают. Иск-
лючение составляют только смещенная
и прямоугольная петтн.
Смещенная петчя (рис. 18, а) имеет
такую же форму, как обычная, но
сдвинута относительно начала коор-
динат. Она сопутствует одновремен-
ному существованию у материала фер-
ромагнитного п антиферромагнит-
ного состояний. Эффект смешения наб-
людается у однодомепных частиц фер-
ромагнитных металлов, покрытых
слоем антнферромагнетнка (например,
у оксидированных частиц кобальта)
и у некоторых сплавов (никель —
марганец, железо — алюминий,
уран — .марганец и др ), хотя для спла-
вов еще не решен вопрос о существо-
вании дискретных ферромагнитных
н антиферромагнитных областей.
Для получения сдвинутой петли мате-
риал должен пройти термомагннтную
обработку путем охлаждения в силь-
ном магнитной ла
1000 кА/м) от; е гнУ|
для аитиферрох&гнёпщ
г
ьпе
18
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Ферро- I Антифсрро-
магнстик | магнетик
Со | Со О
Itffjo о|о|
°. Iltlitojofoj
W I fftt!to|o|o|
tin Mojoj
w I |Ш\О\о|о|
w 1 J|||bf\ofo|
Ult|\o\°to|
p
Itl|l!o|o|o|
W=0 HH|to|ofo|
w f lit!l|o|ofo|
tfltllolot°l
«)
Рис. 18. Особые формы петель гистерезиса:
а — смещенная петля; 6 — магнитные мо-
менты атомов в размагниченном состоянии;
в — магнитные моменты атомов в намагни-
ченном состоянии; г — магнитные моменты
атомов после снятия внешнего поля
туры глубокого холода. Смещение пет-
ли исчезает при достижении образцом
комнатной температуры.
Объяснение сдвига петли у одно-
доменных частиц, состоящих из ди-
скретных ферромагнитных и анти-
ферромагнитных областей, основано на
предположении о существовании пря-
мой связи между атомами ферромагне-
тика и атомами того же элемента,
входящими в состав антиферромагнит-
ного окисла. При Н = 0 (рпс. 18, б)
все магнитные моменты атомов металла
(кобальта) параллельны друг другу,
а магнитные моменты атомов того же
металла в окиси — антнпараллсльны
(кружками обозначены атомы кисло-
рода). Взаимодействие между самым
правым слоем атомов кобальта в ме-
талле и самым левым слоем атомов
кобальта в окнеле таково, что намаг-
ниченность их параллельна. Это полу-
чается в результате предварительного
охлаждения частицы в магнитном поле
до температуры ниже точки Нееля
для окисла. Воздействие размагни-
чивающего поля Н (рнс. 18, в) при-
водит к перемагничиванию частицы
кобальта и к отклонению векторов
намагниченности у нескольких левых
слоев атомов кобальта в окиси. Основ-
ная же масса атомов кобальта в окиси
не изменяет направления своих маг-
нитных моментов, так как внешнее
поле практически не взаимодействует
с аитпферромагнетпком. При умень-
шении внешнего ноля до нуля
(рис. 18, а) взаимодействие между ато-
мами кобальта в металле и окиси
возвращает намагниченность одно-
домениой частицы кобальта в ее
первоначальное направление. Эффект
взаимодействия проявляется только
при температурах, достаточно далеких
от температуры точки Нееля. Поэтому
для его наблюдения образцы необхо-
димо (в зависимости от материала)
охлаждать до температуры около 70 К
и даже значительно ниже.
Особенность магнитов из материалов
со сдвинутой петлей состоит в том, что
их невозможно ни размагнитить, ни
перемагнитить воздействием сколь
угодно сильного магнитного ноля, так
как после устранения действия поля
поток магнита полностью восстанавли-
вается.
Прямоугольная петля гистерезиса
(рнс. 19) характеризует предельный
гистерезисный цикл материалов,
у которых при монотонно изменя-
ющейся величине напряженности
поля Н намагниченность М не имеет
устойчивых значений в интервале ме-
жду остаточной намагниченностью
-}-Мг и остаточной намагниченностью
—Мг. Причина этого явления, которое
можно рассматривать как резко выра-
женный эффект Баркгаузепа, заклю-
чается в том, что у некоторых матери-
ПРОЦЕСС НАМАГНИЧИВАНИЯ
19
Рис. 19. Прямоугольная петля гистерезиса
алов напряженность Но, н, при кото-
рой возникают зародыши обратной
намагниченности, больше критиче-
ской напряженности /7кр, при которой
границы доменов могут смещаться че-
рез любые препятствия, имеющиеся
в материале, вследствие его структур-
ной неоднородности. Если у матери-
ала, находящегося в состоянии оста-
точной намагниченности +-ИГ, нет
доменов обратной намагниченности,
то они образуются только при наложе-
нии внешнего поля —Но, „ противо-
положной ориентации по отношению
к +Л7Г. Поэтому при возрастании пере-
магничивающего поля Н от нуля до
—Н„* п намагниченность материала не
изменяется, так как в нем нет зароды-
шей доменов обратной намагничен-
ности. Если Н()- „ > //кр, то как только
напряженность Н достигнет значения
—Но, н, возникшие домены обратной
намагниченности начинают неудер-
жимо расти и намагниченность мате-
риала изменяется скачком от +Л'/Г
до — Мг.
Строго прямоугольной может быть
только петля гистерезисного цикла по
намагниченности Л1 — (Н), а соот-
ветствующая ей петля В = /2 (Н),
изображенная на рнс. 18 штрихами,
оказывается наклоненной па угол у,
тангенс которого равен рп. Поэтому
понятие «материал с прямоугольной
петлей гистерезиса» справедливо лишь
по отношению к петле Л1 = Д (Н) и мо-
жет приводить к недоразумениям в от-
ношении формы петли В = /2 (Я).
Структурно нечувствительные свой-
ства магнитных материалов пред-
ставлены в табл. 1 и 2. Значения тем-
пературы Кюри приведены в табл. 3.
I. Физические свойства ферромагнитных элементов
Элемент Плот- ность, г/см3 Темпе- ратура плавле- ния, °C Темпе- ратура Кюри, вС Внутренняя индукция насыщения Тл
при ОК при 20 °C
Никель 8.92 1453 358 0.61 0.605
Железо 7, S7 1539 768 2,18 2,15
Кобальт 8.84 1495 1020 1,82 1,79
Гадолнинй 7,89 1312 18 2.66 —
Тербий 8.27 1356 — 55 3.27 —
Диспрозий 8,50 1407 — 188 3,70
I ольмнй 8,80 H6I — 250 3,75 .—
Эрбнй 9,05 1487 — 250 3.42
Тулин 9.33 1545 — 222 2.72 *—•
2 Физические свойства интерметаллических соединений типа R(or. | J6J
Соединение Плот- ность, г/с.м3 Темпе- ратура плавле- ния, °C Темпе- ратура Кюри, °C Внутренняя индукция насыщения Ц0Л15> Тл
при 0К при 20 °C
YCo, 7,60 1352 700 1,12 1,06
СсСо, 8,51 1190 460 1,00 0,85
РгСо, 8,32 1225 635 1,32 1,20
NdCo. 8,39 1285 650 1,40 1.23
20
МАГНИТНЫЕ МЛ ТЕРИЛЛЫ
Продолжение табл. 2
Сосдииенне Плот- ность, г;с№ Темпе- ратура плавле- ния, °C Темпе- ратура Кю ри, °C Внутренняя индукция насыщения y.0Af s, Тл
при ОК при 20 °C
SmCo6 8,52 1320 740 1,08 0,96
GclCo, 8,86 1355 735 0,20 0,36
TbCOg 6,92 — 705 0,09 0,24
D^Co5 9,15 — 640 0,25 0,45
!IqCos 9,1-1 — 730 0,30 0,60
ErCo, 9,05 1335 720 0.622 0.72
Л. Значения температуры Кюри
Соединенне FK> °C Соединение rK- °C Соединение FK- «с
Ферриты Соединения Fe Ag
NiOI-e5O3 590 Fe.B 739 Mn*N 470
СоО- FeaO3 520 FcaO3 620 MnBi 350
МпО- FcsO, 510 Fc»O. 575 Mn Sb 320
СпО-1;е2О, 490 FeBes 520 MnsSbs 315
LaOFe,O, 465 Fc,AI 500 MnsSb 275
SrO • Fe2O, 450 Fc.N 488 MnB 260
BaO* Fc2O3 445 Fc3P 420 Mn«Sn 150
PbO Fe£Oa 435 Fc3C 380 CrO, 116
PraO3* FesO3 435 FeS 320 AgFc, HO
A1O Fc2Oa 339 Fe,N 275 CrFc 100
StiO • Fe2O3 325 Fe0,5—0,7Co0,3—0.5 250 Мн As 45
Fe2O3 315 Fc3C 215 Mn P 25
Nd2Oa Fe£O3 300 Fe2Ce 116 Соединения Co
SmsOj - Fc£O3 300 Fc3Si2 90 Co2B 510
YbsO3 FeaO3 275 Соединения Ni Co.Zn 490
EraOa Fc£O3 255 Ni.Mn 470 CoS2 180
CdO-FCjOs 250 Ni,Mg 235 CoZn 125
BiO Fe,O, 190
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
МАГНИТНО ТВЕРДЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Современный этап развития маг-
нитно-твердых материалов характери-
зуется двумя особенностями: началом
широкого применения магнитов из
редкоземельных материалов (РЗМ)
класса RCo3 (где R — редкоземельный
элемент, например Sm, Рг и т. д.)
и открытием возможности дальней-
шего существенного увеличения
удельной энергии магнитов из РЗМ
путем перехода к соединениям класса
R-2 (Со, Fe)i; и некоторым другим.
Применение РЗМ класса RCo3, обла-
дающих очень высокой коэрцитивной
силой и удельной энергией вдвое боль-
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 21
4. Теоретический предел и достигнутые значения удельной энергии
ма г н итн о - т норд ы х матери адов
Материал wT а'д'сг’т Материал t£»T
кДж 'м’ % кД> к м4 %
ВаО-6 (Fe2O3) 19,2 14,8 77 Sni2CO|7 158 158 100
SrO-6 (Fc.OJ ' 19,2 17,2 90 РгСо5 158 64 40
СоО 6 (Fc3Oa) 28 7,2 26 (Smo,5PrO,5)Con 178 — —
Мп М 50 16 32 NdCo» 182 — —
Мп Bl 59 17,6 30 Ъ (Coo^Feo ^),, 21 4 — —
Альнико А1. 1^0 ~ 53,6 77 Snb (Co0i5rc0|5)I7 Pr8 (Co0 G. l’e0t4)l7 (Tbf^gGdo^) Co при 1К 238 124 52
141, Со, li, Ге PtCo SmCo5 = 70 99,6 128 50 128 50 100 263 -108 408 100
Г1 ри меча и и е. Индексы при w т — теоретическое значение, д — до-
стигнутое рекордное, о — ожидаемое предельно достижимое. Значение ьут рассчн-
2
тано по формуле К'т — HqAIj/'I, где AIS — намагниченность насыщения.
шеи, чем у алышко лучших марок,
привело к необходимости полного от-
хода от традиционных конструкций
магнитных систем, так как оптималь-
ная полярная длина магнита из РЗМ
всегда значительно меньше его попе-
речных размеров. Энергия в рабочем
зазоре такого магнита достигает ма-
ксимума, если длина магнита лишь
немного превышает длину рабочего
зазора. При этом магнит получает вид
толстой пленки, покрывающей полюса
магнитно-мягкого мапштопровода.
Промышленный выпуск магнитов
второго поколения нз РЗМ класса
R2 (Со, Fe)IT с удельной энергией
в 2 раза более высокой, чем у РЗМ
класса КСо6, почти не потребует но-
вого изменения конструкции магнит-
ных систем, но приведет к существен-
ной нх миниатюризации и откроет
путь к широкому применению магнитов
в различных механических устрой-
ствах: опорах, муфтах, редукторах
и т. д., где они раньше находили
весьма ограниченное применение из-
за недопустимо больших габаритов.
.Можно разработать магниты со зна-
чениями коэрцитивной силы 240—
800 кА/м и магнитной энергией до
480 кДж/м3, превосходящие по свой-
ствам магниты из SmCo5. Зги сплавы
менее дороги, чем сплавы SmCo5. ко
создают больший магнитный поток,
имеют более высокое значение точек
Кюри и меньшие значения температур-
ного коэффициента изменения ин-
дукции, большую стабильность
свойств в условиях окружающей среды
и лучшую механическую прочность
В настоящее время реализованные
значения удельной энергии РЗМ пер-
вого поколения (табл. 4) достигли
своего теоретического предела у ла-
бораторных образцов монокристал-
лов SmCoB, а удельная энергия РЗМ
второго поколения достигла 52 % о г
уровня, ожидаемого К Сгрпатом |18].
У традиционных материалов (фер-
ритов и сплавов альнико), интенсив-
ная разработка которых проводилась
в течение последних сорока лет, теоре-
тический предел значения удельной
энергии намного ниже, чем у РЗМ,
а достигнутые результаты достаточно
близки к теоретическому пределу. По-
этому дальнейший существенный
прогресс в области ферритов и сплавов
алышко маловероятен.
У редкоземельных материалов
с очень низкой температурой Кюри,
22
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
работающих при гелиевых температу-
рах, удельная энергия много выше,
чем у обычных РЗМ, работающих
в климатическом диапазоне темпера-
тур, В настоящее время наибольшей
удельной энергией обладает сплав
(TbOf, Gdoj2)Co, имеющ! й [9] прн
температуре 4 К параметры: Вг =
= 2,4 Тл, Нсм — 520 кА/м и w =
= 408 кДж/м3. Однако в этой области
температур гораздо выгоднее исполь-
зовать сверхпроводниковые магниты,
выполненные из материала с высоким
значением критической напряженно-
сти Нкр, например нз сплава
Nb3AIoi8 Ge0>4, у которого [18] при4К
критическая напряженность Нкр —
— 3,27-10< А/м. Удельная энергия рас-
считывается здесь по формуле w —
= р0/7кр/8. В данном случае w =
= 163 800 i [ж.'м3. Это в 400 раз
больше, чем у магнитов из
(Tboi8Gd0i2)Co, работающих при той же
температуре.
КЛАССИФИКАЦИЯ
МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Все магнитно-твердые материалы
подразделяют по области применения
на три группы: для постоянных маг-
нитов, для гистерезисных двигателей
и для магнитной записи. По преобла-
дающему технологическому признаку
(с учетом химического состава) их
можно разделить на четыре группы:
сплавы, интерметаллические соедине-
ния, ферриты н композиции (табл. 5).
В настоящее время наибольшее про-
мышленное значение для постоянных
магнитов имеют литые и мета кчокера-
мнческпе сплавы на основе системы
AI — Ni — Со, интерметаллпды и
ферриты; для гистерезисных дв1 га-
телей — сплавы на основе системы
Fe — Со — Мо, обрабатываемые реза-
нием; для магнитной записи — дефор-
мируемые сплавы различных систем,
главным образом сплавы, получающие
текстуру при холодной деформации.
Промышленное значение остальных
материалов сравнительно невелико.
Магннтонласты почти не приме-
няют, так как они имеют значительно
меньшую магнитную энергию, чем
металлокерамика нз этих же матери-
алов. Магнитоэласты, обладающие
такой же или меньшей энергией, чем
магнитопласты, находят применение
только в тех, сравнительно редких,
случаях, когда важна их эластичность,
например в герметичных разъемных
соединениях. Композиции из одно-
доменных удлиненных частиц, облада-
ющих высокой магнитной энергией,
являются перспективными матери-
алами, но технология нх производства
пока слишком сложна.
Сплавы на основе платины имеют
высокую магнитную энергию и хоро-
шие технологические свойства, ио из-за
высокой стоимости их применение огра-
ничено микроминиатюрными магни-
тами специальных измерительных
приборов для научных исследований.
Магнитные свойства интерметалличе-
ских соединений, обладающих рекорд-
но высокой коэрцитивной силой и вы-
сокой магнитной энергией, позволяют
осуществлять предельную миниатю-
ризацию магнитных систем. Поэтому
редкоземельные материалы могут
в скором времени вытеснить тради-
ционные материалы (сплавы и ферриты)
из области радиоэлектроники, при-
боростроения п автоматики.
Все существующие магнитно-твер-
дые материалы по признаку свойств
магнитов, получаемых из них, следует
делить па две группы. В первую груп-
пу входят материалы, изделия из
которых, будучи намагниченными вме-
сте с арматурой, полностью восста-
навливают свой поток после времен-
ного отсоединения арматуры. Вторую
группу образуют материалы, изделия
из которых при этих условиях теряют
заметную часть потока. Причина столь
резкого различия свойств постоянных
магнитов, выполненных нз материалов
первой н второй группы, кроется в раз-
личии их кривых размагничивания по
индукции В = f2 (Н).
У материалов первой группы колено
кривой размагничивания лежит
в третьем квадранте, а ее участок в пре-
делах второго квадранта прямолинеен.
У материалов второй группы колено
кривой размагничивания располо-
жено во втором квадранте, и ее уча-
КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
23
Классификация магнитно-твердых материалов по преобладающему технологическому -признаку
с учетом химического состава
Область применения Крупные магниты всех назначений, маг- нитные системы измерительных приборов и дистанционных компасов, успокоите- ли, статоры исполнительных двш ателей, роторы тахогенераторов, генераторов, магниты поляризованных реле, магнит иые сепараторы, магнитные муфты Мелкие магниты всех назначений, под- вижные магниты измерительных прибо- ров, магнитные системы тахометров и та- хогенераторов, магниты поляризованных микрореле, роторы и статоры микродви гателей и микрогенераторов, магнитные муфты приборного типа Тонкие магниты и магниты сложной фор мы, изготовление которых литьем затруд- нительно, стрелки компасов, девиацион- ные системы компасов, магнитные пру- жины измерительных приборов Гистерезисные двигатели । « Й 5 5 D й 9 Е й S ч _> □ % X 5 Миниатюрные магниты
Краткая характеристика технологических н магнитных свойств Литые. Твердые, хрупкие. Высокие магнитные свойства при магнитной н кристаллической текстуре. Удельная энергия до 40 кДж/м3 Металлокерамические. Механическая прочность выше, чем у литых. Магнит- ные свойства обычно изотропны и не- сколько ниже, чем у литых. Удельная энергия до 16 кДж/м3 Ковка горячая. После смягчающей тер- мообработки допускают обработку ре- занием. Удельная энергия до 9 кДж/м’ Ковка горячая в холодная, прокатка, волочение. Сложная окончательная термообработка. Удельная энергия до 16 кДж/м3 Легко штампуются. Обрабатываются ре- । замнем. Высокие магнитные свойства можно получить только в тонких сече» ниях. Удельная энершя до 1Я кДж/м3 Пластичны и прочны. Выпускаются в ВНЛР TfUIKMY .ПРИТ И ППЛПЛ.ППК. ПППУГИ УЮТ деформацию только в холодном виде. Удельная энергия до 6 кДж/м3 Высокие механические и магнитные свой» ства. Удельная энергия до 45 кДж/м3
Название и основные : компоненты Альни Альнико Ее Al-Ni-Co О 7 О О 1 о S о Ге—Сг—Со В и каллой Fe— V — Со Кунико Ге -Си—Ni —Со Z о -S- S Платиновые Pt —Со и Pt—Fe
Группа материалов Сплавы труд иоде- формируемые Сплавы деформи- руемые
24
МАГНИТНЫЕ Л1/1 ТЕРНА ТЫ
Продолжение табл.
Область применения Магнитные системы ламп бегущей волны, магнетронов и другой радиоэлектронной аппаратуры, Mat ниты измерительных приборов и микромашнн Широкого применении не имеют, могут применяться в магнитных сепараторах, муфтах и фиксаторах, магнитных линзах, поляризованных роле Электрические машины, электронные приборы, магнитные системы ламп бегу- щей волны, магнетронов и другой радио- электронной аппаратуры, магнитные лин- зы; исполнительные даиг-ители, микроге- нсриторы. поляризованные реле, аппара- тура сигнализации, магнитные сепарато- ры, муфты и редукторы Перспективны, ко промышленное при- менение ограничено из-за сложной техно- логии. Подвижные магниты автомобиль- ных измерительных приборов, тормоз- ные устройства счетчиков, роторы микро- двигателей Подвижные магниты измерительных при- боров, эластичные герметизаторы для разъемных соединений, магнитные лин- зы, стопоры, фиксаторы, магниты элек- трических машин
Краткая характеристика технологических и магнитных свойств Тверды и хрупки Рекордно высокие магнитные свойства за счет высокой коэрцитивной силы. Удельная энергия до 7'2 кДж/м’ у серийной продукции Тверды и хрупки. Хорошие магнитные свойства за счет высокой коэрцитивной силы. Удельная энергия до 20 кДж/м3 (Мп —Gd можно обрабатывать реза- нием) Тверды. Очень хрупки. Хорошие маг- нитные свойства за счет высокой коэр- цитивной силы. Удельная энергия до 12 кДж/м1. Относятся к классу полу- i проводников Хорошие механические и магнитные свойства. Удельная энергия до 26 кДж/м3 Технология изготовления и механи- ческие свойства как у пластмасс и ре зины. Удельная .энергия до 2,8 кДж/м3 для альнико и ферритов и до 40 кДж/м3 для РЗМ
Назваине и основные компоненты Редкоземельные ма- териалы (соединения редкоземельных эле- ментов с кобальтом) Соединения на основе марганца. Мп —Bi (бисманоль), Мп —ЛК Мп — Gd Варневые ВаО (Ра2Оя)в Кобальтовые CoO-Fe2Oa Стронциевые SrO (Fe2O3)e На основе однодомеи- ных частиц Fe и Fc—Со Магннтоплас.ты, На- полнитель — альиико, феррит, РЗМ, связую- щее — бакелит, зло кси д п ы е смол ы, пл а- стики Магпитоэласты. На- полнитель — альни, альиико, феррит, РЗМ, связующее —• резпна
Группа материалов Интерметалли- ческие соединения Ферриты Композиции
КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 25
сток в пределах этого квадранта имеет
вид гиперболы.
Различие вида кривых В = /2 (Н)
в основном зависит от значения отно-
шения коэрцитивнои силы по намагни-
ченности Н,м к остаточной индукции
Вг. Если ЦоНсм/Вг > 1, то колено
кривой В — f2 (И) лежит в третьем
квадранте, а если < 1, то
во втором.
На рис. 20, а представлены кривые
размагничивания р0Л1 = /у (Н) для
двух материалов. Кривая 1 харак-
терна для материала первой группы
Вг > I). а кривая 2 — для
материала второй группы (\и.аНсм1Вг<:
< 1). Там же построены две производ-
ные кривые /' и 2' размагничивания
по индукции В = /2 (И), полученные
из кривых / н 2 на основании изве-
стного соотношения В — (Л1 — И).
Для построения служит вспомогатель-
ная прямая ОА с угловым коэффи-
циентом Цо. Любая ордината кривой
В = /2 (II) есть разность ординат кр -
вой р0Л1 — h (Н) и прямой ОА. По-
этому абсциссы точек сг и с2 пересе-
чения прямой ОА с кривыми / и 2
определяют величины коэрцитивной
силы Hcljl и НсБ2
Кривые 1 и 2 имеют линейный
участок, заключенный между осью
ординат и началом колена (точки Wj
и о2). У кривой 1 точка аг лежит левее
точки С], а у кривой 2 точка а2 лежит
правее точки с2. Абсциссы точек ау
и а2 суть Нял и Яа2 У кривой 1 HaiHcBi,
а у кривой 2 На2НсБ,. Участок крн-
.вон / между точкой с, и осью свщниат
практически прямолинеен. Поэтому
участок кривой Г в пределах
второго квадранта также прямо-
линеен. Участок кривой 2 между точ-
кой с2 и осью ординат криволинеен,
поэтому колено кривой В — f2 (Н)
лежит в пределах второго кв^ранта,
а сама кривая имеет вид гиперболы
(случай, когда Нл = 11сБ> является
критическим). В соответствии с этим
материалы первой группы следует
называть закритическнмн, а матери-
алы второй группы — докритпческн-
ми. Промежуточную группу соста-
вляют критические материалы.
В группу докритическнх входят все
традиционные магнитно-твердые ма-
териалы, в том числе новые сплавы
f)
Рис. 20. Кривые размагничивания мате-
риалов первой и второй групп при воздей-
ствии внутреннего (а) и стороннего (6) раз-
магничивающих полей
альнико с направленной кристаллиза-
цией и монокристаллы этих сплавов.
В группу закритических материалов
входят интерметаллические соедине-
ния редкоземельных металлов н те из
магнитно-твердых ферритов, у кото-
рых в пределах второго квадрата
линия В — f2 (Н) прямолинейна.
В группу критических материалов
входят те магннтно-твецдые ферриты,
у которых начало колена кривой В
= f2 (Н) лежит вблизи осп абсцисс.
Магниты, выполненные из закритн-
ческих материалов, имеют следующие
свойства, недостижимые у магнитов
из докритическнх материалов: незави-
симость магнитного момента от форм t
магнита; способность полностью во -
станавлпвать магнитный поток в про-
цессе магнитного возврата (в частно-
сти, после временного отделения маг-
нита от арматуры и после воздей-
ствия стороннего размагничивающею
26
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
поля, напряженность которого 7/ст
соизмерима и даже превышает коэр-
цитивную силу ПсВ.
Независимость магнитного момента
от формы магнита, выполненного из
закритического материала, вытекает
из рассмотрения кривой /. Магнитный
момент равномерно намагниченного
магнита РУ1 = МмУы, где Л1М —
намагниченность, Ём — объел маг-
нита. Па рис. 20, а проведены четыре
линии скоса — Odit соответству-
ющие магнитам в виде тонкой пластин-
ки, длинного цилиндра, намагничен-
ного по диаметру, шара и длинного
цилиндра, намагниченного по оси.
Эти магниты имеют проницаемость
формы соответственно 1,01, 2,3 и 55.
Точки di и d4 определяют остаточ-
ную намагниченность магнитов из
докрнтнческого материала. Из ри-
сунка следует, что намагниченность
|1ОЛ1М, а следовательно, и магнитный
момент Рм у магнитов из закритиче-
ского материала практически не зави-
сят от формы магнита (так как орди-
наты точек di — dt почти одинаковы),
а у магнитов из докрнтнческого мате-
риала зависят очень сильно (так как
о дннаты точек 64 — />4 неодинаковы).
Способность магнитов из закритнче-
ских материаюв полностью восстана-
вливать свой поток в процессе магнит-
ного возврата объясняется тем, что
у них характеристика В = (И)
отражает только прямолинейный уча-
сток кривой p0W — /4 (И), лежащий
выше колена, а у всех магнитно-
твердых материалов на этом участке
прямая магнитного возврата совпа-
дает с характеристикой размагничива-
ния. На рис. 20, б представлены кри-
вые р0Л1 = fi (Н) и соответствующие
нм кривые В — f2 (Н) для закритнче-
ского материала (кривые I и Г) и до-
крнтпческого материала (кривые 2
и 2') Прямая Odt — линия скоса
у магнита с арматурой, а прямая Od2 —
линия скоса у магнита без арматуры.
В зависимости от группы материала
индукция у магнита, намагниченного
с арматурой, определяется точкой di
или 6]. Если магнит вынуть из арма-
туры, то его индукция определяется
соответственно точками d2 и 62. Если же
магнит снова соединить с арматурой,
то у магнита из закритического мате-
риала индукция снова определяется
точкой di, так как прямая магнитного
возврата совпадает здесь с характе-
ристикой размагничивания. У маг-
нита из докрнтнческого материала пря-
мая магнитного возврата 6263 не совпа-
дает с характеристикой размагничива-
ния, поскольку точка Ь2 лежит ниже
колена кривой размагничивания и опе-
рация вынимания магнита из арматуры
приводит здесь к значительной потере
магнитного потока.
Способность магнитов из закрити-
ческнх материалов полностью вос-
станавливать магнитный поток после
воздействия стороннего размагничи-
вающего поля Яст объясняется теми же
причинами, что и способность пол-
ностью восстанавливать поток после
временного отсоединения арматуры.
Для нахождения наибольшей допусти-
мой напряженности Нст нужно из
точки Oj начала колена кривой /
провести линию а^, параллельную
линии скоса Od, мап ита с арматурой.
При этом отрезок Оо2 определяет зна-
чение ffCT. Из рисунка следует, что
7/ст= HRi — Нв„ — напряженность
внутреннего размагничивающего поля
(отрезок п2п3). Чем дальше отстоит
точка П] от критической точки с1( тем
больше Нст по сравнению с коэрцитив-
ной силой //сд.
МАГНИТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ОТЕЧЕСТВЕННЫХ
МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ
МАТЕРИАЛОВ
В СССР государственными и от-
раслевыми стандартами нормированы
параметры характеристик размагни-
чивания всех основных материалов
для постоянных магнитов, а именно:
тптых и металлокерамических спла-
вов, деформируемых сплавов, ин-
терметаллических соединений редко-
земельных элементов и магнитно-
твердых ферритов.
В области литых сплавов действует
ГОСТ 17809—72, нормирующий па-
раметры 25 марок (табл. 6), в области
металлокерамических сплавов —
ГОСТ 13596—68, нормирующий пара-
метры 11 марок (табл. 7), в об-
ласти деформируемых сплавов —
ПАРАМЕТРЫ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 27
в. Параметры характеристики размагничивания литых сплавов
(ГОСТ 17809—72)
Сплав Макси- мальная удельная энергия кДж/м8 Коэрци- тивная сила, кА/м, по нндук- ции НсВ Остаточ- пая индук- ция в Тл В/Н в точке (ВЯ)тах, мкГн/м Тип крнстал’ Лнчсской структуры
Не менее
ЮНД4 3,6 40 0,50 12, 0—16,0
В1НД8 5,1 44 0,60 13,0—16.0
юнтс 4,0 58 0,43 7,0—10,0
ЮНДК15 6,0 48 0,75 15,5—18,0 Равноосная
ЮНДК18 9,7 55 0,90 15,0—20,0
1ОНДК18С 14 44 1,10 22,0—28,0
ЮН13ДК24С 18 36 1,30 30,0—33,0
ЮН13ДК24 18 40 1,25 25,0—27,5
ЮН14ДК24 18 48 1т20 20,0—22,0
ЮН15ДК24 18 52 1,15 15,0—17,5
ЮН14ДК24Т2 15 60 1,10 16,0—19,0
ЮН13ДК25А 28 44 1,40 27,5—30,0
ЮН14ДК25А 28 52 1,35 24,0—25,0
ЮН13ДК25БА 28 48 1,40 26,5—27,5 Столбчатая
ЮН14ДК25БА 28 58 1,30 21,5—24,0
ЮН15ДК25БА 28 62 1,25 16,5—21,5
ЮНДК31ТЗБА 32 92 1,15 11.0—14,0
ЮИДК34Т5 14 92 0,75 8,0—11,0
ЮНДК35Т5Б 16 9G 0,75 8,0—10,0 Равноосная
ЮНДК35Т5 18 по 0,75 7,0-8,0
ЮНДК38Т7 18 135 0,75 4,5—5,5
ЮНДК40Т8 18 145 0,70 3,5—4,5
ЮНДК35Т5БА 36 ПО 1,02 8.0—9,0 Столбчатая
ЮНДК35Т5АА 40 115 1,05 8,0—9,0 Монокрнстел-
ЮНДК40Т8АА 32 145 0,90 4,0—5,0 лическая
Примечай и я: 1= В обозначениях марок сплавов буквы означают: Б —
ниобий. Д — медь, К — кобальт, Н — никель, С — кремний. Т — титан. Ю —
алюминий, Л — столбчатую кристаллическую структуру, ЛА — монокристалли-
ческую структуру. Цифры означают процентное содержание элемента.
2. Во всех сплавах имеется магнитная анизотропия, кроме сплавов ЮНД4,
ЮН ДА, ЮН ТС. ЮНДК15, ЮНДК18.
7. Параметры характеристики размагничивания
металлокерамических сплавов (ГОСТ 13596 — 68)
Сплав Максимальная удельная энергия w — 0t5BtiHj кДж/м8 Коэрцитивная сила во индук- ции Нс& кА/м Остаточная индукция В,. Тл ' Bd/Hd в точ- ке (BW)max, мкГн/м
Не менее
MMKI 3,0 24 0,60 20,6
ММК2 3,5 39 0.48 13,0
ММ КЗ 4,0 44 0,52 11,1
ММ К 4 4,5 40 0,55 10,0
ММ К 5 4,7 44 0,60 13,0
ММ Кб 5,0 44 0,65 16,0
ММК7 10,5 44 0,95 17,2
ММ К 8 14,0 40 1,10 22,8
ММК9 12,0 80 0,75 8,3
ммкю 15,0 100 0.80 9,3
MMKII 16,0 128 0,70 5,0
Примечание. Буквы ММ К означают материал металлокерамический,
а цифра — порядковый номер сплава.
28
Л< Л ГНИ TH ЫЕ М А ТЕРНА Л W
8. Параметры характеристики размагничивания деформируемых сплавов
Сплав Система Марка Сортамент ьу. кДж мя &г. Т.п "</Е к Л м
Комол ь Fc—Со—Мо Fe—Со—М п — VV 12 КМ 12 КЛАВ Трубияя за готовка 3—9 0.8— 0, 11 8—20
Вако (ви- каллоЙ) Fe—Со—VV 52 КФ 52КФТМ Лист, про- волока Прямоли- нейные прутки .-а сд к» сп ; -л | СЛ 1 1,7—0,9 1,15— 0,9 4 — 30 32—48
Кунифе Си —Ni—Fc — Прутки, проволока, листы 3—7,5 0,7 — 0,65 20—46
Кунико Си —Ni—Со 2,5— 1,(1 0.5—U..5 35—56
Хромко Fc—Сг—Со 1*е—Сг—Со—Мо 25XI5K 30Х25КМ Листы, прутки, проволока 10— 17,5 15—20 1,0— 1,25 1,0— 1,25 £. W сл СИ 1 1 00 4S. о d
Fe—Мп — Ni 12ГИ Листы 6 — 7.5 0,8—0,7 15- IS
Нихром Fc —Сг—Ni Э11322 Лента Прутки 0.5— !.( 0.5— 1. Г- U. 5—0, 1 1,6—0,2 20—56 У 0—64
— Fc—Со—Сг—V 25КХ4Ф 35КХФ Листы, прополока 1,0— 1.25 1.25— 2,0 ас —' о 1 1 СЧ ОЧ 2,5—3,0 2.5—4,8
— Fc—Со—Ni — V 25 КН 14Ф 35КНЮФ 0,75— 1,0 1,25— 1,5 1.2—1, I 1,6—1,2 1.6—2,0 2,2—3,0
Плаги- на кс 14—Со 11лК78 ПлК76 Прутки, полосы, листы 32 — 47,5 28—45 О 1* 1 LCO =0 О О 300 — 400 240—350
9. Параметры характеристики размагничивания магнитно-твердых
интерметаллических соединений
Группа Марка соединения Максимальная удельная энергия w « 0,5 • &([НJ кДж/м3 Коэрци- тивная сила Нс, кЛ/м Остаточная индук- ция Вг Тл Отношение Н/Н в точке (й//)тах. мкГн/м
по индук- ции НсР ио намаг- ничсниости НсМ
Не менее
Рсдкозсмельн ые ПОСТ 21559 — 76) КС37 КС37А КСП37 КС1137А 55 65 65 72,5 540 560 520 500 1300 1000 800 640 0.77 0,82 0,85 0,90 . 1,35 1,30 1,39 1,72
Па основе мар- ганца BiMn (би см а ноль) Изотропн ый Анизотропный 12-13 30 250— 300 400— 450 5U0 — 600 700— 800 0,35- 0,40 0,55 — 0.60 —
70МПЗОЛ1 Литой Деформи- руемый 2—2,8 12—20 «0—96 160— 176 120-136 240 0,24 0,55 —
68Mn32Ga Литой Деформи- руемый 4-6 8—10 96 120— 160 320— 360 400— 64 0 0,15— 0,2 0,2— 0,25 —
П р и м е ч а н и е. В обозначениях марок соединений буквы означают; К —
кобальт, П — празеодим, С — самарий, А — улучшенную текстуру. Цифры озиа~
чают среднее содержание самария или среднее суммарное содержание самария и
празеодим*.
ПАРАМЕТРЫ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 29
10. Параметры характеристики размагничивания магнитно твердых ферритов
Феррит Максималь- ная удель- ная энер- гия W — = 0,5CdHd, кДж/м3 Коэрцитивная сила. Остаточ- ная ИН- ДУКЦИЯ Вг. Тл В/Н в точке <^^)тпах’ мкГн/м
ПО ИНДУк- ции НсН по намаг- ниченности НсМ
Не менее
6БИ240 3,0 125 240 0,19 1,50
6БИ250 2,8 120 247 0,19 1,61
7БИ215 3,5 125 215 0,21 1,58
7ГИ300 3,5 140 300 0,20 1 43
9БА205 4,5 135 205 0,24 1 60
14БЛ255 7,0 185 255 0,29 1,50
15БА300 7,5 200 300 0,30 1,50
16БА190 8,0 185 190 0,30 1.41
18БА220 9,0 210 220 0,33 1,51
18БЛ300 9,0 220 300 0,32 1,45
19БА260 9,5 225 2G0 0,33 1,43
22 Б А 220 11,0 215 220 0,36 1,48
24БЛ210 12,0 205 210 0,37 1,42
25БА150 12,5 145 150 0, 38 1,44
25БА170 12,5 165 170 0,38 1 44
28В А170 14 0 165 170 0.39 1,39
28БА190 14 0 185 190 0,39 1,36
2ICA320 10,5 239 318 0,34 1 38
24СА200 12,0 195 200 0,37 1,43
27СА220 13,5 215 220 0, 38 1,34
28СА250 14,0 240 250 0,39 1,35
ЮКА 165 5,0 143 165 0,23 1,32
II КА 135 5,55 127 135 0,24 1,30
I4KA135 7,15 127 135 0,28 1,37
22РА220 11,0 215 220 0.36 1,48
25РА150 12,5 145 150 0,38 1,00
28РА180 14,0 150 180 0,39 1,35
30РА190 15,0 185 190 0,40 1,33
Примечание. В обозначениях марок цифра, стоящая «а нервом месте,
означает (округленно) энергетическое произведение (BH)maXf выраженное в
кДж/м3. Буква, стоящая на втором месте, означает состав феррита: Б — барие-
вый, К — кобальтовый, Р — легированный редкоземельными элементами, С —
стронциевый. Буква, стоящая на третьем месте, означает; А — анизотропный,
И — изотропный. Цифра, стоящая на последнем месте, определяет значение
коэрцитивной силы по намагниченности (в к Л/м).___________________________
II. Параметры характеристики размагничивания магнитно твердых
композиционных материалов
Композиция Максимальная ' удельная энергия tt.i=0,5/i(/H^, кДж/м3 Коэрцитивная сила, к Л/м Остаточная индукция В, Тл
по индукции 11сВ по намагни ченностн "сМ
Нс менее
ИРП-2042 0,56 54,4 0.08
ИРП 2056 0,94 68.8 —— 0, 11
Магнитоэласт 2,0 72 88 0,17
(ТУ 45 — 75)
П.тястнформ 1 Н 4,15 155 176 0,214
Пластнформ 1 4,3 118 — 0,22
30
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
12, Параметры кривой размагничивания ферритовых магнитов
(по данным каталогов иностранных фирм)
Фирма Марка Br. кГс "ca. кЭ HcM- кЭ (SH)max, МГс.Э
Япония
Хитачи металз УВМ-1А 3,7-4,1 1,7—2,1 1,75—2,15 3,25—4,0
(Hitachi Metals УВМ-1В 4,0—4,3 1,8—2,2 1,85—2,25 3.8—4,4
Ltd) УВМ-1ВВ 3,8—4,1 2,2—2,6 — 3.4—4.0
УВМ-2А 3,0—3,5 2,2—2,6 2,4—3,0 2.0—2,5
УВМ-3 2,0—2,3 1,7—2,0 3,2—4,0 0,95—1,26
УВМ-ЗА 2,3—2,7 1,6—2,2 2.8—3,8 1,1 — 1,5
УВМ-2В 3,8—4,2 2,1 — 3.4 2,9—3,6 3,43—4,2
УВМ-2С 3,5—3,9 2,8—3,3 3.0—3,6 2,91 — 3,62
УВМ-2С5 3,7 —4,0 2,5—3.0 2,6—3,1 3,2—3,7
УВМ-2Ё 3,7—3,9 2,4 —3,0 2.4 —3,0 2, 14—2,75
VBM-2G 3,2—3,6 2.6—3,1 3,1 — 3,8 2,43—3,08
УВМ-2О 3,3—3,7 2,7 —3,3 3,0—3,8 2,59—3,25
УВМ-2ВВ 4,2—4,4 2.4-3,1 2,5—3,2 4,2—4,6
УВМ-2ВС 3,4—3,8 3,2 4,0 2,7 —3.4
У RM-3 1,3—1,5 1.0—1,1 —— 0,35—0,4
УЯМ-4 1,6—1.8 1,05—1,2 —л 0 45—0,52
У RM-36 1,75—2,0 1,5—1,65 —-U 0,6—0,9
У RM-46 2, 1—2,3 1,6—1,8 —— 0,8 —1,1
К PM-1A 3,8—4,3 0,75—0,82 0,8—1,2
KPM-IB 3,7—4.3 0,45—0,52 0,5—0.7
KPM-2A 1.4—1,6 1,2—1,35 —• 0,4 —0,6
KPM-2B 1,0—1,2 0,9—1.0 —— 0,2—0,3
KPM-2C 0,6 —0,7 0,4—0,5 — 0,07—0,08
Ниппон Феррите PI 2,2—2,4 1,9—2,2 1,1
Индустрналь P2 2,9 2,2 1,73
(Nippon Ferrite P3 3,4 1,6 2,0
Industrial Со.) P5 3,4 —3,8 2,1—2,5 2,5—3,0
P6 3.8—4,3 1,7—2,1 3,1—3,7
P7 4,0—4,3 1,7—2,1 1,7 —2,0 3.5—4.0
Мицубиси MPA-80 2, 0—2,2 1,5—1,7 0,8—1,0
(Mitsubishi MPB-270 3,5 —4,0 1,7—2,0 —— 2,7 —3,3
Steel Со., Ltd) MPB-210 3,0—3,5 2,2 —2,6 2,1—2,5
MPB-280 3,3—1,0 2,0—3.4 — 2,5—3,G
Мицубиси OP Bl 2,0—2,3 1,5—1,8 3,0—3,5 0,8—1 1
Электрик Корл. OP-B2 3,0—3,5 2,2—2,6 2,3—3,Q 2.1—2,5
(Mitsubishi OP-B3 3,8—4,3 1,7—2,2 1,7—2,2 3,4 —4,3
Electric Corp.) OPGI 0,7 0,62 —-« 0,11
OP-G2 1,02 0,85 MM 0,22
OP-G3 1,28 0,98 0,31
OP-G4 1,55 1,08 0,42
OP-G5 1,7 1,13 0,48
OP-SI 2,0 1,6 0,8
OP-S2 3,0—3,5 2,0—1,8 2,4—1,9
OP-S3 1,36—0,58 1,26—0,46 0,43—0,07
OP-N 2,4-3,0 0,9—1.2 —* 1,1 —1,4
Мупата (Murata Mfg. Co., Ltd) UP 2,2—2,4 1,8 — 1,2
Иокогама Феррокс-
Котаку Киндэоку дюр I 2,1-2, 4 1,8—2,0 a» 1-1,2
(lokoha ma II 4,0-4,2 1,8-2,0 3,8—4,0
Kagakn Co., Ltd) III 3,6—3,8 2,0—2,4 — 2,5 —3,1
ПАРАМЕТРЫ ЗАРУБЕЖНЫХ МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 31
Продолжение табл. 12
Фирма Марка Br, кГс ,{cB- кЭ HcM' кЭ M Гс • Э
TDK Электро- FB, 2,0—2,35 1,8—2,0 3,0—3,5 0,9—1,2
пик (TDK FB-1A 2,35 2.0 2,05 1.2
Electronics Со.» FB.A 3,7—4,1 1,7—2,0 1,75—2,05 3,0—3,6
Ltd) FBjAIB 4,0 2,0 3,6
FB A 3,4 —3,7 2,2 —2,6 2,3—2,5 2,6—3,1
FB.A 4,0—4,35 1,7—2,0 1,7—1,85 3,6—4,]
MBS-3 1,5 —1,7 1,3—1,4 2,6—3,0 0,5—0,6
MBS-3 2,1—2,3 1,8—2,0 2.6—3,0 1,0—1,2
FB2B 3,7—4,0 1,7—2,0 1,7—1,85 3—3,6
FB.B 3,2—3,6 2,8—3,2 3,0—3,4 2,3—2,9
fb4b 3,6—4,0 3,0—3,4 3,2—3,5 2,9 —3,6
MBP-I 1,0 0,9 3,0 0,2
TODA Инду- BF-1 2,0—2,2 1,8—2,0 — 1,0—1,2
стрналь (TODA BF-0 2,35 1,9 3,3 1,12
Industrial Сои BF-E 4,2 2,0 2,1
Ltd) GP-B 2,15 1,92 3,0 1,04
SF-E 4, 1 2.7 3,0 3,6
SF-F 4,0 3,2 3,4 3,7
GP-S 2,1 1,95 3,65 1,02
GP-B 2,15 1,92 3,0 1,04
Тогоку метал Ферринет
Инду стр и Q. 4,0—4,3 1,8 —2,2 1,8—2,2 3,4—4,0
(Tohoku Metal Qr 3,3—3,7 2,6—3,2 3,0—3,5 2,5—3,0
Industries, Ltd) Q. 3,8—4,1 2. 1—2,4 2,15 — 2,45 3,4 — 4,0
Qi 2,3—2,5 1,8—2,0 2,9 —3,3 1, 0—1,2
Тохоку Книдзо- MMSR 3,5—4,2 2,4 —3,2 — 2,6—3,8
ку кого
Сумитомо спе- F.XD 1 2,0—2,3 1,5—1,7 — 0,8— 1,0
циал металз FXD-2 3,5—1,0 1,7 —2,0 — 3,3
(Sumitomo Spe- F.XD-3 3,0—3,5 2,2—2,6 — 2.1—2,5
cial Metals Co., FXD-4 4,0—4,3 1,7—2,0 3,5—I, 0
Ltd) l-XD-6 3,8 1,7 — 3,0
RN-I 1,7 1,15 —- 0,54
RN-2 2,0 1,35 — 0,75
RM-IA 1,6 1,2 0,5
RM-IB 1,05—1,1 0,85 —• 0,25 — 0,3
SSR-I 4,5—2,0 — 1.5
SSR-2 4,0 3,2 •— 3. 5
SSR-350H 3,8—4,1 3,0—3,5 —- 3,3—3,8
SSR-420 4.1—4,3 2,5—3,0 4,0 —4,3
Сумитомо току- Согмах 3.8—4,2 2,9—3,2 — 3,2 —3,5
сю киндзоку
(Sumitomo)
США
Аллен—Б ред л ей M 01 2,2 !,« 3,5 l.o
(Allen —Bradley) M-05B 3,8 2, 05 2.1 3.4
M 05C 3,3 2,2 2,3 2,6
M5 3,8 2,5 3,3
M6 3,4 2,9 —— 2.7
M7 3,4 3,25 — 2.7
M8 3,85 2,95 — 3,5
ПАРАМЕТРЫ ЗАРУБЕЖНЫХ МАГНИТПО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 33
34
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл. 12
Фирма Марка Вг, кГс ficB' кЭ кЭ (£Н)тах* МГс-Э
Дарвин (Dar- wins Ltd) Фсрроксдюр FX DI FX D2 FX D3 2,2 3,8 3,45 1.7 3,0 3,2 — 1,0 3,2 2,6
Му л иард (Milliard) Мингадур I M6 М2 М3 M4 M P120 M 1 M D55 M IE M P40 M M8 2,0 3,7 3,9 3,4 2,6 2.3 2,1 1.7 1,47 1,45 1,375 1,75 3,0 1.8 3,0 2,45 1,95 1,75 1.4 1,23 1.2 1.1 •“ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,95 3,2 3,3 2,9 2,0 1,0 0,95 0,6 0,46 0,45 0,4
Плесей (Plesscy Со., Ltd) Кэслокс 111 IV VII Неоперм DI E2 E3 1,4 2,1 2,7 2,2 3,9 3,7 1,05 1.6 2,0 1.7 1.9 3,0 1 I 1 1 н 1 0,4 0,9 1.5 1.0 3,5 3,25
Аллевар-Южин (Allevard Ugine) Спинал Пластофер- рит I III Ферриф- лекс 1 II 111 IV Снина- лор IB IS III 2S 2H 3B BH 4B 4H Франция 2,15 1,55—1,65 1.0 1,55 1.3 2,2 2,5 3,75—3,9 3,5—3,7 3,25—3,4 3,5—3,7 3,5 3.85—3,95 3,5 3,85—4,05 3,5—3,7 1,65 1,2—1,25 0,95 1,15 1,1 1.9 2,1 1.6—1,7 1,9—2,07 2,3—2,5 2,8—3,0 3,05 1,7— 1,8 2,6 2,0—2,2 3,0—3,2 3,4 2,5 3,0 1,65—1,75 1,95—2,15 2,4—2,6 2,95—3,15 3,25 1,8—1,9 2,7 2,1—2,3 3,4—3,6 0,94 0,5—0,6 0,25 0,5 0,35 1,15 1,5 3,1 —3,3 2,8—3,1 2,5—2,75 2,95—3,3 2,85 3,2—3,4 2,8 3,3—3,6 3,1 —3,3
RTC Радиотех- ника (RTC Radiotechnique Complex) Феррокс- дюр 370 3,8—3,85 2,75—2.95 2,9— 3,1 3,6—3,7
Ужимаг (Ugl- mag Saint Pierre d*Allevard) Спннол Спиналop 2,15 3,7 1,65 3,2 «к 0,94 3,3
Транско (Transco) Ферроксдюр FXD 1 FXD И FXD III 2,2—2,0 3,8—3,7 3,45—3,3 1,7—1,6 2,0—1,6 3,2—3,0 111 1,0-1,9 3,2—3,6 2,6—2,5
ПАРАМЕТРЫ ЗАРУБЕЖНЫХ МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 35
Продолжение табл. 12
Фирма Марка Вг кГс "СВ- кЭ НсЛ|- кЭ (ВН)П1ах» МГс-Э
RTC Радиотех- ника (RTC Radiotechulque Complex) Иластофер- оксдюр Р 30 Р 40 D 55 SP 10 SP 50 SP 130 Феррокс- дюр 100 280 330 300 270 1,25 1,45 1,7 0,66 1,55 2,4 2,1 —2,2 3,4—3,5 3,6 —3,7 3,8—3,9 3,3—3,4 Ы 1,2 1.1 0,65 1,3 2,2 1,6—1,65 2,8—3,0 2, —3,0 1,6—1,8 2,9—3,0 2,5 —2,7 2,3—2,5 2,5-2,75 2,3—2,4 2,8 —3,0 2,6—2,7 3,0—3,2 2. —3,1 1.7—1,9 4 —1,2 0,35 0,45 0.6 1,12 0,55 1,4 0,9—0,95 2.6 —2,8 3.0—3,2 3,2 —3,4 2.5 —2,7
Филипс (Philips S. Р. А) Си нте- рокс 1 И Ill Феррокс- Дюр 2 S0К 330К KBN ЗЗОР KBN Италия 2,1 3,5 3,75 3,55 3,5 3.7 1,75 2,9 2,0 3.0 3.0 3,0 2.6 3,0 2,0 0,95 2,8 3,3 2.8 2,9 3,4
Фив ипс (Philips) Ферроке- дюр Р 30 Р 40 SP 50 D 55 100 SP 130 260 280 330 300 300 R 360 250К FXD 380 Нидерлаит 1,15—1,25 1,35— 1, 15 1,55—1,6 1,65—1,7 2,1 — 2,2 2,3-2,4 3,25—3.35 3,4—3,5 3,6 —3,7 3,8—3,9 3,7—3.85 3,4 —3,9 3.4—3,55 3.9—3,8 14 1,05—1,1 1, 15—1,20 1,225— 1,275 1.3—1.4 1,6—1,65 2,1—2,2 ,2.8—2.9 2,8 —3,0 2,8—3.0 1.6—1,8 1,6—1,9 2,0—2.2 2,2—2.4 3.1-3.3 2. 5-2,7 2.3—2.5 2,3—2,4 2,5—2,75 2.6—2,7 2,8—3,0 3.6—3,8 3,0—3,2 2,9 —3,1 1,7—1,9 2,1 —2,3 3,3—3,5 0,3—0,35 0.4 — 0.45 0,5—0,55 0.55—0,6 0,9-0.95 1,3—1,4 2.4 — 2,6 2.6 —2,8 3,0—3,2 3.2 —3,4 3.0—3,2 3.4-3,5 2,4—2,6 3,3—3,5
VEB Керами- шсверке (VEB Kcrimische- werke) Мшш- перм 820 810 850 ГДР 1,8-2,3 3,0 —3,7 3,2 —3,0 00 СП VI 1 1 1 КЗ ГО СЛ СП — 0,8 —1,1 2,2—2,8 2,8—3,2
Рзспром з-д ферромагнитов I \'О. г. Перни к А2ЭК A25R Болгария 2,0—2,3 3,4-4,0 0.8—1,1 2.9—3,3
Электроника индустрия, ООИР, фабрика феррита (Elck- t гоп ska Indu- stry а Fabrika Fen ta) BPI ВР2 ВГ1 НА! ВА Югославы 1,05—1,35 1,35—1,55 2,0—2,2 3,5—3,7 3,4—3,5 сс О О СП О» 1 1 1 1 1 to NO <£> VI 00 !О — V> СП I 1 I 1 I * Л © e-J 00 о о — « 1 И 1 1 Г’ГХОС О О1 О го CN
II р и м е ч а и и я I Напряженность Н в СИ измеряют в А/м ([Э = 80 А/м).
2. Индукцию в СИ измеряют в Тл (1 кГс 0.1 Тл).
3» Произведение (ВН) в СИ измеряют в Тл»А/м (1 Тл«А/м = 40л Гс»Э)
2*
36
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
13. Параметры кривом размагничивания сплавов альнико
(по данным каталогов зарубежных фирм)
Фирма Марка /?г, Гс нсВ, Э (ИН)тах, МГс-Э
Япония
Сумитомо (Sumilo- rn о Special Me- tals Со.) NKS-IDA NKS-1DB NKS-1F NKS-1M KS-1 KS-2 KS-4 CS-I CS-2 CS-3 CS-3A NKS-1BI NKS-1B2 NKS-1B3 NKS-3 NKS-5 NKS jDG NKS-7 NKS 6 NKS-10 6 000—6 800 5 300—5 800 9 500—10 500 8 000—9 800 9 500—11 000 9 000 — 9 500 8 000—9 000 4 500—5 500 3 000—3 500 10 000—11 000 7 500—8 500 11 500—12 500 10 000—12 000 10 500—11 500 12 000—13 000 12 300—13 300 12 500—13 500 13 000—14 000 8 000—9 000 10 000—11 000 570—650 650—750 730—800 100—140 200 — 250 140—180 100—120 400—500 700—800 100—150 230—270 620—680 610—700 660—730 560—640 600—660 630—730 6S0—750 1200—1400 1400—1600 1,2—1,55 1,2—1,5 3,0—3,8 0,4—0,5 0,9—1,0 0,6—0,65 0,45—0,5 0,9—1,25 0,75—1,0 0,8—1,0 0,75—1,0 3,8—4,8 3,5—4,5 3,5—4,5 4,0—5,0 4,5—5,5 5,3—6,3 6,7—8,0 3,5—4,5 8.6—11,0
Хитачи (Hitachi Metals Ltd) Литые УСМ-1В У CM-ID II IM AG УСМ-2В УСМ-2С УСМ-4А УСМ-4В УСМ-4С yCM-4D УСМ-5АВ УСМ-5СО УСМ-8В УСМ-8С 12 500—13 000 12 800—13 500 13 000—14 000 10 000—11 500 9 500—10 500 5 500—6 550 6 000—7 000 7 000—8 000 6 000—6 500 7 500—8 500 8 000—9 000 8 500—9 500 8 500—9 500 600—660 650—720 700—800 700—750 750—850 700—800 550—650 450—550 1000—1150 130—170 170—220 1380—1550 1500—1700 4,8—5,5 5,8—6,3 6,8—8,2 3,5—4,5 3,0—4,0 1,3—1,6 1,5—1,9 1,4—1,8 2,0—2,8 4,8—5,5 5.5—6,5
Hitachi Metals i id. УСМ-SD УСМ-8Е УСМ-9В Спеченные? Альнико 2 150-8 б 6 8A 8B 7 500—8 300 7 500—8 500 10 000—11 000 6 800 5 800 10 500 8 600 7 600 6 500 1700—1900 1900—2150 1350—1500 520 1200 590 790 1550 1800 5,5—6,5 5,5—7,0 9,0—11,0 1,5 2,1 3,5 3,0 4,5 4.5
Hitachi Magnetics Corp* Альнико-5 -8 12 400 8 500 640 1600 5,5 5,12
Мицубиси ЭЙКО Альнико 250 Тнкональ 2000 Альнико 8 Альнико 12 Альнико Б 800—6 200 7 400 6 000—6 500 Б 800—6 200 8 400 1000—1100 2100 >1400 1000—1100 1800 6,0 2,3—2,8 5,5—6
ПАР А МЕТРЫ ЗАРУБЕЖНЫХ МАГНИТ НО-ТВЕРЛЫ X МАТЕРИАЛОВ 37
Продолжение табл. 13
Фирма Марка Чг. Ге "сВ- 3 (2Ш)1гах, МГс-Э
Альнико IVII США 6 000 660 1.43
IVA 5 500 730 1,35
11IC 7 500 400 1,35
11 IB 6 800 490 1.35
III A 6 400 560 1,35
1IM 8 -100 600 2,1
I IB 7 500 580 1,7
Il A 7 000 650 1.7
1C 7 600 400 1.4
IB 7 100 450 1,4
VI в 10 500 760 3,65
VIA 7 000 975 2.75
VI- II 000 700 4,5
VC 13 200 580 5,5
Крусибл (Cnisible VBDY 13 300 685 6.5
Steel Со.) VB 12 700 650 5,5
VABDY 13 100 700 6,5
VAB 12 »00 685 5, 5
VA 12 000 720 5.0
IA 6 600 540 1.4
Металлокерами- ческие сплавы: Альнико 11 7 200 550 1,5
IV 5 500 730 1,25
V 10 500 600 3,8
Металлокерами- ческие силаны; Альнико 11 6 900 520 1,45
IV 5 200 700 |.2 ;
V 10 500 600 3,5
VI 8 800 800 2,75
XII 5 500 950 1,6
Индиана (Indiana Steel Products Со.) Литые сил hvj: Альнико VI 10 100 750 3.8
V 12 500 600 5,25
VI 6 500 700 1.3
111 6 900 470 1,35
и 7 200 560 1,6
I 7 000 410 1,4 1.8
Х900 6 500 850
VII 7 200 1050 2,75
VI 10 300 750 3,75
ИидаллоО 9 000 240 0.9
Indiana General Co Альнико 5—7 13 400 730 7.5
8 8 500 5,0 !
9 10 500 —• 9,5
Альнико 8 8 000 1450—1600 5,0
1 7 000 425 1.4
II 7 400 530 1,6
General Magnetic Co. 111 7 000 475 1,4
IV 5 300 700 1,3
V 12 800 640 5,7
VY 13 500 675 6,5
VI 10 200 750 4,0
38
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение 1 а б л. 13
Фирма Марка лг, Гс нсВ- Э МГс-Э
Альнико VDY 13 100 640 6,0
V 12 500 620 5
Arnold Enginee- IV 5 200 750 1,25
ring Со. III 7 000 470 М
II 7 300 530 1,55
1 7 100 450 1,4
Альнико V 12 600 665 5,5
Colt Industries V —7 13 400 780 / 5
VIII 8 700 1600 5,5
Австрия
Перманит 120 5 800 630 1,1
160 6 600 700 1,5
190 7 500 760 1,8
Bober Gebruder 220 6 200 1000 2,0
und Co. 350 8 400 1150 3,3
400 И 200 610 3,8
500 12 000 630 4,5
600 12 600 700 6,5
ФРГ
Коэрцит 2/0,3 И 800 41 0,30
3/0,5 9 600 67 0,35
F. Krupp Jmb. H 4/0,7 9 600 88 0,45
4/0,9 9 300 113 0,55
Б/1.1 8 500 135 0,59
5/1,4 8 100 174 0,63
6/1,6 7 400 202 0,75
1800 6 500—7 500 1710—1960 3,8—5,5
Коэрцит 450 9 750 1300 5,2
700 12 500—14 000 700—850 6,0—7,5
Коэрцит Т (ва- 10 800—12 200 410—340 2,8—3 4
ко, проволока)
Коэрцит Т <Н» 14 000—16 000 200—60 1,0
Коэрцит Т (ва- 9 500—11 000 330—280 1.7—2,2
ко, лента)
Krupp Widia=Fab- Коэрцит 120R 6 500—7 500 500—350 1,3—1,5
rtk 600 12 000—13 000 760—680 5,2—6,5
500 11 500—12 500 700—600 4,5—5,5
400К 9 000—10 500 850—780 3,3—4,8
400 И 000—12 000 650—570 3,8—4,5
350 7 500—9 000 1250—1050 3,2—4,2
300 8 500—9 800 800—700 2,6—3,6
220 5 800—6 800 1300—1150 2,0—2,6
190 7 400—8 600 800—650 1,8—2,4
160 5 800—7 200 780—750 1,5—1,9
120К 5 300—6 500 700—500 1.1 — 1,35
Тикоиаль 600 13 000—13 400 630—670 Б, 8— 5,5
190 7 400—8 600 680—800 2,1—1,8
360 10 500—11 000 680—740 3,6-3,2
Valvo 450 8 000—9 000 1200—1400 4.25—4,0
500 12 300—13 000 600—640 4,8—4,5
700 12 800— 13 400 640—700 6,8—6,2
750 13 200—14 200 720—760 7,5—7,0
ПАРАМЕТР Ы ЗАРУБЕЖНЫХ МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 39
Продолжение табл. 13
Фирма Марка Вг, Гс нсВ. э (ВН)тах, МГс.Э
Эрстит 120К 6 400—5 300 580—700 1,1 — 1,4
120P 7 800—6 800 390—480 1,3—1.5
160 7 000—6 000 640—770 1,5-1,9
Deutsche Edelstahl 220 6 600—5 600 1100—1250 2,0—2,6
werke AG 190 8 000—7 000 760—880 2,8—2,4
300 9 800—8 500 760—880 2.6 —3,6
350 8 800—7 700 1050—1200 3,2—4,2
400 12 000—11 000 570—650 3,8—4,5
400K 10 400—9 200 700—800 3,3 —4,0
Вел икобритания
Альп и 5 600 520 1,1
Хльнико 7 000 550 1,6
Darwins Ltd. Альникомакс И 11 000 500 3.5
Альникомакс 111 11 300 620 4,2
Альникомакс IV 9 500 725 3,5
Гикомакс 8 100 810 2,6
Литые сплавы:
Алькомакс 11 12 400 575 4,5
English Steel Mag- 111 12 500 675 5,1
net Corporation IV 11 200 750 4,3
Альни 6 200 490 1,25
Альнико 8 000 550 1.7
Ти коп аль XX 10 600 1400 9,0
S 11 070 620 4,2
YX 13 500 720 7.5
Тнкоиаль 13 480 583 5,7
F 12 400 600 4,8
Milliard Overseas С 12 500 680 5,0
Ltd Н 11 800 770 4,5
Е 1 107 740 4, 1
D 12 000 600 3,8
к 8 500 1150 3.6
Реко 2А 5 500 1000 1,92
ЗА 7 200 615 1,7
Альнико 11 800 820 9,25
Surft Lcwick and Sons Lid Альнико V 13 000 635 5,5
Магл ой 1 12 700 645 5. 3
2 10 700 750 4.0
5 7 700 560 1,7
6 6 200 480 1,26
Plessey Co. Ltd 7 9 500 8_0 3,3
8 9 000 1250 4,4
10 12 900 700 5,8
100 13 400 730 6,5
Гикомакс 8 100 810 2,6
Металлоксрами-
ческие
Mu rex Альнико 7 000 550 1.5
Алькомакс 11 11 000 550 3,6
111 — 620 4,1
IV 9 500 725 3,5
40
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл. 13
Фирма Марка ВГ Ге НсВ. Э (BH)tnax- МГс-Э
Аллсвйр-Южнн Тнкональ 1500 (супер южимакс) Тнкональ 650 1500 2000 600 Рранция 10 500 12 800 8 400 7 200 12 600 1500 640 1500 2000 630 9.0 5,5 5,0 5,0 5,3
VEB Hartmetall werk Альинко 160 400 ГДР 7 300 10 500 470 550 0.72 3,75
Филипс (Philips) н Тнкональ 190 360 400 450 •140 500 550 570 600 650 750 900 XX Реко 100 120 140 160 170 220 jdep.wHdbi 8 000 10 700 8 500 8 500 11 000—11 600 12 000—12 500 8 500—9 000 12 600—13 200 12 600—13 100 13 000 13 400 10 600 11 850 6 200 5 900 6 500 6 600 5 600 6 300 730 710 1335 1335 680—700 630—660 1450—1550 620—650 650—680 700 760 1400 1330 480 600 565 680 890 1200 2,1 — 2,3 3,6 4,25 4.25 4,1 —4,4 4,7-5,1 5,0—5,5 5,3—5,7 5,5—6,0 6,5 7,5 9.0 12,0 1,2 1.3 1,4 1,65 1,65 2,3
Philips Gloellam- penf abrik. Тнкональ V 66 X XX 12 600 14 000 9 000 II 850 625 730 1300 1330 5,0 8,0 5,0 12,0
См. примечания к табл. 12.
14. Параметры кривой размагничивания магнитов
из редкоземельных металлов (по данным каталогов
иностранных фирм)
Фирма Марка Вг, кГс нсВ- кЭ кЭ й«тах. МГс-Э
Намики Сеймкцу х осеки Нами нет КМ-20 КМ-23 КМ-26 КМ-30 Я пения 8,5—9,5 9,2—10,0 9,8—10,5 10,6—11,5 5,5 —7,0 5,5—6,5 5,0—6,5 4,5—6,0 ава 18—21 24—27 24—27 28—31
ПАРАМЕТРЫ ЗАРУБЕЖНЫХ МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
41
Продолжение табл. И
Фирма Марка Вг, кГс кЭ "сМ- кЭ ^^inax* М Гс • Э
Тохоку киндзоку когё LM-10 LM-15 LAV 16 LM-I8 LM-19 LM 20 LM-22 LM-24 6,4—6,9 8,0-8,5 8,4—9,0 8. 8—9,4 8,4 —9,0 8,8—9,4 9,0—9,6 9.4—10,2 00 00 CD опсе-ьюсльэСлю 1 1 1 1 1 1 1 1 — о рс о р СП ° л о se >i* а с о , — Ю С О □' Cl С О W 1 1 1 1 И 1 1 1 N5 N5 М Ю N5 — — «— № ырррм^ле П Cl Ci О 'J
Хитачи мигнет и к (Hitachi Magnetos Corp.) Гикорекс 11-10 Н-12 Н-14 Н-16 11-18 11-20 И 23 Н-26 ppp qo-qmo 1 1 1 1 1 1 1 1 СЭ СО 00 “Ч -Ч О“ • ю *. со 4- -ч к; ci СП о О СЧ Ь, см ио о о о с«Г r-Г •» х «— 1 1 1 1 1 1 1 1 о о оч <- а ио ас о О о ьГ г*С сс ос ао о — № tC — — — — — CJI К О "J СЛ С4 — '£ 1 1 1 1 1 1 1 1 ►эьеьс — — — — — чл осэ -зсл и> —
Сумитомо Кормаке 1800 2300 1300 *о о — ж 1 1 1 ООО oootsT 7,0—8,5 7,0—8,5 5,5-7,5 — 15,0—20,1 22,0—25,1 10,0—15.1
Хитачи Киндзоку к. к. R-20 ММ-Со Sm-F63,8Co 8,9 9,1 — 8,6 8,75 9,1—7,6 25,0 7,60 19,5 20,7—19,(
Shlnetsu Chemical Ind (SCI) Rarencl 1 Н В Sie 3,6 6,5 6, «—7,3 8,7—9,1 9.0—9,7 3.0 5,5 4,5— 5,0 6,0—6,7 5,5 — 6,5 — 2.0 2.5 10-11 II —12.5 17-20 18-23
США
Дженерал элек- трик GaCo, ММ Со SmCo. 16 SfnCoB Эластичная ком- по'шцмя SmCob 8,6 6,8— 8,2 9,0 8,0 5,5±5 % 6,4 —7,6 9,0 8,0 7,5 5,0 >10 25 19 16 7,5 25 10- 16 20 16 15 3,45
TDK RLK 16 REK-20 RFK-24 7,8-8,4 8,8—9,2 9,7-10,2 7,5-8,0 8,5—9,0 9,0—10,0 14—16 12—16 10-16 15—17 19-21 23-25
Дейтонский уни- верситет Sm8(Co, Fc, Cu)17 10,0 8,0 10,8 22
Крупп Видна фаб- рик R Co Коэрмакс P Коэрмакс (иa снитетнч. осн.) ФРГ 9,1 9,65 4,65 8,25 8,8 3,75 >10 >12 8,1 4,5
Браун— Бовери я Рекома 14 16 20 1вейцория 7,5 8,0 9,0 7,0 7,5 8,5 9 15 15 13,7 15,7 20
42
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл. 14
Фирма Марка Вг, кГ< "сВ- кЭ WcJH- кЭ ^77тах’ МГс-Э
Аллсвард-Южин (SmOt 5ММ0г5)Со0 (Smo, 5рг0,5^°» (Sm0,5La0,5>COfi SmCo3 Керамаг Керамаг А РрпНЧМЯ 7,88 0,5 7,3 8,45 8,5 8,0—8.5 6,7 9,3 7,1 7,5 7,5 5.4—6,2 12,5 13,8 28,0 19,5 16,0 15.2 22,2 13,2 17,6 18 18—20
См. примечания к табл. 12.
15. Параметры характеристики размашмчиаиния магнитно-твердых
композиционных материалов (по данным каталогов иностранных фирм)
Марка (тип связующего) <S«)max- МГс.Э Bf, кГс Чсв- кЭ нсМ< кЭ Флрмз, страна
Ферроксдюр РЗО (термопласт 15 %) Р40 (термопласт 10 %) SP50 (термопласт 7 %) D-55 (термопласт 5 %) SPI30 (термопласт 11 %) 0.3—0,35 0,4—0,45 0,5—0,55 0,55—0,6 1,3—1,4 1,15—1,25 1,35—1,45 1,55—1,60 1,65—1,70 2,3—2,4 1.05—1,10 1,15—1,20 1,22—1,28 1,30—1,40 2,1 — 2,2 2,5—2,7 2,3—2,5 2,3—2,4 2,5—2.75 2,8—3,0 Philips, Нидер- ланды, и RTS la Radiotechnl- que Complex, Франция
Пластофсррит 1 Пластоферрит 11 Пластоферркт Ill 0,60 0,50 0,25 1,65 1,55 1,0 1,25 1,20 0,95 — Allcvard U^ine, Фраи лня
Феррифлекс Резина 1 Термопласт II Термопласт 111 Термопласт IV 0,50 0,35 1,15 1,50 1,55 1,30 2,20 2,50 1. 15 1,10 1,90 2, 10 2.5 3,0
Мангадур D-55 (термопласт) IE (термопласт) Р-40 (резина) Р-120 (резина) 0,6 0,46 0,45 1,30 1,70 1,47 1,45 2,30 1,40 1,23 1,20 1,95 1111 Milliard, Англия
Гэзлокс 111 (резина) 0,4 1,4 1,05 — Plessey, Англия
(Резина) УКМЗ УРМ4 УКМЗй J'RMlG О CN ’ГЮСТ) — о о о—' 1111 щ ю о со оо о о 1,3—1,5 1.6—1,8 1,75—2,0 2,1 — 2,3 ©Г С! сл ел о НИ ! се С5 кз — О1 — Hitachi—Metals Ltd, Япония
(Эластик) KRM-2A KRM-2B 0,4—0,6 0,2—0,3 1.4—1,6 1,0—1,2 1 2—1,35 0,9—1,0 —
ПАРАМЕТРЫ ЗАРУБЕЖНЫХ МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 43
Продолжение табл. 15
Марка (тип связующего) (^О»пэх» М Гс. Э В . кГс кЭ 11 сМ- кЭ Фирма, страна
ОР-С1 СР-С2 ОР-СЗ (резина) OP С4 ОР-С5 ОР CP-.V 0.43—0,07 1, 1—1,4 0,7 1,02 1,28 1,55 1,70 1,36—0,58 2,4—3,0 0,62 0,8 0,98 1,08 1, 13 1,26—0,46 0,9—1,2 1 1 1 1 1 1 1 Mitsubishi Elect- ric Corpora t j он, Япония
MBS-3 'l (термо- 1 реактив* I пая резина) MBS-G J МВР-1 (термопла- стичная резина) 0,5—0 6 1.0-1.2 0,2 1,5—1,7 2,1-2,3 1,0 1,3— 4 1,3—2,0 0,9 3,0 3.0 3,0 TDK Electronic Co., Ltd, Япония
PN 1 ) PN-2 J (резина) РМ-1А \ . РМ-1В J (смола) 0,51 0,75 0,5 0,25—0,30 1,7 2,0 1,6 1,05—1,1 1,15 1,35 1,2 0,85 — Sumitomo Spe- cial Metals Co , Ltd, Япония
GP-S (рези и а изо- GP-B ироновая) 1,02 1,04 2,10 2,15 1,95 1,92 3,65 3,0 TODA Indu- strial Co. Lid, Япония
Коэрокс G (резина) Коэрокс Р (термо- пласт) 0,5—1,0 0,4—0,6 1,5—2,0 1.4—1,6 1,5— 1,3 1,3—1,1 — Fried. Krupp GMBH Widia— Fabrik, ФРГ
Оксилит G (резина) Оксилит D (дюро- пласт) Оксилит Р (термо- пласт) Оксилит Ga (резина) Оксилит Da (дюро- пласт) 0,5—0,65 0,5—0,65 0,5—0,65 0,9—1,1 0,7—0,8 1,8—1.5 1,8—1,5 1,8—1.5 2,1 —1,9 2,0—1,8 1,3—1.5 1,3—1,5 1,3—1.5 1,2—1,3 1,3—1.35 1 1 I 11 Deutsche Edel- stahlwerke Aktiengeselschaf I Magnet fabrik Dortmund, ФРГ
Спрокс 1Н Спрокс 2F Спрокс 2Н (резина) Спрокс 2FE Спрокс 3FP Спрокс 4F 0,13 0,28 0,55 0,60 0,50 1J 0,75 1,1 1.6 1.7 1.5 2,2 0,65 0,90 1.2 1.3 1,15 1.8 111111 Magnetfabri k Bonn, ФРГ
ВР-1 (резина) В Р-2 0,3—0,4 0,4—0,5 1,05—1,35 1, 5—1,55 1,05—1,15 1,15—1,25 — Elec roniska Industrija OOUR fabrika Ferita, Ююс.и- ВИЯ
ЕЗ Fe ЕЗ Fe, Со Лодскс 31 Лодскс 32 Лодекс 41 Лодскс 42 Лодекс 55 4,3 6,5 2,8 3,5 1,3 1,5 4,0 9,15 10,8 5,7 7,5 4.0 5,3 6,2 0,765 0,980 1, 50 1.050 1,050 0 880 1,550 11111II Джснсрал Электрик. США
41
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл. 15
Марк» (тип связующего) (ДН)П1ах, МГс Э Вг кГс в С в. кЭ нсМ. кЭ Фирма, страна
Лодекс 30 Лодойс 31 Лодекс 32 Лодекс 33 Лодекс 36 Лодекс 37 Лодекс 38 Лодекс. 40 Лодекс 4 1 Лодекс 42 Лодекс 43 1,66 3,4 3,4 3,2 1,45 2,1 2,2 0,85 1 4 1.4 1 3 4,0 6,25 7,3 8,0 3,4 5,5 6,2 2,7 4,3 5,25 1,250 1,140 0,910 0,860 1,220 1.000 0.840 1,100 0,980 0,880 0.710 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Хитачи, Япония
См. примечания к табл. 12.
I). Парампры характеристики размагничивания ковких сплавов
(по данным каталогов иностранных фирм)
Марка С^7/)тах, МГс-Э Нг. Гс ",/Ь э «rf- Гс wrf. э Фирма, страна
Кунифе 1 1.3 5,4 500 4,0 325 Indiana Steel.
Кунико 0,8 3,4 700 2,0 400 Products Со..
США
Кунифе 1,35 5,4 500 4,4 300
Кунико 0.85 3.4 710 2,0 425 Arnold
Викаллой (вако) 0, ао 7,5 250 4,7 170 Englneerh g Co
РемаллоЙ (ко 1,00 9,7 250 6,2 160 США
моль)
Внкаллой 1 100 9,0 300 5,5 180
(В.1КО)
В и каллой 11 3,0 10,0 450 8.2 370
(вако)
Ремяллой 1,1 10,0 230 6,9 160 Crucible
(комол ь) Steel Co.,
Кумико I 0, Й5 3,45 710 2,0 425 США
Кунико 11 0.99 5,3 450 3,4 290
Кунифе- 1 1 85 5,7 590 4,2 440
Кунифе 11 0,47 7,3 260 4,7 185
Коэриит Т (ва- 2,8—3.1 10,8— 410— 9,6—10,0 360— Fr Krupp
ко, проволока) 12,2 340 290 Widia—Fabrik
Коэриит Г (ва- 1.7—2,2 9,5— ззо— 7, 1 — 8,2 250- Maqnctwerk—
ко, лента) 11,0 280 210 Stolfe, ФРГ
Коэриит Т «Н» 1,0 14—1G 200 12,0 150 Voc., ФРГ
(вако)
Мдгнитофлскс 0,5 3,0 400 2,25 250
72 (нихром)
См. примечания к табл. 12
АППРОКСИМАЦИЯ КРИВОЙ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
45
ГОСТ 10994—74 *, нормирующий со-
став сплавов Магнитные параметры
этих сплавов определены ведом-
ственными нормативными докумен-
тами (табл. 8). В области интерметал-
лических соединений редкоземельных
элементов действует ГОСТ 21559—76,
нормирующий параметры четырех
марок (табл. 9). В области магнитно-
твердых ферритов действуют
ОСТ 11707002 76 и ведомственные
ТУ, нормирующие параметры 28 марок
(табл. 10). Параметры композицион-
ных материалов (табл. И) норми-
руются ТУ.
В качестве основного параметра маг-
нптпо-твераых материалов исполь-
зуют или величину максимальной
удельной энергии ш, или величину
максимального произведения (В77)т3х-
МАГНИТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ЗАРУБЕЖНЫХ .МАГНИТНО-ТВЕРДЫХ
МАТЕРИАЛОВ
О параметрах кривой размагничива-
ния магнитно-твердых материалов
иностранного производства наиболее
достоверно можно судить лить по
данным, приводимым в каталогах
фирм, так как обеспечение каталожных
данных является обязательным при
поставке изделий.
В настоящее время за рубежом наи-
более распространены магниты из
ферритов (табл. 12) и сплавов альнико
(табл. 13). Магниты из редкоземельных
материалов (табл. 14), благодаря своей
высокой энергии позволяют существен-
но уменьшать объем и массу тех изде-
лий, в которых они используются.
Магниты из композиций (магннтопла-
сты и магнитоэласты, табл. 15) нахо-
дят довольно широкое применение
в герметизирующих устройствах бла-
годаря своей эластичности и в элек-
• В некоторых нормативных докумен-
тах энергетическое произведение измеряют
в Дж/м’. Это недопустимо, так как Дж/м’
и Тл-А/м существенно различные единицы
(по аналогии с измерением момента силы,
так как момент 1 11-м ие равен работе
1 Дж. хотя единица работы 1 Дж =
•= 1 Им).
трнческих микродвигателях благода-
ря легкости механической обработки.
В последнее время широкое примене-
ние находят эластичные и пластиче-
ские композиции из РЗМ. Деформиру-
емые сплавы (табл. 16) служат в основ-
ном для изготовления роторов гисте-
резисных двигателей, а также про-
волоки и лепты для магнитной записи.
В производстве постоянных магнитов
они существенной роли не играют.
АППРОКСИМАЦИЯ КРИВОЙ
РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
И ПЕТЕЛЬ МАГНИТНОГО
ВОЗВРАТА
Аппроксимация кривой размагничи-
вания. Кривые размагничивания, сня-
тые с конкретных магнитов, котор! е
принадлежат одной партии, могут су-
щественно различаться между собой,
но одно это обстоятельство не является
браковочным признаком. Если хотя
бы один из параметров кривой разма! -
ничивания не соответствует нормам
ГОСТ или ОСТ, то магнит бракуется.
Поэтому основанием для pacueia
постоянных магнитов может служить
только обобщенная (расчетная) кри-
вая размагничивания, проведенная
через точки, координаты которых нор-
мированы государственными пли
ведомственными стандартами.
В настоящее время общеупотреби-
тельной является аппроксимирующая
формула
В=ВГ
ПсВ-Н
НсВ — аН
(1)
где а — коэффициент выпуклости;
а = BrH cB/(BdHd) —
— B,HeB/(BdHd).
Здесь И и В — текущие Значения
напряженности размагничивающего
поля и индукции; НсВ — коэрцитив-
ная сила; Вг —остаточная индукция;
Hd и Bd — координаты экстремальной
точки, определяющей максимум
энергетического произведения ВН.
46
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 21. Определение параметров аппрокси-
мирующей формулы
Из (2) на основании известного соот-
ношения В = рпЛ1 — ц0Н получаем
аппроксимирующее выражение для
в=/2(^):
<3)
В этих формулах Md и Hd — коор-
динаты точки а пересечения кривой
Л1 = f (11) с диагональю ОА (рис. 21)
прял оутолышка со сторонами Мг
11 НсМ. Значения Md u Hd легко
определить по кривым рвЛ1 = f (Н),
приводимым в этол справочнике. Су-
ществует другая аппроксимирующая
формула:
Применение аппроксимирующей
формулы к изотропным материалам
дает приемлемое совпадение расчет-
ной и экспериментальной кривых. Рас-
пространение формулы на анизотроп-
ные материалы средней энергии и сред-
ней коэрцитивной силы повышает от-
носительную погрешность, попытки
же применить ее к материалам с высо-
кой коэрцитивной силой, и особенно
к ферритам и редкоземельным матери-
алам, приводят в некоторых случаях
к недопустимо большому возрастанию
относительной погрешности.
Основной причиной недостаточной
степени приближения формулы (1)
следует считать то обстоятельство, что
она является попыткой найти анали-
тическое выражение непосредственно
самих кривых В = f (И) отлича-
ющихся у разных материалов большим
разнообразием формы.
Характеристика В = / (II) является
деформированной характеристикой
Л1 = / (11), а форма кривых М —
= f (И) у всех материалов почти оди-
накова. Поэтому гораздо правильнее
применить аппроксимирующее урав-
нение (1) не к характеристике В =
= f (Н), а непосредственно к харак-
теристике М ~ [ (Н). Отсюда
м = мг
НсМ-Н
UcM — kH
(2)
где _____________
* = 2/Al,tfrAf/(AW/d)-
- MrffcM/(MdHd).
р0Л1 = р0Мг( D + С — D
-tttgSo, (4)
где tg 60 — тангенс угла наклона каса-
тельной к кривой размагничивания
материала в точке с координатами Л1 =
= Мг н Н — 0; D и С — коэффи-
циенты, величина которых зависит от
выбранных для расчета параметре!
кривой размагничивания.
С== Arth 60
Ро'И,
ArthM?rf+.^rftgfin - С
1
Нсм
Исследование точности аппроксима-
ции показало, что для изотропных
материалов формула (4) сравнима по
точности с (2), а для анизотропных
материалов с высоким значением коэр
цитнвной силы НеМ расчет по (4) дает
значительно лучшее приближение
к кривой, снятой экспериментально.
В некоторых случаях, например для
сплава Pt — Со (рнс. 22, а), формула
(3) становится неприемлемой. Однако
для сплава Pt — Со еще лучшее при
ближение дает (рис. 22 б) аппрокси-
мация кривой размагничивания ду-
гой окружности и касательными к ней
пересекающими осп координат в точ-
АППРОКСИМАЦИЯ КРИВОЙ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
47
Рис. 22. Способы аппроксимации кривой
размагничивания для сплава платима—ко-
бальт:
а — 1 — экспериментальная кривая раз-
магничпваиия ПлК78; 2 — аппроксимация
по формуле (4); 3 — аппроксимация по
формуле (2); б — аппроксимация двумя
прямыми и дугой окружности; / — экспе-
риментальная кривая
ках НсМ и Мг*. Для аналитического
расчета магнитных систем такая ку«
сочная аппроксимация менее удобна,
чем по уравнениям (2) и (4), но зато
• Пятин Ю, М. «Расчет электриче*
скнх элементов измерительных прибо-
ров»* М.; Машиностроение, 1965. 184 о*
она очень удобна при вычерчивании
кривых размагничивания. Определе-
ние границ применимости кусочной ап-
проксимации показало, что аппрокси-
мация дугой окружности и двумя
касательными лучше отражает про-
цесс размагничивания, нежели осталь-
ные известные аппроксимирующие
формулы и может быть применена ко
всем современным магнитно-твердым
материалам.
Аппроксимация петель магнитного
возврата. У любого магнита, прошед-
шего магнитную стабилизацию, ра-
бочая точка, определяющая его маг-
нитное состояние, находится па петле
магнитного возврата. Поэтому знание
наклона нсглн магнитного возврата
и ее раствора существенно необходимо
при проектировании любой магнитной
системы. Раствор петель у всех совре-
менных магнитно-твердых матери-
алов оказался значительным. При
расчетах магнитных систем их можно
не учитывать и заменять петли магнит-
ного возврата средними линиями. Мож-
но считать, что у всех магнитно-
твердых материалов линии магнит-
ного возврата достаточно хорошо ап-
проксимируются прямыми, парал-
лельными касательной к кривой раз-
магничивания В = f (Н) в точке с ко-
ординатами В = Вг, И = 0.
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
РАЗМАГНИЧИВАНИЯ И ПЕТЕЛЬ
МАГНИТНОГО ВОЗВРАТА
Расчетными называют такие ха-
рактеристики материала, по которым
можно вычислить (в пределах точности
расчетных формул) гарантированные
значения параметров магнитной си-
стемы при условии, что свойства мате-
риала в любой точке магнита отвечают
требованиям нормативного документа
(ГОСТ пли ОСТ). В соответствии с этим
расчетные кривые должны характери-
зовать материал с наихудшнми допу-
стимыми значениями параметров.
Изготовить образец, точно отвеча-
ющий этому требованию, практически
невозможно. Поэтому в нормативных
документах расчетная характери-
стика должна проходить через нор-
мированные точки н сохранять тен-
денцию характеристик, снятых экс-
периментально. Лучшие результаты
48
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
a) ff)
Рис. 23. Кривые размагничивания РЗМ-
fl — КС37; б — КС37А
о) б)
нсВ "d Ил «И | НК ^сЛ1 W НсВ Hd нл "ц "к нсМ W
кА/м кДж/м* кА/м кДж/м
540 286 960 100 275 1300 55 560 315 750 Н5 200 1000 65
Вг Вд ви 0 Кв (Bimd Вг 4d ВА «и 0 К в (B/W)rf
Тл — мкГн/м Тл — мкГн/м
0,77 0,385 0,675 — 0.575 0.90 1.40 1,35 0.82 0.41 0.8 0 0.98 1.11 1.30
Рис. 24. Кривые размагничивания РЗМ:
а — КСП37; б — КС1137А
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
49
Продолжение рис. 24
с) б)
”сВ нл «Ц «к 11 ( м W нсв НЛ "и «К исМ
кА/м кДж.'м3 кА/м кДяум1
520 306 403 280 315 800 65 500 290 475 230 290 640 72,5
Lif 4d Вл в А'в (»«),, 13г “л «ц 0 «В (В IB,
Тл — мкГн/м Тл — мн Гн- м
0,85 0,425 0,793 0,5в 0,90 1,37 1.32 0,9 0,5 0.8,3 0.2| 0.90 1.38 1,72
Л, Д' 4 /
17 V
^4 / %*
1 V L - - 77?** 00кА/м
А А. К ,
а/
уКгХ.
0,1 Ч)кА/м
ЦкА/и 200 160 120 60 Ю О ЦкА/м 200 160 120 60 00 О
а) 6)
Рис. 25. Кривые ра.ииасничипаиия ферритов:
а — 6Б14240: б - 61511250
а)
НсВ чл I «и «к "сМ W
к Л 'м кДж/м£
125 62,5 206 !?2 170 240 3
в, «d | пА йц 0 Ив (tt'H)d
Тл — мкГи/м
0.19 0,095 0.1 36 0.0S 0.827 1,52 1.52
б)
нсВ "А «Л «ц "к нсМ И)
к А. л» кДж/м8
120 59 208 171 180 247 2,8
вг Hd “А «Ц 0 Кв U3/H)d
Тл — мкГи/м
0,19 0,095 0.2! 0.088 0,78 1,61 1.61
50
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис, 26» Кривые размагничивания ферритов:
а — 7БИ215; б — 7БИ300
я) 6)
^сВ На Нц «К нсм Ч нсВ На нА на «к нсМ W
кА/м кДж/м' кА/м кДж/м8
125 66,7 128 38 80 215 3.5 140 70 24 0 178 190 300 3.5
вг “d вА 6 кв (B/H)d вА 0 Кв (В
Тл — мкГн/м Тл — мкГн/м
0,21 0,105 0,17 0,064 0.8 1.58 1.58 | 0.2 0.1 0.156 0,08 0.88 1.43 1,43
аппроксимации экспериментальных
Характеристик размагничивания (см,
гл. I, П. 8) получают путем предста-
вления характеристики размагничи-
вания двумя прямыми и дугой окруж-
ности (см, рис. 22, б). В этом случае
для построения характеристики раз-
магничивания не требуется таблица
координат контрольных точек, а до-
статочно знать координаты только двух
добавочных точек: точки А — пере-
сечения продолжений линейных уча-
стков и точки Ц — центра дуги окруж-
ности. В нормативных документах
(ГОСТ 17809—72, ГОСТ 21559—76
и ОСТ 11707002—76) представлены
характеристики размагничивания.
Знание характеристики магнитного
возврата особенно важно при расчете
электрических машин, магнитных
муфт, фиксаторов и многих других
устройств, в которых поток магнита
обратимо изменяется в процессе ра-
боты. Чтобы дать конструктору хотя
бы грубое представление о крутизне
подъема прямых магнитного возврата,
используется обстоятельство [15], что
прямая магнитного возврата, отходя-
щая из точки с координатами В — Ва
и Н = На практически параллельна
касательной к характеристике размаг-
ничивания в точке с координатами
В = Вг, Н = 0.
Наиболее полно свойства магнитно-
твердого материала представляет ха-
рактеристика размагничивания р0Л1=
= fi (//), знание которой особенно
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
Рис. 27. Кривые размагничивания ферритов
а — 9БА2»; б — 11БА255
о)
НсВ Hd | "а ". «К "с.Л ОУ
кА-м кДж'м3
135 75 1 ЬО 8 60 205 4.5
Вг "л «Ц ь "В <ВН}(1
Тл — ык] и/м
0.24 0.12 0.190 0,07 0.78 1.6 1.6
б)
"сВ "А ". "К «с .VI И/
к А/м кДж/м8
185 96,5 221 108 140 255 7
"А ". 0 «в
Тл — мкГн/м
0.29 0,145 | 0,233 0,132 0,84 1.5 1.5
52
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рнс. 28. Кривые размагничивания ферритов;
а — 15БА300; б — 16БА190
а)
б)
"сВ Н“ "л «К «г .VI W «гВ вл ви «К ИсМ
к А/м кДж/ма к Л/м нДж/м”
200 100 268 200 220 300 7,5 185 108 184 153 155 100 8
вг Bd Ва Вц 0 Кв В, Bd ва Вц е Кв
Тл — ыкГи/м Тл — мкГи/м
0,3 0,15 0,232 0,172 0.84 1.5 1.5 0,30 0,15 0,272 0.214 0,9 1,39 1,39
е,гл в п
Н.кА/М 200 КО 120 80 *t0 0 Н,кА/м 240 КО ВО О
и) 6)
Рнс. 29. Кривые размагничивания ферритов;
а — 18ВА220; б — 18БА300
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
53
Продолжение рис 29
о)
исВ ча Ча Нч «К ЧеМ
кА/м кДж м3
210 109 212 196,5 198 220 9
Ч<1 “а чц 0 кв {Blind
Тл — мкГн. м
0.33 0.165 0,273 0,211 0,83 1.51 1.51
6)
ЧсВ «</ чл НК ЧеМ w
к А/ м кДж 'м1*
220 110 296 250 256 300 9
Вг 4d чА Чц е Л'в {в!тл
Тл — мкГи/м
0.32 0,16 0.260 0.22 0.87 1.15 1.15
a) i)
Рнс. 30. Кривые размагничивания ферритов:
а — 19БА260; б — 22БЛ22О
о)
ЧсВ ЧЛ «К Чем W
к А/м кДж/’м8
225 115 231 202 200 260 9.5
вг Ч„ Чл «Ц 0 «« (B'/Od
Тл — мкГн. 41
0,33 0,165 0,287 0.26 0,87 1,43 1,43
54
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение рис. сО
б)
нсВ на «Ц «К НсМ W
кА/м кДж/м*
215 122 216 179.5 184 220 11
В, Bd вл Вц 0 «В (В H)d
Тл — мкГн/м
0.36 0.18 0,312 0.244 0.83 1.48 1 48
Рис 31. Кривые размагничивания ферритов:
а — 24БЛ210; б — 25БА150
а)
"сВ "d "а "ц "к НСМ
кА/м кДж/ма
205 130 203 186 187 210 12
Вг Bd Вд Ви 0 Кв (В/Hid
Тл — мкГн/м
0,37 0,185 0,336 0,303 0.88 1.42 1,42
б)
НсВ на нА Вц «К нсМ W
кА/м кДж. м3
145 132 140 129 131 150 12,5
В, Bd Ва Вц е Кв (B/Hlj
Тл — мкГн/м
0,38 0,19 0,354 0,332 0,87 1.44 1,44
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
55
Рис. 32. Кривые размагничивания ферритов:
о — 25БА170; б — 28Г.А170
«сВ "А "ц "к ЧсМ W
кА/м кДж.’М3
165 132 161 129 133 170 12,5
Вг “а "л йц 6 *в
Тл — мкГк, м
0.38 0 19 0.349 0.291 0,87 1 44 1.44
6)
НсВ I'd на "ц "К «сМ W
кА/м кДи^'м*
163 144 162 146 116 ! 7.1 14
Вг нА “и. % К В
Тл — мкГн/м
0.39 0,195 0,372 0.342 0,93 1.35 1,39
важно для материалов, у которых
ЯсЛ1 3> НсВ, например для ферритов
и РЗМ. У ставов альнико с НсМ ~
НсВ различие между характеристи-
ками и0Л/ = (Я) и В = f2 (Н) стано-
вится мало зачетным и поэтому поль-
зуются характеристикой В = f2 (В).
На рис. 23—57 представлены харак-
теристики размагничивания магнитно-
твердых материалов: редкоземель-
ных (рис. 23—24), ферритов (рис. 25—
38), литых алышко (рис. 39—51) п
металлокерамических альнико
(рис. 52—57)
В таблицах к рисункам 23—57
даны следующие обозначения, Яд
н Вд — координаты точки А пересече-
ния продолжений линейных участков
кривой р0Л1 — (Н) или кривой
В = /2 (Я), Яц и Вц — координаты
центра дуги. Як — абсцисса конца
верхнего линейного участка, kn —
коэффициент магнитного возврата,
56
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
а)
е)
Рнс. аз. Кривые
размагничивания
ферритов:
а — 28БА190;
б — 21СА320
о)
"сВ "А »К Hc.W W
кА/м кДж/м*
185 113,5 182 158 160 190 14
вг Bd вА Бн е кв (В/7/lj
Тл — мкГи/м
0.39 0,195 11,371 0,324 0.92 1.36 1,36
б)
"сВ «л WK нсМ ЬУ
кА/м кДж/м8
239 12.33 252 216 222 318 14
вг Bd вл Оц о К-В (B/«)d
Тл — мкГи/м
0,34 0.17 0,306 0.267 0.85 1.38 1,38
Рис. 34. Кривые размагничивания ферритов:
а — 24СА200; б — 27СА220
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
57
Продолжение рис. 31
с)
"сВ КА "" W
кА/ы кДж/ м3
195 129,5 193 152 150 200 12
вг Bd Вд Вц 0 Кв (В///),/
Тл — мкГи/м
0.37 0,185 0.334 0,256 0.88 1.43 1.43
б)
ЧсВ ЧЛ ча "К ЧСМ W
кА/м кДж/м*
215 142 213 162 165 220 13.5
Вг Bd ВА е Кв (B/H)d
Тл — мкГи/м
0,38 0,19 0,364 0,260 0.94 1,34 1,34
Рнс. 35. Кривые размагничивания ферритов:
а — 28СА250; б — 10КА165
я)
чсв ЧА «ц "К НсМ W
кА/м кДж/м3
240 144 246 182 190 250 14
В' Bd вА ВЦ е кв (BiH)d
Тл — мкГм/м
0,39 0.195 0,360 0,240 0,93 1.35 1.35
58
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение рис. 3S
б)
нсВ Н* "А Уц «К нсМ W
к А/м к Дж/м®
143 87 1-11 109 по 165 5
вА 6 кв
Тл — мкГи/м
0.23 0.113 0,218 0.142 0.95 1.32 1.32
Рис. 36. Кривые размагничивания ферритов.
а — 11КЛ135; б — I4KA135
о)
ВСВ ВА Нц "к нсМ ttF
к А/м кДж/м®
127 92.5 123.5 89 92 13d 5,55
Вг Bd Ва Вц 0 КВ (В. H)d
Тл — мкГн/м
0.24 0J2 0.233 0.16 0,97 1.3 1.3
б)
всв Bd вА "ц НК вм о;
кА/м кДж, м’
127 102 122 100 102 135 7,15
Вг Bd ВА вц 0 кв {B;md
Тл — мкГн/'м
0.28 0,!4 0.266 0,22 0.915 1,37 1,37
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
59
Рис. 37. Кривые размагничивания ферритов:
а — 22РА220; б — 25РА150
с)
нсВ ва "А «ц «К "сМ W
к А/м кДж/м3
215 122 214 190 194 220 1!
Вг Bd вА Вц 6 Кв {Bnnd
Тл — мкГн/м
0.36 0,18 0,312 0,268 0,85 1,48 1.48
6)
НсВ Bd "А «Ц «К нсм W
к А/м кДж/м3
145 125 140 127 125 150 12,5
Вг Bd вА «Ц 6 Кв (В H)d
Тл •—1 мкГи/м
0,38 0,20 0,352 0,328 0,87 1,44 1.6
60
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 38. Кривые размагничивания ферритов;
а — 28РЛ180; б — 30РЛ19О
о)
нсН нА «Ц "к нсМ £27
кА/м кДж/м3
175 144 172 142 144 180 14
Вг Bd вА ВЦ 0 «в (ВЫПа
Тл — мкГн/м
0.39 0,195 0,374 0.316 0,93 1,35 1.35
б)
нсВ 4d ВА "ц "К НсМ
кА/м к Дж/м3
185 150 182 150 150 190 15
ьг Bd ВА ВЦ 0 «В (B’H)d
Тл __ мкГн/м
0.40 0,20 0,384 0.320 0,94 1,33 1,33
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
61
Рис, 39, Кривые размагничивания литых альнико:
а — ЮНД4; б — ЮНД8
о)
нсВ Hd на «Ц «К "с.М W
кА/м кД;к/м’
40 22,7 24 -32 7 42,2 3.6
вг Bd вА ВЦ е Кв (« И}ц
Тл — мкГп'м
0,5 0,318 0,355 — 0,143 0,21 0,04 12-16
б)
НСВ Hd На «И «к НСМ W
кА/м кДж/м8
44 26,5 26,5 —22,5 10 45,5 5.!
Вг Bd На Вц е Кв (B/H)d
Тл — мкГн/м
0,6 0,385 0,445 0,02 0,215 5,85 13-16
62
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 40, Кривые размагничивания литых альнико:
а — ЮНТС; б — ЮНДК15
а)
нсВ "А "ц НК нсЛ1 427
кА/м кДж/ №
58 30.7 26.4 — 24 12.5 62.5 4 I
в, “d вц 0 Кв (в H)d
Тл — мкГк/м
0.43 0.261 0,325 — 0,43 , 0.32 3,98 7 — 10
б)
нсВ Hd НЛ «ц «К Ие.М ЬУ
кА/м кДж/м3
48 27.5 31 —60 17,5 50 6
Вг «J ВА вц 0 Кв (B.'H)d
Тл — мкГн/м
0.75 0,44 0 42 —0,175 0.12 10.6 15,5—18.0
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
63
Рис. 41. Кривые размагничивания литых альнико:
а — ЮНДК18: б — ЮНДК18С
о)
"сВ на нА Нк НСМ W
кА/’м кДж/м3
55 33,3 36,5 — 7.5 17.5 57 9.7
в. Bd ВА Вц е (B/H)d
Тл — мкГн/м
0.9 0,58 0.63 —0,43 0,17 7.4 15-20
б)
нсВ на НА Нц «К НСМ W
кА/м кДж, м»
44 35 36,7 20 27 44,4 14
в. Bd вА Вц 0 «в
Тл — мкГн/м
14 0,8 0.86 0,57 0,19 6,54 22—28
64
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 42. Кривые размагничивания литых альнико
а - ЮН14ДК24; б — ЮИ15ДК24
с)
"сП "а «к нсМ и»
кА/м кДж-'м*
48 41.5 | 45.4 26.5 33 48.1 18
1>Г 4,1 | 4Л «ц 0 Л'в (В
Тл — мк 1 н.; м
1,20 0.87 | 0.9 0.61 0 19 6.6 20 22
6)
исВ на «Я | «Ц нк 11 с М
к А/ м кДж/ ы3
52 17 4 8 3 38 43 48,1 18
вг Bd «Я «Ц 0 '<в (В ll)d
Тл — мкГнЛ>
1.15 0.767 0.79 0,63 0,17 7,15 15-17
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
65
a) ff)
Рнс. 43. Кривые размагничивания литых альнико:
а — ЮН13ДК24С; б — ЮН13ДК24
о)
нсВ НА «ц "К всМ W
кА/м кДж/мя
36 33,5 35 26,5 30 36,1 18
вг вА *н 0 Л'В (В. H)d
Тл — мкГн/м
1,30 1,075 1.11 0.98 0,23 0,43 30—33
б)
НсВ Hd НА «Ц Нк НсМ
кА/м кДж/м’
40 37,5 39 28 32,5 40.1 18
вг Bd ВА ВЦ 6 Нв (B/H)d
Тл —• мкГн/м
1,25 0,96 1.0 0,84 0,2 6,41 25.0-27,5
3 Пятин Ю. М. и др
66
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис 44 Кривые размагничивания литых альнико;
а — ЮН14ДК24Т2; б — ЮН13ДК25А
а)
НсВ Hd НА ни НСМ W
кДж/м’
60 41.4 45,5 20 33 6! 15
Вг ва Вц 6 «Л lB,H)d
Тл — мкГи/м
1,1 0.725 0.725 0.22 0,15 8.24 16 — 19
б)
НсВ Hd нА на нк НсМ W
кА,'м кДж/м"
44 42.5 43.5 40 40 44,01 28
Вг Bd Вц 0 «В
1л — мкГн/м
1.4 !,32 1.34 1.27 0,91 !,38 27.5—30,0
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
67
a) f)
Рис. 45. Кривые размагничивания литых альиико:
а — ЮН14ДК25А; б — ЮН13ДК25БА
я)
исВ "d "Л “К нсм W
к А/м кДж, м’
52 48,3 49,5 43 43 52,5 28
вг Bd нА 0 Л В (В/Н1а
Тл — мкГн/м
1.35 .,16 и» 1,07 0.39 3.23 24-25
б)
нсВ Hd НА «Ц «К f,cM О)
кА/м кДж/м3
48 45,5 47,5 39 40 48.1 28
В' Hd вл Вц е В-В (В/Н)а
Тл — мкГн/м
1.4 | 1,23 1.27 1.12 0.46 2.74 26,5 — 27.5
3*
68
МАГНИТНЫЕ материалы
Рис. 46. Кривые размагничивания литых альнико:
а — ЮШ4ДК25БА, б = ЮН15ДК25БА
а)
Пев нл «Ц н* нсм W
кА/м кДж/м*
58 48.3 50,5 40 40 58,6 28
°' Bd вА Вц е Кв <B/H)j
Тл — мкГн/м
1.3 1,16 1.21 0.99 0,705 1.78 21,5—24,0
б)
НСВ Hd нА Нц «К нсм
кА/м кДж/м’
62 53,3 55.5 42 45 62,7 28
Вг Bd ВА Вц е кв (В Н)а
Тл — мкГн/м
1.25 1,05 1.12 0,84 0,537 2,34 16,5—21,5
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
Рис. 47. Кривые размагничивания литых альнико)
а — ЮНДК31ТЗБА; б — ЮНДК31Т5
о)
Нсв НА "ц "К НсМ
кА/м кДж/м3
92 71,2 85 32,5 50 93.5 32
вг вА ВЦ е Л'д (B!H)d
Тл — мкГп/м
1,15 0,90 0,95 0,50 0,53 2,33 11 — 14
б)
НСВ На нА «Ц "К нсМ W
кА/м кДж/м’
92 54.9 63.5 0 32,5 97.5 14
Вг Bd вА Вц е Кв (B'H)d
Тл — мкГп/м
0.75 0.51 0,525 —0.23 0,35 3,54 3 — 11
70
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 48. Кривые размагничивания литых альнико;
а - ЮНДК35Т5Б; 6 - ЮНДК35Т5
с)
нсВ "л "к НсМ W
кА/м кДж/м®
£6 59.3 70 5.5 27.5 102 16
В' вл Вц 6 «В WH}d
Тл — мкГн/м
0,75 0.54 0.595 — 0.195 0.45 2,78 8—10
б)
"сВ Hd нА Вц Вк НСМ W
к Л/м кДж/м3
110 09,2 70 11 30 114,5 18
вг ва ВА вц 0 кв
Тл — мкГн/м
0.75 0.52 0,63 — 0,27 0.38 1.7 7-8
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
71
Рис. 48. Кривые размагничивания литых альнико!
а — ЮНДК35Т5БА; б — ЮНДК35Т5АА
о)
Пев «d На «Ц "к нсм W
кА/м кДж. м’
110 92 92.5 66 70 112,5 36
“г Bd Ва ва о Кв (В/ H)d
Тл — мкГн/м
1.02 0,78 0.88 0.6 0 83 1 51 8-9
б)
нсВ Hd нА Нц НК НсМ W
кА/м кДж/м1
115 96.8 97 77 80 118 40
Вг Bd вА ви е кв (B/H)d
— мкГн/м
1,05 0,826 0,90 0.69 0 81 1,55 8-9
72
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
а)
Рнс. 50. Кривые размагничивания литых альиико.
а — ЮНДК38Т71 б — ЮНДК40Т8
ЧсВ 4d На "и нк нсМ и?
кА/м кДж/м*
135 84.6 92 5 69 45 145 18
йг Ча вА «ц 0 кв {B/H)d
Тл — мкГн/м
0,75 0.425 0 44 0.27 0,41 3.35 4,5-5.5
б)
НсВ на НА "ц НК НсМ W
кА/м кДж/м’
145 94,8 114.5 — 38 80 150 18
Вг Bd вА ви е кв
Тл — мкГн/м
0.7 0,38 0,327 -0,38 0.39 3.26 3,5—4.5
Рис. Б!, Кривая размагничи-
вания литого альиико
ЮНДК40Т8АА
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
73
Продолжение рнс. 61
ВСВ Bd Ва "ц НК ВСМ
кА/м кДж/м’
145 119 137 70 ПО 147 32
вг Bd Ва ви е кв IB/H)d
Тл — мкГн/м
0,9 0,538 0,50 0,288 0,43 0,292 4 — 5
'К
Л't'
//
•
0,1 Тл — ЬкА/н
В,Тл _________________ В, Гл
у/?
ф тл— W кА н
н,м/н го № гг в о о и,кл/нзо го to о
а) о)
Рис. 52. Кривые размагничивания металлокерамических альнико:
а — ММК-1; б — ММК-2
ВсВ Bd ва вк нсМ W
кА/м к Дж/м8
24 17,15 17.5 —2,2 8,6 24,34 3
вг ва вЛ Вн 0 Кв (B/H)d
Тл — мкГн/м
0,60 0,35 0,415 —0,065 0,12 10,6 20,6
б)
ВсВ Bd вА вп вк нсМ W
к А/м кДж/м3
39 23,3 24,3 — 16 12,5 40,5 3,5
вг Bd вл Вц е Кв (В U)d
Тл __ мкГн/м
0,48 0.30 0,32 — 0.025 0.17 7,4 12,9
74
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис, S3. Кривые размагничивания металлокерамических альнико;
а — ММК-3: б — ММК-4
о)
чсв на "ц «К нсМ
кА/м кДж/м3
44 26,7 27,5 — 37.5 10 46 4,0
вА ВЦ е /<В (BIH)d
Тл — мкГн/м
0 52 0.3 0.343 — 0 23 0.20 6.44 11.2
б)
нсВ ><а нА «ц нк НСМ W
кА/м кДж/м’
40 30 29,5 — 13 12.5 4! 4.5
В' Bd ВА ВЦ 0 Кв (B/B)j
Тл — мкГн/м
0.55 0.30 0.38 0.05 0.22 5.75 10
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
75
Рис. 54. Кривые размагничивания металлокерамических альнико;
а — ММК-5 б — ММК-6
с)
,{сВ "А Нц «К нс.М W
кА/м кДж/м’
44 26,8 26,5 — 52 5 46 4,7
“г вА 0 Кв WH}d
Тл — мкГн/м
0,6 0,35 0.43 — 0,22 0,2 6,4 13
С)
НсВ Hd На "ц НК нсМ W
к А/м кДж,'мэ
44 25 29 —65 10 45,7 5
в. Hd вА вц 0 Кв (B/H)d
Тл — мкГн/м
0,65 0,40 0.415 —0,25 0,16 8.1 16
76
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис, 55, Кривые размагничивания металлокерамических альнико:
а — ММК-7; б ~ ММК-8
о)
Hd на «Ц нк нс.м W
кА/м кДж/м5
44 35 37 5 16 44,5 10,5
Вг в</ на "ц 0 <H/H)d
Тл — мкГн/м
0,95 0,60 0.77 0,16 0,20 4,9 17,2
б)
НсВ Hd На «Ц НК Нем W
кА/м КДж/м’
40 35 36,5 13,5 20 40,1 14
вг Hd На Вц е кв (B/H)d
Тл — мкГн/м
1.1 0.8 0,95 0,55 0,3 4.1 22.8
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
77
Рис, Б6, Кривые размагничивания металлокерамических альнико:
а — ММК-9; б — ММК-10
а)
НсВ нА НК НсМ UJ
кА/м кДж/м*
80 54 61 — 15 20 83 12
вг Hd в л вц е Кв (B/H)d
1л — мкГн/м
0,75 0,45 0.51 — 0,24 0,32 3,94 8.34
6)
нсВ Hd нА "ц /7К исМ Ц)
кА/м кДж/м*
100 57 71 — 23 30 108 15
ВГ Bd ВА Вц е кв <B/H)d
Тл — мкГн/м
0.8 0,526 0.53 —0.55 0,33 3,8 9,24
78
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 57. Кривая размагничивания металлокерамического альиик< ММК И:
нсИ «Ц "К нсМ W
к А/м кДж м’
128 80 87 — 100 30 140 16
вг Нд йц 6 (В/Н)а
Тл — мкГн/м
0.70 0,40 0.44 — 0.4 0,42 3.0 5.0
(В //),/ — отношение В/Н в точке
(ВЯ)тах. 6= — магнитная твер-
дость материала в пределах верхнего
линейного участка, Во — абсцисса
точки пересечения продолжения
верхнего линейного участка и оси
абсцисс.
При построении характеристик
размагничивания в произвольном мас-
штабе необходимо соблюдать такие же
соотношения масштабов координат-
ных осей, как и на рисунках, при-
веденных в справочнике. Это указано
в подрисупочных таблицах в виде
записи -а Тл *-> b кА/м. Запись озна-
чает, что отметка а на оси ординат
и отметка Ь иа оси абсцисс должны
находиться на равных расстояниях
от начала координат. Например за-
пись: 0,1 Тл *-» 100 кА/м на рис. 23
означает, что отметки 0,1 Тл и 100 кА/м
должны находиться на одинаковых
расстояниях от начала координат; это
и выполнено на рпс. 23.
ВЫБОР МАТЕРИАЛА
ДЛЯ МАГНИТА
Прн выборе материала для изгото-
вления магнита необходимо одновре-
менно учитывать многие факторы. Важ-
нейшими из них являются энерго-
емкость материала, наличие в его
составе дефицитных компонентов,
стоимость, температурная и временная
стабильность. Кроме того, на выбор
материала существенное влияние ока-
зывают условия эксплуатации магнита
ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ МАГНИТА
79
Рнс. 58. Сравнительные размеры магния
тов из разных материалов:
1 — магнит; 2 — полюсный наконечник
и предполагаемый объем производства
изделий.
Энергоемкость материала является
одним из важнейших факторов, так
как чем выше значение магнитной
энергии, приходящейся на единицу
объема вещества, тем меньше объем
магнита и рассеяние его потока. Это
положение наглядно иллюстрируется
сопоставлением размеров н формы маг-
нитов из разных материалов (рис. 58),
где все магниты обеспечивают одина-
ковую напряженность поля в рабочем
промежутке полюсных наконечников.
Из рисунка следует, что магниты из
деформируемых сплавов ЕХЗ —
ЕХ9К15М должны иметь большие раз-
меры и форму подковы, характеризу-
ющуюся большим рассеянием потока,
магниты же из литых сплавов типа
альнико значительно компактнее
и имеют форму скобы, характеризу-
ющуюся значительно меньшим рас-
сеянием, а магниты из редкоземельных
материалов принимают вид практи-
чески не имеющих рассеяния толстых
пленок, покрывающих рабочую по-
верхность полюсных наконечников,
превратившихся здесь в ярмо из маг-
нитно-мягкого материала
Если за критерий оценки качества
магнитно-твердого материала принять
его энергоемкость, то характеристика
прогресса материаловедения в этой
области выразится (рис. 59) кривой
параболического вида В действитель-
ности процесс нарастания энергоемко-
сти имел скачки, показанные на ри-
сунке и связанные каждый раз с вы-
пуском нового материала, ио плавная
кривая значительно лучше характе-
ризует процесс нарастания интенсив-
ности мировых научных исследований.
Энергоемкость магнитно-твердого ма-
териала, т. е. значение его максималь-
(В//)п.ах
ной удельной энергии w —---------->
используется как критерий для оценки
качества с начала промышленного из-
готовления постоянных магнитов.
Однако появление энергоемких, но
дорогих редкоземельных материалов
с очень высоким значением коэрцитив-
ной силы ЯсЛ1 потребовало уточнения
этого критерия и учета экономических
показателей.
Добротность магнитно-твердого ма-
териала можно оценивать по стоимости
массы вещества, содержащей один джо-
уль магнитной энергии и одновременно
учитывать расход дефицитного ко-
бальта. Ниже приводятся значения
расхода кобальта на один джоуль
Рис. 59. Хронология разработки магнитно»
твердых материалов
80
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 60. Кривые размагничивания двух
материалов с одинаковой магнитном энер-
гией
и относительной стоимости джоуля
энергии у наиболее употребительных
материалов по сравнению со сплавом
ЮН14ДК24.
питов, выполненных из двух магнитно-
твердых материалов (рис. 60) с одина-
ковой энергоемкостью Bj Н/ц —
= ВагНаг), ио существенно различной
магнитной твердостью по намагничен-
ности 0Л1 = НсМ!Мг, У первого
магнита (с большей магнитной твер-
достью) точка dj максимума энергети-
ческого произведения лежит на
прямолинейной части характеристики
размагничивания правее точки Zt-
конца линейного участка, а у второго
материала (с малой магнитной твер-
достью) точка d2, наоборот, лежит
левее точки /2 и поэтому расположена
на колене характеристики размагни-
чивания. Магнит с максимальным энер-
гетическим произведением В^Н^,
выполненный из первого материала,
может выдерживать без потерь потока
ЮНД4 ЮНДК15 ЮНДК18 ЮН14ДК24 ЮНПДК25БЛ ЮПДК35Т5БА КСП37А
Расход ко-
бальта, г . . 0 190 140 101 68 74 73
Относитель-
ная стоимость
1 Дж эн р-
гии ... 1,84 2,73 1,64 1,00 1.95 2,17 73,5
Отсюда видно, что по стоимости
материала наиболее дешевыми полу-
чаются магниты из ЮН14ДК24. Эта
марка сплава наиболее часто исполь-
зуется для изготовления магнитов из
альнико. Если подходить к выбору
марки сплава с точки зрения экономии
кобальта, то приходится или приме-
нять громоздкие магниты из сплава
ЮНД4 и других безкобальтовых ма-
тер ia >в, или делать их нз сплава
ЮН14ДК25БА, почти в 2 раза более
дорогого, но на 32 % более экономич-
ного в расходовании кобальта, чем
сплав ЮН14ДК24. Энергоемкость
не полностью характеризует качество
магнитно-твердого материала, так
как форма и размеры магнита зависят
также и от требуемого запаса устойчи-
вости к воздействию сторонних раз-
магничивающих полей: Q = HaFlHi,
где //ОР — предельное значение раз-
магничивающего стороннего поля,
после воздействия которого магнит
восстанавливает свой поток; Hi —
абсцисса точки I отхода прямой маг-
нитного возврата.
Роль запаса устойчивости хорошо
иллюстрируется примером двух маг-
возденствне стороннего размагничи-
вающего поля Яст, а магнит с таким же
энергетическим произведением В^Н^^
= BdiHdi, выполненный нз второго
материала, будет обладать этой энер-
гией только при тщательной защите
от воздействия стороннего поля, так
как его запас устойчивости равен
нулю. При воздействии на этот магнит
поля НаТ его рабочая точка перейдет
из точки d2 в точку а, лежащую на
прямой магнитного возврата и харак-
теризующуюся меньшим значением
энергетического произведения В^Нд.
Поэтому материалы, у которых точка
(В//)тах лежит на криволинейной части
характеристики размагинчива! ия, на-
пример литые металлокерамические
сплавы альнико, следует применять
для магнитных систем с замкнутой
магнитной цепью, практически не
подвергающихся воздействию раз-
магничивающих сторонних полей,
а материалы, у которых точка (ВЯ)шах
лежит иа прямолинейной части ха-
рактеристики размагничивания, на-
пример ферриты и РЗМ, целесооб-
разно применять для магнитных си-
стем о разомкнутой магнитной цепью,
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
81
где магниты подвергаются взаимному
размагничивающему воздействию и
влиянию размагничивающих сторон-
них полей.
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Редкоземельные материалы (РЗМ),
представляющие собой интерметалли-
ческие соединения редкоземельных ме-
таллов с кобальтом, нашли промыш-
ленное применение только в 1971 г.
Основные этапы развития РЗМ. На-
чало целенаправленного изучения ин-
терметаллических соединений редко-
земельных металлов с позиции воз-
можного их использования для из-
готовления магнитов относится
к 1966 г. Но еще в 1960 г. было обна-
ружено, что соединение GdCo обла-
дает высокой коэрцитивной силой
//£Л1 — 640 кЛ/м. Однако низкое зна-
чение намагниченности насыщения не
позволило использовать этот материал
для изготовления магнитов и открытие
не возбудило большого интереса.
Только в 1966 г., после обнаружения
у соединения /СоБ высокой магнитно-
кристаллической анизотропии, были
изготовлены лабораторные образцы
магнитов из порошка /Со5 с полимер-
ной связкой. Удельная энергия этих
магнитов составляла всего 4 кДж/м3,
и они не могли конкурировать даже
с ферритовым! магнитами, ио расчет
теоретического значения максимума
удельной энергии соединений класса
RCo5 (R — редкоземельный металл)
позволил предсказать возможность
получать РЗМ со стехиометрией 1 : 5,
обладающие очень высокими значе-
ниями удельной энергии. В 1967 г.
был получен первый лабораторный
образец магнита из порошка SmCoB
с полимерной связкой, имевший удель-
ную энергию 20 кДж/м3 и уже пре-
восходивший по этому показателю
ферритовые магниты. В 1967 г. у со-
единения Sm2Co17 обнаружена высо-
кая магнитно-кристаллическая анизо-
тропия.
Первые магниты из РЗМ выполнялись
способом композиций, а не литьем или
с ie кап нем, хотя к этому времени уже
было известно, что увеличение плот-
ности упаковки позволит существенно
повысить удельную энергию. Причи-
ной этого было отсутствие подходя-
щей технологии их литья и спекания.
Первые литые лабораторные образцы
магнитов, полученные в 1968 г. из
монолитных дисперсионно-твердею-
щих сплавов Sm (Со, Си)5 и Се (Со,
Си)5, имели удельную энергию
32 кДж/м3 и были равноценны магни-
там из литых альнико хорош! х марок.
Первые успехи в разработке методов
спекания порошков редкоземельных
соединений были достигнуты в 1969 г.
Впоследствии было разработано не-
сколько способов твердофазного и
жидкофазного спекания РЗМ. Первые
лабораторные образцы магнитов, спе-
ченных из порошков соединения SmCo,
полученные в 1969 г., обладали удель-
ной энергией 80 кДж/м3 и в энергети-
ческом отношении почти вдвое превос-
ходили магниты из лучших марок ли-
тых альнико.
Разработанный в 1970 г. метод жид-
кофазного спекания позволил получить
в 1971 г. лабораторные образцы маг-
нитов нз соединения РгСО5, обладаю-
щие удельной энергией 84 кДж/м3,
и значительно более дешевые магниты
из мишметалла1 ММСов с удельной
энергией 44 кДж/м3 (как у магнитов
из лучших марок альнико). Исследо-
вания в области физики и химии соеди-
нения Sm2Cof7 позволили предсказать
в 1971 г. возможность появления вто-
рого поколения магнитов из Р3'1
со стехиометрией 2 : 17, у которых
теоретический предел удельной энергии
в 2 раза выше, чем у РЗМ первого по-
коления со стехиометрией 1 : 5.
Промышленное производство маг-
нитов, спеченных из порошка SmCo.,
началось в 1971 г., из порошка (Sm, Се)
(Со, Си, Fe)s — в 1972 г. Однако обе
эти разновидности магнитов были очень
дороги из-за несовершенства техно-
логии изготовления исходных мате-
риалов. Существенное упрощение тех-
нологии, приведшее к резкому умень-
шению стоимости РЗМ, произошло
в 1973 г., когда был разработан каль-
циетермический способ получения
порошка соединения SmCoB непосред-
ственно из окислов, минуя стадию
* Мишметалл — природная смесь ред-
поземельных металлов, получаемая или
электролизом безводных хлоридов или
восстановлением хлоридов кальцием.
82
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
получения чистого самария. В 1974 г.
начался выпуск магнитов из компози-
ций порошка (Sm, Се) (Со, Fe, Мп)7
с полимерными связками, а в 1976 г. —
из сплава RECo5 (RE — материал,
содержащий 70 % Sm, 18 % Nd, Y,
Gd, La). В 1977 г. начался выпуск маг-
нитов, спеченных из порошка соеди-
нения Sm2 (Со, Fe)J7, обладающих
удельной энергией 112—124 кДж/м3,
Промышленное производство маг-
нитов, в свою очередь, стимулировало
разработку новых РЗМ. В 1978 г.
получены лабораторные образцы моно-
кристаллических магнитов из Sm2Cot7
в форме овоидов размером 3—4 мм
с удельной энергией до 159 кДж/м3.
В 1979 г. методом ноино-плазмениого
напыления аморфных пленок (с их
последующей кристаллизацией в ре-
зультате термообработки) получены
магниты из Smj (Со, Fe)17 в виде осаж-
денных слоев до 1,5 мм толщиной,
намагниченных по нормали к их по-
верхности. Удельная энергия этих
магнитов составляет 60 кДж/м3.
Область применения редкоземельных
металлов. Редкоземельные металлы от-
носятся к числу дефицитных. Кроме
производства магнитов они незаменимы
и в ряде других производств. Окнслы
самария и гадолиния служат поглоти-
телями тепловых нейтронов в ядерных
реакторах Многие редкоземельные
металлы применяют в черной металлур-
гии при производстве сталей и сплавов,
а в цветной металлургии — как при-
садки к алюминиевым и магниевым
сплавам для повышения их жаропроч-
ности. Лантан, самарий, цезий и евро-
пий используют при производстве
люминофоров. Ферроцерий и церие-
вый мишметалл (мишметалл, обога-
щенный церием) применяют в трасси-
рующих снарядах. Европий, тербий
и гадолиний используют в электро-
нике, в производстве люминофоров
для цветных кинескопов и для защит-
ных экранов рентгеновских установок.
Удельное потребление редкоземель-
ных металлов отраслями промышлен-
ности (в %) приведено ниже.
Нефтеперерабатывающая промыш-
ленность .................. 38
Черная и цветная металлургия . . 38
Стекло и керамика............... 19
Атомная энергетика, производство
магнитов ......................... 5
Годовое потребление (в т) в США
составляло- 1974 г. — 14 370, 1975 г —
11680, 1976 г.— 12 515; 1977 г —
17 159; 1978 г. — 18 540. Исходя из
данных 1977 г., ожидают, что в период
до 1985 г. ежегодный прирост потреб-
ления составит около 6 %. Обще-
мировые разведанные ресурсы редко-
земельных металлов невелики и со-
ставляют около 47 Мт. Во второй поло-
вине 1978 г. резко возрос спрос иа са-
марий в слитках для производства
магнитов. В дальнейшем ожидается
увеличение спроса на РЗМ для произ-
водства магнитов на 50%. В 1978 г.
потребление РЗМ для магнитов в ка-
питалистических странах составило
136 т на сумму 12 млн. долларов. Из
них в Японии 50 %, в странах Ев-
ропы 30 %, в США 20 %.
Цены на редкоземельные металлы.
На мировом рынке цены подвержены
резким колебаниям в зависимости от
конъюнктуры. Постоянное увеличе-
ние потребления требует улучшения
технологии добычи и обработки сырья,
что ведет к удешевлению конечного
продукта, а резкое увеличение спроса
при дефицитности металла приводит к
повышению цены па него. Однако наи-
более сильно сказывается инфляция.
Цена зависит также от вида продукта:
окислы металлов дешевле елнтков,
а последние дешевле порошков. На-
пример, цены килограмма окисла,
слитка и порошка самария относятся
как 1 : 1,7 : 5,6. Если принять за
единицу стоимость килограмма чис-
того (99,0 %) самария, то в США
стоимость чистых редкоземельных ме-
таллов составит: мишметалл — 0,07,
церий — 0,31, лантан — 0,38, сама-
рий — 1,0, иттрий — 1,85. Отсюда
следует, что существенное удешевление
магнитов возможно лишь путем за-
мены самария мишметаллом и це-
рием.
Образование цен в СССР основано
на иных принципах Поэтому цены
редкоземельных металлов у нас посте-
пенно снижаются по мере удешевле-
ния технологии добычи н переработки
сырья. Для ориентировки ниже при-
ведены цены редкоземельных метал-
лов разной степени чистоты (по состоя-
нию на 1973 г.) (К — кальциетерми-
ческий, Л — лантаиотермическнй).
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
83
Приме- Цене за
си. % 1 кг, р.
Лантан К
ЛаМ — 1 ..........0,15 110
ЛаМ — 2 ..........0,15 100
ЛаМ — 3 .......... 0,90 90
Церий К
ЦеМ — 1.............0.15 60
ЦеМ — 2 ............. 0,45 55
ЦеМ — 3 ............. 0,90 50
Празеодим К
ПрМ — 1 .......... 0,25 230
ПрМ — 2 . . . 1,05 220
ПрМ — 3 .......... 2,20 210
Неодим К
НМ — I ................0,15 185
НМ — 2.................0.59 170
НМ — 3.................2,00 150
Самарий Л
СмМ — 1 ............... 0,17 250
СмМ — 2 ............... 0,48 225
СмМ — 3 ............... 0,97 200
Европий Л
ЕпМ — 1 ............... 0,19 3 000
ЕвМ — 2 ............... 0,51 2 800
ЕвМ — 3 ............... 1,00 2 500
Гадолиний К
ГдМ — 1................0,15 1500
ГдМ — 2................1,16 1 400
ГдМ — 3 . . . 1,79 1 300
Тербий К
ТОМ — 1 ............. 0,17 3 500
ТбМ — 2 ............. 0,50 3 100
ТбМ — 3 ............. 1,00 2 800
Диспрозий К
ДиМ — 1 0,17 600
ДиМ — 2 ...... 0,50 500
ДиМ — 3 1,00 450
Гольмий К
ГоМ — 1................ 0,17 1 800
ГоМ — 2................0,50 I 500
ГоМ — 3 ............... 1,00 1 400
Эрбий К
ЭрМ — I................ 0,17 600
ЭрМ — 2 ............... 0,50 550
ЭрМ — 3 . . ... 1,00 500
Тулий Л
ТуМ — 1 ............... 0.18 9 500
ТуМ — 2 ............... 0,51 8 500
ТуМ — 3 . 1,00 8 300
Иттербий Л
ИтбМ — 1 ...........0,18 1 200
ИтбМ — 2...............0,51 I 000
ИтбМ — 3 .............. 1,00 950
Лютеций К
ЛюМ — 1 . 0,17 10 500
ЛюМ — 2 ........... 0 50 10 000
ЛюМ — 3 ............... 1,00 9 000
Иттрий К
ИтМ — 1 ............... 0,17 300
И М — 2 ............... 0.50 250
И М — 3................1,00 170
ИтМ — 4 . . . . 4,15 160
ИтМ — 5................6,55 150
В настоящее время магниты из РЗМ
в некоторых областях техники начи-
нают вытеснять магниты из традицион-
ных материалов (ферритов и альнико),
так как применение РЗМ приводит
к миниатюризации магнитных систем
и, в конечном счете, к удешевлению
изделий. Поэтому существует реаль-
ная опасность, что поставки самария
уже через несколько лет будут недоста-
точны. Во избежание этого в настоя-
щее время ведутся успешные разра-
ботки сплавов кобальта с лантаном,
церием, празеодимом, цериевым миш-
металлом, а также с их разнообразными
искусственными смесями. Использо-
вание мишметалла увеличило бы при-
близительно в 20 раз резервы сырья,
пригодного для магнитов.
Способы экономного расходова-
ния РЗМ Дефицитность редкоземель-
ных металлов и их высокие цены тре-
буют рационального использования
энергии магнитов, т. е. придания им
такой формы, прн которой энергия
внешнего поля достигает максимума.
Магниты из РЗМ обладают очень вы-
сокой коэрцитивной силой Н .Поэтому
для получения максимума энергии
у магнитов, работающих совместно
с магнитопроводом, нужно, чтобы длина
магнита была соизмерима с длиной
рабочего зазора. Прн соблюдении этого
условия магнит получает вид толстой
пленки, покрывающей полюсную по-
верхность магнитопровода. У свобод-
ных магнитов, работающих без маг-
нитопровода, максимум энергии до-
стигается, если магнит имеет вид длин-
ного цилиндра, намагниченного диа-
метрально, или длинного бруска, на-
магниченного поперечно.
Магниты в форме толстых пленок
можно получать из листовых магнито-
пластов (композиций порошка РЗМ
со связующим) или путем напыления
порошка РЗМ на полюсные поверх-
ности магнитопровода
Физические свойства редкоземельных
элементов и их соединений с кобальтом
Редкоземельные элементы делятся на
две подгруппы цериевую и иттриевую.
Сырьем для получения элементов це-
риевой подгруппы (церий Се, лантан
La, празеодим Рг, неодим Nd и сама-
рий Sm) служат минералы монацит,
84
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
17. Физические свойства соединений редкоземельных
металлов с кобальтом
Соединение Плот- ность, г/см* Температура Кюри, гС Намагни- ченность насыщения при 20 °C, Тл Константа анизотро- пии, МДж/м8 Намагни- ченность поля ани- зотропии Нй, МА/м
Sm2Co1f 8,3 917 1,1 3,6 6,4
SmCo, 8,6 724 6,965 8,1-11,2 16,8—23,2
8,0 567 0,909 6,3 14
CeCoft 8,55 374 0,754 5,2—6,4 14,4—16,8
РгСо» 8,34 612 1,203 6,9—10,0 11,6 — 16,8
/Со, 7,6 648 1.061 6,6 10,4
ММСо, 8,35 •— 0,890 6,4-6,9 14,4—15,6
лопарит, бастнезит. Элементы иттрие-
вой подгруппы (иттрий — I, иттер-
бий — 1Ь, лютеций — Lu, тулий —
Тц, эрбий — Ег, диспрозий — Dy,
гольмий — Но, тербий — ТЬ, гадоли-
ний — Gd и европий — Ей) получают
из ксенотима и эвксенита. Все редко-
земельные элементы — мягкие метал-
лы очень активные в химическом от-
ношении и легко образующие сплавы
и интерметаллические соединения. Они
быстро окисляются на воздухе, поэ-
тому их необходимо хранить в за-
щитных средах. Порошки редкоземель-
ных металлов пирофорны, т. е. спо-
собны самовоспламеняться в воздухе.
Почти все редкоземельные металлы
имеют гексагональную плотиоупако-
ваиную кристаллическую структуру;
исключение составляют только са-
марий (ромбоэдрическая), церий
(гранецентрированная кубическая) и
европий (объемноцеитрироваиная
кубическая). Магнитные свойства ред-
коземельных металлов сильно отли-
чаются от магнитных свойств металлов
группы железа. Редкоземельные ме-
таллы либо немагнитны, либо имеют
очень низкие значения температуры
Кюри, но зато в области гелиевых
температур Gd, ТЬ, Но, Dy, Ей и Тш
обладают намагниченностью насыще-
ния в 1,4—2 раза более высокой, чем
у кобальта Напряженность поля анизо-
тропии На у иих около 80 МА/м, что
на 2—3 порядка выше, чем у металлов
группы железа.
Соединения редкоземельных метал-
лов с металлами группы железа обла-
дают высоким значением константы
анизотропии только при гексагональ-
ной и тетрагональной кристалличе-
ской структуре. Поэтому из числа
возможных материалов для магнитов
исключаются интерметаллические со-
единения с кубической структурой.
Соединения редкоземельных металлов
с железом и никелем имеют либо куби-
ческую структуру, либо низкую тем
пературу Кюри, и только соединения
редкоземельных металлов с кобальтом
(табл. 17) отвечают требованиям, предъ-
являемым к материалам для постоян-
ных магнитов. Соединения вида
R—Со (R — редкоземельный металл),
обладают относительно низкими зна-
чениями намагниченности насыще-
ния jx0Afs = 0,94-1,2 Тл Однако их
удельная энергия в 2—3 раза выше,
чем у сплавов альнико, обладающих
более высокими значениями намагни-
ченности насыщения. Основная при-
чина этого заключается в различии
природы их магнитной анизотропии.
У сплавов альнико коэрцитивная
сила Нсм определяется анизотропией
формы частиц, а у соединений R—Со
магнитно-кристаллической анизотро-
пией частиц. Принципиальное различие
заключается здесь в том, что увеличе-
ние плотности упаковки частиц с анизо-
тропией формы приводит к резкому
уменьшению коэрцитивной силы НсМ
вследствие усиления магнитостатиче-
ского взаимодействия частиц, облег-
чающего их перемагничивание, а уве-
личение плотности упаковки частиц
с магиитно-кристаллической анизо-
тропией мало отражается на значе-
нии Н ... Однако для полной реали-
РЕПКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
в1!
зации независимости значения Н
см
от плотности упаковки необходимо,
чтобы вещество было совершенным
монокристаллом, не имеющим дефек-
тов кристаллической решетки и дефек-
тов поверхности, или являлось плот-
ным конгломератом совершенных
монокристаллических частиц, оси
легкого намагничивания которых име-
ют одинаковое направление. В этом
идеальном случае значение коэрцитив-
ной силы Н достигает своего теоре-
см
тического предела; Нс — Нл(НА —
напряженность поля ‘ анизотропии,
определяемая соотношением НА =
— 2Z:/(jJ0Als), где k — константа анизо-
тропии). В этом случае однородно
намагниченная монокристаллическая
частица любого объема не будет пере-
магничиваться в полях, меньших поля
анизотропии, так как в процессе пере-
магничивания должен быть преодо-
лен энергетический барьер высотой НА
независимо от того, является ли этот
процесс вращением вектора намагни-
ченности или зарождением и движе-
нием доменной стенки.
Коэрцитивная сила соединений
R—Со на порядок меньше значения
напряженности их поля анизотропии.
Кроме того, установлено, что у спе-
ченных магнитов значение Н ,, за-
висит от размеров частиц, а у компо-
зиций порошков R—Со со связующими
наблюдается влияние плотности упа-
ковки на значение коэрцитивной силы,
что можно приписать влиянию маг-
нитно-статического взаимодействия
между частицами. Наличие перечис-
ленных фактов свидетельствует о том,
что процесс перемагничивания соеди-
нений R—Со вероятно происходит
не путем вращения векторов намагни-
ченности, а путем зарождения и раз-
вития доменов обратной намагничен
ности или развития сохранившихся
доменов обратной намагниченности.
Оба эти процесса могут начинаться
в поверхностном слое реального микро-
кристалла, всегда обладающем мест-
ными магнитно-активными дефектами
(неровности поверхности микротре-
щины, локальные флуктуации состава
и др ). Действительные значения раз-
магничивающего поля вблизи дефектов
могут существенно превосходить его
среднее значение. Поэтому в некоторых
случаях порошки соединений R—Со
протравливают слабыми растворите-
лями для устранения поверхностных
дефектов, а монокристаллы Sm2Co17
электрополируют со снятием слоя зна-
чительной толщины. Однако у всех
соединений R—Со вследствие очень
больших значений коэрцитивной си-
лы Н ,, остаточная намагниченность
сЛ1
ЦОМГ почти равна намагниченности
насыщения р0Л1 s, а удельная энергия ш
в основном зависит от значения оста-
точной намагниченности, а ие коэр-
цитивной силы, как у сплавов аль-
нико.
Соединения R—Со образуют ряд
R2Coi7, RCos, R2Co„ RCog, RCo2. . .
. . . RjCo, но значение остаточной на-
магниченности |тсЛ1г при температуре
+20 °C достаточно высоко только у
R2Coj- и RCo6, а при гелиевой темпера-
туре — у соединений R3Co. Поэтому
практическое значение для изготовле-
ния магнитов имеют только соедине-
ния R2Coi, и RCo6, где в качестве R
могут быть самарий, празеодим це-
рий, иттрий, лантан и неодим. Alar-
ниты, работающие при гелиевых тем-
пературах, следует выполнять из со-
единения (Tb0)8Y0,2) Со. Соединения
RC05 (рис. 61, а) характеризуются
умеренными значениями остаточной
намагниченности и очень большими зна-
чениями коэрцитивной силы по на-
магниченное: и. Удельная энергия со-
единения R2Co)7 (рис. 61, б) иа 50 %
выше, а коэрцитивная сила Я на
60 % ниже, чем у RCo6. Увеличение
удельной энергии достигнуто здесь
только за счет увеличения остаточной
намагниченности на 25 %. Удельная
энергия соединения R3Co (рис 61, с)
в 3,6 раза выше, а коэрцитивная сила
на 32 % ниже, чем у RCos Увеличе-
ние удельной энергии достигнуто здесь
за счет увеличения остаточной намагни-
ченности на 90 %. Благодаря наличию
у всех соединений RCo высокой кон-
станты магнитно-кристаллической ани-
зотропии и соответственно высоких
значений напряженности поля анизо-
тропии Нд наибольшее возможное
значение удельной энергии w ограни
чено (теоретически) только значениями
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
8b
1,03
pt^-r,w
в,Тп
'.о
0,8
0,6
0/1
о.г
1320
Н,кЛ/М
я,гл
7,2
1,0
0«
С2
890
О
О
Н,нА/н
е>
и,
0,8
0,0
tt
7,2
1,0
6JO
2,0
1,0
’fi
Рис. 61. Характеристики
размагничивания лучших
образцов магнитов из
РЗМ:
а — спеченный магнит
из (SmPr) Cos при 20 "С;
б — монокристалл
Sm2Co17 при 20 СС; в—мо-
нокристалл (Tb0jgY0 г)Со
при 8 К. г — к’ вы-
бору плотности упа-
ковки частиц
ЛМ-Л<»)
W - ТЦкЦя/м1
т 1
- 0/7
- 0,1
о,о
«Л
W-TjI'IMm3 .
спонтанной намагниченности их до-
менов.
Характеристики р0Л1 = /, (Я), пред-
ставленные на рис. 62, имеют большой
верхний линейный участок, почти
параллельный осн абсцисс. Критиче-
ская напряженность Як, определяю-
щая длину этого участка, почти равна
коэрцитивной силе Я Поэтому
точка а, соответствующая максимуму
удельной энергии, лежит вблизи точки
пересечения прямых В = [2 (Я) и
РоЯ = /3 (Я). Следовательно, для всех
Рис, 62. К выводу формулы добротности
магнитно-твердого материала
практически важных соединений RCo
можно принять В(1 — В,/2, На =
= В(//(2р0). Отсюда
wm=^=fi2/(8p0).
Физические свойства промышленных
магнитов из РЗМ представлены
в табл. 18. Из таблицы следует, что
соединения Sm2Co,7 (перспективные
в магнитном отношении) превосходят
наиболее употребительные в настоя-
щее время соединения SmCob по проч-
ности на изгиб на 30 % и по прочности
на сжатие на 75 %. Значения темпера-
турного коэффициента ав обратимых
изменений индукции РЗМ приведены
в табл. 19
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
МАГНИТОВ ИЗ РЗМ
В настоящее время магниты из РЗМ
производят двумя основными спосо-
бами: металлокерамическим и металло-
пластическим. Возможно также полу-
чение магнитов методом напыления.
Исходные редкоземельные металлы и
их сплавы получают или электроли-
зом безводных хлоридов, причем об.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОВ ИЗ РЗМ
87
18. Физические свойства промышленных магнитов из РЗМ
Параметр Спеченные Композиции по связующим
SmCo, (Sm, Рг)Со, О о Е со (CeMMSm) Со, Се (Со. Fe, Си), SmCo* магиито- пласт SmCo» маги ито* эласт
Плотность, г/см» Прочность. МПа; на изгиб на сжатие Предел прочности на растяжение. МПа Модуль упругости, ГПа Твердость: по Роквеллу по Виккерсу по Шору Удельная теплоемкость Дж'(кг-*С) Т еплопроводность, Вт/(м- С) Коэффициент линей- ного расширения a- i0е, 1/°С Удельное электриче- ское сопротивление, мкОмм 8,6 93 291 34,6 165 52,9 510 373 9,63 8,43 0,488 8,0 93 294 165 54,5 513 12,4 7,8 0,55 8.3 120 510— 530 151 550 362 9,2 12,7 0,84 8,0 160 180 52 550 380 10,5 3,9— 12,3 0,65 8,3 140 450— 500 117 530 363 25 6,0 1,2 5,2—6.8 55—140 31 17,3 1 0,42 — 0,48 47 0,25 4,5—6,4 0,28—2,1
19. Температурные коэффициенты обратимых изменений
индукции РЗМ
Материал Температура, °C Коэффициент ajg 1/°С
Спеченный SmCo, 25 250 25—250 (0,032ч-0,039) 10-2 (0,062ч-0,066) 10~“ (0,045ч-0,047) 10-“
Спеченный СеММ-Со, 25 200 25—200 (0,049ч-0,054) 10-“ (0,0894-0.101) 10-“ (0,066 : 0,068) 10-“
Спеченный SmPr—Со, 25 200 25—200 0,057-10-“ 0,082-10-“ 0,062 10-«
Спеченный Sm (С00>Я. Fe0 oe. Си^). 25 150 25-150 0,031-10'“ 0,032- 10-“ 0.031 10-“
Спеченный Се (С°0.7а‘ FcO,t'4" Cuo,u)s 25 150 25—150 0,075- 10-“ 0,140- 10-« 0,100 Ю-“
Sm—Со магнитопласт 25 100 25—100 (0,032-1-0,036) 10-“ (0,035ч-0,043) 10-* (0.033ч- 0,038) !()-«
Sm—Со магнитоэласт 25 50 25-50 (0,025 ; 0,032) 10-* (0,0454-0,050) 10-* (0.037 : 0.038) 10-“
88
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
разуется соответственная смесь метал-
лов (мишметалл), смесь Nd и Рг (ди-
димметалл) и др., или восстановле-
нием хлоридов редкоземельных метал-
лов кальцием, когда получается миш-
металл, не содержащий двухвалент-
ных лантаноидов. Металлы разделяют
посредством амальгамирования (Sm,
Eu, lb), восстановления в органиче-
ских растворителях (Sm), окислитель-
ного плавления (Се, Рг, ТЬ) н другими
способами. Металлы из окислов вос-
станавливают кальциетермическпм или
лантанотермическим способом.
Исходным материалом для изготов-
ления магнитов служат порошки спла-
вов R—Со, получаемые или путем
дробления отливок из сплава соответ-
ствующего состава или металлотерми-
ческим способом — путем прямого вос-
становления кальцием порошков окис-
лов редкоземельных металлов в при-
сутствии порошка кобальта. Металло-
термический способ значительно де-
шевле, так как позволяет использо-
вать более дешевые сырьевые мате-
риалы и свободен от операций литья
и дробления отливок. В процессе полу-
чения соединения SmCo5 методом пря-
мого восстановления окиси самария
гидратом кальция или парами кальция
возможно протекание следующих ре-
акций:
Sm2Os 4* ЗСаН2 + 20Со -> 4SmCo6 4*
+ ЗСаО + ЗН2 f
SmaO3 4- ЗСа 4- ЮСо -> 2SmCoe 4-
4- ЗСаО.
Метод восстановления окиси самария
парами кальция называется кальцие-
термическим. В реакционную камеру
здесь помещают порошок окиси са-
мария, порошок кобальта и кальций.
При температуре 1000—1200 СС про-
исходит указанная реакция и обра-
зуется порошок соединения SmCos
н окисел кальция
Большое значение для получения
высоких магнитных свойств имеет
введение в сплав малых добавок не-
которых редкоземельных металлов и
замена части кобальта и самария дру-
гими металлами Малые добавки ит-
трия и неодима повышают намагничен-
ность насыщения и температуру точки
Кюри. Добавки гадолиния, тербия,
диспрозия, гольмия и эрбия снижают
намагниченность насыщения, но по-
вышают температуру точки Кюри и
уменьшают температурный коэффи-
циент обратимых изменений намагни-
ченности; замена части кобальта медью
увеличивает выпуклость петель ги-
стерезиса по намагниченности, а за-
мена части кобальта железом увеличи-
вает намагниченность насыщения. За-
мена части самария празеодимом по-
вышает намагниченность насыщения
и температуру точки Кюри, ио пони-
жает коэрцитивную силу по намагни-
ченности.
Металлокерамический метод [8,9,18,
23]. Для получения магнитов металло-
керамическим методом проводят следу-
ющие основные операции, тонкий по-
мол исходного сплава, прессование
брикетов из порошка в магнитном поле,
спекание магнита, термообработку и
доводочную механическую обработку
(по мере надобности) и намагничива-
ние. В зависимости от состава исход-
ного сплава применяют твердофаз-
ное или жидкофазное спекание. Метод
твердофазного спекания проще и де-
шевле, а метод жидкофазного спека-
ния позволяет корректировать соот-
ношение между количеством редко-
земельного компонента и кобальта
за счет спекающей добавки. Однако
он применим лишь в случае, если тем-
пература плавления спекающей до-
бавки (в качестве которой обычно
применяют сплав 60 % Sm н 40 % Со,
имеющий температуру плавления
1100 °C) ниже температуры плавления
основного соединения, например соеди-
нения SmCo6 или РгСо6 и им подобных.
Технологическая схема производ-
ства магнитов способом твердофазного
спекания (рис. 63, о) содержит сле-
дующие основные операции: получе-
ние исходного сплава в виде отливки
или методом прямого восстановления,
измельчение сплава в порошок тон-
кого помола, ориентирование в маг-
нитном поле и холодное прессование,
спекание пресс-заготовок, термообра-
ботку, доводочную механическую об-
работку и намагничивание. Схема полу-
чения магнитов способом жидкофазного
спекания (рис. 63 б) отличается лишь
производством порошка спекающей
ТЕХНОЛОГИ fl ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОВ ИЗ РЗМ
89
а) б)
Рис. 63 Технология производства спеченных магнитов.
Спекание: а — твердофазное; б — жидкофазное
добавки и смешивания порошка основ-
ного компонента с порошком спекаю-
щей добавки.
Тонкий помол порошка до размеров
частиц 10 мкм производят в шаровых
и вихревых мельницах В первом слу-
чае защитной средой является жид-
кость (спирт, толуол, бензол, гексан),
а во втором — струя инертного газа
(азот, аргон, гелнй). Обычно размол
в жидких средах дает лучшие резуль-
таты в отношении магнитных свойств
порошка, оцениваемых значениями
Остаточной намагниченности рцЛ1 ,
коэрцитивной силы по намагничен-
ности НсМ и коэффициента выпуклости
кривой размагничивании р0Л1 = Д (Я).
По мере измельчения порошка зна
чения Р0Л1г и Н у изготовленных
из него магнитов сначала растут, до-
стигают максимума, а затем умень-
шаются в результате «замола». За-
мел объясняется пластической дефор-
мацией, возникающей в результате
множества соударений частиц. Чем
меньше частица, тем большая часть
ее объема оказывается деформирован-
ной пластически. Рост значений рсЛ1г
объясняется увеличением в порошке
концентрации малых монокристалли-
ческих одиодоменных частиц, а умень-
шение частицы при аамоле — ухудше-
нием свойств порошков вследствие
возникновения конгломератов частиц
90
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
и изменения направления оси легкого
намагничивания в поверхностном де-
формированном слое частицы. Рост
значений Н ,, объясняется увеличе-
нием числа дефектов в поверхностном
слое и объеме частицы, действующих
как центры закрепления доменных
границ, а снижение — пластической
деформацией частицы, приводящей к
уменьшению ее анизотропии.
Для уменьшения вредного влияния
пластической деформации, особенно
при замоле, порошок следует протрав-
ли ать в слабых кислых травителях,
например, однопроцентном растворе
азотной кислоты.
Состав шихты необходимо рассчи-
тывать исходя из того, что часть редко-
земельного компонента расходуется и а
окисление и испарение и что для само-
уплотнения брикета (благодаря умень-
шению размера его пор во время спе-
кания) должны существовать вакан-
сии кобальта, делающие возможной
диффузию атомов редкоземельной со-
ставляющей сплава. Поэтому состав
шихты должен быть нестехиометриче-
ским с избытком редкоземельной со-
ставляющей. Оптимальное содержа-
ние редкоземельной компоненты, обес-
печивающее наивысшее значение удель-
ной энергии, составляет для магнитов
из SmCo5 и (Sni0 6, Pr0,5) Со5 37,5 %
самария а для магнитов из РгСо5
39,5 % празеодима.
Шихту нестехиометрического со-
става с избытком редкоземельной ком-
поненты получают несколькими спо-
собами: выплавкой сплава нужного
состава с последующим превращением
отливки в порошок, смешиванием по-
рошка стехиометрического состава с
порошком «жидкофазной добавки»
(60 % Sm и 40 % Со или 70 % Рг
и 30 % Со); смешиванием порошков
любых сплавов Со стехиометрического
состава в такой пропорции, чтобы сум-
марное содержание редкоземельной
компоненты было равно оптимальному,
В качестве шихтовых материалов при-
меняют кобальт марки КО, самарий
марки СмМ-1 и празеодим ПрМ-1.
Для всех марок РЗМ: КС37, КС37А,
КСП37 и КСП37А — редкоземельная
компонента должна составлять 36,0—
38,5%, а кобальт — остальное
(ГОСТ 21559—76).
Прессование брикетов в магнитном
поле имеет целью создание у них
магнитной текстуры (параллельности
осей легкого намагничивания у всех
частиц порошка). Для уменьшения
трения между частицами 1 орошка ис-
пользуют эффект вибрации. Напряжен-
ность текстурующего поля должна быть
не менее 2400 кА/м. Прессующее
усилие и направление магнитного поля
должны быть взаимно перпендикуляр-
ны, так как частицы порошка распо-
лагаются в магнитном поле в виде це-
почек и сохраняют свою ориентацию
лишь при направлении прессования,
перпендикулярно к направлению це-
почек.
Прессование производят двумя ос-
новными способами: односторонним
и всесторонним. При одностороннем
прессовании (линейное одноосное) по-
рошок засыпают в гладкостеиную мат-
рицу из немагнитного материала, по-
мещают в текстурующее магнитное
поле и прессуют путем непосредствен-
ного воздействия пуансоиа на поро-
шок. Прессующее давление должно
быть порядка 90 МПа. При всесторон-
нем прессовании (гидростатическом и
изостатическом) порошок засыпают
в эластичный герметический контейнер
и текстуруют, помещая в магнитное
поле. Затем в контейнере создают ва-
куум для сохранения текстуры путем
обжатия контейнера атмосферным
давлением и помещают в пресс, где
требуемое давление (порядка 140 МПа)
передается брикету через жидкость
(гидростатический способ) или через
эластичную твердую среду (изостати-
чески й способ). В качестве жидкости
применяют различные масла, а в ка-
честве упругой среды — порошки стеа-
ратов цинка и кальция
Спекание брикетов к их последующую
термообработку производят в атмосфе-
ре очищенных инертных газов (аргон,
гелий и др.) или в вакууме (0,1—
1,0 МПа) при температурах от 1070
до 1135 °C в зависимости от состава
брикета.
Брикеты из SmCo6 могут содержать
жидкофазную добавку из сплава
Sm60Co40 илн состоять из смеси со-
единений Sm—Со разного стехиометри-
ческого состава, ио содержание са-
мария в шихте должно составлять
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОВ ИЗ РЗМ
91
-~37 %, Обычно рекомендуется сле-
дующий режим спекания: брикеты
плотностью 80 % спекают в атмосфере
аргона при 1135 СС в течение 1 ч и от-
жигают в течение 20 мин при темпера-
туре 1110 СС, а затем медленно (со
скоростью 0,25 сС/мин) охлаждают до
температуры 850 СС, при которой от-
жигают 1 ч и затем быстро охлаждают
до комнатной температуры. Быстрое
охлаждение необходимо, чтобы избе-
жать эвтектоидного распада фазы
SmCo5 на Sm2Co7 и Sm2Co>7, возникаю-
щего при температуре 750 СС и резко
снижающего значение коэрцитивной
силы Лучшие из магнитов, полу-
ченных этим способом, имеют плот-
ность у= 8,17 г/см3, удельную энер-
гию и/ — 96 кДж/м3, остаточную ин-
дукцию Br = 1 Тл и коэрцитивную
силу Н 960 кА/мН II „=696кА/м,
Брикеты нз РгСо5 должны быть одно-
фазными, а размер частиц основного
компонента — 10 мкм. Жидкофазная
добавка нз сплава Рг70СоЗО должна
иметь частицы размером ~5 мкм.
Оптимальный состав смеси: 80—82,5 %
РгСо5, 20—17,5 % жидкофазной до-
бавки Это соответствует содержанию
39—40 % празеодима в шихте. Спе-
кание можно производить в вакууме
0,1—1,0 МПа. Брикеты следует завер-
тывать в танталовую фольгу. Зависи-
мость значений w н Нс^ от темпера-
туры спекания имеет резко выражен-
ный максимум при температуре 1120 СС
с резким спадом в сторону более низ-
ких и пологим спадом в сторону более
высоких значений. Высший уровень
свойств магнитов из PrCo5: to =
= 84,4 кДж/ы3, Вг = 0,92 Тл, Ясм =
= 571 кА/м и Нсв~ Ю14 кА'м, у =
•=8,11 г/см3
Брикеты нз (Sm0jbR0ib) СоБ, где R—
Рг, La, Се и ММ (мишметалл), спекают
по следующим режимам:
Сплав Температура, °C Выдержка, ч
(Srn0,5Pr0,5) Со5 ... Н15 1,0
(Srn0,5T а0,э) Со5 • • • 1105 °’5
(Smo,5CeO15) Со5 ... 1100
{Smg, Cog , . • 1075 0,5
При замене в соединении SmCo8
половины атомов самария атомами пра-
зеодима заметно возрастают все пара-
метры магнитов, так как празеодим
повышает остаточную индукцию. Сплав
(Smo gLao.j) Соь имеет сравнительно
низкое значение остаточной индукции,
но обладает очень выпуклой кривой
р0Л1 = f (Н). Сплав (Sm0i5MM0,,) Cos
имеет магнитные параметры, близкие
к параметрам соединения SmCo.,, но
более низкую стоимость. Брикет
(Sme 5MM0j5) Со5 после отжига при
1075’1‘С охлаждают вместе с печью
до 900—950 СС и производят отпуск
при этой температуре в течение 16 ч
Магниты, полученные по этой техно-
логии, имеют удельную энергию ю =
= 60-1-80 кДж/м3.
В процессе спекания брикетов из
сплавов R—Со на качество магнитов
влияют многие факторы. Главную роль
играют соотношения масс компонентов,
размеры частиц и температура спека-
ния Для каждого состава быстрое само-
уплотнение брикета осуществляется
лишь в узком диапазоне температуры.
Поэтому даже небольшое уменьшение
температуры спекания от ее оптималь-
ного значения может существенно от-
разиться на плотности магнита и маг-
нитных параметрах. Однако повышение
температуры спекания с целью уско-
рения процесса самоуплотнения также
недопустимо, ибо при этом резко па*
дает значение Н ...
см
Физическая картина самоуплотне-
ния брикета при спекании: при про-
греве брикета слой окиси на поверх-
ности зерен порошка разрывается и
в точках нх контакта образуются
связующие перемычки, что приводит
к образованию цилиндрических пор
в местах схождения границ соседних
зерен. Вследствие малого радиуса кри-
визны поверхности пор возрастание
концентрации вакансий кобальта наи-
более вероятно на этой поверхности.
Поры действуют как источники ва-
кансий кобальта, а плоские границы
зерен как их сток. Устанавливается
обменная диффузия: атом кобальта —
вакансия кобальта и атом самария —
группа вакансий кобальта между
границами зерен и поверхностью пор.
Вакансии кобальта аннигилируют на
границах зерен; отток вакансий ко-
бальта с поверхности пор и аиниги-
92
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ляция их на границах зерен приводят
к уменьшению объема пор, т. е. к само-
уплотнению брикета. Процесс продол-
жается до тех пор, пока поры (источ-
ник вакансий) не замкнутся вокруг
частиц окнсла самария или пока гра-
ницы зерен (сток вакансий) не исчез-
нут вследствие роста зерен. Основным
процессом, определяющим скорость
спекания порошка, является перенос
атомов самария с границ зерен на
поверхность пор путем обменной диф-
фузии атом самария — группа вакан-
сий кобальта. Этот процесс возможен
лишь при суперстехиометрическом по
самарию составе зерен и при темпера-
туре настолько высокой, чтобы число
вакансий кобальта было достаточным
для обеспечения необходимой подвиж-
ности атомов самария.
Металлопластический метод. Метал-
лопластические редкоземельные ма-
териалы являются композициями по-
рошков R—Со с органическим или
металлическим связующим. В каче-
стве основы композиции используют
соединения вида RCob, R2Co17, R(Co0iR,
CuOj14, Fe0>oe)- и др., а в качестве свя-
зующего — различные смолы, поли-
меры, металлы и резину, Композиции
с полимерами, смолами н металлами
относятся к типу магнитопластов,
а композиции с резиной — к типу
магиитоэластов.
Металлопластическне магниты можно
выпускать не только в виде изделий,
но также в виде листов и лент, намаг-
Рис 64 Зависимость магнитных свойств
гибких магнитолластов от содержания са-
мария в сплаве
ничениых перпендикулярно к их по-
верхности. Магниты из листов и лент
можно изготовлять о необходимой
кривизной поверхности, в том числе
и сферические. Они имеют вид толстых
пленок, наклеенных на полюсные по-
верхности магннтопровода, выполнен-
ного из магнитно-мягкого материалу
Порошки сплавов R—Со обладают
большой химической активностью.
Поэтому в качестве связующего нельзя
использовать материалы, выделяющие
в процессе полимеризации вредные
газы, а смешивание порошка основы
и связующего следует производить
прн температуре 20 СС. Наиболее упо-
требительными связующими являются
эпоксидные смолы, полимеры, резина
и сплавы свинца и олова. Наиболее
подходящим связующим является
этилеивиннлацетатпый сополимер
(ЭВЛ), обладающий хорошей стой-
костью по отношению к кислотам,
щелочам и органическим раствори-
телям.
Технология производства магнитов
с органическим и металлическим свя-
зующим имеет много общего. При
производстве магнитов с высокой удель-
ной энергией 32—36 кДж/м3 исполь-
зуют порошок SmCos или порошки
сплавов RCo5 с высоким содержанием
самария. Для увеличения значений
остаточной индукции н удельной энер-
гии в шихту добавляют порошки РгСо5
или Sm2Cot7. Значения температурных
коэффициентов обратимых изменений
намагниченности регулируют добавле-
нием порошков GdCos и NdCo6. При
производстве более дешевых магнитов
с удельной энергией около 24 кДж/м3
используют порошки ММСо3Си2,
SmCo3i6Cui,5 и РгСо5. Магнитные свой-
ства композиций существенно зависят
от содержания самария в исходных
сплавах, а также от количества свя-
зующего. Согласно [9], наибольшая
удельная энергия (рис. 64) получается
при использовании порошка SmCoB
и не при плотной упаковке зерен,
а (рис. 65) при 30 процентах по объ-
ёму содержания связующего. Анало-
гичная зависимость наблюдается 119]
у композиций с металлическим свя-
зующим. Возрастание удельной эиер-
гии при увеличении количества свя-
зующего можно объяснить уменьше-
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОВ ИЗ РЗМ
93
СоЗвржание сВязумщсеа
(по oiuny)
Рис. 65. Зависимость магнитных свойств
гибких магнитопластов от содержания свя-
зующего (этиленвинилацетат)
иием магнитно-статического взаимо-
действия между частицами ввиду их
лучшего разделения немагнитным ма-
териалом. Аналогичная зависимость
наблюдается и у композиций с основой
из удлиненных однодоменных частиц.
Оптимальную плотность упаковки
удлиненных частиц, определяемую по
критерию максимума удельной энер-
гии w композиционного материала,
можно найти с учетом следующих
условий Если характеристика размаг-
ничивания композиционного материала
= / (Н) имеет прямоугольную
форму (см. рис. 62, г), то Br = ucA4s;
Bd=Br -рЛл1, Hd=.HcM. Or-
сюда
— QUi — Ео — Нсм) НсМ
2 2
Значение коэрцитивной силы Н ,
композиции из удлиненных однодомен-
Пых частиц определяется формулой
Киттеля: НсМ = (1 - P)(Nd -
где Nd и Ni — коэффициенты размаг-
ничивания частиц в поперечном и про-
дольном направлениях, AlSj — на-
магниченность насыщения изолиро-
ванной частицы, Р — плотность упа-
ковки (отношение объема основы к бъ-
ему магнита). Полагая, что намагни-
ченность насыщения композиционного
материала Afs пропорциональна плот-
ности упаковки, имеем Ms — РМ^,
Отсюда для удельной энергии компо-
зиционного материала получаем выра-
жение
P-(l-P) (Nd----->...
...->-^)J(l-P) (Nd----->...
w — Po'WsI-------2--------•
Для удлиненных частиц можно при-
нять Na = 1/2, Nt= 0. В этом слу-
чае w — (ЗР — 1) (1 — Р)/8.
dw
Максимум находим из условия =
= 0, откуда Р = 2/3. Это означает, что
объем, занятый связующим, должен
составлять 1/3 объема магнита. Кри-
терием для выбора количества связую-
щего при монокристаллических части-
цах может служить коэффициент ис-
пользования основы (редкоземельной
компоненты), определяемый как от-
ношение полезной энергии к массе
основы1 К = w/me, где w — удельная
энергия, те — масса основы. Из рис. 66
следует, что для достижения наиболь-
шего значения коэффициента исполь-
зования основы объем связующего
должен составлять 35—40 % от общего
объема композиции. У лучших ком-
Coie/икалие обящ/ощеи
(по сбану)
Рис. 66 Зависимость удельной анергии ш
и коэффициента использования К от со-
держания связующего.
Индекс 1 — связующее сополиме ЭВА;
2 — связующее припой; У( — объем свя-
зующего; Vo — объем основы (-----------
экстраполяция)
94
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 67. Технология производства магнитопластов с полимерным связующим
позиционных материалов коэффициент
использования достигает значения
6,12 Дж кг. Это достаточно близко
к значению коэффициента использо-
вания у магнитов без связующего,
например у магнитов, спеченных из
КС37А (К = 7,50 Дж/кг).
Схема технологического процесса
изготовления магнитопластов с поли-
мерным связующим (рис. 67), описан-
ная в [18), рассчитана иа использо-
вание основы нз различных материалов:
интерметаллических соединений RCo6,
R2Col7 и т. д. и дисперсионно твердею-
щих сплавов R (Со, Си, Fe) как в от-
дельности, так и в совокупности. Наи-
более часто в качестве основы исполь-
зуют порошок SmCoB с диаметром ча-
стиц 3—4 мкм. Удельная энергия у луч-
ших магнитов, спрессованных в мат-
рице, достигает 48 кДж/м3. Лучшие
из магнитов, вырезанных из листа,
имеют параметры- Вг — 0 64 Тл,
Нсв — ^80 кА/м w = 36,8 кДж м*.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОВ ИЗ РЗМ
95
Рпс. 68. Технология производства магнитопластов с металлическим связующим
Схема технологического процесса
изготовления магннтоэластов отли-
чается от представленной на рис. 67
лишь тем, что взамен полимеризации
проводится вулканизация связующего
(каучука). Объем связующего выби-
рают исходя из требований к эластич-
ности изделия, т. е. больше, чем не-
обходимо для наилучшего использо-
вания магнитной основы композиции.
Поэтому магиитоэласты но сравнению
с магннтопластами обладают меньшими
значениями магнитных параметров
(у изотропных магннтоэластов Вг =
= 0,26-5-0 27 Тл, Нсв = 190-е-
-5-200 кА/м, w = 7,24-8,0 кДж/.м3;
у анизотропных Вг = 0,40-5-0,43 Тл,
Hclj = 280-5-288 кА/м, w = 16-5-
4-16,4 кДж/м3).
Схема производства магнитопластов
с металлическим связующим (рнс. 68)
имеет некоторое сходство со схемой
производства спеченных магнитов
(см. рис. 63, о), так как после прессо-
вания в матрице брикеты проходят
операцию нагрева для внутренней про-
питки, напоминающую операцию жид-
кофазного спекания. Иногда внутрен-
нюю пропитку осуществляют погруже-
нием брикета в расплавленный металл.
В качестве связующего применяют
химически инертные пластичные ме-
таллы и их сплавы с относительно
низкой температурой плавления.
Наиболее употребителен сплав
Sn60Pb40 (оловяиио-свинцовый при-
пой), размолотый в тонкий порошок
с диаметром частиц d< 4 мкм. Луч-
шие магниты с металлической связ-
кой имеют Вг = 0,57 Тл, Нсв —
= 376 кА/м, НсМ = 600 кА/м, ш =
= 31,2 кДж/м3.
Способ напыления Напыление яв-
ляется разновидностью покрытий. При
этом магнит из изделия превращается
в покрытие, наносимое на плоскую
поверхность магнитопровода. В (12]
описан способ нанесения аморфной
96
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
20. Рекомендуемые режимы электроэрозиоииой обработки
н ‘п 12 16 — 24 130 Обозначения: »ст — скорость перемещения стола шлифовального стайка; /вр — глубина врезания; п — частота вращения заготовки; опр — скорость протягивания проволоки электроискрового станка; v — скорость резки; С — рабочая емкость; 1 — рабочий ток; U — рабочее напряжение.
V 7 25—40 8—20 О
фЯК 1 1 см
иим/гки •л 1 1 о
Э/К1Ч .dua 1 1 о
UHW/pO 091 1
ИИ 1 — 1,5 2 1
нпи/и .1Э„ 7—10 1
Рабочая жидкость Электролит: NaNOs — 50 г/л; NaNOs — 2 г/л; Na2COj — 4 г/л Электролит: 15—20 %-ный раствор NaCl в воде Керосин
Режущий инструмент Круг шлифоваль- ный Электрод ич ста- ли 45 Проволока 0 0,2 мм, латунь
Вид обработки Плоское электрохими- ческое шлифование (черновая обработка) Электрохимическая прошивка отверстий 0 3—5 мм Электроискровая резка
л, об/мин 200 500 од. Осталь-
X
о
сх
S СМ с
S -1 ] 1 Л га
с я
ч
о
о
Л
sn
л
S К
Ю mm о
о оо к
о оо №
д о осэ Л
X
ST
ф
СХ
К
X О
S Е S* -12 3 12 С т
О с •хь
н
о EJ л
СХ
X
О о
S о
tn mm =
W СО СОСО
уч. ч
! и л
о СС
о
&
а в
S н U
о
сх
ф о
ф СХ X
X в О в) н о
К £ га о « к & X X ВНЖ/
X ф 5? ф rt о.
О О «=С ¥ х о S .2 2 X о 1
д о X 1 см
-§оЗ °кр бл.
Й иЬЩ . я к ь
х х
"га к М ф о X чей см.
«5 Л 05
«’О д ” «* X = ф
о о. И га ег
Д.'О &о Ф Ф б 0 ЭЗиа
Вид ш истова о ФХ о ОФ X о. о ь- о >>>> О « ф 3
Ч О.Х
С ids;
ЛИТЫЕ СПЛАВЫ АЛЬНИ И АЛЬНИКО
97
пленки SmaCoi7 путем ионно-плаз-
менного напыления с последующим
переводом п крытня из аморфного
в кристаллическое состояние с кри-
сталлитами, меньшими однодоменного
критического размера или равными
е.му. Фазовый переход происходит
скачком при температуре 496 °C без
магнитного поля и при 490 °C в маг-
нитном поле. При нагреве в магнитном
поле происходит направленная кри-
сталлизация (вдоль поля) и резко
возрастают значения остаточной ин-
дукции, коэрцитивной силы по на-
магничиванию п удельной энергии.
У лучших образцов покрытия Вг =
= 0,9 Тл, Нсв = 496 кА/м, Нсм—
— 720 кА/м; ш = 60 кДж/.м3.
Механическая обработка. Все виды
РЗМ обладают высокой твердостью
и хрупкостью. По твердости (HRC 54—
56) они приближаются к сплавам аль-
нико ЮНДК35Т5, а по хрупкости нх
превосходят
Технология изготовления и малые
размеры магнитов не позволяют за-
формовывать в нх тело крепежные
детали. Поэтому крепежные отверстия
приходится не высверливать в зафор-
мованных втулках, а прошивать в теле
магнита.
Изделия можно обрабатывать шли-
фованием, электроэрозней и ультра-
звуком. Для черновой обработки наи-
большее применение находят электро-
Эрозионные методы (химический и
искровой), а для чистовой обработки —
шлифование. В (8] рекомендуют про-
веренные режимы электроэрозиоииой
черновой обработки (табл. 20) и чисто-
вой обработки шлифованием (табл. 21).
Производительность электрохимиче-
ской обработки у РЗМ выше, чем при
обработке сплавов альнико, так как
растворение РЗМ протекает более ин-
тенсивно. Производительность обра-
ботки шлифованием, напротив, значи-
тельно ниже, так как из-за большой
хрупкости РЗМ за одни ход шлифоваль-
ного стола можно снимать слой тол-
щиной 0,005 мм (при шлифовании
альнико 0,01—0,02 мм). Прошивание
Отверстии электроискровым методом
не рекомендуется из-за опасности их
растрескивания.
Л5агнитные параметры отечественных
и зарубежных РЗМ приведены в табл. 9
4 Пятни Ю. М и др
н 14 Характеристики размагничива-
ния отечественных РЗМ представлены
на рис. 23 и 24.
ЛИТЫЕ СПЛАВЫ АЛЬНИ
И АЛЬНИКО
В группу литых сплавов альни и
альнико входят сплавы типа альни
(AI—Ni), альнисн (А1—Ni—Si) и
альнико (А1—Ni—Со). Основная об-
ласть применения этих сплавов —
магниты для измерительных приборов,
автоматических и акустических уст-
ройств, поляризованных реле, магнето,
электрических машин, магнитных муфт,
опор и тормозов.
Марки сплавов, химический состав,
тип кристаллической структуры и на-
личие магнитной анизотропии норми-
рованы ГОСТ 17809—72 (табл. 22).
Названия марок сплавов составлены
из условных буквенных обозначений
(табл. 23) химических элементов, вхо-
дящих в сплав (не считая железа).
Цифры определяют процентное содер-
жание того элемента, за буквенным
обозначением которого они следуют.
Например, марка ЮНДК35Т5Б оз-
начает сплав железа с алюминием,
никелем, медью, кобальтом, титаном
и ниобием. Процентное содержание
кобальта и титана соответственно 35
и 5%. Марка ЮНДК35Т5БА озна-
чает сплав железа с алюминием, нике-
лем, медью, кобальтом и ниобием со
столбчатой кристаллической струк-
турой, а марка ЮНДК35Т5АА —
сплав железа с алюминием, никелем,
медью, кобальтом и титаном с моно-
кристаллической структурой.
Железо, алюминий, никель и кобальт
являются основными компонентами.
Медь, титаи и ниобий относятся к ле-
гирующим присадкам. Углерод, сера,
фосфор, марганец н кремний — приме-
си, допустимое содержание которых
составляет доли процента. Исключе-
нием является только кремний, который
в зависимости от процентного содер-
жания никеля является или вредной
примесью или легирующим элементом.
Влияние содержания элементов на
свойства сплавов приведено в табл. 24.
Алюминий и никель увеличивают Нс
и ВаНа при одновременном умеиь-
98
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
22 Химический состав, в %, сплавов альнм и альнико (основные компоненты)
Тип Кристал* лнческой структуры Равноосная Столбчатая Монокрн талли- чсская Равноосная Монокристалли- ческая Равноосная Обозначения: А — столбчатая кристаллическая структура; АА — монокристаллическая структура. Цифры указы- вают на процентное содержание элемента. Примечания 1. Остальной компонент всех сплавов — железо. 2 Магнитная анизотропия отсутствует у сплавов ЮНД4, ЮНД8, ЮНТС, ЮНДК15, ЮНДК18, у всех остальных имеется.
Кремний in 1 И 1 1 о № сс с-. сс jh 1 <£> 1 II 1 1 1 со о 1
Ниобий 1 1 0,5 —0,8 0,8—1,0 1,0—1,4 0,9—1,5 н сс м 1
Титан 0,2 —0,3 0,4 —0,5 0,2-0,3 1 | 1,8-2.0 | 0,2 —0,3 0,2-0,3 0,2 —0,3 3,0-3,5 5,0—5,5 5,0-5,5 5,0-5,5 4,0-5,0 5,0-5,5 6,9-7,2 7,0-8,0 8,0-9,0
Кобальт — 14,0-15,0 18,0-19.0 18,0—20,0 23,5-24,5 23,5—24,5 23,5-24,5 23,5-24,5 23,5-24,5 24,0-26,0 24,0 — 26,0 24,0 — 26,0 24,0 — 26,0 24,0—26.0 30,5-31,5 34,0—35,0 34,5—35,5 34,5-35,5 34,5-35,5 34,5-35,5 38,0—40,0 39,0-40,0 40,0-42,0
Медь 3,0-4,0 7,8-8,2 3,0-4,0 3,0-4,0 1,5 —2,0 2,0—2,5 2,5-3,5 2,5-3,5 2,5—3,5 3,0-4,0 3,0-3,5 3,5—4,0 3,0—3,5 3,5-4,0 4,0—4,5 3,0-3,5 3,0-4.0 3,0—4,0 3,3-3,7 3,3-3,7 2,5-3,0 3,3-3,7 3,0-4,0 3,0-4,0
Никель 24,0—25,0 28,0-28,4 32,0—35,0 19 0—20,0 18,0-19,0 С. О о (Л со СО тг UD 1О 1 1 1 1 1 1 ОО Щ1СЮ о ЧТ СЧ СЧСО -чг -м- Щ lO С С С1Л СО^СО ЧТ Ш СО 1 1 1 1 1 1 СЧ ГС с7сОч*СО 14,0-14,5 14,0-15,0 14,0-14,5 14,0—14,5 14,0—14,5 13,5-14,0 14,0—14,5 13,5-14,5
Алюминий 13,0-14,0 10,8—1 1,3 13,0-16,0 8,5-9,5 9,0-10 0 6,5-7,5 7,5 —3,0 7,5-8,5 7,5—8,5 7, 5-8,5 8,0-9,0 7,5-8,0 8,0—8,5 7,7-8.1 8,0-8,5 8,3—8 7 6,8 —7,2 6,8-7,2 6,8-7,2 6,8-7,2 6,8—7,2 7,0-7,5 6,9-7,3 7,2-7,7 7,5-8,5
Сплав woo •чуоои^^ ххххх ЙЙЙЙЙ ЮНДК18С ЮН13ДК24С ЮН13ДК24 ЮН14ДК24 ЮН15ДК24 ЮН14ДК24Т2 ЮН13ДК25А ЮН14ДК25А ЮН13ДК25БА ЮН14ДК25БА ЮН15ДК25БА ЮНДК31ТЗБА < < < LQ U. < < 1С (Д L* LO 1Л Г* 00 00 -Ч-in 1О»г: Ш ООО о со со со го со со чг »» 54» Ь4 »» » ЧЧ ЧЧ Ч чч Ч хх хх а: хх х ее ее 2 ЙЙ й
ЛИТЫЕ СПЛАВЫ АЛЬНИ И АЛЬНИКО
99
23. Буквенные изображения элементов в названиях марок сплавов
Условное обозначение Элемент Условное обозначение Элемент
Б Ниобий (Nb) н Никель (Ni)
В Вольфрам (W) р Бор (В)
Г Маргэнеч (Мп) с Кремний (Si)
д Медь (Си) т Титан (Ti)
к Кобальт (Со) ф Ванадий (V)
л Бериллий (Be) X Хром (Сг)
м Молибден (Мо) ю Алюминий (А1)
тении Вг. Зависимость Нс_в от содер-
жания Ni представляет собой моно-
тонно затухающую кривую. Содержа-
ние Ni свыше 27 % влияет мало.
Для сплавов типа альни оптимальным
является содержание 25—32 % Ni.
Практическое применение имеют спла-
вы с 20—33 % Ni. Кривая зависимости
Нс от содержания А1 имеет максимум
в пределах 12—15% А! (в зависимо-
сти от содержания Ni). Для сплавов
типа альни оптимальным является
содержание 12—15%А1. Практиче-
ское применение имеют сплавы с 11—
17 % А Алюминий и никель по-
разному влияют на величину крити-
ческой скорости охлаждения (оптималь-
ной скорости охлаждения, при которой
достигаются наивысшие значения Нсв
и В^НД. С увеличением содержа-
ния AI критическая скорость охлаж-
дения падает. Влияние содержания Ni
противоположно. Скорость охлажде-
ния отливок в основном зависит от
их массы, поэтому содержание AI
н Ni в сплавах типа альни нужно вы-
бирать в зависимости от массы отли-
вок так чтобы критическая скорость
охлаждения была близка к скорости
охлаждения отливки в производствен-
ных условиях.
Из табл. 25 следует, что по мере
увеличения массы отливки содержание
алюминия возрастает, а содержание
никеля падает, причем суммарное со-
держание в сплаве этих элементов
почти не меняется. Поэтому у мелких
отливок из альнн магнитные свойства
выше, чем у крупных, так как на маг-
нитные свойства алюминий влияет
слабее, чем никель. Основное значе-
ние кобальта заключается в том, что
он, увеличивая температуру точки
4*
Кюри и уменьшая критическую ско-
рость охлаждения, делает эффектив-
ной термомагиитиую обработку отли-
вок, существенно повышающую их
магнитные свойства. Для этого в спла-
вах альнико должно быть не менее
18 % Со. Кобальт вводят в основном
за счет алюминия и никеля и лишь
частично за счет железа. Эго приводит
к возрастанию В и увеличению энер-
гетического произведения ВдН^, так
как кобальт, подобно никелю и алю-
минию, повышает 11с.
Основное значение меди в сплавах
альни и альнико состоит в уменьше-
нии зависимости магнитных свойств
от технологии изготовления. Медь
уменьшает зависимость магнитных
свойств от нарушений режима термо-
обработки и ускоряет процесс распада
p-фазы отливок из альнико, позволяя
получать высокие магнитные свойства
при охлаждении этих отливок на воз-
духе или в струе воздуха. Без меди
процесс распада благодаря наличию
кобальта протекает слишком медленно.
В сплавах альни медь выравнивает
свойства отливок в пределах плавки.
Титан (в количестве до 25 %) ис-
пользуют для существенного увели-
чения НсВ. Сплавы с большим содер-
жанием титана очень хрупки, поэтому
наиболее употребительны сплавы с 2—
8% Ti.
Ниобий в количестве 0,5—1,5%
несколько улучшает магнитные свой-
ства алышко. В плав его вводят в виде
лигатуры Fe—Nb (согласно
ГОСТ 17809—72), но чаще в виде из-
мельченной металлокерамики.
Углерод является очень вредной
примесью, так как резко ухудшает
магнитные свойства отливок. В сплав
100
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
34. Влияние содержания алементов иа свойства Ильи и и альнико
ЛИТЫЕ СПЛАВЫ АЛЬНИ И АЛЬНИКО
101
25. Употребительные составы плавов альни
для отливок разной массы
Масса отливки, г Содержание элементов. %
А1 Ni Си Fe
5-10 20—50 100—200 300—500 1000 — 3000 3000—5000 12—13 13—14 14,0—14,5 14,5-15,0 15,5—16,0 10,5—17,5 26—28 25—27 24 —20 23,5—25,0 23,5—25,0 23,0—24,8 0 Остальное
3,5—4,5
он может попадать с большинством
шихтовых материалов. Поэтому шихту
составляют только из материалов вы-
сокой степени чистоты: железа марки
Армко А, никеля марки НО алюминия
марок АВ1, АВ2, АВО и АО, кобальта
марок КО и К1 и меди марки МО.
Фосфор в количестве до 0,03 %
совершенно не влияет па магнитные
свойства сплавов.
Сера, попадающая в сплав как при-
месь полезна, так как в количестве
до 0,2 % существенно улучшает
механические свойства отливок, в том
числе их шлифу емость.
Марганец уменьшает Нсв- Поэтому
его содержание не должно превышать
0,35 %.
Кремний в сплавах с низким и сред-
ним содержанием никеля вреден.
В сплавах алышти и альппсити, со-
держащих 33—34 % Ni, кремнии яв-
ляется легирующим элементом, так
как в количестве 1 % значительно
понижает критическую скорость ох-
лаждения. Поэтому магнитные свойства
отливок из алышсн, содержащего 33—
34 % Ni, 13—14 % Al и 1 % St, не
зависят от размеров поперечного се-
чения в пределах от 1 до 30 см2.
Химический состав и марки шихто-
вых материалов, применяемых для
изготовления сплавов ЮНДК35Т5АА
и ЮНДК40Т8АА, должны соответ-
ствовать указанным в табл. 2С, а для
остальных марок — в табл. 27.
Допускается легирование сплавов
серой, кремнием, пернем и другими
элементами в количестве до 1 °о каж-
дого.
Введение шихтовых легирующих
материалов и отклонение химического
состава от нормы табл. 26 не должно
приводить к снижению магнитных
параметров сплава.
Способы литья. Изделия отливают
во влажные н сухие песчаные и скор-
лупчатые формы, а также по выплав-
ляемым моделям. Усадка составляет
2—3 %. При крупносерийном произ-
водстве наиболее употребительна от-
ливка в сухие формы и по выплавляв-
26. Химический состав и марки шнхтоаых материалов,
применяемых для изготовления сплавов марок ЮНДКЗЗТЗАА
и ЮНДК40Т8АА
Наименование материала Номер стандарта
Железо карбонильное рафинирован- ное Кобальт марки КО Никель марки Но Медь катодная особой чистоты мар- ки OC4-II-4 Алюминий Титан подндный 1-го сорта По документации, утвержденной в уст* новлеином порядке ГОСТ 123—78 ГОСТ 819-70* По документации, утвержденной в уста- новленном порядке ГОСТ 11069 — 74* По документации, утвержденной в уста- новленном порядке
102
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
27. Химический состав и марки шихтовых материалов,
применяемых для изготовления сплавов
(кроме сплавов марок ЮНДКЗБТ5АА и ЮНДК40Т8АА)
Наименование материала Номер стандарта
Никель марки HI Алюмнинй марки А7 Кобальт марки К1 Медь марки Ml Титан вакуумный марки ВТ 1-0 Ниобий в штабиках марки Н6Ш1 Кремний кристаллический марки КрО Сталь ннзкоуглсродистая марки ЭП355 ГОСТ 849—70* ГОСТ 11069—74* ГОСТ 123—78 ГОСТ 859-78 По документации, утвержденной в уста- новленном порядке ГОСТ 16100—79 ГОСТ 2169—69 По документации, утвержденной в уста- новленном порядке
Примечание. Допускается применять феррониобий марки Нб-1 ио документации, утвержденной в установленном порядке.
мым моделям. Литейные допуски ко-
леблются в пределах ±0,3—0,4 мм
при размерах от 50 мм и ±0,8—1,5 мм
прн размерах 100—260 мм. Отливка
в формы по выплавляемым моделям
обходится дороже из-за сложности
изготовления форм, но позволяет изго-
товлять изделия с достаточно высокой
точностью. Такие отливки во многих
случаях не нуждаются в последующей
доводке размеров.
Пределы массы отливок. Способ
литья пригоден для изготовления маг-
нитов массой от 10 г до 20 кг. Нижний
предел обусловлен трудоемкостью опе-
рации формования мелких магнитов,
большим отходом материала на лит-
ники и питатели, составляющим до
60—80 % от массы магнитов, и труд-
ностью воспроизведения в отлнвке
точных размеров и четких граней.
Верхний предел обусловлен труд-
ностью обеспечения нужной скоросгн
охлаждения, что приводит к ухудше-
нию магнитных свойств. Наиболее
употребительны литые магниты мас-
сой от 20 г до 5 кг.
Получение направленной кристалли-
зации. Для получения кристаллогра-
фической текстуры сплав отливают
в форму, дном которой служит медный
холодильник с проточной водой. Форма
находится в печи прн температуре
около 1400 °C Для защиты поверх-
ности холодильника от прямого кон-
такта с расплавом на дно формы
иногда кладут пластинку никеля. Низ
формы герметизируют обмазкой нз
смеси кварцевого песка с жидким стек-
лом. Соприкосновение расплава с хо-
лодильником приводит к быстрому
образованию столбчатых кристаллов
в нижней части слитка, а медленное
опускание холодильника и стоящей
па нем формы вызывает преимущест-
венный рост кристаллов в вертикаль-
ном направлении *. Это приводит к
образованию во внутренней части от-
ливки крупнокристаллической столб-
чатой структуры, состоящей из кри-
сталлов, ориентированных осью [100]
в направлении движения фронта кри-
сталлизации. Возникающее улучше-
ние магнитных свойств (по сравнению
с тем же сплавом без направленной
кристаллизации отливки) объясняется
главным образом тем, что кристалло-
графическая текстура создается в на-
правлении оси [100] легкого намагни-
чивания Кривая размагничивания при
ориентации ноля вдоль этой осн полу-
чается более выпуклой при одновре-
менном увеличении Нсв и Вг Частич-
ное улучшение магнитных свойств за-
1 Направленную кристаллизацию мож-
ио получить и без опускания холодиль-
ника. Это достигается выбором теплового
режима, обеспечивающего необходимую
скорость движения фронта кристалли-
зации.
ЛИТЫЕ СПЛАВЫ АЛЬНИ И АЛЬНИКО
103
28. Режимы шлифования сплавов альни и альнико
Вид шли- фова- ния Абразив Форма поверхности Скорость Подача на вре- зание, мм Снимае- мый при- пуск, мм
круга, м/с стола, мм/мин изде- лия, м/мин
Чер- новое Корунд (на керамической связке) Цилин- дри- ческая Наруж пая Вну- тренняя 37 1,7—8,0 1,5—3,0 2.2—5,0 11 27—94 0,01 — 0,05 0,02— 0,05 0, 3—1,5
Плоская 35 16—24 —- 0.1 0, Об- ол
Чисто- вое Корунд (на бакелитовой связке), алмаз 12—15 3 — 0,005— 0,007
висит п от того, что ось легкого на-
магничивания в столбчатом кристалле
пересекает меньше границ (между
зернами), являющихся источниками
внутренних размагничивающих полей.
Чем крупнее кристаллы, тем меньшее
число границ приходится на единицу
высоты отливки.
Технология механической обработки.
Сплавы альни и альнико имеют отно-
сительно низкую теплопроводность,
большую твердость и крупнозернистую
структуру. Поэтому они хрупки, склон-
ны к растрескиванию, образованию
раковин, выкрашиванию частиц па
обрабатываемой поверхности, сколам
по краям и в холодном состоянии,
за редкими исключениями, совершенно
не допускают обработку резанием.
Основным видом обработки является
шлифование (табл. 28). Черновое шли-
фование проводят до термической об-
работки. Шлифовальные круги должны
иметь твердое зерно и вязкую мягкую
керамическую связку. Хорошие ре-
зультаты дает применение кругов из
монокорунда или белого электрокорун-
да. Чистовое шлифование проводят
после термообработки. Круги могут
быть алмазными на органической связ-
ке или корундовыми на бакелитовой
связке.
При разрезании на части отливок
в форме брусков и цилиндров, выре-
зании внутренних отверстий и ряде
других случаев применяют обработку
по способам электротехнологии н уль-
тразвуковой технологии. Отверстия
диаметром 0,5—3,0 мм прошивают элек-
троискровой обработкой при следую-
щем режиме: рабочий ток 2—4 А,
ток короткого замыкания 4—8 А,
напряжение 220 В, емкость конденса-
тора 25—50 мкФ. Параметр шерохо-
ватости Ra = 12,5 мкм. Анодно-меха-
ническая обработка поверхностей дает
параметр шероховатости Ra = 3,2-ь
-4-1,6 мкм при следующем режиме:
скорость вращения чугунного диска
30 м/с, рабочее напряжение 10—12 В,
ток 18—20 А.
Применение очень чистых исходных
материалов, выбор подходящего ма-
териала тиглей н устранение источ-
ников загрязнений в процессе плавки
и разлива позволяет получить отливки,
допускающие горячую прокатку в по-
лосы, горячую штамповку и гибку.
Возможна также обработка резанием
твердосплавными инструментами прн
температуре обрабатываемого изделия
1100—800 СС.
Требования к форме изделий. Изде-
лия из литых сплавов должны, по
возможности, обладать простой фор-
мой, а площадь поверхности, нуж-
дающаяся в обработке шлифованием,
быть минимальной. Во избежание по-
явления трещин переход от больших
поперечных сечеиий к малым должен
быть плавным, различные выемки
должны иметь плавные закругления,
а отверстия располагаться далеко от
краев. Если по конструктивным со-
104
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
обряжениям отверстие необходимо
расположить вблизи края то его лучше
еаменнть овальной выемкой. Также
склонны к образованию трещин и
отливки в форме тонких дисков, шайб
и пластин с большим отношением по-
перечных размеров к толщине. Следует
избегать стенок, толщина которых
меньше 3—4 мм, даже при плавном
переходе к ним от участков с большим
поперечным сечением.
Для получения мелких магнитов
цилиндрической и призматической
формы принято отливать длинные за-
готовки и отрезать от них куски нуж-
ного размера. Отливка брусков и ци-
линдров с поперечными размерами
меньше 3—4 мм затруднительна. Наи-
более рациональной формой магнитов
из отливок с направленной кристалли-
зацией является форма бруска или ци-
линдра. Если магнит должен иметь
форму пологой дуги, то можно при-
менять горячую гнбку, но последняя
операция сложна и дает относительно
большой процент брака по трещинам.
Способы соединения с арматурой.
Для соединения магнита с арматурой
или для укрепления его иа валу при-
меняют втулки или стержни из жаро-
упорной немагнитной стали. Втулки
и стержни устанавливают литейные
формы н иа них заливают магнит.
Заливаемая деталь должна иметь фор-
му, препятствующую ее проворачи-
ванию в теле магнита н смещению вдоль
осн. Во втулках высверливают и на-
резают крепежные отверстия, а стерж-
ни используют как крепежные болты.
Применение стержней предпочтитель-
нее, так как при прочих равных усло-
виях диаметр стержня меньше диа-
метра втулки. Диаметр втулок, ва-
лов н отверстий во избежание трещин
не должен превышать 20—30 % от
дшметра магнита. Втулки и стержни,
заливаемые в магниты малых разме-
ров могут быть из бронзы, так как
тепла, содержащегося в отливке, не-
достаточно, чтобы расплавить втулку.
Бронза не должна содержать цннк во
избежание его испарения и выбрасы-
вания металла из формы. Соединение
магнитов полюсными наконечниками
производят способами, приведенными
в табл. 29 В приборостроении наиболее
употребительны способы сварки, за-
ливки легкоплавким сплавом и склей*
ваиия, а также соединения впритык.
В электромашиностроении применяют
способы запрессовки и сварки
Термообработка (закалка отпуск и
нормализация). Закалка увеличивает
главным образом остаточную индук-
цию материала. У сплавов, содержа-
щих свыше 18 % Со (т. е. имеющих,
повышенную температуру точки Кюри),
закалку проводят в магнитном поле.
Термомагннгную обработку т е. за-
калку в магнитном поле, имеет смысл
применять только к материалам, спо-
собным выделять однодоменные удли-
ненные ферромагнитные частицы, за-
ключенные в немагнитной или слабо-
магнитной матрице. Обработка эф-
фективна лишь при условии, что тем-
пература, при которой сплав стано-
вится пластичным н способным к диф-
фузионным процессам, лежит ниже
температуры точки Кюри, Кроме того,
необходимо, чтобы критическая ско-
рость охлаждения была мала н маг-
нитная текстура успевала возникнуть
за время закалки.
Отпуск заключается в многочасовой
выдержке магнитов при температуре
500—600 °C. Он приводит к возра-
станию коэрцитивной силы. Продол-
жительность отпуска зависит от ве-
личины коэрцитивной силы, получае-
мой после закалки с критической ско-
ростью охлаждения. Продолжитель-
ность отпуска обратно пропорциональ-
на величине Нс. Нормализация заклю-
чается в медленном охлаждении маг-
нитов и предназначена для устранения
местных механических перенапряже-
ний в материале. Режимы термообра-
ботки сплавов альни и альнико нор-
мированы ГОСТ 17809—72 (табл. 30).
Прочие физические свойства спла-
вов альни и альнико. Механическая
прочность литых изделий из сплавов
альни и альнико относительно неве-
лика из-за их хрупкости и наличия
в них мелких раковин, являющихся
источниками концентрации напря-
жений. Прочностные параметры этих
сплавов колеблются в следующих
пределах: ов = 30-:-80 МПа, ап =
= (24-2,5)-Ю4 Дж/ма, ои= 100-ь
4-150 МПа, IIRC 45—55 Указанные
значения параметров ограничивают
допустимую окружную скорость ли.
ЛИТЫЕ СПЛАВЫ АЛЬНИ И АЛЬНИКО
105
* Кольцо может быть оплошным, выполненным из корроэиоипостойкой стали, необратимо теряющей магнитные свой
ства при нагреве до 1000—1500 °C. После запрессовки участки кольца между полюсами подвергают нагреву токами высо-
кой частоты до 1050 ”С, вследствие чего они становятся немагнитными.
*• Влияние прослойки сказывается мало, если коэрцитивная сила магнита Н — 40 кА/м
106
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
30. Режимы термической обработки литых сплавов альни и альнико
Марка сплава Режимы
ЮНД4 Охлаждение о температуры 1250 °C со скоростью 180—300 °С/мин
ЮНД8 Охлаждение с 1270 *С в масле, отпуск 600 *С — 2 ч
юнтс Охлаждение с 1200 ’С па воздухе
ЮНДК15 Охлаждение с 1200 до 700 аС со скоростью 60—300 ’С/Мин. от- пуск: 650 °C—1 ч; 590 °C—2 ч
ЮНДК18 ЮН13ДК24 ЮН14ДК24 ЮН15ДК24 Охлаждение с 1280 ®С в магнитном поле напряженностью не меиее 16о кА/м до С00 °C со скоростью 50—200 *С/мин. Отпуск: 620 °C—2 ч, 590 °C— 8 ч
Ю1113ДК25А ЮН11ДК25А ЮН13ДК25БА ЮШ4ДК25БА Охлаждение с 1280 °C в магнитном поле напряженностью не ме- нее 160 кА/м до 600 °C со скоростью 50—200 “С/мии. Отпуск: 620 °C—2 ч, 590 'С—8 ч
ЮНДК31Т5 ЮНДК35Т5Б Охлаждение с 1250 °C в магнитном поле напряженностью не менее 200 кА/м до 900 ®С со скоростью 200 °С/мин п до 600 °C со скоростью 20—40 °С/мнн; отпуск: 640 °C—2 ч. 560 сС—8 ч
ЮНДК35Т5 ЮНДКЗЗТ5БА ЮНДК35Т5АА Охлаждение с 1250 °C ДО 800 °C со скоростью не менее 150 °C/ми и и выдержка в изотермической ванне при 795 °C плюс 5 °C в тече- ние 10 мин в магнитном поле напряженностью не менее 240 кА/м; отпуск 610 °C—5 ч, 560 °C—20 ч
31. Допускаемые механические на|рузки на магниты электрических машин
Нагрузка Параметры нагрузки
Диапазон частот, Гц Максимальное ускорение g * Длительность удара, мс
Вибрационная 1 — 2000 20
1—3000 20 —
1 — 5000 40 —
Ударная1
многократная — 40 2—10
—— 150 1—3
однократная — 130 1-3
—— 500 1 — 2
— 1000 0,2-1,0
Линейная (центробежная) 50
—— 150 —
— 200
— 500
* g = 9 81 м/с* — ускорение свободного падения.
ЛИТЫЕ СПЛАВЫ АЛЬНИ И АЛЬНИКО
107
тых цилиндрических роторов до 50 м/с.
У отливок высокого качества окруж-
ная скорость может быть повышена до
100 м/с. Плотность литых изделий
лежит в пределах 7,3—7,8 г/см3.
Температурный коэффициент линей-
ного расширения в интервале 20—
300 °C составляет (11-=-13) 10 е V°C.
Удельное электрическое сопротивле-
ние р = 45—75 мкОм-см.
Магниты электрических машин,
муфт и тормозов должны быть механи-
чески прочными и допускать эксплуа-
тацию при воздействии па них механи-
ческих нагрузок согласно табл. 31.
Новые материалы. Новые материалы,
разработанные в СССР, можно разде-
лить на две основные группы: сплавы
с высокой коэрцитивной силой и спла-
вы с высокой энергией.
Сплавы с высокой коэрци-
тивной силой предназначены
для изготовления магнитов, работаю-
щих в разомкнутых цепях с большим
коэффициентом размагничивания, а
также в цепях, размагничивающее
поле которых создается электрическими
токами (например, в электрических
машинах, магнето и т. п.).
Для производства сплавов с высокой
коэрцитивной силой используют в ка-
честве основы сплав типа ЮНДК35Т5,
содержащий 34—35 % Со. Однако для
получения особо высокой коэрцитив-
ной силы этот сплав требует сущест-
венного изменения общепринятого тех-
нологического процесса его производ-
ства, а именно: отказ от привычного
кислого кварцевого плавильного тигля
и замены его основным магнезитовым
или алундовым тиглем; изменение ре-
жима термомагнитной закалки путем
введения процесса изотермической
магнитной обработки. При изотерми-
ческой магнитной обработке изделие,
находящееся в магнитном поле, ох-
лаждают с критической скоростью
(при которой магнитные свойства ire
меняются) от температуры 1250 °C до
температуры, близкой к точке Кюри,
после чего прекращают отвод тепла.
Вследствие этого фазовые превраще-
ния протекают при практически по-
стоянной температуре. Возможно, что
при этом создаются наиболее благо-
приятные условия для процесса дис-
персионного твердения сплава. Не
исключена вероятность появления при
этих условиях и третьей фазы.
Сплавы с высокой маг-
нитной энергией. В настоя-
щее время высоким следует считать
энергетическое произведение (BW)max >
> 60 кА-Тл/м.
Сплавы предназначены для изготов-
ления магнитов, работающих в мини-
атюрных и микроминиатюрных уст-
ройствах приборостроения, автоматики,
электроники и электрооборудования.
По номинальному химическому со-
ставу сплавы с высокой магнитной
энергией соответствуют сплавам марок
ЮНДК25БА и ЮНДК35Т5. Высокая
магнитная энергия сплавов дости-
гается благодаря применению вакуум-
ной металлургии, созданию условий
для направленной кристаллизации во
всем объеме отливки и применению
изотермомагнитной обработки изделий.
Сплавы с особо высокой энергией
(В//)1лах > 72 кА-Тл/м получают спо-
собом вакуумной плавки и заливки
в нагретую керамическую форму, на-
ходящуюся в кристаллизаторе с инерт-
ной средой (аргои) Сплавы с меньшей
энергией (ВН}тт = 64-=-68 кА-Тл/м
удается получать открытой плавкой
в индукционных печах с открытой за-
ливкой в керамические литейные фор-
мы, нагреваемые в специальных сили-
товых печах-кристаллизаторах. Ке-
рамические литейные формы нагре-
вают до 1380—1500 °C.
Выдержку иа холодильнике для по-
лучения столбчатой структуры уста-
навливают в зависимости от типа маг-
нитов Температура заливаемого спла-
ва 1600—1650 СС.
Термическая обработка магнитов
со столбчатой структурой состоит из
термомагнитной закалкн от 1300 СС
с охлаждением до 600 СС (с критиче-
скими скоростями охлаждения) и по-
следующим двухсту пенчатым отпуском:
30—48 ч при 590 СС и 30—48 ч при
560 °C.
Вакуумная плавка позволяет полу-
чить сплав с пониженным содержанием
газов, неметаллических включений и
углерода (содержание О2 иа одни по-
рядок ниже, углерода — в 1,5—2 раза
меньше, чем в плавках, проводимых
открытым методом). Это уменьшает
модифицирующее действие титана и
108
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
позволяет получать отливки из сплава
типа ЮНДК35Т5 со столбчатой струк-
турой. Сплав, кроме основных ком-
понентов, содержит 1 % Nb и 0,2 % S,
действие которых сводится к повыше-
нию склонности к кристаллизации
в направлении £100), так как сужает
интервал кристаллизации сплавов.
Этому же способствует перегрев ме-
талла и формы, благодаря которому
процесс направленной кристаллиза-
ции происходит при большом темпера-
турном градиенте. При 1 % Nb и
0,2 % S сплав кристаллизуется при
технологически приемлемых скоростях
вытягивания (1,5—3 м.м/мии). Откло-
нение роста столбчатых кристаллов
от кристаллографического направле-
ния 1100] свыше 5—6° сильно снижает
уровень магнитной энергии (до 30 %),
Изотермомагиитная обработка обес-
печивает получение оптимальной маг-
нитной текстуры благодаря ориента-
ции вдоль поля зародившихся ферро-
магнитных частиц, и способствует пол-
ному их выделению и росту до опти-
мальных размеров, близких к одно-
домениым, в результате Р->|Р +
Н- 021-распада.
Применение исходных материалов
высокой чистоты, плавка в вакууме,
направленной кристаллизации в инерт-
ной среде с нужными скоростями и
температурой, а также правильные
режимы изотермомагпптной обработки
и отпуска позволяют получать маг-
ниты размерами 20X20x50 мм с энер-
гией 72—96 кА-Тл/м (с выходом 25 %
магнитов с энергией 88—96 кА-Тл/м).
Магнитные параметры отечественных
и зарубежных литых альнико приве-
дены в табл. 6 и 13. Характеристики
размагничивания отечественных литых
альнико см. на рис. 39—51.
МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ
АЛЬНИ И АЛЬНИКО
Основная область применения —
изготовление магнитов массой от до-
лей грамма до 100 г для измерительных
и электронных приборов, автомати-
ческих и электроакустических уст-
рой в, а также магнитов массой до
нескольких килограмм для роторов
быстроходных электрических машин.
Преимущество металлокерамиче-
ской технологии перед литьем состоит
в возможности автоматизированного
производства мелких изделий без не-
производительного расхода материала,
значительном повышении механической
прочности изделий, меньших допусках
без дополнительной обработки. Од-
нако из-за сложности и высокой стои-
мости оборудования производство ме-
таллокерамических магнитов эконо-
мически выгодно только при изготов-
лении крупных партий (начиная от
25 000 шт, и более).
Химический состав металлокерами-
ческих сплавов альнн и альнико,
применяемых в СССР, лишь незначи-
тельно отличается от состава литых
альни н альнико.
Исходными материалами для ме-
таллокерамических магнитов отече-
ственного производства являются сле-
дующие порошки: никеля (марка ПНЭ
ГОСТ 9722—79), кобальта (марка КП-1
ГОСТ 9721—71), меди (марка ПМ 2
ГОСТ 4960—75), титана (марки
ИМП-ТА или порошок лигатуры
Fe—Ti), железа (карбонильный, вих-
ревой или восстановленный), лига-
туры алюминия Fe—Al и лигатуры
Циркония Fe—Zr—Al. Назначение
присадки циркония — повышение
коэрцитивной силы и остаточной ин-
дукции, что, в свою очередь, приводит
к возрастанию магнитной энергии.
Легирование цирконием полезно также
и в технологическом отношении, так
как позволяет понижать критическую
температуру изделия прн термомаг-
интиой обработке. Назначение осталь-
ных легирующих присадок то же, что
в у литых сплавов (см. табл, 24).
Применение порошков лигатур вме-
сто порошков чистых металлов объяс-
няется значительной разницей темпе-
ратур плавления компонентов сплава
и возможностью окисления порошка
алюминия в процессе помола. Размеры
частиц порошка должны быть не более
147 мкм у железа, а у остальных ме-
таллов 74 мкм. Стоимость перечислен-
ных порошков значительно выше стои-
мости исходных материалов.
Способ изготовления
изделий состоит из следующих
операций: тщательного многочасового
перемешивания порошков, взятых
МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ АЛЬНИ И АЛЬНИКО
109
в пропорции соответственно марке спла-
ва с добавлением 0,3—0,5% стеатита
цинка для улучшения спекания; за-
сыпки требуемой дозы смеси в пресс-
форму и прессования при давлении
около 1,0 ГПа; спекания вынутой
из пресс-формы заготовки в атмосфере
водорода или в вакууме при 1200—
1300 °C.
Несколько лучшие результаты в от-
ношении магнитных и механических
свойств изделий дает способ двухтакт-
ного прессования и спекания, отличаю-
щийся тем, что процесс спекания в пер-
вый раз не доводят до конца, так как
ведут при пониженной температуре
900 ± 10 °C с выдержкой 2 ч. После
этого заготовку, охлажденную до
400 °C, вторично прессуют уже под
давлением 1,5 ГПа и вторично спекают
в атмосфере водорода или в вакууме
при 1280 ± 5 °C с выдержкой 4 ч.
Рекомендуемые режимы термообра-
ботки приведены в табл, 32.
Влияние металлокерамической тех-
нологии на форму и размеры изделий.
При конструировании магнитов не-
обходимо учитывать, что в процессе
спекания происходит усадка изделия
в пределах 3—6 %. Изготовление
в пресс-форме требует придания из-
делиям конусности до 3°. Для обеспе-
чения равномерного распределения
давления при прессовании отношение
высоты h изделия (мм) к квадратному
корню нз его сечения (см) ие должно
превышать 2:1. Форма изделий мо-
жет быть самой различной, но размеры
не должны превышать следующих пре-
делов:
Высота ft, мм . . . 1,0—50
Сечение S, см* . . . 0,1—50
h/jAs, не более . . 2:1
Диаметр отверстий,
мм, не менее ... 2
Допуски по высоте,
мм
Л..............1.0—5,0 5,1—15,0
АЛ.............2:0,15 —0,20
ft ............ 15,1 — 30,0 30.1—50,0
Ah.............2:0,25 — 0,30
Размеры по диаметру или ширине
магнита могут быть выдержаны по
12—14 квалитетам.
Метод металлокерамики пригоден
также и для изготовления магнитов,
армированных полюсными наконеч-
никами, спеченными нз магнитно-мяг-
ких материалов. Для этого в пресс-
форму, разделенную тонкими времен-
ными перегородками, засыпают поро-
шок магнитно-твердой смеси, а в от-
деление для полюсных наконечников —
порошок чистого железа и после уда-
ления перегородок прессуют заготовку
и затем спекают. Прочность на разрыв
зоны соединения составляет около
400 МПа.
П р о ч и е ф и з и ч е с к и е с в о й-
ства металлокерамичес-
ких сплавов альни и аль-
нико. Механическая прочность
(табл. 33) у металлокерамических из-
делий значительно выше, чем у литых.
Предел прочности па разрыв а₽ =
— 400-;-450 МПа и на сжатие ос =
«= 1500-5-2000 МПа (разница величин
прочности объясняется пористостью и
хрупкостью материала; при растяже-
нии на поверхности пор возникает
концентрация напряжений и поры легко
становятся зародышами разрывных
трещин); HRC 42—43. Плотность d —
= 6,74-7,2 г/см9; температурный коэф-
фициент линейного расширения в ин-
тервале температур 20—300 °C состав-
ляет 12,4- 10~в 1/°С; удельное элек-
трическое сопротивление р =
= 0,68 мкОм-м. Температурный коэф-
фициент индукции ая = (35-ь
4-48) 10"5 1/°С.
Магнитные свойства у
металлокерамических сплавов несколь-
ко ниже, чем у аналогичных литых, в
связи с тем, что пористость металлоке-
рамических изделий достигает 3—5%.
Пористость хотя и не сказывается на
величине коэрцитивной силы, но при-
водит к снижению на 10—20 % ве-
личины остаточной индукции и маг-
нитной энергии. Параметры кривой
размагничивания металлокерамиче-
ских сплавов альни и альнико приве-
дены в табл. 7 и 13. Сопоставление
данных этих таблиц свидетельствует
о том, что показатели, нормируемые
СССР, для сплавов с магнитной тек-
стурой несколько выше, чем показате-
ли, нормируемые за рубежом. Кривые
размагничивания металлокерамиче-
ских магнитов см. на рис, 52—57.
но
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
32. Режимы термической обработки металлокерамических
сплавов альни и альиико
Сплав Закалка Отпуск, °C
Крити- ческая темпе- ратура, °C Режим охлаждения Н, кА/м
ЮН ЮНД4 1200 На воздухе — яв
юндкз 1250 Охлаждение в печи с воздушной атмосферой при 600 °C, далее на воз- духе
ЮПДК12.5 ЮНДК15 На воздухе
ЮНДК24Т1 ЮНДК23 1300 150 G00
ЮНДК34Т5.5 1240 На воздухе. Охлажде- ние до комнатной темпера- туры 640 и 550
ЮИДК34Т5.5 ЮНДК38Т7.5 Изотермический в свин новой ванне при 850 3С 250
Примечание. Допустимые отклонения от температуры закалки и
отпуска не более ±10 °C.
33. Механическая прочность
металлокерамических альнико
Марка Прочность. ГПа
на сжатие ос на изгиб <*и
ММК1 ММ к 2 2,0 0,40
ММ КЗ MMKI ММ К 5 ММ Кб 1,7 0,30
ММ К 7 ММК8 1.2 0,25
ММ КО ммкю М.МК11 1,0 0,20
КОВКИЕ СПЛАВЫ
Основная область применения —
мелкие магниты массового производ-
ства, активные части роторов гистере-
зисных двигателей и проволока или
лепта для магнитной записи.
По химическому составу ковкие
сплавы принадлежат в основном к сле-
дующим системам: Fe—Со—Мо (ко-
моль), Fe—V—Со (вако), Fe—Сг—Со
(хромко), Си—Ni—Со (кунико),
Fe—Ni—Сг (нихром).
Технологические свойства ковких
сплавов представлены в табл 34,
а рекомендации по нх применению —
в табл. 35.
Сплавы для постоянных магнитов.
Наиболее подходящими для изготов-
ления магнитов являются сплавы
систем: Fe—Сг—Со (хромко),
Fe—Al—Ni (альни), Fe—Al—Ni—Co
(альнико), Fe—V—Co (вако, он же
КОВКИЕ СПЛАВЫ
111
34. Технологические свойства ковких сплавов
Название сплава и химический состав Технологические свойства
Комоль Fe—Со—Мо Магнитно изотропен. Пластичен в нагретом состоянии, хру- пок в холодном. Выпускается в виде горячекатаных прутков и листов. Изделия изготовляют горячими видами обработки (ков- ка, штамповка, резка, осадка и гибка). В холодном состоянии допускает только обработку резанием. Нуждается в отпуске для дисперсионного твердения, в результате которого улучшаются магнитные свойства. После отпуска тверд и хрупок
Вако (внкаллой) Fe—V—Со При содержании до 12 % V изотропен. Пластичен в горячем я холодном состоянии. Изделия изготовляют методами холодной обработки (резание, штамповка, гибка и ковка). Окончательные магнитные свойства не зависят от степени деформации и дости- гаются в результате отпуска для дисперсионного твердения. После отпуска тверд и хрупок При содержании свыше 12 % V анизотропен. Пластичен в го- рячем н холодном состоянии. Выпускается в виде очень топкой холоднокатаной ленты и холоднотянутой проволоки со степенью обжатия свыше 95 %. Окончательные магнитные свойства зави- сят от степени деформации и достигаются в результате отпуска для дисперсионного твердения. После отпуска тверд и хрупок, но механические свойства тонких лент и проволок такие же, как у высокопрочной стали. Магнитные свойства у проволок выше, чем у лент
Кунифе 60 % Си — 20 % Ni—20 % Fe Анизотропен. Пластичен в холодном состоянии, в горячем — хрупок. Выпускается в виде проволоки, полос и лент. Изделия изготовляют методами холодной обработки (резание, штамповка, гибка и ковка). Окончательные магнитные свойства зависят от степени деформации н достигаются в результате отпуска для дисперсионного твердения. После отпуска мягок и допускает любые виды механической обработки
Кунико 50 % Си— 2! % NI —29 % Со Изотропен. Пластичен в холодном состоянии, в горячем — хрупок. Выпускается в виде проволоки, полос и листов. Изделия изготовляют холодными методами обработки (резание, штампов- ка, гибка и ковка) Окончательные магнитные свойства не зави- сят от степени деформации и достигаются в результате отпуска. После отпуска мягок и допускает любые внды механической обработки
Хромко Fe—Сг—Со Магнитно изотропен. Пластичен в холодном состоянии. Легко обрабатывается резанием н штамповкой. Для получения высо- ких магнитных свойств необходима термо мп г нити а я обработка
Плати на кс Pt—Со Химически инертен. Коррозионно стоек в агрессивных сре- дах (концентрированных серной и азотной кислотах, крепких растворах едкой щелочи н др.). Пластичен. Легко подвергается всем видам механической обработки
Хрово Fe—Сг—W Пластичен в холодном состоянии. Допускает все виды меха- нической обработки. Механически прочен
Нихром Fe—Ni—Сг По составу близок к коррозионностойкой стали. Пластичен в холодном состоянии. Допускает прокатку и протяжку тонких лент н проволок. Коррозионно стоек. Сохраняет намагничен- ность при воздействии ударов и новы шеи и ой температуры
112
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
35. Рекомснд цин по применению к вких сплавов различных марок
Магниты
большие малые миниатюрные
Хромко (Fe—Ст—Со) 25ХК15; 28ХКЮ; 30ХК25 Ллыш (Fe— Al—Ni) 201110; 22НЮ; 251ПО Комоль (Fe—Со—Mo) 12К14М; 12К16М; Куннко. Ку инфе Хромко (Fe—Cr—Со) 25ХК15; 30ХК25 Вако (Fe—V—Со) 52К10Ф; 52К11Ф; 52К12Ф; 52К13Ф; 52КФТМ Алышко (Fe—AI — Ni=Co) ЮНДК15; ЮПДК24 Платин акс (Pt—Со) ПлК76; ПлК78
Гистерезисные двигатели
малые средние крупные
Хром во (Fe—Cr— W) 5Х10В; 5Х12В; 5Х14В; 5XI6B: 6XMI2B; БХМ14В; 5ХМ16В; 5XMI8B Комоль (Fe—Со—Мо) 12К12М; 12KI4M; 12KI6M; 12КМ12В; 12КМИВ Вако (Fe—V—Со) 52К10Ф; 52КПФ; 52К12Ф
Магнитная запись
звукозапись контрольные устройства
типовые настроечные
Нихром (Fe— Ni—Cr) ЭИ708Л ЭИ708АТ ЭИ708А11
36. Химический состав и магнитные свойства сплавов
хромко (Fe—Ст—Со)
Марка Химический состав, о/ /0 Магнитные свойства
и и 02 нсВ’ кА/м S гВ «ч Ь а?3 НУ, кДж/м’
28XKI0 28 10 18 1,25 13 0,92 6
25ХК15 25 15 Осталь- 40 1,20 31 0,94 16
30XR25 анизотроп- ный 30 25 ное 62 1,05 44 0,9 16,3
30ХК25 изотроп- 30 25 56 0, 80 30 0,513 7,7
ный
П р и м е ч a i и е. Легирующие элементы составляют 3 %.
КОВКИЕ СПЛАВЫ
113
викаллой), Fe—Со—Мо (комоль) и
Pt—Со (платинакс). Сплавы систем
Си—Ni—Fe (кунпфе) п Си—Ni—Со
(кунико) обладают худшими магнит-
ными свойствами.
Сплавы хромко (Fe—Сг—Со) пла-
стичны в холодном состоянии н допу-
скают штамповку магнитов сложной
^юрмы. В магнитном отношении они
аналогичны литым альнико марок
ЮН14ДК24Т2. Сплавы альни и аль-
нико пластичны лишь в горячем состоя-
нии п допускают штамповку магнитов
только простой формы. Пластически
деформируемые альни в магнитном
отношении аналогичны литым альни
марки 1ОНД4, а пластически деформи-
руемые альнико — литым альнико
марок ЮНДК15и ЮН15ДК24. Сплавы
викаллой пластичны в холодном со-
стоянии. В магнитном отношении они
близки по значению удельной энергии
к литым алышко марки 1ОНДК18, но
обладают меньшими значениями коэр-
цитивной силы Нсв- Сплавы платниакс
пластичны в холодном состоянии. В ма-
гнитном отношении они близки по
значению удельной энергии к литым
альнико марки ЮНДК35Т5БА, по
существенно превосходят их по значе-
нию коэрцитивной силы Нсв- Однако
высокая цена платины препятствует
широкому применению платинакса.
Сплавы, пластичные в холодном
состоянии, выпускают в виде полос,
лент, прутков и проволоки. Сплавы,
пластичные в горячем состоянии —
в виде горячекатаных листов нли
кованых прутков.
Сплавы хромко Fe—Сг—Со. Хими-
ческий состав и магнитные свойства
представлены в табл. 3G. Магниты из
сплавов 28ХКЮ и 25ХК15 должны
проходить термомагпитную обработку
(охлаждение в магнитном поле напря-
женностью Н = 100 кА/м от 800 °C со
скоростью 0,15—0,25 “G'miiii в интер-
вале G50—620 СС) и отпуск при 540—
620 42 в течение 12—20 ч. Магниты из
сплава 30ХК25 должны проходить
закалку от 1300 °C и изотермическую
магнитную обработку при 640 С в тече-
ние одного часа с последующим от-
пуском. Без термомагнитной обработки
сплав 30ХК25 получается изотропным.
Физические свойства сплавов хромко
указаны ниже.
Плотность, г/см*.........
Твердость HRC............
Предел прочности на рас-
тяжение, ГПа.............
Ударная вязкость, МДж/м»
Удлинение, % ......
Твердость после закалки,
HRC .....................
Предел прочности на рас-
тяжение после закалки,
ГПа......................
Ударная вязкость после за-
калки. МДж/м* ...........
Удлинение после закалки,
% ...............
Температурный коэффи-
циент линейного расшире-
ния. 1/’С .................
Температурный коэффи-
циент индукции, 1/°С, в
диапазоне:
от —80 до +20 “С . .
от +20 до +300 °C
Удельное электрическое со-
противление, мкОм-к . .
7,8
38—40
0,98— 1,0
0.1
6
18—20
0,7
0,6-1,0
20
(12-101-10-»
— 0,01-10-»
— 0,02.10'*
0,6
Кривые размагничивания сплава
хромко приведены на рис. 69.
Сплавы альни и альнико, деформи-
руемые в горячем состоянии, приме-
няют взамен литых н металлокерами-
ческих альнико при производстве ми-
ниатюрных магнитов, выпускаемых
крупными сериями, так как в этих
условиях процесс штамповки произво-
дительнее н дешевле процессов литья
и спекания. Сплавы альни марок
20НЮ, 22НЮ и 25НЮ применяют в
магнитах массового выпуска из-за
отсутствия в их составе дефицитного
кобальта. Сплавы альнико марок
Рис. 69. Кривые размагничивания сплава
железо —xpoat кобальт:
1 — 25ХК15; 2 — 28ХК10; 3 — 30ХК25;
4 — 30ХК25 (изотропный)
114
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
37. Химический состав н магнитные свойства вльин и альнико
деформируемых в горячем виде
Сплав Химический состав Магнитные свойства
AI Ni Со Nb Си Примеси «СВ. кА/м к CQ кДж/м’
% по массе
20НЮ 22НЮ 25НЮ 9 9 9 20 22 25 — 4 4 4 — С < 0,05; Si < 0,4; Мп <0,6 12 — 15 18—20 12—40 0,7—0,8 0,7—0,8 0,5—0,0 —
ЮНДК15 Ю11ДК2 1 8.5 9,0 20 14 15 24 — 3,5 3,0 С < 0,3; S < 0,1 Si < 0,15; Мп < 0,35 44,0 46,5— 52 0,75 1,28— 1,35 8—11 16—24
3R. Сортамент альни и альнико, деформируемых в горячем виде
Сплав Толщина Допуск на толщину < + ) Ширина Допуск на ширину Длина
ММ
Альни 1,5 2—3 4—6 8—10 0,1 0,15 0,25 0,50 35—120 ±15 250
Альнико 3—10 11 — 16 0,5 1,0 180—220 150—170 ±ю 150—500
Ю11ДК15 и Ю11ДК24 применяют
в ответственных измерительных при-
борах крупносерийного выпуска. Хи-
мический состав и магнитные свойства
перечисленных сплавов приведены
в табл. 37, их сортамент — в табл. 38,
а кривые размагничивания — на
рис. 70 н 71
Сплавы вако (викаллой) получают
высокие магнитные свойства в резуль-
Рнс 70. Кривые размагничивания сплавов
альни деформируемых в горячем состоянии
тате пластической деформации с высо-
кой степенью обжатия, поэтому они
выпускаются в виде листов и прово-
локи. Малая толщина листов и прово-
Рис. 71. Кривые размагничивания сплавов
альнико, деформируемых о горячем состоя-
нии:
1 — ЮНДК24; 2 — ЮНДК15
КОВКИЕ СПЛАВЫ
115
39. Химический состав и магнитные свойства сплавов вако (ви калл ой)
Сплав Химический состав, % по массе
V Со Примеси Fe
52К10Ф 52К11Ф 52К12Ф 52К13Ф 52КФТМ 9,8—11,2 10,0—11,5 11,5—12,5 12,6—13,5 11,7—13,0 52—54 Nt < 0,8: Сг < 0,5; Мп <0,5; С < 0,12; S < 0,02. Р < 0,025 Остальное
Сплав Магнитные свойства
кА/м В, Тл г», кДж/м’
52К10Ф 52К11Ф 52К12Ф 52К13Ф 52КФТМ 15,2/18,4 17,6/24 24/38 28/10 -/32 1,0/1,0 1,0 1,0 0,85/0,85 0,6/0.6 —/0,9 -/- 9,2/12 9,2/12 8,8/12 — /17,7
Примечание. Магнитные свойства в числителе указаны для листа,
а в знаменателе — для проволоки.
локи предопределяет преимуществен-
ное применение вако для миниатюрных
магнитов. Магниты, толщина которых
превышает толщину листа, могут быть
наборными. Наиболее употребительный
способ изготовления таких магнитов —
склеивание штампованных заготовок
синтетическими клеями. ГОСТ
10994—74 нормализует параметры че-
тырех марок вако: 52КЮФ, 52КНФ,
52К12Ф и 52К13Ф. Химический состав
и магнитные свойства этих сплавов и
сплава 52КФТМ приведены в табл. 39,
а кривые размагничивания — па
рис. 72.
4<>. Сортамент сплавов викаллой
Толщина, мм До- пуск, мы Толщина, мм До- пуск, мм
Листы Проволока
0,20—0,25 0,03 0.5—0,9 0,02
0.30—0,35 0,04 1,0—1,9 0,03
0.40—0,45 0,50—0,55 0,04 0,05 2,0—3,0 0,05
0,60—0,65 0.70—0,75 0,80—0.90 1,00—1,10 1,20—1,30 0, ОБ 0,05 0,07 0,09 0,09
Сортамент сплавов вако представлен
в табл. 40.
Сплавы комоль Fe—Со—Мо. Хими-
ческий состав и магнитные свойства
представлены в табл. 41 и 42. Отличи-
тельной особенностью этих сплавов
П6
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
41. Химический состав сплавов типа комоль
Сплав Содержание элементов, % (±0,5 %) Примеси, % Плотность, г/см*
Со Мо W
I2K12M 12 12 8,1
12К14М 12 14 — С < 0,05; 8.3
12KI6M 12 16 —— Si < 0,3; 8 4
12КМ12В 12 6 12 Мп < 0,4 8,7
I2KMI4B 12 6 14 8,8
42. Магнитные свойства сплавов комоль
Марка Нсв. кА/ы Нг Тл //j, кА/м В Тл а w, кДж/м
I2K14M I2KIGM 18 24,5 1,12 1.0 12,5 15 0,76 0,64 4,78 4,8
является высокая температурная ста-
бильность магнитного потока (темпера-
турный коэффициент индукции ар =
= 12 10'5 1/сС). Благодаря этому
сплавы комоль используют для эталон-
ных магнитов магиетометричсских
устройств. Магнитам, изготовленным
из кованых прутков, придают форму
вытянутого эллипсоида вращения. Кри-
вые размагничивания реальных маг-
нитов из сплавов 12КНМ и 12К16М
представлены иа рис. 73.
Сплавы на медной основе — кунико
и кунифе — пластичны только в холод-
ном состоянии. В горячем состоянии
они не деформируются, и прутки,
являющиеся заготовками для магни-
тов, получают литьем. В дальнейшем
прутки проходят холодную ковку,
прокатку или волочение с промежуточ-
ными отжигами. Химический состав
сплавов кунико и кунифе и их магнит-
Рис. 73. Кривые размагничивания сплавов
комоль с разным содержанием молибдена
Рнс. 74. Кривые размагничивания сплавов
муннко н к мифе
КОВКИЕ СПЛАВЫ
117
4а. Химический состав и магнитные свойства сплавов кунико и кунифе
Химический состав Магнитные свойства
Марка Си N1 Со Fe Всв- Hd- "d-
% по массе кА/м Тл к А/м Тл К/. кДж
Кунико I Кунико II Кунифе I Кунифе II 50 35 60 50 21 24 20 20 20 41 2,5 я= 27,5 56 36 47 20 0,34 0,53 0,55 0,73 12,7 30 33 13,5 0.46 0,44 0,40 0,46 3,0 6,5 6,7 3,14
ные свойства приведены в табл. 43,
а кривые размагничивания на рис. 74.
Сплавы на основе драгоценных ме-
таллов. К ним относят сплавы серебра
и платины. Магнитные сплавы серебра
принадлежат к системе сильманаль
(серебро—марганец—алюминий), ана-
логичной известным сплавам Гейслера,
т. е. целиком состоящей из немагнит-
ных компонентов. Магнетизм сильма-
наля объясняется тем, что введение
в решетку марганца атомов серебра н
алюминия изменяет взаимные расстоя-
ния между соседними атомами так, что
величина интеграла обменной энергии
становится положительной и достаточ-
ной для возникновения ферромагне-
тизма. Сильманаль обладает очень
малой остаточной индукцией в сочета-
нии с очень большой коэрцитивной
силой по намагниченности Нсм —
= 480 кА/м. Поэтому характеристика
размагничивания сильманаля почти ие
отличима от прямой и наклонена к оси
абсцисс под утлом, тангенс которого
близок к р0. Так как крутизна наклона
характеристики магнитного возврата
не может быть больше крутизны на-
клона для размагничивания и меньше,
чем Ро, то характеристика магнитного
возврата здесь практически совпадает
с характеристикой размагничивания и
магнит из сильманаля невозможно
сколь-нибудь заметно размагнитить
в полях, напряженность которых дости-
гает величины коэрцитивной силы по
индукции Нсв- Поэтому магниты из
сильманаля могут служить в измери-
тельных приборах в качестве «магнит-
ной пружины», обладающей высокой
стабильностью механического момента
к воздействию различных размагничи-
вающих полей. Однако относительно
низкая температура Кюри свидетель-
ствует о заметной зависимости момента
«магнитной пружины» из сильманаля
от температуры. Отмеченные особен-
ности характеристики размагничива-
ния сильманаля приводят к тому, чю
у него Вг = р„//сВ, а так как значение
Вг мало, то малы и значения Нси
и {ВН)тах. Это делает сильманаль мало-
перспективным материалом. Высокое
значение Нсм. объясняют наличием
в сильмапале одиодоменных частиц
интерметаллического соединения мар-
ганца в парамагнитной матрице
Магнитные сплавы платины принад-
лежат к системе платина—железо и
системе платина—кобальт. Оба сплава
обладают очень большой коэрцитивной
силой по намагниченности Нсм=
= 520 кА м и сравнительно большой
остаточной индукцией. Поэтому у них
коэрцитивная сила по индукции Нсв и
энергетическое произведение (ВН)тах
достигают больших значений. Высокое
значение объясняют наличием в спла-
вах платины однодоменных частиц
Fe—Pt и Со—Pt, рассеянных в мало-
магнитной матрице. Оба сплава пла-
тины пластичны и легко поддаются
Всем видам механической обработки,
однако из-за высокой стоимости их
применение ограничено только микро-
миниатюрными магнитами.
В СССР платинокобальтовые сплавы
изготовляются двух марок: ПлК76
и ПлК78. Сплав ПлК76 отличается от
о лава ПлК78 несколько более высо-
кой удельной магнитной энергией и
повышенной остаточной индукцией при
небольшом снижении коэрцитивной
силы.
Ниже приведены магнитные и неко-
торые физические и механические свой-
118
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ства при оптимальной термической
обработке платинокобальтовых спла-
вов.
Коэрцитивная сила,
кА/м..................... 320—400
Остаточная индукция , Тл 0,79—0,65
Удельная магнитная энер-
гия к>, кДж/м3 40—50
Индукция при максималь-
ной магнитноЛ энергии В^,
Тл....................... 0,34—0,5
Напряженность магнитно-
го ноли при максимальной
магнитной энергии Н^,
кА м..................... 240—185
Напряженность магнитно-
го поля насыщения, кА/м 10 400
Температурный коэффи-
циент магнитного потока,
1/°С.
при 20—100 °C ... —0,042
прн 100—200 сС ... —0,36
Температура точки Кюри,
°C ...................... 520—530
Плотность, г/см’ . . 15—16
Коэффициент линейного
расширения, 1/°С .... 3,3-10*1
Удельное сопротивление
при 0—100 °C, мкОм-м 0,3
Модуль нормальной упру-
гости, ТПа .............
Твердость HRC . . 31 — 33
Предел прочности, МПа 860
Предел пропорциональ-
ности, МПа .............. 730
Кривые размагничивания сплавов
ПлК76 и ПлК78 изображены на рис. 75.
Платииокобальтовые сплавы могут
изготовляться в виде прутков, прово-
локи, листов илн ленты Сложные изде-
лия можно изготовлять методом точ-
ного литья. Магнитные свойства литых
и горячедеформированных сплавов
изотропны.
Сплавы для роторов гистерезисных
двигателей Сплавы должны обладать
возможно большими потерями иа гисте-
Рис 75. Кривые размагничивания сплавов
платина—кобальт
резне при условии, что коэрцитивная
сила не превосходит величины напря-
женности поля статора, т. е. лежит
в пределах 4,8—12,0 кА/м для нормаль-
ных двигателей и в пределах 2,4—
4,8 кА/м для малогабаритных. В силу
этого обстоятельства повышение потерь
иа гистерезис может быть достигнуто
лишь за счет повышения остаточной
индукции и увеличения выпуклости
кривой размагничивания.
Для крупных двигателей применяют
сплав вако (викаллой) марок 52КЮФ
52КПФ и 52К12Ф Их химический
состав и магнитные свойства приведены
в табл. 39, сортамент — в табл. 40,
а нормированные значения магнитных
параметров листов — в табл. 44.
Для средних двигателей применя-
ются сплавы комоль (Fc—Со—Мо)
марок 12К12М, I2K14M, 12К16М,
44. Нормированные значения параметров листов из сплавов типа 52КФ
(среднее арифметическое свойств вдоль и поперек направлений прокатки)
Сплав «Л. кЛ м Тл к*вып чг/вт НсВ^ т Вг'Ит. Дж/Чм’- А)
52К5Ф 4,0—5,2 1,3—1,4 0,50—0,60 0,80 — 0,85 0,70—0,75 3,12—3,38
52К7Ф 5,6—8,0 1 2—1,3 0,50—0,60 0,80—0,85 0,70—0,75 2,62—2,75
52К9Ф 8,0-12 1,1 — 1,15 0,50—0,60 0,75 — 0,85 0,68—0,72 2,38—2,62
52К11Ф 12—20 1 0-1,05 0,50—0,60 0,75—0 85 0,65—0,70 2,25—2,50
52К12Ф 20—28 0,85 — 0,95 0,50-0,60 0,75-0 80 0,65—0,70 1,75—1,88
52К13Ф 28—34 0,75 — 0,85 0,50-0,60 0,75—0, 80 0,65—0,70 2,56—1,68
* ^вып — коэффициент выпуклости.
КОВКИЕ СПЛАВЫ
119
45. Магнитные свойства сплавов типа комель
Сплав н „ т, кА/м ^т, Тл НсВ. кА/м вг. Тл РГ/Нт. Дж/(м*. А)
Не менее
12К12М 12—16 1,0 8.8 0,80 2,250
12К14М 16 — 20 0,95 9,6 0,75 2,250
12K1GM 20—24 0,95 12,0 0,75 2.250
12KMI2B 14—20 1,0 9.6 0,75 2,250
12КМ14В 16—24 1.0 12, D 0,75 2,350
46. Сортамент сплавов комоль
Сплав Вид ма- териала Диаметр или толщина, мм Допуск, мм Ширина, мм Длина, мм, не менее
12К12М 12К14М I2K16M 12 КМ 12В Кованые прутки 15—25 26 — 32 33-38 40—60 H-H-H-I4- U W ЬО — оооо 300 300 300 200
12KMI4B Листы горя- чекатаные 3,0—5,0 ±0,5 Кратная 100, ио не более 400 400
12К12М Трубная заготовка горячека- таная Наружный диа- метр 30 и 45 Толщина сте- нок 5,0 + 2Ч--1 + 12.5 %-=- 4 15 % — Крат- ная 30
I2KI2M Трубная заготовка кованая Наружный диа- метр 90 и 105 Внутренний 40 и 40 ±1.5 ±1,0 — —
47 Химический состав сплавов типов 5Хв и 5ХМВ
Сплав Содержание элементов (±0.5 %) Примеси, %, не более Плот- ность. г см9
с W Мо Со
5X10В 5 10 8,30
5X1.’В 5 12 —. _ 8,45
5Х14В 5 14 .— С-0.05 8,55
5Х16В 5 16 —— 8,65
5Х10В 5 10 6 8,58
5XMI2B 5 12 6 —— S-0.3 8,70
5ХМ14В 5 14 6 —- Мп —0,4 8,85
5ХМ16В 5 16 6 8,80
5ХМ18В Б 18 6 8,90
5XMI8B 5 18 7 5 *°"г 8,95
a
3
s
“4
a
t
14
4
to
to
s
ba
s:
55. Электроакустические свойства (в дП) проволоки для магнитной записи
ЭИ708А ЭИ708А (Т) ЭИ70ЯА (Н)
Параметр Диаметр, мм (±0,002)
0,030 0,050 0,030 0,050 0,030 0,050 0.050
Средняя чувствитель- ность —2±3. + 2+Б —2+* + 1±2 + о-".* + 0+°>‘ ±1 (400 Гц)
Однородность чувстви* тел ьн ости ±1 ±1 ±1 ±1 ±0,5 ±0,5 ±0,5 (400 Гц)
Частотная характерис- тика + 1±5 0+5 — 4+» 0±1,5 ,0±1,5 + 1,5.,.,
Нелинейные искажения, не более -23 -26 — —26 -5 % 4-5 % —26
Шум размагниченной проволоки» не более —40 — 48 — — 43 -43 -50 -45
Размагиичиваемостн, не более -55 -55 — -50 -55 -55 -55
Шум при намагничива- нии постоянным током, не более -30 — 37 — -39 -39 -37 — 37
Копир-эффект, не более -40 — 40 — — 40 -40 -40 -40
Неравномерность частот- ной характеристики, не бо° лее — — — — — — 3
Динамический диапазон, не меисе — — 45 — — — м
, П р и м е ч а н и е._ Проволока ЭИ708А предназначена для магнитной записи звука и для аппаратуры, работающей при
‘°0 С и влажности 9э % прп 40 С; проволока ЭИ708ЛТ — для отбора магнитных головок и контроля рабочих парамет-
ров магнитофонов (типовая аппаратура); ЭИ708АН — для настройки и сдачи аппаратуры магнитной записи (настроечная
аппаратура)!
5
to
to
to
§
ь.
to
122
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
53. Магнитные свойства лент из сплава ЭИ708А
для магнитной записи
Толщина, мм Ширина, мы Магнитные свойства
В, Тл Нсд, кА/м
0,0|2± 0,002 0.015±0 002 0,20+0,002 6,25—0,05; 12.7—0,1 19 05—0,1; 25,40—0,1 35,00—0,1; 50,8—0,1 0,075—0,105 0,075—0,110 0,075— 0,130 24 25 21,5
12КМ12В 12КМ14В. Их химический
состав приведен в табл. 41, магнитные
свойства — в табл. 45, а сортамент —
в табл. 46. Для мелких двигателей
применяют сплавы хромво (Fe—Сг—W)
марок 5Х10В, 5Х12В, 5Х14В, 5Х16В,
5ХМ12В, 5XMI4B, 5ХМ16В н 5ХМ18В.
Их химический состав приведен
в табл. 47 а магнитные свойства —
в абл. 48
Активную часть ротора иногда вы-
полняют из ленты и проволоки прямо-
угольного сечения. Для повышения
магнитных свойств проволоку или
ленту следует наматывать с натягом
300 400 МПа. Нормированные значе-
ния параметров проволоки прямоуголь-
ного сечения из ваиадийкобальтовых
сплавов (Fe—V—Со), легированных
кобальтом или никелем, приведены
в табл. 49.
В табл. 44, 45, 48, 49 приняты сле-
дующие обозначения: Вт и Нт —
значения индукции и напряженности
поля, соответствующие максимумам
магнитной проницаемости иа кривой
намагничивания; Квыц— коэффициент
выпуклости кривой размагничивания;
Рг — потери на гистерезис.
Сплавы для магнитной записи. Спла-
вы для магнитной записи выпускаются
в виде очень тонких лент и проволоки.
Сортамент (табл. 50) допускает огра-
ниченное число размеров, что является
следствием стандартизации записываю-
щей аппаратуры. Механические свой-
ства проволоки должны о- вечать нор-
мам приведенным в табл 51. Электро-
акустические свойства проволоки при-
ведены в табл. 52, а магнитные свой-
ства ленты — в табл. 53.
МАГНИТНО-ТВЕРДЫЕ ФЕРРИТЫ
Ферриты относятся к классу ферри-
магнетиков и являются кристалличе-
скими веществами, получаемыми из
окислов методами керамической техно-
логии. По объему производства ма-
гнитно-твердых материалов ферриты
занимают первое место в мире. Для
изготовления постоянных магнитов
используются ферриты бария, строн-
ция и кобальта. В нашей стране
наибольшее распространение получил
феррит бария. Отличительные приз-
наки и характерные области примене-
ния основных марок ферритов пред-
ставлены в табл. 54.
В обозначении марки феррита цифры,
стоящие перед буквами, соответствуют
значению произведения (ВН)тя, выра-
женному в кА-Тл/м. Первая после
цифр буква В, С или К обозначает
бариевый, стронциевый или кобальто-
вый феррит, вторая буква обозначает
А — анизотропный, И — изотропный;
цифры, стоящие после букв, соответ-
ств}ют значению коэрцитивной силы
по намагниченности, выраженному
в кА/м.
Химический состав ферритов, ба-
рия — BaO6(Fe2Os), стронция —
5гО6(Ге2Оз), кобальта — CoOGfFejQj)
Изделия из ферритов производят
методами металлокерамики. Техноло-
гия производства (в общих чертах)
одинакова у бариевого, стронциевого,
и кобальтового ферритов Порошки
окислов тщательно смешивают в про-
порции, отвечающей химической фор-
муле соединения. Полученную смесь
МАГНИТНО-ТВЕРДЫЕ ФЕРРИТЫ
123
Б4. Отличительные признаки и характерные области
применения ферритов
Феррит Отличительные признаки Области применения
6ВИ230 6ВИ240 7БИ215 7БИ300 9БА205 15БА300 16БА190 18БА220 18БА300 19БА260 22БА220 24БА210 25БА150 25БА170 28БА170 28БА190 21СА320 27СА220 11КА135 Лучшие свойства в направлении» пер- пендикулярном прессованию Лучшие свойства в направлении прес- сования; в направлении, перпендику- лярном прессованию, свойства ниже иа 5-15 % Высокие изотропность н электрическое Сопротивление Высокая коэрцитивная сила по намаг- ниченности Радиальная анизотропия свойств (коль- цевые магниты) Высокая коэрцитивная сила по намагни- ченности Самая дешевая из марок анизотропного феррита Свойства, улучшенные по сравнению с 16БА190 Высокое электрическое сопротивление Высокое значение удельной энергии То же Свойства, улучшенные по сравнению с 15БА300 Более технологичен, чем феррит бария с такими же параметрами Температурный коэффициент индукции почти в 4 раза меньше, чем у феррита ба- рия (стронция); магнитное старение воз- можно в области положительных темпера- тур, начиная с 4-80 *"С Электродвигатели Радиоэлектроника, связь, автоматика Электродвигатели, муф- ты, устройства связи Устройства связи Эл ект родви г атсл и Устройства связи Радиоэлектроника, связь, автоматика То же Устройства связи Электродвигатели М а гн итор азрядны с сепа- раторы Электродвигатели, маг- нитные муфты Устройства связи Динамические громкого- ворители, электродвига- тели То же Устройства связи То же >
брикетируют или насыпают ровным
слоем на противень и подвергают фер-
рнтизации, т. е. спеканию на воздухе
при температуре порядка 1000СС,
чтобы получить ферритовую структуру.
После спекания ферритовую массу
дробят иа куски и размалывают на
шаровой мельнице до тех пор, пока
средний размер частиц не достигнет
1,5 мкм. Из полученного сверхтонкого
порошка можно изготовлять изотроп-
ные и анизотропные изделия. При
производстве изотропных изделий пор-
цию порошка засыпают в пресс-форму
н прессуют под давлением нескольких
десятков МПа Затем спрессованную
заготовку спекают иа воздухе при
1100—1200 °C. При производстве
анизотропных изделий часто приме-
няют мокрый метод, заключающийся
в том, что после сухого помола про-
водят мокрый с последующим отстаива-
нием. Изделия прессуют в магнитном
поле. До начала прессования порошок
встряхивают импульсами сильного
магнитного поля для того, чтобы ча-
стицы расположились вдоль линий
поля, и затем устанавливают постоян-
ное магнитное поле начальной напря-
женностью 160—240 кА/м. Давление
увеличивают плавно и одновременно
повышают напряженность поля до
640—800 кА м. Полученную анизо-
тропную заготовку изделия сушат и
затем спекают на воздухе прн темпера-
туре около 1200 еС. Для увеличения
коэрцитивной силы в состав часто
вводят каолин, препятствующий росту
124
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
зерен феррита. Однако присадка као-
лина снижает иа два-три порядка
величину удельного сопротивления
феррита. Получение высококачествен-
ных изделий из ферритов в основном
зависит от тщательного соблюдения
топких особенностей технологии.
Поэтому даже незначительное отклоне-
ние от оптимального технологического
режима может привести к резкому
ухудшению магнитных свойств, короб-
лению и образованию трещин.
Получаемые изделия хрупки и твер-
ды, как керамика. Обрабатывать их
можно только шлифованием абрази-
вами с твердым зерном или методами
ультразвуковой технологии. Примене-
ние методов электротехнологии затруд-
нено тем, что ферриты обладают очень
малой электропроводностью.
Схема технологического процесса
производства магнитов из ферритов
бария и феррита стронция представ-
лена иа рис. 76, а феррита кобальта —
на рнс. 77.
Допуски на изготовление феррито-
вых изделий в основном зависят от
усадки при спекании. Общепринятыми
являются допуски ±0,5 мм для изде-
лий размерами меньше 25 мм; ± 0,8 мм
для изделии от 25 до 75 мм.
При необходимости соблюдать более
точные допуски прибегают к механи-
ческой обработке изделий шлифова-
нием. Величины допусков здесь такие
же, как прн обработке магнитов из
альни и альиико.
Рекомендуемый режим шлифования:
скорость шлифовального круга 28—
32 м-с, продольная подача стола 1—
б м^мин, глубина шлифования 0,05—
0,2 мм'проход, поперечная подача
0,5—1,0 м/ход. Рекомендуемый режим
резки: скорость отрезного диска 45 м/с,
подача ручная плавная. Охлаждение
прн шлифовании и резке ведут водным
раствором кальцинированной соды
(1,5—3,0%).
Механические, электрические, теп-
ловые н прочностные параметры ба-
риевых и стронциевых ферритов при-
ведены ниже.
Температура точки Кюри,
°C, для ферритов,
бария .................. . 450
стронция ............. 460
Удельное электрическое со-
противление, Ом м . . 10—10*
Действительная состав-
ляющая диэлектрической
проницаемости, на часто-
те 3000 Гц .................. 16—20
Тангенс угла диэлектри-
ческих потерь на частоте
3000 МГц................. 0,005—0,5
Плотность, г/см*
кажущаяся ...... 4,5—5,1
рентгеновская .... 5,27
Коэффициент теплопровод-
ности, Вт/(м-°С) ..... 1,9—3,2
Удельная теплоемкость,
Дж/(кг-°С)............ 600-700
Температурный коэф-
фициент линейного
расширения, 1/°С:
параллельно ори-
ентации ...............(134- 15,5)- 10_*
перпендикулярно
ориентации . . . .
Твердость по Моосу
Предел прочности,
МПа:
на растяжение . ,
иа сжатие . . . .
иа нзгнб . . - ,
на кручение . ,
Модуль Юнга, МПа
Модуль сдвига, МПа
Коэффициент Пуассона
(84-11)10-*
6—7
25-30
200
70—90
40—50
(14-21- 10*
(0,44-0,7)-10»
0.2 —0,4
Для феррита марки 7БИ215 удельное
электрическое сопротивление р =
= 1О‘°4-1О11 Ом-м, для 18БА300 р =
— 104 Ом-м. Для феррита марки
7БИ215 tg 6 = (0,94-1,1)-IO"3.
Прочие физические свойства. Физи-
ческие свойства ферритов бария и
стронция зависят от их марки. Магнит-
ное насыщение наступает в полях,
равных 3—5 Нсв- Магнитные свойства
существенно зависят от температуры.
При циклическом охлаждении и нагре-
вании бариевых магнитов во время
первых циклов наблюдаются необрати-
мые потери намагниченности, завися-
щие от марки материала и внешних и
внутренних размагничивающих полей.
Многократное повторение циклов ста-
билизирует магнитные свойства. Изме-
нения намагниченности становятся
обратимыми. Среднее значение темпе-
ратурного коэффициента индукции
в диапазоне температуры от —70 до
+200 °C составляет ар =—2-10'3
1/=С. Изделия из феррита марки
15БАЗОО при охлаждении до —70 СС
и действии внешних и внутренних
полей до 200 кЛ'.м необратимых потерь
намагниченности ие испытывают.
Физические свойства ферритов ко-
бальта зависят от технологии их
МАГНИТНО-ТВЕРДЫЕ ФЕРРИТЫ
525
Контроль исходных матери алев
Приготовление шихты
Ф
Подготовка исходных материалов
Перемешивание шихты и брикетирование
ф
Ф
Прнготовление шихты
Ф
Ф
Перемешивание шихты
Обжиг брикетов
Грубый помол
Ф
ф
Обжиг смеси исходных материалов—
ферритизация
Тонкий помол
ф
Присадки
Ф
Мокрый помол
ф
Сушка порошка
Ф
Приготовление пресс-порошка
Ф
Прессование магнитов
Прессованис изделий в магиитном поле
Ф
Ф
Сушка изделий
Обжиг магнитов (воздух, давление
95 Па)
Ф
Обжиг изделий
Шлифование магнитов
Ф
Шлнфова нне
Промь.вка и сушка магнитов
Ф
Ф
Промывка
Тсрмомагпнтная обработка магнитов
Ф
Ф
Контроль
Контроль магнитов
Рис. 76. Схема технологического процесса
производства магнитов из феррита бария
и стронция
Рис. 77. Схема технологического процесса
производства магнитов из Феррита
кобальта
126
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
изготовления. Магнитное насыщение
наступает в полях, равных 3-4-5 Нсв-
Магнитные свойства зависят от темпе-
ратуры, но менее заметно, чем у ферри-
тов бария Среднее значение темпера-
турного коэффициента индукции ад
в интервале температур от —70 до
+200 СС составляет —5-10"* 1/°С, а от
20 до 80 °C составляет —8-Ю"4 1/°С.
Температура Кюри Тк = 550 °C. Плот-
ность изделий 3,3—3,5 г/см3.
Магнитные свойства ферритов при-
ведены в табл. 10 а кривые размагни-
чивания см. на рис. 25—38.
КОМПОЗИЦИОННЫЕ
МАГНИТНО-ТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Магнитные композиции состоят нз
основы (порошок ферро- или ферри-
магнетика) и связующего (синтетиче-
ские смолы или резина). Твердые и
пластичные композиции называются
магиитопластами, а эластичные —
магнвтоэластами В зависимости от
крупности магнитных частиц компози-
ции могут быть магнитно-твердыми
даже и в том случае, если используется
порошок магнитно-мягкого материала,
например железа. Для этого необхо-
димо и достаточно, чтобы частицы
были однодоменными. Если компози-
цию выполняют из магнитно-твердого
материала, например феррита, интер-
металлического соединения редко-
земельных металлов с кобальтом и
других, то частицы могут быть миого-
домепиыми. Однако для получения
высоких магнитных свойств необхо-
димо, чтобы частицы были монокри-
сталлическими, а нх расположение
в немагнитной матрице (т. е связую-
щем) было упорядоченным (оси легкого
намагничивания всех монокристаллов
должны быть направлены одинаково).
В настоящее время наиболее широко
применяют магиитопласты и магнито-
эласты с основой из порошка магнитно-
твердых ферритов, так как ферриты
дешевы, а их хрупкость способствует
легкому измельчению. Особую группу
составляют магиитопласты с основой
из порошка редкоземельных материа-
лов, выпускаемые в виде листов,
намагниченных перпендикулярно к их
плоскости (см. раздел «Редкоземельные
материалы»). Магниты, штампованные
из листа, имеют малое отношение длины
к периметру, а это обеспечивает наибо-
лее рациональное использование энер-
гии магнитов из РЗМ.
Композиции из однодоменных ча-
стиц представляют собой искусствен-
ное повторение структуры сплавов,
магнетизм которых своим происхожде-
нием обязан наличию одиодомеииых
частиц, рассеянных в немагнитной
матрице. В качестве исходного мате-
риала для изготовления одиодомеииых
частиц могут быть использованы ме-
таллы и их сплавы, в первую очередь
железо и кобальт. Практическое приме-
нение нашли одподомениые частицы
чистого железа, сплава железо—ко-
бальт и внсмутида марганца (табл. 55).
Для получения высокой коэрцитивной
силы однодоменная частица должна
обладать кристаллографической ани-
зотропией и анизотропией формы (т. е.
иметь удлиненную форму). Кроме того,
каждая частица должна быть отделена
от соседних частиц немагнитной про-
слойкой, чтобы процесс намагничива-
ния происходил только благодаря вра-
щению магнитного момента доменов.
Однодоменные частицы железа, сплава
железо—кобальт и внсмутида марганца
имеют размеры порядка 0,01, 0,1 и
5 мкм соответственно.
Механическим способом (путем раз-
мола) могут быть получены только
относительно крупные однодомеиные
частицы хрупкого внсмутида марганца
Для получения однодоменных частиц
железа и сплава железо—кобальт при-
меняют химический и электролитиче-
ский методы. Химический метод со-
стоит в растворении стружки железа
в муравьиной кислоте, кристаллизации
соли с размером частиц 1—3 мкм н
последующим восстановлением частиц
железа прн температуре порядка300°С.
Для получения одподоменных частиц
железа с присадкой кобальта приме-
няют смешивание горячих растворов
муравьинокислых солей этих металлов
Электролитический ме од заключа-
ется в электроосаждеиии Fe или Fe—Со
на ртутном электроде с последующим
добавлением Sb и РЬ прессованием
в магнитном поле и отгонкой Hg.
Частицы, получаемые химическим мето
дом, имеют форму, близкую к сфери-
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАГНИТНО-ТВЕРДЫЕ МА ТЕРИАЛЫ
127
55. Свойства композиций из однодоменных частиц
коэффициент заполнения активным элементом.
128
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ческой. Электролитический метод дает
частицы удлиненной формы, обладаю-
щие более высокой коэрцитивной си-
лой, нежели сферические. Из-за малых
размеров частиц порошки пирофорны
и при доступе воздуха легко взрыва-
ются Для устранения пирофорности
порошки смачивают бензином в восста-
новительной атмосфере и затем высу-
шивают. Порошок висмутида марганца
после размола пропускают через ма-
гнитный сепаратор для отделения не-
магнитных непрореагировавших частиц
марганца и висмута Сепарированный
порошок прессуют при 300 “С в магнит-
ном поле напряженностью 1600 кА/м
при давлении 21,0 МПа.
Микропорошковые композиции, осо-
бенно композиции на основе порошка
железа, являются весьма перспектив-
ными магнитными материалами, так
как нх производят из дешевых и неде-
фицитных исходных материалов, а по
магнитным свойствам они не уступают
литым сплавам альнико. Однако труд-
ности технологии изготовления удли-
ненных частиц микронных размеров и
трудности оптимальной упаковки ма-
гнитных частиц в немагнитную матрицу
пока препятствуют их широкому при-
менению.
Бисманоль по своим магнитным свой-
ствам превосходит магнитно-твердые
ферриты. Однако у него температурный
коэффициент магнитной индукции еще
больше, чем у ферритов, и при охлаж-
дении ниже —20 сС изделия из бисма-
иоля сильно размагничиваются.
Поэтому магниты нз бисманоля, испы-
тавшие хотя бы кратковременное
охлаждение, приходится намагни-
чивать заново.
Магиитопласты. Магнитопластами
(табл. 56) называют материалы, состоя-
щие из многодомениых магнитных
частиц, связанных синтетической смо-
лой. Металлопластические магниты
изготовляют путем прессования ма-
гнитно-твердого порошка в пресс форме
с пропиткой синтетической смолой и
переводом смолы в твердое состояние
путем полимеризации. Изделия имеют
гладкую поверхность, точные размеры
и ие нуждаются в дополнительной обра-
ботке Материал магнитных частиц
может быть любым, но преимущест-
венно применяют порошки из ферри-
тов, альни и альнико. Остаточная
индукция и энергетическое произведе-
ние у металлопластических материалов
ниже, чем у литых и металлокерами-
ческих, из-за влияния заполненных
пластмассой немагнитных промежут-
ков между частицами. Металлопластн-
ческне магниты применяют (ограни-
ченно) в счетчиках электрической энер-
гии, спидометрах, экспонометрах и
других приборах. Форма магнитов
может быть самой различной. Наиболее
употребительны магниты массой от
0,5 г до нескольких сот граммов.
Магпнтоэласты. Магнитоэласты
(табл. 57) состоят нз порошка магнитно-
твердого материала и эластичной
связки (каучука или термопластиче-
ской смолы).
Желательно применение порошков
из магнитно-твердых материалов с воз-
можно большей коэрцитивной силой,
так как в процессе эксплуатации они
более устойчивы в магнитном отно-
шении.
Для магннтоэластов можно приме-
нять молотые железопнкель—алюми-
ниевые сплавы, молотые ферриты,
а также тонкие порошки железоко-
бальтовых сплавов. Из перечисленных
магнитных материалов практическое
применение нашел только феррит ба-
рия- он хрупок и поэтому легко дро-
бится в мелкий порошок, дешев и не
содержит дефицитных материалов.
Феррит бария имеет коэрцитивную
силу порядка 120—400 кА/м и обладает
высоким сопротивлением размагничи-
вающему действию магнитных полей.
Ценным свойством феррита бария
является возможность ориентации его
частиц в магнитном поле, что позволяет
получать анизотропный магнитоэласт.
Производство ферритовых магпито-
эластов заключается в следующем.
Полученный обычным способом поро-
шок феррита бария смешивают с каучу-
ком и соответствующими добавками
(максимальное содержание порошка
приблизительно 87 % по массе), после
тщательного перемешивания смесь про-
катывают в листы (при необходимости
можно получить длинные ленты или
трубки), затем полученную сырую
резину данной формы подвергают вул-
канизации. Если необходимо получить
анизотропный магнитоэласт, то вулка-
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАГНИТНО-ТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ
129
ВС. Свойства магнитопластов с основой из альни и альнико
о
К IV о
ч о Я о
CJ ч с 2 1 см 1
С о. 00S
С X
CO (X,
ь Л*. to LO
о Ь 2 1 )
Egt о СО
tn ID
2 CM CT? 4,0
< Cl
id 1 1
CM
та «s
XT о
СО
CM см
ь о с
1 1
та CD со
ч —'
о о
и и <£> о
Ef5 0*2 | to 1 ч
1 с
вн кА GO CM ЧН X о
Л
в
X
V?
2 о 3*
< X о 1 см 1 1101
г. о о я
ГС CD CO о 1
в
CM ю К-*
co о со о <и
1 1 О
С 1 r- 1 о с
05 CM СО
о о 3
в
сП
кий % ~ <u Zu. з Zu Свя
id О 2 ® cm Id см **-
Я о xS - 2 о <6 AI; Со; 52 X X
о к X ° ю (5> — « ЕГ
<s о>
3
2
t- X
X X CM О Л
л rt id tn to с
Cl ico
d я
z X л 5^
ч
5 Пятни Ю. М. н др.
130
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
низанию ведут в магнитном поле. После
вулканизации изделия из магннто-
эласта намагничивают в поле напря-
женностью И = 800 кА/м.
Свойства магнитоэласта в первую
очередь зависят от содержания феррита
бария: чем больше феррита бария, тем
выше магнитные свойства, во меньше
эластичность. При содержании феррита
бария свыше 87 % мапштоэласт имеет
относительное удлинение 20 %.
По механическим свойствам магнито-
эласты приближаются к резине, отли-
чаясь от всех видов магнитных мате-
риалов: оии гибки, упруги, хорошо
обрабатываются шлифованием, штам-
повкой и резанием (даже ножницами),
удобны в монтаже. Магнитоэласты
обладают относительно низкой плот-
ностью (2,4—4,0 г/см3).
По магнитным свойствам магиито-
эласты приближаются к изотропным
ферритам. Их удельное электрическое
сопротивление выше, чем у магнитно-
твердых ферритов и достигает 106—
10’ Ом-см.
При использовании в качестве свя-
зующего различных каучуков полу-
чаются термически и химически ста-
бильные резиновые магниты желаемого
качества.
Оптимальное отношение высоты
к диаметру постоянного магнита из
магнитоэласта мало благодаря его
высокой коэрцитивной силе. Из магии-
тоэласта могут быть изготовлены по-
стоянные магниты в виде тонких лент
с неявно выраженными полюсами (ре-
зиновый магнит для герметизации).
Температурный коэффициент остаточ-
ной намагниченности а = 0,2-10”2 1/°С.
Зависимость магнитных свойств от
температуры такая же, как и у металло-
керамических ферритов.
Эластичные магниты применяют
в качестве корректоров отклоняющей
системы телевизоров, в ионных ловуш-
ках как уплотнительные и герметизи-
рующие элементы, а также для удале-
ния металлической пыли и опилок,
содержащихся во взвешенном состоя-
нии в газах и жидкостях, для ленточ-
ных конвейеров (при транспортировке
магнитного порошка) в конвейерах
поточной линии для удержания неболь-
ших металлических изделий и т. д.
КЛАССИФИКАЦИЯ
МАГНИТНО-МЯГКИХ
МАТЕРИАЛОВ
Магнитно-мягкие материалы по
области их преимущественного приме-
нения можно разделить на материалы
для промышленности сильного тока
(машино- и аппаратостроения) и сла-
бого тока (приборостроение, автома-
тика, проводная связь, радио).
В области сильного тока применяют
в основном электротехническую сталь
и технически чистое железо. В области
слабого тока применяют материалы
специального назначения: с высокой
магнитной проницаемостью в слабых
магнитных полях, с малыми потерями
в полях высокой и сверхвысокой ча-
стоты, с постоянной магнитной про-
ницаемостью, с высокой индукцией
насыщения, а также термомагнитные и
магнитострикционные.
В области низких и повышенных
частот преимущественно применяют
ферромагнитные сплавы, а в области
высоких частот и для импульсной
техники с иими успешно конкурируют
ферриты. В области сверхвысоких
частот применяют только ферриты
специальных марок.
ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОЕ ЖЕЛЕЗО
Технически чистым называют же-
лезо, содержащее не более 0,04 % С
Оно обладает высокими магнитной
проницаемостью и индукцией насыще-
ния и низкой коэрцитивной силой. По
причине малого удельного электриче-
ского сопротивления технически чистое
железо обладает повышенными поте-
рями на вихревые токи и находит
применение только в устройствах по-
стоянного тока (полюсные наконечники
электромагнитов, магнитопроводы
реле, полюсные наконечники, сердеч-
ники и экранирующие корпуса измери-
тельных приборов магнитоэлектриче-
ской и электромагнитной систем). Тех-
нически чистое железо является основ-
ным компонентом при изготовлении
многих магнитных материалов. Про-
мышленностью оно выпускается в виде
электролитического железа, железа
Армко (кипящая низкоуглеродистая
ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОЕ ЖЕЛЕЗО
131
58. Лигнитные свойства технически чистого железа
Железо Содержание углерода. % Начальная магнитная проницае- мость Максималь- ная магнит- ная про- ницаемость Коэрцитив- ная сила
мГн/м Л/м
Карбон ильное Электролитическое, пе- рсплапленное в вакууме Электролитическое Технически чистое (же- лезо Армко) 0,005 0,01 0.01 0,02 — 0.01 0.02—0,025 4,0 0.8 0,3 26 79 19 9 6,4 7,2 28 64
электротехническая сталь) и карбо-
нильного железа (металлокерамика
в виде листов и готовых изделий из
порошка, полученного конденсацией
газообразного пеитакарбонила железа
Fe(CO)s). Магнитные свойства указан-
ных разновидностей технически чи-
стого железа приведены в табл. 58.
Все виды деформаций технически
чистого железа снижают его магнитные
свойства. Для получения оптимальных
магнитных свойств после механической
обработки производят термическую
обработку — отжиг по режиму: нагрев
без доступа воздуха (вакуум 133 X
X 10~3 гПа, среда — водород, ящики
с песочным затвором) при 900—1200СС
с выдержкой 3—6 ч и последующим
медленным охлаждением вместе с печью
до 6001С.
Но магнитным свойствам к техни-
чески чистому железу приближается
иелегироваппая электротехническая
сталь. Сталь изготовляют кипящей и
спокойной. Содержание кремния в ки-
пящей стали не более 0,03 %. Магнит-
ные и механические свойства нелегиро-
ваниой электротехнической стали при-
ведены для горячекатаной, кованой и
калиброванной стали в табл. 59, для
тонколистовой — в табл. 60. Кроме
железа и иелегироваипой электротехни-
ческой стали для электроизмеритель-
ных приборов применяют обычную
углеродистую сталь марки 10.
У сортовой электротехнической неле-
гированной стали в обозначении марок
цифры означают:
первая — класс по виду обработки
давлением (1 — горячекатаная и кова-
ная, 2 — калиброванная);
5*
вторая — тип по содержанию крем-
ния (0 — сталь нелегированная без
нормирования коэффициента старения;
1 — сталь нелегироваиная с заданным
коэффициентом старения);
третья — группу по основной норми-
руемой характеристике (8 — коэрци-
тивная сила);
четвертая и пятая — количественное
значение основной нормируемой вели-
чины (коэрцитивной силы в целых
единицах А/м).
Коэффициентом старения называ-
ется процент увеличения коэрцитивной
силы после старения. У стали марок
11880, 21880, 11895 и 21895 оп не
должен быть более 10 %. Сталь марок
11864 в 21864 изготовляется с норми-
рованным коэффициентом старения по
соглашению изготовителя с потреби-
телем.
У стали тонколистовой электротехни-
ческой нелегнрованной в обозначении
марок цифры означают: первая —
класс по структурному состоянию п
виду прокатки (I — горячекатаная
изотропная, 2 — холоднокатаная изо-
тропная); вторая — содержание крем-
ния (0 — содержание до 0,3 % вклю-
чительно иелегированная); третья —
группу но основной нормируемой вели-
чине (8 — коэрцитивная сила); четвер-
тая и пятая — количественное значе-
ние основной нормируемой величины
для наиболее широко применяемой
толщины листа или ленты (для восьмой
группы значение коэрцитивной силы
в целых числах, А/м, для всех тол-
щин).
Для нелегнрованной электротехни-
ческой стали количество процентов
В1. Сортамент, размеры и отклонения по размерам электротехнической тонколистовой стали
(ГОСТ 21427.1-75-ГОСТ 21427.3—75)
Класс сталей Вид продукции Толщина, мм Предельные отклоне- ния по толщине стали прн точности изго- товления, мм Ширина, мм Предельные отклонения по ширине, %, не более
нормаль- ной (Н) повышен- ной (П)
3 — холодноката- ная анизотропная (ГОСТ 21427.1 — 75) Рулон 0,28, 0,30 0,35 0,50 ±0,02 ±0,03 ±0,04 ±0,01 ±0,02 ±0,03 750; 860; 1000 0,5
Лист 0,35 0,50 ±0,03 ±0,04 ±0,02 ±0,03
Лента резаная 0,28; 0,30 0,35 0,50 ±0,02 ±0,03 ±0,04 ±0,01 ±0,02 ±0,03 170, 180; 190; 200; 240; 250; 300; 325: 360; 400; 465; 500 ±0,4 ±0,6
2 — холодноката ная изотропная (ГОСТ 21427.2 — 75) Рулон 0,35 0,50 0,65 ±0,03 ±0,04 ±0,05 ±0,02 ±0,03 ±0,04 500; 530; 600; 670; 750; 860; 1000 0,5
Лист 0,35 0,50 0,65 ±0.03 ±0,04 ±0,05 ±0,02 ±0,03 ±0,04 500; 750; 1000
Лента резаная 0,35 0,50 0,65 ±0,03 ±0,04 ±0, 05 ±0, 02 ±0,03 ±0,04 90; 95; 107; 123; 138; 140; 150, 156, 160; 170; 175; 187; 200; 215; 226; 233; 250; 260; 280; 300; 322; 325; 360; 400: 445; 500 при ширине до 125 ± 0,3 » » 125—250 ± ±0,4 при ширине 250—500 ± ±0,6
1 — горячекатаная (ГОСТ 21427.3-75) Лист 0,10 0, : 0; 0,22 0,35 0,50 0,65 1,00 ±0, 02 ±0, 02 ±0,04 ±0,05 ±0,07 -4-0,10 ±0,03 ±0,04 ±0,05 ±0,08 500; 530; 600; 670; 700; 750; 800; 860, 1000 1,0
*
Гч
Ьэ
tfl
си
О
134
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
примесей должно быть, не более;
Примесь Сталь горячека- таная копаная, калиброванная Сталь тонколи- стовая
Углерод . . 0,635 0,04
Марганец . . . 0,30 0,30
Кремний . . 0,30 0,30
Фосфор 0 02 —
Сера . ... 0 03 ——
Медь . . . 0,30 —
Сортамент, форма н размеры сорто-
вой электротехнической стали должны
соответствовать требованиям следую-
щих стандартов: горячекатаной —
ГОСТ 2590—71, ГОСТ 2591—71 и
ГОСТ 4405-75; кованой — ГОСТ
1133—71 и ГОСТ 4405—75; калибро-
ванной — ГОСТ 7417—75.
ТОНКОЛИСТОВАЯ
ЭЛ Е КТРОТЕХН И Ч ЕС КАЯ
ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ
Легированная сталь представляет
собой сплавы железа, содержащие от
0,8 до 5 % Si, изготовленные в виде
листов н лент толщиной 1 мм и ме-
нее. Легирование кремнием резко
повышает удельное электрическое
сопротивление, снижая потери на
вихревые токи, увеличивает магнитную
проницаемость, уменьшает коэрцитив-
ную силу и потери на гистерезис.
Электротехническую сталь применяют
в магнитных цепих электрических ма-
шин, аппаратов и приборов, работаю-
щих на постоянном и переменном токе
(генераторы, трансформаторы всех
систем, дроссели, электромагнитные
аппараты и приборы, счетчики электро-
энергии, реле).
Классификация и марки легирован-
ной стали представлены в табл. 61 и 62.
В обозначении марок легированной
электротехнической стали цифры обо-
значают: первая — класс по структур-
ному состоянию и виду проката:
1 — горячекатаная изотропная, 2 —
холоднокатаная изотропная; 3 — хо-
лоднокатаная анизотропная с ребровой
текстурой; вторая — содержание крем-
ния (в %): 0 —до 0,4; 1-0,44-0,8;
2 — 0,84-1 8 3—1 84-2,8; 4 — 2,84-
4-3,8; 5—3,84-4,8; третья — группу
по основному нормируемому парамет-
ру: 0— потери ври индукции 1,7 Тл и
частоте 50 Гц (Р( 7у5с); 1 — потери при
индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц
62. Марки электротехнической
тонколистовой стали
Марка Содержа- ние крем- ния, % К с;
новая старая Класс Е Е Тип с
1211 1212 1213 311 Э12 313 0,8— 1.8 гО 1 со
1311 1312 1313 321 Э22 1,8— 2,8 сч сз
1411 1412 1413 331 Э32 333 2,8- 3,8 1 я (ГОС-
1511 1512 1513 1514 341 Э42 343 Э43А I тзотропна
1521 Э44 3,8— 2 в: ж
1561 1562 Э45 Э46 4,8 0 чек ат31
1571 1572 317 348 7 Горя
201 1 2012 2013 30100 ЭОЗОО До 0,4
2111 2112 эюо Э1000АА 0,4 — 0,8 .2—75)
221 1 2212 Э1300 2 0,8— 1.8 21427
2311 2312 Э2200 1.8— 2,8 1 ГОСТ
2411 2412 эзюо 2,8- 3,8 >пная
3411 3412 3413 3414 3415 3416 Э310 Э320 эззо Э330А (таиая НкЗотрс
3101 3405 3406 — 3 2,8— 3,8 0 ЛОДНОКЕ
3421 3422 3423 3424 3425 Э340 Э350 Э360 ЭЗЬОА Э360АА 3 о X
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 135
63. Магнитные свойства электротехнической тонколистовой стали
Удельные потери, Вт/кг, не более Магнитная индукция, Тл, при напряженности магнитного поля А/м, не менее
Марка Толщи- на. мм Р 1.0/50 о ш «о Р 1,7/50 100 250 1000 2500 5000 000 01 30 000
3411 0,50 0,35 Холод| 1,10 0,80 окатана 2,45 1,75 я аиизс 3,20 2,50 >тропназ (ГОСТ 21427 — 75) 1,75 — — —
3412 0,50 0,35 0,95 0,70 2,10 1,50 2,80 2,20 — — — 1,85 — — —
3413 0,50 0,35 0,30 0,80 0,60 1,75 1,30 1,19 2,50 1,90 1,75 — — — 1,85 — — —
3414 0,50 0,35 0,30 0,28 0,70 0,50 1,50 1,10 1,03 1,05 2,20 1,60 1,50 1,55 1,60 1,70 1.88 1,85 — — —
3415 0,35 0,30 0,28 0,46 1,03 0,97 0,95 1,50 1,40 1,38 1,61 1.71 — 1,90 — — —
3416 0,28 - 0,89 1,30 1,61 1,70 — 1,90 - — -
2011 0,65 0,50 Холод 3,8 3,5 покатан 9,0 8,0 ая изо! ропная (ГОСТ 21427.2 1,48 1,49 -75) 1,60 1,70 1,80 2,02
2012 0,65 0,50 3,6 2,9 8,0 6,5 — — — 1,50 1,62 1,72 1.82 2,02
2013 0,65 0,50 3,1 2,5 7,0 5,6 — — — 1.53 1,54 1,64 1.65 1.74 1,75 1,85 2,05
2111 0,65 0,50 4,3 3,5 10,0 8,0 — — — 1,45 1,46 1,58 1,66 1,67 1,75 1,78 2,00
2112 0,65 0,50 3,5 2,6 8,0 6,0 — — — 1,46 1,59 1,60 1,68 1,77 2,02
221 I 0,65 0,50 3,0 2,6 7,0 5,8 — — — 1,40 1,56 1,65 1,73 1.76 1,96 2,00
2212 0,65 0,50 2,6 2,2 6,3 5,0 — — — 1,42 1,58 1,60 1,67 1,68 1,77 2,00
2311 0,65 0,50 2,5 1,9 5,8 4,4 — — — 1,36 1,38 1,52 1,54 1,62 1,64 1,72 1,74 1,96
2312 0,65 0,50 2,4 175 5,6 4.0 — — — 1,38 1,40 1,54 1,56 1,61 1,66 1,72 1.74 1,96
*36
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл. 63
Марка Толщи- на, мм Удельные потери, Вт/кг, не более Магнитная индукция, Тл, при напряженности магнитного поля Л/м, не менее
Р 1,0/50 Р 1,5/50 Р1,7/50 о о 250 1000 2500 5000 ю ооо 30 000
2411 0,50 0,35 1,6 1,3 3,6 3,0 — — — 1,37 1,49 1,50 1,60 1,73 1.70 1,96 1,95
2412 0,50 0,35 1,3 1,15 3,1 2,5 — — — 1,35 1,50 1,60 1,70 1,95
Горячекатаная (ГОСТ 21427.3—75)
1,00 5,4 12,5 — — 1,53 1,76 2,00
1212 0,65 0,50 3,4 3,1 8.0 7,2 — — — — 1,50 1,62 1,75 1,98
1213 1,00 0,65 0,50 4,7 3,2 2,8 10,7 7,5 6,5 — — — — 1,50 1,62 1,75 1,98
1311 0,50 2,5 6.1 — — — — 1,18 1,59 1,73 1,95
1312 0,50 2,2 5,3 — — — — 1.48 1,59 1,73 1,95
1313 0,50 2,1 4,6 — — — — 1.48 1,59 1,73 1,95
1411 0,50 0,35 2.0 1.6 4,4 3,6 — — — — 1,46 1,57 1,72 1,71 1,94 1,92
1412 0,50 0,35 1,8 1,4 3,9 3,2 — — — — 1,46 1,57 1,71 1,92
1413 0,50 0,35 1,55 1,35 3,5 3,0 — — 1,48 1.59 1,73 1,94
1511 0,50 0,35 1,55 1,35 3,5 3.0 — — — 1,30 1,46 1,57 1,70 1,90
1512 0,50 0,35 1,40 1,20 3,1 2,8 — — — 1,29 1,45 1,56 1,69 1,89
1513 0,50 0,35 1,25 1,05 2,9 2,5 — — — 1,29 1,44 1,55 1,69 1,89
1514 0,50 0,35 1,15 0,90 2,7 2,2 — — — 1,29 1.44 1.55 1,69 1,89
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 137
64. Магнитные свойства стали марки 1521
Толщина, мм Удельные потери. Нт/кг, не более Магнитная индукция, Тл, при напряженности магнитного поля. А/м, нс менее
°0,75/400 "1,0/400 500 1000 2500
0,35 10,75 19,5 1.21 1,30 1,44
0,22 0,20 8,0 7,2 14,0 12,5 1,20 1,29 1,42
0, 10 6.0 10.5 1,19 1,28 1,40
65. Магнитные свойства стали
марок 1561 и 1562
Марка Тол- щина, мм Магнитная индук- ция, Тл, при на- пряженности маг- нитного поля, А/м, не менее
0,2 0.4 0,8
1561 1562 0,35 0,20 0,35 0,20 0,00010 0,00012 0,00022 0,00023 0,00028 0,00030 0,00065 0,00060 0,00076 0,00075
(Р] 5/50); 2 — потери при индукции
1,0 Тл и частоте 400 Гц (Р10/400) Для
горячекатаной стали и индукции 1,5 Тл
и частоте 400 Гц (Pt для холодно-
катаной анизотропной; 6 — индукция
в слабых магнитных полях при напря-
женности поля 0,4 А/м (В0,4); 7 —
индукция в средних магнитных полях
при напряженности поля 10 А/м (В10);
четвертая — код числового значения
нормируемого параметра. Магнитные
свойства легированной стали представ-
лены в табл. 63, 64, 65 н 66.
Электротехнические стали с низким
содержанием кремния, обладая боль-
шими удельными потерями и низкой
магнитной проницаемостью, имеют
большую намагниченность насыщения.
Их следует применять в электрической
аппаратуре, работающей па постоянном
или переменном токе низкой частоты
при высоких значениях индукции (вы-
ше 1 5 Тл).
Электротехнические стали с высоким
содержанием кремния следует при-
менять в тех случаях, когда требуются
малые потерн на гистерезис и внхревые
токи или высокая магнитная прони-
цаемость в слабых и средних полях.
Холоднокатаные текстуроваипые стали
обладают более высокой проницае-
мостью в области слабых полей и более
низкими удельными потерями по срав-
нению с горячекатаными сталями.
Электротехническая сталь очень
чувствительна к деформациям. Наклеп,
возникающий прн изготовлении дета-
лей, значительно ухудшает ее магнит-
ные свойства. Поэтому после различных
операций, вызывающих появление
наклепа (резки, штамповки и т. д.),
необходим отжиг. Отжиг производят
в неокислительной среде при темпера-
туре 750—800 °C.
Расчетные характеристики различ-
ных марок электротехнической стали
приведены иа рис, 78—181, где прн-
66. Магнитные свойства стали марок 1571 и 1572
Марка Толщина, мм Магнитная индукция, Тл, |прн напряженности магнитного поля, А/м, не менее
10 20 50 70 1 100 200 500 1000
1571 0,20 0,030 0,10 0,38 0,58 0,66 0,90 1,18 1,29
0,35 0,035 0, 14 0,48 0,61 0,77 0,92 1.21 1,30
1572 0,20 0,040 0,14 0,48 0,62 0,74 0,92 1,20 1,29
0,35 0,045 0,17 0,57 0,71 0,87 1,02 1,25 1,30
138
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
р}Вт/кг
Рнс. 79. Сталь 1211. Статическая кривая
намагничивания
Рис. 81. Сталь 1211. Удельная мощность
перемагничивания
Рис. 83. Сталь 1212. Статическая кривая
намагничивания
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 139
Рис. 84. Сталь 1212. Динамическая кривая
намагничивания
Рис. 85. Сталь 1212. Удельная мощность
перемагничивания
Рис 87. Сталь 1213. Статическая кривая
намагничивания
Рнс. 88. Сталь 1213. Динамическая кривая
намагничивания
Рис. 89 Сталь 1213. Удельная мощность
перемагничивания
140
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 90. Сталь 1213. Статическая петля ги-
стерезиса
Рис. 91. Сталь 1311 Удельные объёмные
магнитные потери
Рис 92. Сталь 1311 Статическим кривая
на магнич ива н и я
Рис 93. Сталь 13110 Динамическая кривая
намагничивания
Bmaxf7*
Рис. 95, Сталь 1312. Удельные объев*
ные магнитные потери
Рнс» 94 Сталь 1311. Удельная мощность
перемагничивания
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 141
Рис. 96. Сталь 1312. Статическая кривая
намагничивания
Рнс. 98. Сталь 1312. Удельная мощность
перемагничивания
Рис. 99. Сталь 1312.1Статическая петля ги-
стерезиса
Рис» 100. Сталь 1411 (А » 0,35 мм).
Удельные потери
тическая кривая намагничивания
142
МАГНИТНЫй МАТЕРИАЛЫ
Рнс. 102. Сталь 1411 (\ 0.35 мм). Ди-
намическая кривая намагничивания
ные объёмные магнитные потери
Рис. 103. Сталь 1411 (Л = 0.35мм). Удель-
ная мощность перема! нмчивания
Рнс, 105. Сталь 1411 (Л = 0,5 мм). Стати*
ческая кривая намагничивания
Рис. 106. Сталь 1411 (А = 0,5 мм) Дина-
мическая кривая намагничивания
Рис 107 Сталь 1411 (А = 0,5 мм). Удель-
ная мощность перемагничивания
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ ЦЗ
р Bm/ta
тнческая кривая намагничивания
мнческая кривая намагничивания
Рис 112. Сталь 1412 (Д = 0,35 ми). Ста-
тическая петля гистерезиса
Рис. 111. Сталь 1412 (Д — 0,35 мм). Удель-
ная мощность перемагничивания
144
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис 114 Сталь 1412 (А = 0,5 мм). Ста-
тическая кривая намагничивания
Рис, 115. Сталь 1412 (А = 0,5 мм) Дина-
мическая кривая намагничивания
иая мощность перемагничивания
Рис» 117. Сталь 1412 (А = о,Б мм). Ста-»
тическая петля гистерезиса
Рис. 118, Сталь 1413, Удельные потерн
Рис. 119 Сталь 1413. Статическая кривая
намагничивания
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ Ц5
Рис. 120. Сталь 1413. Динамическая кри-
вая намагничивания
Рис. 121 Сталь 1413. Удельная мощность
перемагпичноання
р,вт/кг
Рис 122. Сталь 1611 (Д = 0,3» мм) Удель-
ные объёмные магнитные потери
Рис 123. Сталь 1511 (Д = 0,35 мм). Ста-
тическая кр> пая намагничивания
Рис. 125 Сталь 1511 (Д = 0,35 мм). Удель-
на я мощность перемагничивания
Рнс. 124. Сталь 1511 (Д — 0,35 мм). Дина-
мическая кривая намагничивания
146
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис 120 Сталь 1511 (А “ 0,5 мм). Удель-
ные объемные магнитные потери
В
Рис. 12Я= Сталь 1511 (А — 0,5 мм). Дина-
мическая кривая намагничивания
Рис, 131. Сталь 1512 (А = 0,35 мм). Ста-
тическая кривая намагничивания
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 147
Рис. 132. Сталь 1512 (А = 0,35 мм). Дина*
мическая кривая намагничивания
Рис. 133. Сталь 1512 (А — 0,35 мм} Удель-
ная мощность перемаг ничивания
Рис. 135. Сталь 1512 (Л = 0t5 м.м). Стати-
ческая кривая намагничивания
Рнс. 134. Сиаль 1512 (А = 0,5 мм). Удель-
ные объёмны? магнитные потери
мическая кривая намагничивания
Рис 137. Сталь 1512 (А = 0,5 мм). Удель-
ная мощность перемагничивания
Ц8
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 138. Сталь 1513 (А = 0,35 мм). Удель-
ные объемные магнитные потери
Рис.[139. Сталь 1513 (А * 0,35 мм). Стат№
ческая кривая намагничивания
Рис. 141. Сталь 1513 (Д = 0,35 мм). Удель^
пая мощность перемагничивания
Рис 140 Сталь 1513 (А == 0,35 мм). Дина-
мическая кривая намагничивания
Рис. 142. Сталь 1513 (А = 0,35 мм), Ста-
тическая петля гистерезиса
ные объёмные магнитные потери
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ Ц9
Рнс. 144. Сталь 1513 (А = 0,5 мм). Стати-
ческая кривая намагничивания
Рис 145. Сталь 1513 (А 05 мм) Дина-
мическая кривая намагничивания
Рнс. 146. Сталь 1513 (Л = 0,5 мм). Удель-
ная мощность перемагничивания
Рнс. 147- Сталь 1513 (А = 0,5 мм). Стати-*
Рис. 149 Сталь 1514 (А = 0,35 мм). Ста*
тическая кривая намагничивания
Рнс. 148. Сталь 1514 (А = 0,35 мм). Удель-
ные объёмные магнитные потерн
150
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис 151 Сталь 1514 (Д = 0,35 мм). Удельн
пая мощность перемагничивания
Рнс. 152. Сталь 1514 (А = 0,35 мм). Ста-
тическая петля гистерезиса
Рнс. 153. Сталь 1514 (Д = 0,5 мм). Удель-
ные объёмные магнитные потерн
Рис 155» Сталь 1514 (Д = 0,5 мм) Дина-
мическая кривая намагничивания
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 151
Рис. 156. Сталь 1514 (А — 0.5 мм). Удсль^
мая мощность перемагничивания
Рнс. 157. Сталь 1514 (А — 0,5 мм). Стати
ческая петля гистерезиса
Рис. 158. Сталь 1521 (А = 0,1 мм) Удель-
ные объёмные магнитные потери
Рис. 159. Сталь 1521 (А =0,1 мм). Стати
ноская кривая намагничивания
Рис. 160 Сталь 1521 (А = 0,1 мм) Дина-
мическая кривая намагничивания
Рис 161* Сталь 1521 (А= 001 мм) У дель
иая мощность перемагничивания
152
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 153
Рис. 163. Сталь 1521 (Л = 0,2 мм) Стати-
ческая кривая намагничивания
Рис. 169. Сталь 1521 (А =0,35 мм). Удель-
ная мощность перемагничивания
Рис. 164 Сталь 1521 (А = 0,2 мм). Дина-
мическая кривая намагничивания
Рис 16бо Сталь 1521 (А = 0,2 мм). Удель-
ная мощность перемагничивания
Рис. 168. Сталь 1521 (А 0,35 мм). Дина-
мическая кривая намагничивания
В max, Тл
0 ЦО 1t0 1,5 tfyA/н
Л? 100 tOO Н//*
Рис 170. Сталь 1561 (А = 0,2 мм). Дина-
мическая кривая намагничивания
Рис. 172. Сталь 1562 (А = 0,2 мм). Дина-
мическая кривая намагничивания
Рис. 171. Сталь 1561 (А — 0,35 мм). Дина-
мическая кривая намагничивания
Рис 166 Сталь 1521 (А = 0,35 мм). Удель-
ные объёмные магнитные потери
ЦПГ
1,5
1,0
¥
о
Рис, 167. Сталь 1521 (А — 0.35 мм) Стач
тическая кривая намагничивания
Рис» 173. Сталь 1562 (А = 0,35 мм). Дина-
мическая кривая намагничивания
154
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 175. Сталь 1571
мичсская кривая
Рис 174 Сталь 1Б71 (А = 0,2 мм). Стати-
ческая кривая намагничивания
(А — 0»2 мм). Дина-:
намагничивания
Рис. 176. Сталь 1571 (А 0,35 мм). Ста-
тическая кривая намагничивания
Рис. 177. Сталь 1571 (А = 0,35 мм). Дина-<
мичсская кривая намагничивания
ТОНКОЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 155
Рис. 179. Сталь 1572 (А = 0,2 мм). Дина-
мическая кривая намагничивания
Рис 178* Сталь 15/2 (Д = 0,2 мм). Стати-
ческая кривая намагничивания
Рис. 181. Сталь 1572 (А = 0.3 5 мм) Дина-
мическая кривая намагничивания
Рнс 180. Сталь 1572 (А = 0,35 мм) Ста-
тическая кривая намагничивания
156
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
няты следующие условные обозначе-
ния: Вт — амплитудные значения
магнитной индукции, Тл; 7/д — дей-
ствующее значение напряженности ма-
гнитного поля, Л/м; q — полная удель-
ная мощность перемагничивания, Вт/кг
( п = —=— ); у — плотность
\ У 1
стали, кг/м3; f — частота, Гц; р —
удельные потери на перемагничива-
ние, Вт/кг.
СПЛАВЫ с высокой
ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ
МАГНИТНЫХ полях
Сплавы с высокой проницаемостью
в слабых полях применяют для магнит-
ных экранов, усилителей, особо чув-
ствительных реле, высокочастотных и
измерительных трансформаторов повы-
шенных классов точности. По техноло-
гическому признаку принято различать
ковкие и нековкие сплавы с высокой
проницаемостью в слабых полях.
Группу ковких сплавов составляют
пермаллои — хорошо обрабатываемые
резанием и штамповкой железоникеле-
вые сплавы. Группу нековких сплавов
составляют альс <феры — хрупкие
сплавы системы А1—Si—Fe, допускаю-
щие изготовление изделий только
литьем.
Пермаллои. По составу пермаллои
принято делить на ннзконикелевые
(40—50 % Ni) и высоконнкелевые (72—
80 % Ni). Для улучшения электро-
магнитных и технологических свойств
Рис 182. Зависимость коэрцитивной силы
Нс. начальной магнитной проницаемости
Мнач и максимальной магнитной проницае-
мости Ц,„ах от процентного содержания
никеля в пермаллое
Рис. 183. Зависимость внутренней индук-
ции насыщения М Afs и удельного электри-
ческого сопротивления р от содержания
никеля в пермаллое
пермаллон часто легируют молибденом,
хромом, кремнием, кобальтом, медью и
другими элементами Основными пока-
зателями электромагнитного качества
этих сплавов являются значения на-
чальной рпач и максимальной ршах
магнитной проницаемости Коэрцитив-
ная сила Нс у пермаллоев должна быть
как можно меньшей, а удельное элек-
трическое сопротивление р и намагни-
ченность насыщения Ms как можно
более высокими. В некоторых случаях
требуется, чтобы петля гистерезиса
была близка к прямоугольной. Зави-
симость указанных параметров двой-
ного сплава Fe—Ni от процентного
содержания никеля представлена для
(1 и Нс на рис. 182, а для р и —
иа рпс. 183. Характеристика рпач
(рис. 182) имеет два максимума: отно-
сительный (/) и абсолютный (2).
Область относительного максимума,
ограниченная содержанием никеля
40—50%, соответствует низконикеле-
вому пермаллою, а область абсолют-
ного максимума, ограниченная содер-
жанием никеля 72 80 % — высоко-
никелевому. Последний обладает также
и наибольшими значениями ргоах Тече-
ние характеристик pcAls и р (рис. 183)
свидетельствует о том, что магнитное
насыщение и удельное электрическое
сопротивление у иизконикелевого пер-
маллоя существенно выше, чем у высо-
коникелевого. Указанные обстоятель-
ства разграничивают сферы примене-
ния иизконикелевого и высоконикеле-
вого пермаллоев
Низконике левый пермаллой приме-
няют для изготовления сердечников
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 157
трансформаторов, дросселей, деталей
реле и т. п., работающих с подмагни-
чиванием, а также в магнитопроводах,
полюсных наконечниках, магнитных
экранах и сердечниках, работающих
в слабых постоянных магнитных полях.
Они обладают прямоугольной петлей
гистерезиса н их используют в магнит-
ных усилителях и запоминающих
устройствах. Низконикелевый пермал-
лой легируют кремнием н хромом для
повышения удельного электрического
сопротивления и снижения потерь на
вихревые токи. Легированный низко-
никелевый пермаллой применяют для
сердечников трансформаторов, катушек
индуктивности и других магнитоиро-
водов, работающих при повышенных и
высоких частотах.
Высоконикелевый пермаллой обладает
низким значением р и поэтому исполь-
зуется только для магнитных экранов,
сердечников реле, магнитопроводов и
других устройств, работающих в по-
стоянных магнитных полях. Высоко-
никелевый пермаллой легируют хро-
мом, молибденом, медью, кремнием и
марганцем для повышения значений
Рнач. Ртах и р. Молибден уменьшает
чувствительность пермаллоя к дефор-
мациям, а медь вызывает постоянство
р в узких интервалах напряженности
поля. Высоконикелевый легированный
пермаллой применяют в магнитных
усилителях, слаботочных трансфор-
маторах, катушках индуктивности,
трансформаторах тока и других устрой-
ствах при частоте 50 Гц (из лент
толстого проката), звуковой и ультра-
звуковой частоте (из лент тонкого
проката) и высокой частоте вплоть до
радиочастот (из лент микронного про-
ката). При этом необходимо учитывать,
что магнитные свойства пермаллоя
падают по мере уменьшения толщины
ленты.
Технологические свойства пермаллоя.
Магнитные и электрические свойства
пермаллоя существенно зависят от его
химического состава (см. рис. 182 и
183). Поэтому для получения пермал-
лоя нужного состава плавку ведут
в вакууме или нейтральных газах.
Изготовление пермаллоя возможно и
методами металлокерамики путем спе-
кания заготовок и последующего про-
ката лент. Магнитные свойства такого
пермаллоя почти не зависят от толщины
ленты. Высокие магнитные свойства
пермаллой имеет только в отожженном
состоянии, но прн этом он слишком
вязок и пластичен: во время штамповки
тянется н легко дает заусенцы, а после
штамповки все равно нуждается в от-
жиге Поэтому тонкие ленты и листы
пермаллоя всегда выпускают и штам-
пуют холоднокатаными, а после штам-
повки подвергают высокотемператур-
ному отжигу.
Пермаллой весьма чувствителен
к механическим напряжениям, возни-
кающим в процессе сборки и эксплуата-
ции изделий. В процессе сборки недо-
пустимы механические удары, рихто-
вание, шлифование и деформация дета-
лей. Затяжка пакетов пластин должна
быть слабой. Обмотка не должна сдав-
ливать сердечник. Ленточные сердеч-
ники после навивки необходимо отжи-
гать. Для изоляции витков ленты ее
поверхности покрывают (до навивки и
последующего отжига) тонким слоем
окислов SiO2, MgO или А1г03. Покры-
тие осуществляется способом катафо-
реза и способом осаждения из суспен-
зии, жидкой фазой которой является
ацетон или другая высокоподвижная и
легко испаряющаяся жидкость.
Свойства пермаллоев, выпускаемых
в СССР. Основные марки железонике-
левых сплавов с высокой магнитной
проницаемостью выпускают (ГОСТ
10160—75) в виде холоднокатаных лент
толщиной 0,02—2,5 мм, горячекатаных
листов толщиной 3—22 мм и горяче-
катаных прутков диаметром 8—100 мм.
Ленты, листы и прутки поставляют
в термически необработанном состоя-
нии. Термическую обработку сплава
производят после окончательного изго-
товления изделий
Все пермаллои по их основным свой-
ствам можно разделить на восемь
групп (табл. 67).
Сплавы 79НМ, 80НХС, 81НМА и
83НФ с наивысшей магнитной прони-
цаемостью в слабых магнитных полях
и индукцией насыщения 0,5—0,75 Тл
применяют для магнитных экранов,
сердечников импульсных трансформа-
торов, магнитных усилителей и бескон-
тактных реле.
Сплав 50НХС с высокой магнитной
проницаемостью, повышенным удель-
158
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
67. Основные свойства пермаллоев
Группа Марка Основные свойства
1 79 НМ. 80НХС, 81 НМЛ. 83НФ Наивысшая магнитная проницаемость в слабых поляк
2 50НХС Высокая мае питпая проницаемость и по- вышенное удельное электрическое сопротив- ление
3 4511. 5011 Повышенная магнитная проницаемость и повышенная индукция технического насыще- ния
4 50НП 68НМП 34НКМП, 35ПКХСП, 4СНКМП 79НМП 77НМДП 65HI1 Прямоугольная петля гистерезиса Сплавы обладают анизотропной магнитных свойств
3 27КХ. 49КХ, 49К2Ф. 49К?ФА Высокая магнитная индукция техническо- го насыщения
б 47НК. 47НКХ. 6411, 40 11 км Низкая остаточная магнитная индукция и постоянство магнитной проницаемости- Спла- вы обладают анизотропией магнитных свойств
7 79НЗМ, 68НМ Высокая магнитная проницаемость прн од- нополярном намагничивании. Сплавы обла- дают анизотропией магнитных свойств
8 16Х. 3GKHM Высокая коррозионная стойкость
ным электрическим сопротивлением и
индукцией насыщения 1 Тл применяют
для сердечников импульсных трансфор-
маторов и аппаратуры связи па звуко-
вых и высоких частотах, работающей
без подмагничивания или с небольшим
подмагничиванием
Сплавы 45Н и 50Н с повышенной
магнитной проницаемостью и повы-
шенной индукцией насыщения 1,5 Тл
применяют для сердечников малогаба-
ритных силовых трансформаторов,
дросселей, реле и деталей магнитных
цепей, работающих при повышенных
индукциях без подмагничивания или
с небольшим подмагничиванием.
Сплавы 50НП, 68НМП, 34НКМП,
35НКХСП, 40НКМП, 79НМП,
77НМДП и 65НП, обладающие прямо-
угольной петлей гистерезиса и индук-
цией насыщения 1,3—1,5 Тл, приме-
няют для сердечников магнитных уси-
лителей, коммутирующих дросселей
и магнитных элементов вычислитель-
ных машин.
Сплавы 27КХ 49КХ, 49К2Ф и
49К2ФА, обладающие высокой индук-
цией технического насыщения (2,1—
2,25 Тл), применяют для магнитных
экранов, защищающих аппаратуру от
воздействия сильных магнитных полей,
и для магнитопроводов, работающих
при повышенных значениях магнитной
индукции
Сплавы 47IIK, 47НКХ, 64Н и
40НКМ характеризующиеся постоян-
ством магнитной проницаемости, при-
меняют в различных измерительных
устройствах
Сплавы 79НЗМ и 68НМ, обладающие
высокой магнитной проницаемостью
при однополярном намагничивании,
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 159
es Основные физические н механические свойства сплавов с высокой проницаемостью
Относи- тельное сжатие, Ф % 15/- 15~- 15/60 15/60 5/- 5/40 10/- 1 1 co i 1 < 1 2 11 KOHHB 1 и о
Относи- тельное удлине- ние 6, % 3/50 4/40 2/45 2/50 2/40 3/- 3/35 3/35 3/50 4/40 4/40 4/50 3/40 2/40 2/40 Б 3/40 3/35 3/40 3/50 5/25 -/45 в нагартов — < о2
Модуль нормаль- swe ;=с 2g 0ZZ 001 091 0ZI 091 091 00Z 01Z 0ZZ 0IZ 220 200 190 210 220 для лента с" о S I 0» * < X о Ci в с«
Предел текучести от ГО Е 1000/150 900/150 —/150 1250/250 850/150 750/- 700/150 700/150 -/150 900/— 900/150 1000/150 900/150 1000/150 —/300 OSS/- —/150 900/150 1000/150 — /200 —/250 ле, определены -г О •г X с £ о 2 о" ££
Предел прочности ав £ 1050/500 950/550 0-50/500 1300/650 900/500 750/ — 800/450 800/450 950/550 950/550 900/500 1000/550 900/550 1000/550 1100/600 1350/500 900/500 900/500 900/550 1050/500 400/250 -/500 свойств, указанные в чнслнте ф ХП О X « IC га -5 • к к X . е *
Твердость по Бринелю НВ 210/120 240/130 260/160 190/125 170/130 170/130 170/130 230/120 155/130 170/130 -/100 200/130 230/110 40/90 35/90 160/130 170/130 200/130 210/120 185/ — 170/- после термической пбрабо* 6Х в аммиаке 0,002 мм/гс о о о о
Магнито- стрикция мяг.ыте- НИЯ 10* " 1 °° 1ЙК 1 1 IISS1S 001—09 «J* I О 04 10 | — 1 04 04 i анипеских < X го
Темпе- D. fc- го СХ точки Кюри, °C 430 ззо 360 260 360 4 50 500 500 580 580 560 580 600 350 940 960 700 600 600 460 680 570 гачения мех х S О и о о к продукта «
Удельное электри- чсскос со- против- ление р, мкОм* м 0,55 0,62 0,70 0,80 0,90 0,54 0.4 5 0,45 0,45 0,50 0,60 0.35 0.25 0,55 0,20 О о 0.20 0.48 0,20 0.50 0.44 0,48 я и я: 1. Зи ® к **' п 1 = Ф Г ? С 1ровой фазе
Плот- ность V. г/см’ 1Л ш од Ф Ш С- Г- 04 О) СЧ С) тг Ю in СО Ф СП coocooooaCcCQCvCaccdadcocdoot^ 8,15 8 4 8,35 8,35 8.6 7,75 8,2 ГО сг X <ъ * S - ст ~ п с *g ► X gcZ о ь о с X о
Сплав ЕиЕ Е и <и Ct e£^^^esx XXXXXXXXXXXXXI^ ло rt — o m со oCxj-ю oiCsn Г-*СООС-ОСт-^'1Г21П<£>СОСПту (ONC9 49КФ 49К2ФА 49К2Ф x ? £ Й X xxxixiz Г- Г-. O> CD CD чу XT ID Г* — CO При J/ИИ 2000'0 1
160
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
69. Магнитные свойства сплавов с наивысшей проницаемостью
в слабых по лях
Сплав Сортамент Класс Толщина или диаметр, мм Проницае- мость, мГн/м, не менее Коэрци- тивная сила, А/м, не более Индукция техниче- ского на- сыщения, 1 л, не менее
на- чаль- ная макси- маль- ная
Холоднока- таные ленты 0,005 0,01 0,02 0,05; 0,08 0,10; 0,15 8,8 17,5 20 20 25 38 75 88 НО 150 8,0 5,6 4.0 3.2 2,4
0,20; 0,25 28 160
Холоднока- таные ЛИСТЫ и лепты 0,35: 0.50 0,8; 1,0 31 190 1.6
1 1.5; 2,0; 2,5 *28 160 0,75
Холоднотя- нутая про- волока 0,05—0,10 6,3 50 6,4
79 НМ :79 НМУ) Горячека- таные листы 3 — 22 25 100 3,2
Прутки 8— 100
0,005 0,01 12,5 20 44 ИО 6,4 3.2
11 0,02 0.05; 0.08 25 125 150 ,4 1.6
Холоднока- таные ленты 0,10; 0,15 0.20; 0,25 28 31 190 230 1.2 0,73
0.35; 0,5; 0,8; 1.0 1.5; 2,0 38 31 280 230 1.0 1.2
III 0,01 0,02 25 31 150 190 2,4 1,6
СПЛАВЫ с ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 161
Продолжение табл. 69
Сплав Сортамент Класс Толщина или диаметр, мм Проницае- мость. мГп/м, не менее Коэрци- тивная сила. А/м, нс более Индукция техниче- ского на- сыщения. Тл. нс менее
на- чаль- ная макси- маль- ная
79НМ (7011 МУ) Холоднока- таные ленты 111 0,05 0,10 38 250 1.2 0,73
0,20; 0.25 0,35 44 280 ЗЮ 1.0
Холоднока- таные ленты I 0.005 0,01 0,02 0.05; 0.08 0,10; 0.15 0.20; 0,25 0,35, 0,э0 0,8; 1,0 1,5; 2,0; 2,5 10 17,5 23 25 28 35 41 38 31 •п 88 ПО 150 160 190 210 190 8.0 5.6 4,0 3,2 2,4 1.6 1.2 1.0 1.2
Горячека- таные листы 3—22 88 3.2
Прутки 8-100
80НХС 0,02 0,03; 0,08 0,10; 0,15 28 38 40 [25 190 200 3,2 1,6 1.2 0,63
0.2; 0,25 0.35; 0.50 44 250 1.0
Холоднока- таные ленты 11 0.01 0,02 31 38 ПО 150 3.2 1.6
0.05; 0.08 0,10 50 56 250 1.0
0.35; 0.50 63 310 0.8
Примечание Проволока из сплава 79 ИМ диаметром 0,2—5,0 мм по* ставляетсм по химическому составу
6 Питии Ю. М и др
162
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
70. Магнитные свойства сплава марки S1HMA прн намагничивании в постоянных и переменных токпх
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 163
71. Магнитные свойства холоднокатаной ленты иа сплава
марки 83НФ при намагничивании в постоянных и переменных токах
Класс Толщина, мм Магнитная проницаемость, мГн/м, не менее, в поле 0,08 А/м для частоты Температурный коэффициент проницаемости, 1/*С, нс более, при температуре, °C Индукция техниче- ского на- сыщения, Тл, не менее
0 Гц 1 кГц 15 кГц от 20 до 80 от —20 До +20 От —40 до +20
I 0,02 0,05 0,10 44 50 ез 31 31 — — — 0,60
II 0.02 0.05 0 10 44 50 63 38 31 0,3- ю-* 0,5-10-» 0.5-Ю“* 0,7-10“* 0,8-10“* 0,60
111 0.02 0,05 0,10 63 75 88 56 44 0,5-10“* 0,8-10“* 0.60
применяют в устройствах, использую-
щих импульсы тока одного направ-
ления.
72. Магнитные свойства
холоднокатаной ленты нз сплава
марки 50НХС с высокой магнитной
проницаемостью и повышенным j дельным
электрическим сопротивлением
1- ф
= S о X
*= м к -Я го ь re OS
и ч
ГО _ *5 о "'S X - X
ч °- £ Ж 02
Я « — = ч ь .
« К го О хЮ к X
—• - Sc X £ ф
р. .
« мГн/м. ЧЕП = ге
Ь нс менее S в
0,005 1.25 10 56
0,01 1,6 12,5 40
0,02 1,9 19 20
0,05, 0,08 2,о 25 10
1 0,1; 0,15 3.1 31 13
0,2; 0,25 3,8 35 10
0.35; 0.5 10 38 8 1.00
0,8; 1,0 3.8 25 10
0,02, 0,05 3.8 31 12
11 0,1; 0,2; 3,9 35 10
6.25
0,35; 0,5 4,4 44 8
Сплавы 16Х и 36КНМ, стойкие
против коррозии, применяют в прибо-
рах и аппаратах морского и тропиче-
ского исполнения.
Основные физические константы и
механические свойства сплавов с высо-
кой магнитной проницаемостью при-
ведены в табл. 68. Магнитные свойства
для сплавов марок 79НМ и 80НХС —
в табл. 69, для сплава марки 81НМА —
в табл. 70, для сплава марки 83НФ —
в табл. 71, для сплава марки 50НХС —
в табл. 72, для сплавов марок 45Н и
БОН — в табл. 73, для сплавов марок
50НГ 34НКМП, 35НКХСП, 40НКМП,
68НМП и 65НП — в табл. 74 для
сплавов марок 79НМП и 77НМДП—
в табл. 75, для сплавов марок 27КХ,
49К2ФЛ, 49КФ и 49К2Ф — в табл. 76,
для сплавов марок 47НК, 47НКХ,
64Н и 40НКМ — в табл. 77, для
сплавов марок 79НЗМ и 68НМ —
в табл. 78 и для сплавов марок 16Х
и 36КНМ — в табл. 79.
В зависимости от уровня магнитных
свойств сплавы поставляют трех клас-
сов: I — с нормальными магнитными
свойствами, II — с повышенными ма-
гнитными свойствами; III — с высо-
кими магнитными свойствами.
Сплавы изготовляют в виде холодно-
катаных лент, холоднокатаных и горя-
чекатаных листов, горячеката! ых и
6‘
73. Магнитные свойства сплавов с высокой магнитной проницаемостью и повышенной индукцией технического насыщения 2
Сплав Продукция Класс Толщина или диаметр, мм Начальная магнитная проницае- мость мГи/м, Максималь- ная магнит- ная прони- цаемость 4с менее Коэрцитив- ная сила, А/м, не Солее Индукция технического насыщения. Тл, не менее
50 Н Холоднокатаные ленты I 0,05; 0,08 ОДО; 0Д5 0,20; 0,25 0,35; 0,50 0,80; 1.0 1.5; 2,0: 2.5 2,5 2,9 3.3 3,8 3,8 3,5 25 31 38 44 38 31 20 16 12 10 12 13 £
Горячекатаные листы 3-22 3.1 25 24 1,50 й: S:
Прутки 8-100 3.1 25 24 tr
50Н (50НУ) Холоднокатаные ленты II 0,10; 0,15 0,20; 0,25 0,35; 0,50 0,80; 1,0 1,5; 2,0 3,8 4.4 5,0 5,0 3,8 38 44 56 50 44 14 12 10 10 12 IE MATEi
50 Н Холоднокатаные ленты Ш 0,05; 0J0 0.20 12,5 • 75 0,4 1,52 32 Ьз е
Холоднокатаные ленты 0,10; 0,15 0.20; 0.25 2,5 3,1 25 29 24 20
45Н I 0,35; 0,50 0,8; 1,0; 1,5 2,0; 2,5 3,5 31 16 1,50
Горячекатаные листы 3-22 2,5 23 24
* Зна стьго 0,04 Пруткн чение магнитной проницаем* А/м. ЭСТИ ДЛЯ 8-100 холоднокатаной ленты и 2,5 а сплава марки 23 50 Н приведен 24 о для поля на тряженио
8
79НМП 77НМДП Сплав
-J to Коэрцитнв-
S3 С* мая сила, А/м
0,6 0,5 Остаточная индукция, Тл
Коэффициент
о о прямоуголь-
ts CD мости в по-
с о ле 5 Нс, А/м
г
76 Магнитные свойства сплавов с высокой индукцией технического насыщения
Сплав Сортамент Класс Толщина или диа- метр, мм Индукции, Тл, не менее Удельные потери, Вт/кг, не более Коэр- цитив- ная сила, А/м, не более Магнит- ная про- ницае- мость, мГн/м, не менее Магнито стрнкцня
ч ч ₽1.5/400 Pl,8/400 Р 2,0/4 00
27КХ Холоднокатаные листы и ленты 1 0.2 0,35 0,7 — 1.8 2,15 80 ПО — — — — —
Прутки и поковки 75 — 100 — 1,75 2,05 — — — — — —
49К2ФА Ленты и листы I 0,1 0,2 — 2.2 — — — — 140 120 6.9 —
11 0,05 0,1 1,8 2,1 — — 25 35 39 30 45 55 40 80 48 — —
0,15 — 0.2 0.25 — 0,7 1,85 2,2
Ill 0.1 2.0 2,2 - 25 30 30 — —
49КФ Прутки и поковки 1 11 10 80 — 1,9 2,0 2,1 2,2 — — — 180 — —
49К2Ф Ленты и листы I II 0,2 — — 2,25 — — — 160 0,88 в поле 0,8 А/м 60.10-*
Пр шечания. 1. Цифры в индексе удельных потерь означают: верхние — индукция. Тл; нижние — частота, Гц.
2. Значения В15о для всех сплавов предприятие-изготовитель может гарантировать без измерений.
3. Удельные потери Р2.0/400 Для ленты и листов толщиной 0,15—0,2 мм марки 49К2ФА класса II определяются по согла-
сованию потребителя с изготовителем.
4. Сплав марки 49К2ФА изготовляют методом вакуумной выплавки.
О
Ь>
Ь.
Сс
е
О
to
s:
о
о
>:
о
31
31
в
о
4
з;
й
tn
г
о
о
tr
5
со
ь
0>
в:
*
=1
р
'S
о
168
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
77 Магнитные свойства сплавов с низкой остаточной индукцией
и постоянством магнитной проницаемости (холоднокатаные ленты)
Сплав Класс Толщина, мм Началь- ная ма- гнитная проницае- мость, мГн/м, не менее Отноше- ние мак- симальной магнит- ной про- ницаемо- сти к на- чальной Коэффи- циент прямо- угольно - стн в поле 800 Л/м Температурный коэффициент a* 10s для магнитной проницаемости в интервале температур от —60 до 4-120 °C, 1/°С
началь- ной макси- мальной
Hr более
47НК I 0,01 0,02 0,10 1,1 1.15 0.0 г> 0,06 0,06
11 0,01 0,02 0,10 1,4 1.15 0,05 0.06 0,06
17НКХ 1 0,02 0,10 1.S 1.2 0,05 0.03 0,03
64 Н 1 0,01 0.02 0,10 2,5 1,2 0.07 0.06 0,06
11 0,01 0.02 0.10 2.7 1,2 0,07 0.06 0,06
40НКМ I 0,01 0,02 0,10 2.3 1,2 0,07 — —
Примечания: 1. Сплав марки 40НКМ изготовляют методом вакуумной выплавки. 3 Температурный коэффициент предприятие-изготовитель может ие прове- рять.
78. Магнитные свойства сплавов с высокой магнитной проницаемостью
при однополярном импульсном намагничивании
(холоднокатаные леи гы)
Сплав Класс Толщина мм Импульсная проницаемость мГн/м не менее, при напряженности поля Коэффи- циент прямо- угольиости в поле 800 А/м 1 емнерату рный коэффициент импульсной про- ницаемости, 1/сС, в интервале температур от — 60 до 4-60 СС
20 Дум 80 А/м Не более
75НЗМ 1 0,005 0,01 0,02 6,5 8,8 10 — 0,45 0,30 0,25 0.25-10-*
68 НМ 1 0.02 — 7.5 0 20 0.25- |(Г*
Примечание. Сплавы изготовляют методом вакуумной вынллвкн.
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 169
79. Магнитные свойства сплавов с высокой коррозионной стойкостью
Сплав Продукция Класс Толщина или диаметр, мм Максимальная магнитная про- ницаемость, 1 мГн/м Индукция. Тл, при на- пряженности магнитного поля, А/см Коэрцитивная сила, А/м, нс более
В, »10 Дяоо
Не менее
16Х Холоднока- таные листы и ленты I 0,20; 0.35; 0,50; 1,0; 1,5 — 0,6 — 1.2 1.45 64
-1—12 10- 120
Горятека- таные листы Прутки
Прутки Прутки Н III 10— 120 — 0.6 — 1.2 1,45 24
36 к нм Прутки Прутки 1 II 15— 30 5,6 7.5 — 1.3 1,45 1.45 — 56 40
Примечание. Сплав марки 16Х изготовляют методом вакуумной ры- плавки.
80. Размеры холоднокатаных лент
Толщина, мм Предельные отклонения по толщине, мм (мкм) Ширина, мм Длина ленты, м, нс менее
0,0015 ±0,00015 (0,15) 20. 30, 40 10
0,002 +0.0002 (0,20) 20, 30, 40 10
0 003 +0,0003 (0,30) 20, 30, 0 10
0,005 ±0.0005 (0,50) 30. Ю. 70, 80. 90. 100 10
0,01 4-0.001 (1,0) 70. 80 90, 100 20
0,02 —0,003 (3.0) 70, 80, 90 100 30
0,05 — 0.008 (8.0) 70. 80, 90. 100 150, 200, 250 30
0,08 —0,01 (10,0) 80, 90, 100, 150, 200, 250 20
0,10 — 0,02 (20,0) 80. 90, 100, 150, 260, 250 20
0,15 — 0,02 (20,0) 80. 90, 100, 150, 200, 250 20
0,20 — 0,03 (30.0) 80. 90, 100, 150, 200, 250 20
0,25 — 0,03 (30.0) 80, 90, 100. 150, 200, 250 20
0,35 —0,04 (40,0) 80, 90, 100, 150, 200, 250 10
0,50 —0,05 (50,0) 80, 90, 100, 150. 200. 250 6
0,80 — 0,07 (70,0 ) 100 150, 200, 250 1
1.0 —0.09 (90,0) 100 150, 200, 250 1
1,5 —0.И ( 10) 100, 150 200, 250 1
2.0 —С 13 (130) ЮС 150, 200, 250 1
2,5 —0,16 (160) 250 1
170
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 184. Зависимость ц от частоты для
сплавов марок:
1 — 81 НМЛ толщиной 0,2 мм; 2 — 80НХС
толщиной 0,2 мм; 3 ~ 79НМ толщиной
0,2 мм; 4 — 80НХС толщиной 0,35 мм;
5 — 791IM толщиной 0.35 мм; 6 — 50НХС
толщиной 0,2 мм; 7 — 50 Н толщиной
0,2 мм; 8 — 50НХС толщиной 0,35 мм;
9 — 50Н толщиной 0,35 мм
кованых прутков и проволоки. Сорта-
мент для каждого сплава приведен
в табл. 68—79.
Размеры холоднокатаной ленты и
предельные отклонения по толщине
должны соответствовать указанным
в табл. 80. Химический состав спла-
вов должен соответствовать ГОСТ
10994—74.
Листы, ленты, прутки и проволоку
поставляют без термической обра-
ботки. Поверхность горячекатаных и
кованых прутков должна соответство-
вать требованиям ГОСТ 5949—75.
Термическая обработка изделий
заключается в отжиге в вакууме или
Рис. 18 >. Зависимость ц от частоты для
сплавов в лен ах толщиной 0,1 мм для
марок
/ —81НМА и 83НФ; 2 — 80НХС; 3 —
79НМ 4 — БОН
Рис. 186. Зависимость ц от частоты для
сплавов в лентах толщиной 0,05 мм марок:
/ — 81 НМД н 83НФ: 2 — 80Н.ХС; 3 —
79 НМ; 4 — 50НХС; 5 — 50Н
чистом сухом водороде. Режимы и
среда отжига приведены в табл. 81
Магнитные характеристики сплавов
приведены на рис. 184—217, где при-
няты следующие обозначения: Вт и
Нт — магнитная индукция и напря-
женность магнитного поля при на-
магничивании постоянным полем; Вт
и Нт — амплитудные значения магнит-
ной индукции и напряженности магнит-
ного поля при намагничивании пере-
менным полем; рГ — модуль комплекс-
ной относительной магнитной прони-
цаемости (pi — в поле напряженностью
0,10 А.'м, р4 — в поле напряженностью
0,40 А м); рЛ —относительная обра-
тимая магнитная проницаемость; f —
частота, POj3, Р1>0, PliS, Р1>я, Р2,0 —
полные удельные потери на перемагии.
чивание при магнитной индукции 0,5;
1,0; 1,5; 1,8 и 2,0 Тл.
Альсиферы. Сплавы А1—Si—Fe
обладают высокими магнитной прони-
Рнс. 187. Зависимость ц от частоты для
сплавов в лентах толщиной 9,92 мм марок.
1 — 83НФ; 2 — 80НХС; 3 — 79НМ
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 171
Я!. Режимы термической обработки магнитно-мягких сплавов
Режим охлаждения До 600 °C со скоростью не более 200 °С/ч; от 600 до 200 °C со ско- ростью не менее 100 °С/ч До 600 °C со скоростью не более 200 °С/ч; от 600 °C скорость не нормируется До 200 °C со скоростью 25— 100 °С/ч До 400 — 500 °C со скоростью не более 200 °С/ч; от 400 до 200 °C со скоростью не менее 400 °С/ч До 600 °C со скоростью не более 200 °С/ч. От 600 до 100 °C со ско- ростыо не менее 400 °С/ч От 400 °C с произвольной скоростью до t = 100 °C До 600 °C со скоростью не более 200 °С/ч. От 600 до 350 °C со ско- ростью 20—60 °С/ч от 350 °C про- извольно в вакууме или водороде до t менее 150 °C До 150 °C со скоростью нс более 250 °C, далее произвольно
Время выдержки, ч I I I - СО СО СО 3 0.5-4 3—6 СО сО СО ю СЧ—'
Температура (скорость нагрева) 1125 ± 25 °C (не более 500 °С/ч) Не) вая операция: отжиг 1125 ± 25 °C (ие более 500 °С/ч) Вторая операция: отпуск при 600 °C в продольном магнитном поле напряженностью не менее 800 А/м 1125 ± 25 °C (не более 500°С/ч) 1100 ± 20 °C (не более 500 °С/ч) и о О о ю ф 4U ч о ю ф ио о о LC ш см см -н-н о о ,Г о ОС о 1100 ± 20 °C (ие более 500 °С/ч) 960 ± 20 °C •’ । (не более 950 ± 20 °C ♦* J 300°С/ч)
Среда отжига Вакуум давлением не выше 0,133 Па или чистый водо- род с точкой росы не выше — 40 °C Вакуум давлением не аыше 0,013 Па Вакуум давлением ие выше 0,013 Па или водород с точ- кой росы не выше минус 40 °C Вакуум давлением не выше 0,013 Па
Сплав хххх ш о с>о Mfr ю 1-.LO 34НКМП 35НКХСП 40НКМП 68НМП 50НХС 80НХС 81 НМД 81 НМД •’ 81 НМД »» 83 НФ 79НМП 77НМДП
Продолжение табл 81
Сплав Среда отжига Температура (скорость нагрева) Время выдержки, ч Режим охлаждения
47НК 47НКХ 64 Н 79НЗЧ *Б 68 НМ 40НКМ Вакуум с остаточным давле- нием ие выше 0.133 Па или водород с точкой роси ие вы- ше —40 °C Первая операция отжиг: 1000 + 20 °C 1100 ±20 °C 1100 ±20 °C, 1100 ± 20 °C 500 С^ч) 1100 ± 20 °C 1100 ± 20 °C Вторая операция: отпуск в по- перечном магнитном поле, необ- ходимом для достижения техни- ческого насыщения 550—600 °C 3 3 До 600 °C со скоростью не более 200 °С/ч; от 600 °C скорость не нормируется
47НК 64 Н Отжиг 1000 + 20 °C (ие более 500 °С/ч) Отпуск в поперечном поле 550— 600 °C 3 0,5-1 До 350 °C со скоростью 30— 50 °С/ч, далее с выключенной печью До 500 °C со скоростью 50 °С/ч, от 500 до 380 °C со скоростью 10 °С/ч, далее с выключенной печью
70НЗМ Вакуум с остаточным давле- Отжиг 1100 + 20 °C (не более 500 °С/ч) Отпуск в поперечном поле (460— 480 °С/ч) 3 0,5-1 До 380 °C со скоростью: 15 — 20 °С/ч для толщины 0,02 мм; 10 —15 °С/ч для толщины 0,0 мм; 5 —10°С/ч для толщины 0.05 мм. далее с виключеииой печью
68 НМ кием не ваше 0,133 Па Отжиг 1100 — 20 °C (не более 500 °С/ч) Отпуск в поперечном поле 580— 600 °C 3 0.5—1 До 200 °C со скоростью 200 — 300 °с/ч
16Х Вакуум с остаточным давле- нием не выше 0,013 Па 1200 °C 4 До 750 °C со скоростью 100°С/ч. далее до 200 °C со скоростью ие менее 200 °С/ч
36 К НМ То же или водород <. точкой росы не менее —40 °C 1100 °C 10 До 700 °C со скоростью 100 °С/ч; далее до 200 °C со скоростью не менее 200 °С/ч
Продолжение табл. 81
Сплав Среда отжига Температура (скорость нагрева) Время выдержки, ч Режим охлаждения
27КХ Вакуум с остаточным давле ином не выше 0,133 Па 850 i 20 °C (не более 500 °С/ч) 3 До 400°С/со скоростью !00°С/ч, далее произвольно под вакуумом до t менее 150 °C
49К2ФА •• 820 ± 20 °C (не более 500 °С/ч) 3—6
49К2ФА ♦’ 1-3 До 400 °C со скоростью 600 °С/ч, далее произвольно под вакуумом до температуры менее 150 °C. Вн тые сердечники охлаждают в про- дольном магнитном поле напря- женностью не менее 800 А/м
49КФ 1100 ± 20 °C (не более 500 °С/ч) 3 До 400 °C со скоростью 100°С/ч, далее произвольно под вакуумом до температуры не менее 150 °C
• Проволока класса II из сплава марки 81НМА.
* * Проволока класса 111 из сплава марки 81 НМД.
* ’ Толщиной 0,003 мм.
* 4 Толщиной 0,0020 н 0,0015 мм.
* s Толщиной 0,02мм.
• " Продукция из сплава марки 49К',ФА классов I н И.
• ’ Продукция из сплава марки 49К2ФА класса 111.
Примечания: 1. Для сплавов марки 50Н и 50НП класса III рекомендуется термообработку проводить в вакууме
с остаточным давлением не выше 1,33- 10“* Па.
2. Для обеспечения скорости охлаждения ниже 600 °C допускается наполнение или продувка печи инертным газом.
3. Время выдержки устанавливается в (ависимости от размера н массы садки.
4. При отжиге сплавов марок 50Н, 79НМ, 50НП, 35НКХСП, 40НКМП, 68НМП н 80НХС класса III температура от-
жига может быть повышена до 1200 °C.
5. Прн отжиге сплавов марок 34НКМП, 35НКХСП, 40НКМП, 68НМП допускается совмещение отжига с отпуском в про-
дольном магнитном поле.
6. Для образцов, изготовленных из ленты толщиной 0,01 и 0,005 мм и проволоки диаметром меиес 0,10 мм, допускается
снижение температуры отжига на 100 °C.
7. Для повышения уровня свойств сплава марки 50НП после высокотемпературного отжига рекомендуется проводить тер-
момагнитиую обработку по режиму, приведенному для сплава марки 34НКМП.
8. По соглашению сторон допускается применять другие режимы термической обработки образцов.
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ W СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ j 73
174
МАГНИТНЫЕ МА ТЕРНАЛЫ
Л
Рис 188 Зависимость Р от частоты для
славов марок:
1 — 79НМ и 80НХС толщиной 0,35 мм:
2 — 79НМ толщиной 0,2 мм; 3 — 80НХС
толщиной 0 2 мм 4 — 79НМ толщиной
0,1 мм; 5 - 80НХС толщиной 0,1 мм; 6 —
79НМ и 80НХС толщиной 0,05 мм; 7 -*
79НМ толщиной 0,02 мм
Рис, 189. Зависимость Р от частоты для
сплавов марок:
1 — 81 НМД толщиной 0,2 мм; 2 — 81 НМД
и 83 НФ толщиной 001 ММ; 3 — 81 НМД н
83НФ толщиной 0.05 мм; 4 — 83НФ тол-
щиной 0.02 мм
10’2 *110*2 *610’г *f}rtf
Р, В т/кг
Рнс. 191. Зависимость удельных потерь от
частоты в лентах толщиной 0,05 мм для
сплавов марок 50 НП, 68НМП 34НКМП,
35НКХСП и 40Н КМII
Рис 190. Зависимость Р от частоты для
сплава мрки ЗОН
1 — толщиной 0,35 мм 2 — толщиной
0 2 мм; 3 — толщиной 0,1 мм; для сплава
марки 50НХС; 4 — толщиной 0,35 мм;
5 толщиной 0,25 мм; 6 — толщиной
0.05 мм
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 175
Рнс. 192. Кривые намагничивания сптава марки 79НМ толщиной 0,35 мм для частот:
1 — 0 Гц; 2 — 50 Гц; 3 — 400 Гц; 4 — 1000 Гц
Рис. 193. Кривые намагничивания спаава марки 79НМ толщиной 0,2 мм для частот:
7—0 Гц, 2—50 Гц, 3 — 400 Гц, 4 — 1000 Гц; 5 — 2000 Гц
176
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рнс 194. Кривые намагничивания сплава марки 79НМ толщиной 0,1 мм для частот-
1 — 0 Гц; 2 — 50 Гц; 3 — 400 Гц; 4 — 1000 Гц; 5 — 2000 Гц; 6 — 4000 Гц, 7 — 10 000 Гц
Рис. 195, Кривые нама ннчнвания сплава марки 79НМ толщиной 0,02 мм для частот;
/ — О Гц; 2 — 400 Гц; 3 — 2000 Гц, 4 — 4000 Гц; 5 — 10 000 Гц
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 177
Рис, 196. Кривые намагничивания сплава марки 80НХС толщиной 0,2 мм для частот:
1 — 0 Гц; 2 — 50 Гц; 3 — 400 Гц; 4 — 1000 Гц; 5 — 2000 Гц; 6 — 4000 Гц. 7 — 10 000 Гц
Рис. 197. Кривые намагничивания сплава марки 80НХС толщиной 0,1 мм для частоп
I — 0 Гц; 2 — 400 Гц; 3 — 1000 Гц 4 — 2000 Гц; 5 — 4000 Гц; 6 — 10-000 Гц
178
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 198 Кривые намагничивания сплава марки 80НХС толщиной 0,05 мм для частот:
1 — 0 Гц; 2 — 400 Гц; 3 — 1000 Гц, 4 — 2000 Гц; 5 — 4000 Гц; £ — 10 000 Гц
Рис. 199 Кривые намагничивания сплава марки 83НФ толщиной 0,05 мм для частот:
> — 0 Гц; 2 — 400 Гц, 3 — J000 Гц, 4 — 2000 Гц, S — 4000 Гц; 6 — 10 000 Гц
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 179
Рис. 200. Кривые намагничивания сплава марки 83НФ толщиной 0,02 мм для частот;
1 0 Гц; 2 — от 200 до 4000 Гц, 3 — 10 000 Гц
Рис. 201. Кривые намагничивания сплава марки 81 НМЛ толщиной 0,2 мм для частот;
/ — 0 Гц; 2 — 50 Гц; 3 — 400 Гц; 4 — 1000 Гц; 5 — 2000 Гц
180
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис 202. Кривые намагничивания сплава марки 81 НМЛ толщиной 0,1 мм для частот:
I — 0 Гц; 2 — 400 Гц; 3 — 1000 Гц; 4 — 2000 Гц; 5 — 4000 Гц; б — 10 000 Гц
Рис 203. Кривые намагничивания сплава марки 81 НМЛ толщиной 0,05 мм для частот:
1 — 0 Гц; 2 — 400 Гц; 3 =- 1000 Гц; 4 — 2000 Гц; 5 ~ 4000 Гц; 6 ~ 10 000 Гц
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 181
Рис. 204. Кривые намагничивания сплава марки ЗОН толщиной 0,2 мм для частот:
1 — 0 Гц; 2 — 50 I ц; 3 — 400 Гц; 4 — 1000 Гц 5 — 2000 Гц; 6 — 4000 Гц; 7 — 10 000 Гц
Рис. 205. Кривые намагничивания сплава марки 50Н толщиной 0,1 мм для частот;
/ — 0 Гц; 2 — 50 Гц; 3 — 400 Гщ 4 — 1000 Гц; 5 — 2000 Гц; 6 — 4000 Гц; 7 — 10 000 Гц
182
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис 206 Кривые намагничивания сплава марки 50НХС толщиной 0,35 ми для частот:
1 — 0 Гц; 2 — 50 Гц; 3 — 400 Гц; 4 — 1000 Гц
Рис 207. Кривые намагничивания сплава марки 50НХС толщиной 0,25 мм для частот:
1 — 0 Гц; 2 — 50 I ц; 3 — 400 Гц; 4 — 1000 Гц; 5 — 2000 Гц
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 183
Рис. 208. Кривые намагничивания сплава марки 50НХС толщиной 0,1 мм для частот;
1 — 0 Гц; 2 — 400 Гц; 3 — 1000 Гц; 4 — 4000 Гц; 5 — 10 000 Гц
Рис 200. Кривые намагничивания сплава марки 50НХС толщиной 0,05мм для частот;
I — 0 Гц; 2 — 1000 Гц; 3 — 4000 Гц; 4 — 10 000 Гц
184
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 210. Кривые намагничивания сплава марки 50НП толщиной 0,05 мм для частот:
1 — 0 Гц; 2 — 400 Гц; 3 — 1000 Гц; 4 — 2000 Гц; 5 — 4000 Гц; 6 — 10 000 Гц
Рис. 211 Кривые намагничивания сплава марки Э4НКМП толщиной О,OS мм для частот;
1 — 0 Гц; 2 — 400 Гц; 3 — 1000 Гц; 4 — 2000 Гц; 5 — 4000 Гц; 6 — 10 000 Гц
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 185
Рис. 212. Кривые намагничивания сплава марки 35НКХСП толщиной 0,05 мм для частот;
/ — 0 Гц; 2 — 400 Гц 3 — 1000 Гц; 4 — 2000 Гц; 5 — 4000 Гц; 6 — 10 000 Гц
Рнс 213. Кривые намагничивания сплава марки 40HKMI1 толщиной 0,05мм для частот)
1 — 0 Гц; 2 — 400 Гц; 3 — 1000 Гц; 4 — 2000 Гц; 5 — 4000 Гц; 6 — 10 000 Гц
186
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис 214. Кривые намагничивания образцов ленты толщиной 0,02 мм из сплавов марок;
1 — 79НЗМ; 2 — 6411; 3 — 47НК.Х; 4 — 47НК (--------------кривые намагничивания
в статике,----------— при частоте 4000 Гц)
цаемостыо и удельным сопротивлением,
но в отличие от пермаллоев тверды
(45—50 HRC) и хрупки (легко размалы-
ваются в порошки). Альсиферы обла-
дают хорошими литейными качествами,
поэтому детали из них получают в виде
фасонных тонкостенных отливок, это
Рис. 215. Зависимость начальной прони-
цаемости от частоты для образцов из
сплавов марок
7 —47НК 2—47НКХ; 3 — 64Н; 4 —
79НЗМ (------для ленты толщиной
0.02 мм--------для леиты толщи-
ной 0.01 мм, —•—•— для ленты
толщиной 0,1 мм)
ограничивает область их применения
магнитными экранами, корпусами при-
боров и аппаратов, фасонными дета-
лями магиитопроводов и ругими изде-
лиями, работающими в постоянных
магнитных полях. Тонкие порошки
альсифера используют как магнитную
составляющую при изготовлении высо-
кочастотных магиитодиэлектриков.
Зависимость начальной проницаемости
альсифера от состава сплава имеет
очень острый максимум, что суще-
ственно затрудняет его промышленное
изготовление. Для получения необхо-
димого состава нужны высокая чистота
исходных материалов и проведение
плавки в вакууме или в атмосфере
нейтральных газов. Оптимальный со-
став альсифера: 5,4 % А], 9,6 % Si,
остальное Fe. Сплав этого состава
имеет следующие свойства: рнач =
= 44 мГн/м, Цшах = 146 мГн м Вг =
= 0,335 Тл, Нс = 1,76 А/м, p0Als =
= 1,1 Тл, р= 0,81 мкОм-м.
Общие рекомендации по применению
прецизионных магнитно-мягких спла-
вов даны в ГОСТ 10994—74 (табл. 82).
СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ В СЛАБЫХ ПОЛЯХ 187
82. Рекомендации по применению сплавов с высокой Mai ниткой
ирон и цаемостью
Марка Основные технические характеристики Назначение
83НФ Сплав с наивысшей начальной проницаемостью в постоянных и переменных полях Для сердечников малогабарит пых трансформаторов и Дросселей, работающих в слабых полях Для магнитных экранов
27КХ Сплав с высокой индукцией (до 2,4 7л) в средних и сильных по- лях, высокой температурой точки Кюри .'950 СС) и повышенными ме- ханическими свойствами Для роторов и статоров элек- трических машин и других мап н- топроводов, работающих при обыч- ных и высоких температурах в ус- ловиях механических нагрузок
49К2Ф Сплав с высокой индукцией на- сыщения, высокой и постоянной проницаемостью, высокой магнито- стрикцией н высокой температу- рой Кюри Для пакетов ультразвуковых преобразователей, телефонных мембран
49КФ Сплав с индукцией насыщения не менее 2,35 Тл, с высокой тем- пературой точки Кюри <950 СС) и высокой магнитострикцией Для сердечников и полюсных наконечников, магнитов в солено идов
49КФА Для трансформаторов, магнит- ных усилителей, роторов н стато- ров электрических машин
45Н, 50Н Сплавы с повышенной магнит- ной проницаемостью, обладающие наивысшим значением индукции насыщения из всей группы желе- зоникелевых сплавов, не меисе 1.5 Тл Для сердечников междулам но- вых и малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей, реле н деталей магнитных цепей, рабо- тающих при повышенных индук- циях без подмагничивания или с небольшим подмагничиванием
50НХС Сплав с повышенной магнит- ной проницаемостью н высоким удельным электросопротивлением при индукции не менее 1,0 7л Для сердечников импульсных трансформаторов и аппаратуры связи звуковых и высоких частот, работающих бел подмагничивания или с небольшим подмагничивани- ем, для сердечников магнитных головок
4011 Сплав с повышенной магнит- ной проницаемостью и индукцией насыщения Для сердечников, помехоподав- ляющих проводов зажигания авто- мобилей
50 НП Сплав марки БОН с кристалло- графической текстурой н прямо угольной петлей гистерезиса Для сердечников магнитных уси- лителей коммутирующих дроссе- лей, выпрямительных установок, элементов вычислительных аппа- ратов счетно-решаюших машин
34НКМП 35ИКХСП 40НКМП 68НМП Сплавы 34НКМ. 35НКХС. 40НКМ н 68НМ с магнитной тек- стурой и прямоугольной петлей гистерезиса, высокой магнитной проницаемостью и индукцией на- сыщения не менее 1,2 —1,5 Тл
188
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл-82
Марка Основные технические характеристики Назначенце
76ИХД 79 НМ 80НХС 77ПМД Сплавы с высокой магнитной проницаемостью в слабых полях при индукции насыщения 0,65— 0,75 Тл Для сердечников малогабарит- ных трансформаторов, дросселей п реле, работающих в слабых полях магнитных экранов В малых тол- щинах 0,05—0,02 мм — для сер- дечников импульсных трансфор- маторов, магнитных усилителей и бесконтактных реле, марка 8011ХС — для сердечников маг- нитных головок
8ПНлМ Сплав с прямоугольной петлей 1истерезнса (лента толщиной не- сколько микрометров) Для сердечников накопитель- ных трансформаторов
68НМ 79НЗМ Сплавы с высоким значением проницаемости и приращений ин- дукции при однополярном им- пульсном намагничивании, обла- дающие магнитной текстурой Для сердечников импульсных и широкополосных трансформа- торов
47НК 47ПКХ С4Н 40НКМ Сплавы с ниткой остаточной ин- дукцией и постоянством прони- цаемости в широком интервале полей» обладающие магнитной тек- стурой Для сердечников катушек по- стоянной । иду ктн в кости дроссе- лей фильтров, широкополосных трансформаторов
52Н 47НД Сплавы с высоким значением проницаемости н индукции насы- щения, с заданным коэффициентом линейного расширения а « (94- 4-11,5) 10“* I/° С в интервале тем- ператур от —70 до -j-550°C Для пружин герметизирован- ных магинтоуправняемых контак- тов (герконов)
1СХ ЭП638 Сплав с высокой индукцией в слабых и средних полях и низкой коэрцитивной силой; с коррозион- ной стойкостью в ряде кислотных н агрессивных сред Для магннтопроводов различ- ных систем управления, якорей и электромагнитов; деталей элек- трических машин без защитных покрытий, работающих в слож- ных условиях воздействия среды, температуры и давления
36КПМ Сплав с высокой индукцией в слабых и средних полях н низкой коэрцитивной силой, с высокой кор розненной стойкостью в морской воде Дли морской аппаратуры
Примечание Сплавы марок 76НДХ. 77 НМД и 79 НМ после термической обработки с замедленным охлаждением от G00 °C характеризуются незначительным изменением свойств в климатическом интервале температур
МАГНИТНО-МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
189
Рнс. 216. Зависимость обратимой магнитной проницаемости от напряженности подма-
гничивающего поля для сплавов марок.
/ — 79НЗМ толщиной 0.02 мм, 2 — 79НЗМ толщиной 0.01 мм; 3 — 61 Н толщиной 0 1,
0,02 и 0,01 мм; 4 — 47ПКХ толщиной 0,1, 0,02 л 0,01 мм; 5 — 47НК толщиной 0,1, 0,02
И 0,01 мм; 6 — 47НКХ толщиной 0,1 мм; 7 — 64Н толщиной 0,1 мм; 3 — 47НК толщи-
ной 0,1 мм
Рис, 217 Зависимость удельных потерь
от частоты для сплава марки 49К2ФА
в лептах толщиной 0,1 мм (после термо-
магнитной обработки) при индукции:
1 — 1,0 Тл; 2 — 1,5 Тл; 3 — 1,8 Тл; 4 —
2.0 Тл
МАГНИТНО-МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
Магнитно-мягкие ферриты представ-
ляют собой смесь окислов некоторых
металлов, спеченную до образования
структуры типа шпинели. Наиболее
широко применяются марганец-
цинковые и никель-цинковые ферриты.
В области высоких частот иногда
применяют литий-цинковые и свин-
це во-иикелевые ферриты.
По электрическим свойствам все
ферриты относятся к полупроводни-
кам. Их применяют для магнитопрово
дов, работающих в слабых и сильных
магнитных полях высокой частоты
(до 100 МГц), и в импульсном режиме
Кроме радиотехники их также приме-
няют для изготовления магнитных
усилителей, сердечников трансформа-
торов и катушек индуктивности, дета-
лей отклоняющих систем, статоров и
роторов высокочастотных двигателей,
сердечников быстродействующих реле,
термомаг штиых компенсаторов и т. д.
Возможность применения ферритов
в полях высокой частоты определяется
главным образом их большим удельным
электрическим сопротивлением, благо-
даря которому реактивное и тепловое
действие вихревых токов получается
незначительным даже у магиитопрово-
дов сплошного сечения. По этой же
причине индукция в ферритовых магни-
топроводах может иметь даже большую
величину, чем в магнитопроводах нз
190
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
металлических материалов, хотя индук-
ция насыщения у ферритов гораздо
меньше, чем у ферромагнетиков.
Удельное сопротивление (в зависи-
мости от марки феррита) у марганец-
цинковых от 10 до 2000 Ом см и у ни-
кель-цинковых ферритов от 105 до
1010 Ом-см, а относительная диэлектри-
ческая проницаемость при низких ча-
стотах может достигать 105.
По магнитным свойствам (табл. 83)
магнитно-мягкие ферриты значительно
уступают ферромагнетикам i не могут
конкурировать с ними в области низ-
ких частот, так как обладают большей
коэрцитивной силой Нс и меньшими
значениями остаточной индукции и
индукции насыщения Bs. Кроме того,
ферриты имеют низкую температуру
точки Кюри Т„ и поэтому их свойства
существенно зависят от температуры.
При конструировании сердечников
необходимо принимать меры к устра-
нению любых механических напряже-
ний (в том числе теплового и магнито-
стрикционного происхождения) во
избежание ухудшения электромагнит-
ных параметров. Кроме того, изделия
из ферритов необходимо экранировать
от воздействия постоянных внешних
магнитных полей и не подвергать
подмагничиванию полями, напряжен-
ность которых превышает рабочее зна-
чение, так как магнитные свойства
изделий, выполненных из ферритов,
заметно изменяются при подмагничи-
вании постоянным магнитным полем,
а изменение свойств сохраняется и
после удаления подмагничивающего
поля.
Рис 21В. Зависимость тангенса угла по-
терь 1г в никель цинковых ферритов от
частоты (при Нд -» 0)
Магнитно-мягкие ферриты обладают
всеми механическими свойствами кера-
мики. Онн тверды и хрупки, при спека-
нии дают усадку от 10 до 20 % и
совершенно не допускают обработку
резанием. Ферриты хорошо шлифуются
и полируются абразивными материа-
лами. Для точной доводки размеров и
для разрезания ферритовых изделий
следует применять алмазные инстру-
менты. Склейку следует производить
клеем БФ-4 по общепринятой техноло-
гии. Поверхности можно спаивать
оловянными припоями при условии
предварительного ультразвукового лу-
жения их оловом (паяльник одновре-
менно должен являться излучателем
ультразвука). При расчете изделий из
ферритов можно принимать следующие
усредненные значения их механических
и тепловых параметров: модуль упру-
гости на сжатие 150 ГПа; коэффициент
линейного расширения 10'5 1/1 СС;
коэффициент теплопроводности
4,19 Вт/(м-К), удельная теплоемкость
712 Дж/(кг К)
Основные параметры ферритов низ-
кочастотного и высокочастотного диа-
пазона. Начальную проницаемость ин
в этом случае находят по числу, стоя-
щему на первом месте в обозначении
марки феррита
Критическая частота fK (в зоне кото-
рой тангенс угла потерь tg 6 начинает
резко возрастать) у ферритов, в отли-
чие от остальных магнитно-мягких
материалов, обусловлена не влиянием
вихревых токов, а явлением объемного
резонанса, возникающего при наличии
у материала одновременно большой
магнитной и диэлектрической пронн-
цаемостей. В табл. 84 приведены два
значения критической частоты, соот-
ветствующие tg 6 = 0,02 и tg 6 = 0,1
(рис. 218). Свойства ферритов, приме-
няемых в слабых полях, приведены
в табл 83.
Температура Кюри у большинства
марок ферритов ие превышает 200—
300 СС. Это существенно ограничивает
верхний предел рабочей температуры
/Раб, так как в непосредственной бли-
зости от точки Кюри у всех ферритов
магнитные свойства резко ухудшаются.
Верхним пределом рабочей темпера-
туры у ферритов принято считать
такую, при которой начальная магнит-
МАГНИТНО-МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
191
83. Свойства ферритов применяемых в слабых полях
Марка Начальная относи- тельная магиитная промицае- мость ц|{ Относитель- ный темпера- турный коэф- фициент на- чальной маг- нитной про- ницаемости а„ 10е, !/сС Пн Интервал температур, СС Относитель- ный ташенс угла потерь tg С/Ц„- 10", при //д, А/м, не более Критическая частота /к, МГц, при t£ 0
0,8 8,0 0.1 0,02
6000IIM Алпл+;000 60СО-!200 — — 40 60 — 0,005
4000НМ л л лл’^’^00 4000-500 — — 35 60 0.1 0,005
3000 нм 3000*500 — — 35 60 0,2 0,015
2000НМ onoo+ьоо -иии-зоо — — 35 60 0.45 0,08
1500НМ 1500^'^^ |ьии-300 —~ — 35 60 0.6 0,15
I000HM 1000*200 — — 35 60 1.0 0.5
700 НМ 700+150 /и -200 Oi —0,2 + * + 1,2 + 20-5-— 60 + 20-*- + 70 + 20*+ 155 80 — 5.0 1.0
2000HMI ?ппп+500 2иии-200 0* + 1,0 —0,1ч- + 0,8 — 0.14-4-1,0 + 20* —10 + 20*+50 + 20*+ 70 15 15 15 45 45 45 0,45 0,08
1500НМ1 1500^00 |оии-300 — 0,6*+0,6 + 20* +50 15 45 0.6 0,15
1500НМЗ 1500*300 — 0.2-+ 0.7 — 0.2* + 1,5 + 20+ +70 + 20-^ + 155 5 5 15 15 1,7 0,7
I000HM3 1000*200 1 1 1 е о о КЗ KJ к> + } 1- +++ КЭ О КЗ + 20* —60 + 20* + 70 + 20*+155 5 5 15 15 15 2,2 1.0
2000НН 2000**00 zvuu-200 — — 100 300 0,02 —
1000НН 1000*200 — — 85 200 0,4 —
600НН 60О-1ТО — — 25 125 1.2 0,7
400НН 4°°-50° — — 20 50 2.0 0,7
зоонн 300^« — — 35 — 5.0 3.0
200 НН 200^° — . — 30 65 3.0 1.0
Ю0НН !00xh20 — — 125 — 30 15
60 НН 200НН2 60*!о 200*’° — — 165 50 55 15 35 10
192
МАГНИТНЫЕ МА ТЕРИ АЛЫ
Продолжение табл. 83
Марка Начальная относи- тельная магнитная проницае- мость ци Относитель- ный темпера- турный коэф- фициент на- чальной маг- нитной про- ницаемости а -10е, !/°С 1*н Интервал температур °C Относитель- ный тангенс угла потерь tg &/% 10е, при Нд, А/м, не более Критическая частота fK, МГц. при tg б
0.8 8.0 0,1 0.02
150ВЧ 150±20 -1+4-4 4-20+ —10 4-20+4-50 — — 25 15
100ВЧ 100 — 20 8 4-20^ — 10 4-20+4-50 135 — 35 25
60 В ч so*]0 — — 200 — 60 40
20 В Ч 20-Ы2 -5+4 5 — 5 + 4-5 4-20+—10 4-20+4-125 300 — 100 55
50ВЧ2 50*] 5 -3 + +7 — 0-в + Ю + 20* —60 + 204- + I25 125 — 70 35
30ВЧ2 30-ь5 — 35 + 4~55 — 20*+ 50 85 — 200 100
Примечание. В обозначении марок Ферритов на первом месте стоит
число, соответствующее номинальному значению начальной мвиппнон проницае-
мости ми- На втором месте стоят б>квы, обозначающие частотный диапазон: Н —
низкочастотный, ВЧ — высокочастотный Па третьем месте стоит букаа, обознача-
ющая состав феррктз* М — марганец-цинковый, 1! — никель-цинковый. На че-
твертом месте стоит буква, обозначающая особый режим работы: И — импульсный,
С — сильные поля На пятом месте стоит число, обозначающее порядковый номер
разновидности феррита У высокочастотных и с верх высокочастотных феррятон
состав не указывают
В обо течениях марок ферритов высокочастотного диапазона на первом месте
стоит число, соответствующее номинальному значению начальной магнитной про-
ницаемости ц . па втором месте стоят буквы ВЧ, означающие высокочастотный
диапазон. На третьем месте стоит число, обозначающее порядковый номер разно-
видности феррита
В обозначении марок ферритов СВЧ (сверхвысокочастотного) диапазона на
первом месте стоит число, соответствующее среднему значению длины волны в сан-
тиметрах На втором месте стоят буквы СЧ, обозначающие СВЧ-диапазон. На
третьем месте стоит число, обозначающее порядковый номер разновидности фер-
рита.
Примеры расшифровки !) марка 3000 НМС обозначает низкочастотный (Н)
марганец цинковый (М) феррит, предназначенный для работы в сильных (С) м.н -
интных полях и имеющий начальную проницаемость p.f{ = 3000; 2) марка ЗОВЧ2
означает высокочастотный (ВЧ) феррит, имеющий начальную проницаемость
— 30 и относящийся ко второй разновидности, 3) марка ЗСЧ15 означает сверх
высокочастотный (СЧ) феррит, предназначенный для работы в устройства к с дли
нон волны 3 см н относящийся к 15-й разновидности
МАГНИТНО-МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
193
84. Свойства ферриюв, применяемых в сильных полях
Марка Относительная магнитная проницаемость и. не менее Удельные потерн Pf fK. МГц
мкВт ——- , не более см*- Гц
При /3=0,1 Тл н температуре, °C
+ 20 + 120 + 20 + 120
30001IMC 2000 НМ 3000 3000 2500 2500 2.2 2.3 2.5 6.0 0.01—0.02
ная проницаемость ци составляет 80 %
от ее номинального значения (рис. 219).
У большинства иикель-цинковых фер-
ритов кривая цн = f (t) вблизи точки
Кюри падает почти вертикально и
поэтому у них верхний предел рабочей
температуры практически совпадает
с температурой Кюри. У марганец-
цинковых ферритов крутизна характе-
ристики несколько меньше. Поэтому
марганец-цинковые ферриты, подав-
ляющее большинство марок которых
имеет температуру Кюри 200 °C, могут
работать при температуре до 180 СС.
Верхний предел рабочей температуры
ферритов марок 3000НМ н 4000НМ
составляет 110 СС, а у ферритов марки
6000НМ — 100 СС.
Для ферритов, применяемых
в импульсных режимах (табл. 85),
такие параметры, как критическая
частота, относительный коэффициент
потерь на гистерезис и максимальная
магнитная проницаемость не имеют
численных значений и поэтому опу-
щены, по зато важную роль приобре-
тают параметры петли гистерезиса
в статическом режиме: остаточная
индукция Вг, коэрцитивная сила //<, и
особенно индукция насыщения В, и
напряженность поля при насыщении Hs.
Основные параметры ферритов СВЧ
диапазона (табл. 86). Среднюю длину
волны СВЧ-устройств, для которых
предназначен данный феррит, находят
по числу, стоящему в обозначении
марки феррита. Намагниченность насы-
щения Ms определяют по формуле
s = В — s,
где Bs и Hs — индукция и напряжен-
ность поля насыщения. Величина Н3
при измерениях должна быть не менее
80—160 кА/м. Под А// подразумева-
ется полная ширина кривой ферро-
магнитного резонанса.
Значения параметров в табл. 85
приведены при температуре 25 ± 10 °C,
относительной влажности воздуха
65 ± 15 % и атмосферном давлении
96—104 кПа.
Гарантируемые электромагнитные
параметры магнитно-мягких ферритов
(табл. 87 и 88), Для ферритов общего
назначения установлены допуски иа
величины начальной магнитной прони-
цаемости, ее относительного темпера-
турного коэффициента и относитель-
ного тангенса угла потерь при опре-
деленной частоте. Для ферритов, при-
меняемых в импульсных режимах,
допуски установлены иа величину
импульсной проницаемости при опре-
деленных условиях и на относительное
ее изменение в определенном интервале
температур.
Начальная магнитная проницаемость
ферритов возрастает по мере увеличе-
ния температуры по закону, близкому
к линейному (см. рис. 6), и лишь
Рис. 219. Зависимость начальной магнит-
ной проницаемости ц|{ никель-цинковых
ферритов от температуры окружающей
среды
7 Пятин Ю. М и др
194
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
85 Номинальные значения основных параметров ферритов,
применяемых в импульсных режимах
Параметр зооннп 350ННИ пооннн
Параметры петли гистерезиса в стати- ческом режиме:
остаточная индукция Тл 0,23 0,15 0 1
коэрцитивная сила Н£, А/м 160 36 10
индукция насыщения Bs> Тл 0,3 0,26 0,29
напряженность поля при насыщении А/М 800 240 240
Удельное электрическое сопротивле- ние р, Ом*м 10 ю»-ю- 0,1
Температура Кюри, сС, Не меисе 240 180 180
Плотность, г.'смэ 4,9 4.9 4.5
Конфигурация сердечников Кольцевые
86 Основные параметры ферритов СВЧ-лиапазопа
Феррит Намагни- ченность насыще- ния %A,s' ТЛ Темпера- тура точки Кюри, СС Диэлек- трическая проницае- мость * Тангенс угла ди- электри- ческих потерь * tg 6 Полная ширина кривой ферромагнитного резонан- са, кА'м, при частоте. МГц
9200 3000
СЧ1 0,50 270 —
СЧ2 0,37 220 — —
1СЧ 0.37 300 12,4 33.1
1СЧ1 0,20 270 7,9 40
1СЧ2 0,30 350 12,5 22,3
1СЧЗ 0,42 350 7,2 31,8
1СЧ4 0,4 7 320 12,3 13.5
2СЧ 0,17 500 7.5 63.7
2СЧ1 0.18 270 10,8 42.2
2СЧ4 0,45 350 12,5 — 9,5 •—*
зсч 0,18 240 11,0 39.8
ЗСЧ1 0,18 270 8,0 42,2
ЗСЧ2 0,07 200 7,5 47.7
зсчз 0.23 270 12,3 31,8
ЗСЧ4 0,18 200 11,5 15,9
ЗСЧ5 0,20 230 10.0 31,8
3C4G 0,33 160 13,1 6,1
ЗСЧ7 0,15 320 — 27,8
ЗСЧ8 0,35 300 11,8 35,8
МАГНИТНО-МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
195
Продолжение табл. 86
Феррит Hauai ни- ченностъ насыще- ния UOMS. Тл Темпера- тура точки Кюри, °C Диэлек- трическая проницае- мость • Тангенс угла ди- электри- ческих потерь ♦ tg б Полная ширина кривой ферромагнитного резонан- са, кА/м, при частоте, МГц
9200 3000
ЗСЧ9 0.34 200 13,2 9.5
ЗСЧ15 0.20 300 12,0 31,8
4СЧ 0.08 280 4.5 71,6
4С.Ч1 0.10 280 5.5 55.7
4СЧ2 0.08 280 6,5 55.7
4СЧЗ 0.10 270 5.4 71,6 —
4СЧ4 0.14 300 10,0 35,8
4СЧб 0,08 320 8,0 — 65,7
4СЧ6 0,12 300 9,0 47,7
4СЧ8 0.16 450 12,0 55,-7
4СЧ9 0,28 450 11,0 23,9
4СЧ10 0,23 300 12.4 17,5
4СЧ11 0,16 300 10,5 20 0
5СЧ 0.31 270 12,0 11,1- ю-3 —
6СЧ1 0,13 150 10,5 — 10.3
8СЧ1 0,08 270 9,6 2 31.8
10СЧ 0,08 240 10,5 2 to— 31,8
10СЧ1 0.06 120 8,0 4 23.9 • IO—i —
10СЧ6 0.17 270 14,0 7 3,2 —4,8
10СЧ8 0.06 140 8,5 7 16,0
10СЧ9 0,07 200 12,0 2,5 !4Л
10СЧ12 0,09 270 9,8 10 23,9
15СЧ 0,12 350 10,5 5 20.7
15СЧ1 0,06 150 6,8 3 23.9
20СЧ 0,04 120 8,6 1 20,7
ЗОСЧ 0,07 160 9,0 1 15,9
30СЧ1 0,13 170 11,2 5 12.7
30СЧ2 0,11 150 10,-2 150 12,7
зосчз 0,12 230 14,0 7 4.8—3,2
30СЧ4 0,07 140 8.8 10 11.9
30СЧ6 0,14 280 13,0 3 5,6
40СЧ 0.08 80 10,0 2 7,2
40СЧ1 0,06 80 7,0 3 9.5
4ССЧ2 0,08 170 13,5 6 4.8—3.2
40СЧ4 0.08 280 13,5 3 9.5
6ССЧ 0,05 150 12,7 5 3,2 —5,6
80СЧ 0,03 120 12,0 3 4.8—3,2
• На частоте 3000 МГц.
196
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
«7. Гарантируемые электромагнитные параметры магнитно-мягких ферритов
Феррит Относительная начальная магнитная прон мцасмость Нцач Относитель- ный темпера- турный коэф- фициент на- чальной маг- нитной про- ницаемости «и-юв, |/°с Температура. С Относительный тайгоне угла потерь tg 6,'ЦпИ0»
прн напря- женности переменного магнитного поля, А/м Часто- та /, Мт
От До От До 0,8 «
Л1ярг«/и'ц -1 цинковые феррипм
6000 НМ 6000^0 — — — — 40 60 0,02
4000НМ 4С00_5О0 — — — — 35 60
3000 им 3000 ±500 — — — —
2000НМ 2000*300 — — — — — — —
1500 ИМ 1500+^QQ 1 -ЗСО — — — — — — —
1000нм 1000±200 — — — — — — —
2000 НМ 1 2ПлП+^0 2иои-300 С —0.1 —0,1 - 1.0 + 0.8 + 1.0 + 20 + 20 + 20 — 10 50 + 70 15 45 0,1
1500 ИМ 1 1500+20(] ,oUU-300 0 — 0,1 — 0,1 + 0,8 + 0.8 + 0,8 + 20 + 20 + 20 — 10 + 50 + 70 15 45 *—
1500 НМЗ 1500±300 0 0 0 + 1.5 + 20 + 20 + 20 -60 + 70 + 155 5 15 0,1
1000 ПМЗ 1000± 00 0 0 0 + 1.2 + 1.0 + 1,2 + 20 + 20 + 20 — 60 + 70 + 155
700 ИМ 7ПП+*50 ' -200 — 0,2 -0,2 -0,2 + Ь2 + 1.2 + 1.2 + 20 + 20 +20 —60 + 70 + 155 80 — 3
МАГНИТНО-МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
197
Продолжение табл 87
Феррит Относительная начальная магнитная проницаемость 1*цач Относитель- ный темпера- турный коэф- фициент на чальной маг- нитной про- ницаемости ац-10». 1ЛС Температура °C Относительный тангенс угла потерь tg б/р^- 10е
при напря- женности переменного магнитного поля. А/м Часто- та f, Мгц
От До От До 0,8 8
2000ПН 2000^0° — 100 300
1000 НН 1000±200 — —* — 85 200
600 НН с«п+20О 60О-ЮО — — — — 25 126 0,1
400НН 400*50° — — 20 50
20011Н 20о*70 — — — — 30 65
Никель-цинкоеые ферриты
150ВЧ 150+20 — 4 — 4 4-4 + 4 + 20 + 20 — 10 +50 12
135
100ВЧ 100±20 8 +20 + 20 — 10 + 50 — 18
50ВЧ2 50^5 - ФТо + 20 + 20 —60 + 125 125 — 10
30ВЧ2 30+5 —35 + 35 + 20 + 50 85 я- 5
20ВЧ 20+'2 — 5 + 15 + 5 + 20 + 20 — 40 + 125 300 5
3001Н1 300^0 — — — — 35 — 1
200IIH2 200^° — — — — 50 — 3
100НН 100+20 — — — — 125 — 7
60НН 6°1!о — — — — 165 — 15
10ВЧ1 10+? — 1 — — — 1350 150
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
198
88. Ферриты, применяемые в импульсных режимах
Феррит Относитель- ная импульс- ная магнит- ная проницае- мость Напряжен- ность оп- тимального намагничи- вающего во- ля в импульсе «ио- А/М Дли- тел fa- il ость импуль- са МКС Частота повто- рения импуль- са кГц Относительное изменение импульс- ной магнитной-вро- мнцаемости , % (в интервале температур, °C)
1500НМ1 1700+300 80 3,0 5,0 +20 (—60+±85)
юоонмз 1400+200 80 3,0 5,0 ±15 (—60+ + 85)
1100 ими 1100^150 80 0,5 0,5 ±15 (—60+4-85)
НМ 112 6и0-*-Ь0 160 6,0 0,5 ±12 (—50+±60)
300ННП 300+50 80—240 1,0 5,0 ±30 (—60+-г 85)
350HII1I 360-у/ 5 80 0,5 0,5 ±45 (—10+±20) + 30 (±20+ ±85)
При меч а 11 н е. Под напряженностью оптимального намагничивающего
поля понимается напряженность поля, при которой для данной марки феррита
термостабильность импульсной магнитной проницаемости наилучшая.
вблизи точки Кюри резко падает.
Температурный коэффициент началь-
ной магнитной проницаемости ТКц‘-
•“'г--11*! ;
9/, (‘г — G) ’
где ti и /2 — начальная и конечная
границы температурного диапазона,
в пределах которого зависимость ри =
= f (/) можно считать линейной; (1/,
11 РЛ— значения проницаемости рн
прн ti и /2.
Относительным температурным коэф-
фициентом начальной магнитной прони-
цаемости а(1 называют отношение тем-
пературного коэффициента 77(M к
_ ТК^ __ ^1~^2
Ч -н^2-9‘
Знание ац необходимо для нахожде-
ния результирующего температурного
коэффициента ац проницаемости маг-
нитной цепи с воздушным зазором:
ац = сСцРц = ТКц -у-S-,
где рц — проницаемость магнитной
цепи.
Так как из-за наличия воздушного
зазора проницаемость магнитной цепи
|ЛЦ всегда меньше проницаемости мате-
риала то <хц < 77СЦ, и введение
аазора приводит к уменьшению влия-
ния температуры иа магнитные пара-
метры устройства.
Относительный тангенс угла потерь
tg 6'рн, значения которого также при-
ведены в табл. 87, применяют в ка-
честве независимого от проницаемости
критерия прн оценке достижимой
добротности обмоток.
Значения относительного темпера-
турного коэффициента начальной ма-
гнитной проницаемости ферритов
общего назначения, приведенные
в табл. 87, в основном носят справоч-
ный, а не нормативный характер, и
могут быть приняты лишь для ориенти-
ровочных расчетов. Для большей досто-
верности расчета величину <х(1 следует
выбирать не по среднему, а по наиболь-
шему их значению, приведенному
в табл. 89.
Ферриты с прямоугольной петлей
гистерезиса (табл. 90 и 91) применяют
для сердечников в логических, пере-
ключающих н запоминающих устрой-
ствах вычислительной техники, для
бесконтактной автоматики, телеуправ^
леиия, телеграфной н автоматической
телефонной связи, импульсной много-
МАГНИТНОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
199
89. Относительный температурный коэффициент начальной магнитной проницаемости а «10* магнитно-мягких ферритов
+ 20 + 155 ) ) ) — 0,5 + 3,0 — 0,4 + 4,2 + 0,5 + 4,0 0 + 3,0 0 + 3,0 0 + 1,5 0 + 1.2
+ 20 + 125 1 сл сл 0-7 ++ + 1.0 + 2.0 О1Л —7 со 1 + -0,0 + 4,5 -0,5 + 5,0 —’ О О см 1 + — 0,1 + 2.0 0 + 1.1 0 + 1.0
+ 20 + 100 1Л Г“- о — ++ слсл о-7 ++ оо —7 см ++ юо 7+ COO ОсП 1 + — 1.0 + 6,5 — 0,1 + 1.6 о-7 1 + СП оо + о =+
+ 20 + 85 СП CD о — ++ + 0,5 + 1.5 + 1,0 + 2,0 юсм 7+ — 1,0 + 6.0 О1Л 7+ — 0,1 + 1.3 О —’ 1 + 0 + 0,8 0 + 1.0
+ 20 + 70 CM сП 0—7 ++ + 0.5 + 1.5 ОО -7 см ++ — 2,0 + 4,5 — о 7+ -0,5 + 8.5 —0,1 + 1,0 -0,1 + 0,8 0 + 0.7 0 + 1.0
герпал температур, + 20 +20 — 10 +50 юеые ферриты -0,3 1 0 | + 1.9 | +1.4 + 2,0 +1.0 + 3,0 +2,0 + 2.5 +1.6 + 3,0 +2,5 -5,0 -2.5 + 4.0 +5.0 + 0,7 -1,0 + 4.7 +8,0 + 2,0 +1,0 + 5.5 +9,0 0 —0,1 + 1.0 +0.8 0 —0,1 + 0,8 +0.6 0 0 + 0,7 +0.7 0 0 + 1,0 +1.0 От —0,2 до +1,2 юые ферриты От 3 до 9 » 5 » 15
S 03“ ос + анец-цин* | LQ г-7 СЧ ++ too СЧ ГО ++ О о 7+ + 1,0 -1-4,5 сл О СМ со ++ СМ о -7 + о—7 + 0 + 0,7 0 + 1.0 X st л S
0»— 06 + о. с — ОСМ 4 *.ЭЮ —7 см 4-4- юо см СП ++ оо 7+ + 1,5 + 4,2 аО»О СМ ++ OCI ++ + 1.0 + 1.7 0 + 0.9 о °+ St
+ 20 +20 — 70 —60 + 0,8 1 +0,5 I + 2,2 | +2.2 ю сП —7 см ++ 1Я сП -7 см ++ + 2,0 +2,0 + 4,0 +3.0 0 0 + 3.5 +3.5 4* 1 • 5 4-1.5 4-3.5 -43.7 + 2,5 +2,5 + 4,5 +4,5 + 0,2 +0,2 + 3,4 +2,8 I +0,2 +0,2 1 +3.4 — 2,8 0 0 + 1.6 +1.5 0 0 + 1.3 М-1,2
О« р ° о« От до Н О От ДО i От До н о О « н с Н О о н От ДО н о о *
Феррит WH0009 4000НМ 3000НМ 2000НМ 1500НМ WH000I 2000НМ1 1500НМ1 1500 НИЗ юоонмз 700НМ 2000НН H000I |
200
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
родолжение та
tD OiD CM —« ++ 1 + co о 0 + 35 1 1 1 1 1
ID OtN CM ++ 7 + CO о — 15 4" 35 1 1 1 1 1
+ 20 + 100 1 + CO о Sf + 02 — До +5 CD +-I о о СЧ тг ++ iD tD тГ ++ 09 + 93 + о СПС'1 со — ++ С о о О С-1 ++
O>Q CN CO 7+ CO о -25 -35 ю 1 н 1D Ю — + 20 + 35 in^r ++ 09т 0Е + + 35 + 140 о ON С1- ++
1 т О +4-
oo Cl ++ 7+ О о 7 — 30 + 35 iD — +4 О1Л сч со +-I- + 5 + 45 ОО CD CD ++ + 60 + 180 + 90 + 150
иператур. + 20 + 50 ID iD О 7+ co о 7 — 35 4-35 О о емс сч о ++ ID + ++ о о -О CD ++ ОО с*» см -С1 ++ + 90 + 150
ь r СС Q. OI- OS + От 6 до A Ю A A 7+ co о сч 1 о о —’ о 1 + о п о с ++ + 20 + 60 + 50 + 300 + 20 + 130 + 280 + 400 + 90 + 600
X 05- 02 + Ю —’ ю см 1 о о — С 1 7 <5 ОС ++ о о см со ++ о оо СО СО + 20 + 130 + 280 + 300 009 + 06 +
+ 20 — 40 1D CO со 1 о С1 —< с: I CD — + оо ++ 1-20 Н 60 00£ + 06 + О О СО о-- ++ + 260 + 300 + 300
1
+ 20 — 60 tD CM CD CM СО 1 ю со о 1 — 10 + 10 оо 09 + 05"Г + 90 + 300 о О CD CD — ++ ОО —’ о СЧ CD I +300 1 +750
+ 20 — 70 1 1 1 о -г о 1 1 -10 ! +10 1 1 1 1 1 1
<5 8 o« 1 н о н о О* От До Ь о о« н о о« Ь О О* ь с о* н о Н с О «
Феррит 600HH 400HH 200HH 150ВЧ 100ВЧ 50В42 | 30ВЧ2 20ВЧ 300НН 2000НН2 HH00I 60НН 50ВЧ 10ВЧ1
МАГНИТНО МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
201
$0. Основные параметры ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса
Назначение Феррит Коэрцитив- ная сила. Остаточ- ная ин- дукция Вг Тл, (допус- каемое отклоне- ние 15 %) Отноше- ние на- пряжен- ности по- ля трога- ния к ко- эрцитив- ноЙ силе: «т/«с- не менее Температурный коэффициент коэр- цитивной силы на 1 °C, %, не бо- лее, в интервале температур
"е А/м
номи- наль- ное от- кло- нение от — 60 до ±20 от ±20 до ±70
10ВТ 9,6 0,20 0.70 ±2.0 ±1,3
12ВТ 12.8 0.20 0,72 ±1,8 ±1.2
Логические 22ВТ 21.6 0 20 0,72 ±1.7 ±1.3
и переклю- чающие 24ВТ 24,0 ±15% 0.21 0,70 ±1,3 ±0.8
элементы ЗСВТ 29.6 0.14 0,70 ±1.3 ±1.0
35ВТ 35.2 0,16 0,70 ±1.1 ±0 8
56ВТ 56.0 0,23 0,70 ±0.8 ±0.7
70ВТ 72,0 0,25 0,80 ±0,8 ±0.6
100ВТ 104 0 23 0,80 ±0,8 ±0,6
Запомина- 120ВТ 120 0,22 0,75 ±0.7 ±0.5
ющие ±10% ±0.7
устройства НОЕТ 140 0,21 0.75 ±0.5
160ВТ 160 0.18 0.80 ±0,7 ±0.6
18СВТ 184 0,13 0,75 ±1,4 ±0,8
Прим е ч а н и е В обозначен ни марон ферритов цифры соответствуют
номинальному значению коэрцитивной силы? буквы ВТ (вычислительная техни-
ка) — ферритам с прямоугольной петлей гистерезиса.
202
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
91. Вспомогательные параметры ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса
МАГНИТНО-МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
203
Рнс. 220. К определению рабочих свойств ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса:
а — статическая петля гистерезиса; б — характеристика времени перемагничивания
канальной радиосвязи и в других
областях техники.
Основные и вспомогательные пара-
метры (см. рис. 220 и 221), характе-
ризующие рабочие свойства ферритов
с ППГ (прямоугольной петлей гисте-
резиса), принято делить иа статические
и динамические. К статическим пара-
метрам относятся коэффициент прямо-
угольности а и коэффициент квадрат-
ности К, к динамическим — коэффи-
циент переключения и время пере-
магничивания Та. Коэффициент прямо-
угольное™ вычисляют по формуле
а = BrlBs. Коэффициент квадратное™
определяют по графику предельной
петли гистерезиса, снятой при измене-
нии намагничивающего поля в пре-
делах ± 5НС и вычисляют по формуле
«(-Н’,2) ’
з
где Я' = — Нс, и+н —индукция при
4
напряженности поля Н = 4~Я'
(рис. 220, а), В_Н1) — индукция прн
и
напряженности поля п —-------•
Коэффициент переключения опреде-
ляют по формуле Sw = etg а =
= TD (И — Но), где Тп — время пере-
магничивания (в мкс), Hq — динами-
ческое пороговое поле, определяемое
длиной отрезка (см. рнс. 220, б), отсе-
каемого на оси абсцисс продолжением
линейного участка характеристики
„ - = f (Н). Температурный коэффи-
‘ п
циент коэрцитивной силы ТКнс опре-
деляют по формуле
ТКнс =
Нсг-Нс1
^С1 Кг ^1)
»
где Нс2 н НС1 — величины коэрцитив-
ной силы при температурах и h
соответственно, причем = 4-20 ±
± 2 СС.
Рис 221. Зависимость начальной магнит-
ной проницаемости марганец-цинковых
ферри- ов от температуры окружающей
сре .ы (для феррита марки 200С НМ приве -
дены три кривые пока ывающие во мож
иый разброс)
204
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис 222. Зависимость начальной магнитной
проницаемости цн никель-цинковых ферритов
от температуры окружающей среды
Рнс. 223. Зависимость начальной ма-
гнитной проницаемости цк никель-цин-
ковых ферритов от температуры окру-
жающей среды
Рнс. 224. Зависимость начальной магнит-
ной проницаемости никель-цинковых
ферритов от температуры окружающей
среды
Рис. 225. Зависимость эффективной ма-
гнитной проницаемости ЦЭфф и тангенса
угла потерь 0 марганец-цинковых ферри-
тов от частоты (Iпри Н д + Uj
Рис. 226. Зависимость эффективной ма-
гнитной проницаемости цьфф и тангенса
угла потерь tg 6 никель-цинковых ферритов
от частоты (при Нд -» 0)
МАГНИТНО-МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
205
Рис. 227. Зависимость эффективной лтав
гнитной проницаемости цэфф и тангенса
угла потерь 1ц д никель-цинковых ферритов
от частоты (прн Нд -> 0)
Рис. 228. Зависимость тангенса угла по-
терь tg б никель-цнпковых ферритов от
частоты (при I!д -> 0)
Рис. 229. Зависимость эффективной ма-
гнитной проницаемости ДЭфф и тангенса
угла потерь tg б маргаиец-цинковых фер-
ритов от напряженности переменного ма-
гнитного поля при f = 100 кГц (для фер-
рита марки 6000НМ при / = 20 кГц)
Рис. 230. Зависимость эффективной ма-
гнитной проницаемости ЦЭфф и тангенса
угла потерь 1g б марганец-цинковых фер-
ритов от напряженности переменного ма-
гнитного поля (при /= 100 нГц)
206
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 231. Зависимость эффективной ма-
гнитной проницаемости Ц фф н тангенса
угла потерь to 6 никель-цннковых фер-
ритов от напряженности переменного ма-
гнитного поля (при /=100 кГц)
Рис. 232. Зависимость эффективной ма-
гнитной проницаемости ц фф и тангенса
угла потерь t б пикель-цпикового фер-
рита от напряженности переменного ма
гиитного поля (при /=150 МГц)
Рис. 234 Зависимость обратимой
магнитной проницаемости ни-
кель-цинковых ферритов от налря
женности подмагничивающего поля
Рис о 233 Зависимость обратимой магнитной про-
ницаемости р марганец-цинковых ферритов от
напряженности подмагничивающего поля
МАГНИТНО-МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
207
Рис. 236 Зависимость тангенса угла по-
терь tj» Л ннкель-цииковых ферритов от
индукции В при / — 3, 7 и 15 МГц
Рис 235. Зависимость обратимой магнит-
ной проницаемости никель-цинковых
ферритов от напряженности подмагничи-
вающего ПОЛЛ
Рис. 237. Зависимость эквивалентной ма-
гнитной проницаемости цэкв и удельных
потерь Р из феррита марки 3000 НМС от
индукции при различных температурах
Рис. 233. Зависимость эквивалентной ма-
гнитной проницаемости Мэкв и Удельных
потерь Р из феррита марки 3000НМС от
индукции при отношении длины зазора lQ
к эквивалентной длине /экв магнитного
пути до 1 • 108
208
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
МАГ НИТ НО’МЯГКИЕ ФЕРРИТЫ
ид
Рис. 240. Зависимость эквивалентной ма-
гнитной проницаемости М^кв и Удельных
потерь Р из феррита марки 300UHMC от
индукции при постоянном подмагничива-
нии сердечника при различных зазорах
Рис. 243. Зависимость импульсной магнит-
ной проницаемости fi феррита марки
300ННИ от температуры окружающей
среды
Рис, 239. Зависимость эквивалентной ма-
гнитной проницаемости цэка и удельных
потерь Р из феррита марки 3000 НМС от
индукции при постоянном подмагничива-
нии сердечника с «нулевым зазором»
Рис. 241 Основная кривая намагничивания
и размагничивающая ветвь петли гистере-
зиса, эквивалентная магнитная проницае-
мость Ц кв и удельные потери Р из фер-
рита марки 3000НМС в зависимости от
напряженности переменного магнитного
поля
Рис. 242. Зависимость импульсной магнит-
ной проницаемости |1И марганец-цииковых
ферритов от температуры окружающей
среды в оптимальном поле
Рис. 245, Зависимость импульсной магнит*
ной проницаемости марганец-цинковых
ферритов от напряженности намагничива-
ющего поля в нмпульсе
Рис. 244. Зависимостьимпульсной магнит-
ной проницаемости |* феррита мвркн
И ООН.МИ от напряженности намагничива-
ющего поля в импульсе
Рнс. 246. Зависимость импульсной магнит*
ной проницаемости ци феррита марки
300ННМ от напряженности намагничива-
ющего поля в импульсе
Рис. 247. Зависимость импульсной магнит- Рис. 24S. Зависимость импульсной магнит-
ной проницаемости ци феррита марки ной проницаемости ци маргаисц-цинковых
850ННИ от напряженности намагничнва- ферритов от длительности импульса в оп-
то ще го поля в импульсе тимальиом поле
210
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. 249 Зависимость импульсной магнит-
ном проницаемости ц никсль-цииковых
ферритов от длительности импульса в оп-
тимальном поле
Рис. 250. Зависимость импульсной магнит-
ной проницаемости ци марганец-цинковых
ферритов от частоты следования импуль-
сов в оптимальном поле
Рис 251. Зависимость импульсной магнит-
ной проницаемости ци никель цинковых
ферритов от частоты следования импульсов
в оптимальном поле
Рис^ 252. Зависимость импульсной магнит*
ной проницаемости ц марганец-цинковых
и никель-цинковых ферритов от индукции
МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ ИНДУКЦИЕЙ НАСЫЩЕНИЯ
211
Рис 253. Зависимость импульсной обра-
тимой магнитной проницаемости циг мар-»
гапец-цииковых ферритов от напряжен**
кости подмагничивающего поля при оди-
наковой полярности намагничивающего и
подмагничивающего полей
Риз 254 Зависимость импульсной обра-
тимой магнитной проницаемости МНЛ мар-
ганец цииковык ферритов от напряжен-
ности подмагничивающего поля при развой
полярности намагничивающего и подмагни-
чивающего полей
Ферриты с ППГ Основное про-
мышленное применение имеют мар-
ганец-магниевые ферриты, коэффи-
циент прямоутольности у которых
колеблется в пределах 0,85—0,95,
а насыщение наступает при Hs = 5НС.
Расчетные характеристики. При рас-
чете изделий и выборе марки феррита
Рис. 255. Зависимость импульсной магнит-
ной проницаемости феррита марки
800ННИ от напряженности подмагничива-
ющего ПОЛЯ
следует пользоваться приводимыми
выше нормированными характеристи-
ками (рис. 222—255).
МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ
ИНДУКЦИЕЙ НАСЫЩЕНИЯ
Индукцией насыщения большей, чем
у чистого железа обладают сплавы
железа с кобальтом, образующие твер-
дые растворы. Уменьшение параметра
решетки железа в сплаве приводит
здесь к тому, что электронные оболочки
3d у обоих металлов приходят в кон-
такт с оболочками 4s Это вызывает
увеличение числа магнетонов Бора на
атом В твердом растворе у железа три,
а у кобальта два магнетона иа атом,
в то время как у чистых железа и
кобальта соответственно по 2,2 н 18
магнетонов на атом.
Промышленное значение имеют
сплавы железо—кобальт, содержащие
35—50 % Со. Для улучшения техноло-
гических свойств эти сплавы часто
легируют ванадием или хромом. Индук-
ция насыщения железокобальтовых
сплавов (2,40—2,45 Тл) всего на 10—
92. Химический состав, сортамент, режимы термической обработки и рекомендуемые области
применения железокобальтовых сплавов с высоким магнитным насыщением
Сплав Состав, % Сортамент Режимы термической обработки Применение
27КХ (26,5—28,0) Со, 0,5 Сг Поковки, прутки диаме- тром до 50 мм Вакуум или водород, 1100 °C, выдержка 3 ч, охлаждение со скоростью 100 °С/ч до 800 °C, далее с печью Магнитопроводы с высокой плотностью потока, работающие в средних и сильных постоянных магнитных полях и подвер- гающиеся механическим нагрузкам. Воз- можна рабочая температура до 850 °C
Холоднокатаные листы и дейты толщиной 0.2; 0,35 и 0,7 мм, шириной до 200 мм Вакуум или водород, 850 °C, выдержка 3 ч, ох- лаждение с печью Магнитопроводы с высокой плотностью потока для работы в постоянных н пере- менных магнитных полях до частот 400 Гц и подвергающиеся механической нагруз- ке («динамные стали»)
49К2Ф (48,0—49,5) Со, 1,3-1,7 V Поковкн, прутки диаме- тром до 50 мм Вакуум или водород, 1100 °C, выдержка 3 ч. охлаждение со скоростью 100°С/ч до 800 °C» далее с печью Магнитные экраны, магнитопроводы, полюсные наконечники, работающие в слабых и средних магнитных полях, не подвергающиеся механическим нагруз- кам. Возможна рабочая температура до 800 °C
49К2ФВИ (пермендюр) (48,0 — 49,5) Со (1,7 —2,0) V Холоднокатаные листы, ленты толщиной 0,1. 0,2, 0,35, 0,7 мм, ширина до 130 мм Вакуум или водород, 800 — 820 °C, выдержка 1 ч, далее с печью или в контейнере на воздухе (600 °С/ч) Телефонные мембраны, силовые маг- нитострикционные преобразователи, тран- сформаторы, статоры электродвигателей с высокой удельной мощностью, работа- ющие в переменных и постоянных полях
Проволока диаметром 0,10—0,15 мм, плющеная лента толщиной 0,05 мм Вакуум или водород, 700 °C, выдержка 1 ч, ох- лаждение с печью или в контейнере на воздухе (600 °С/ч) Магнитострикционные линии задерж- ки, преобразователи искровых камер к т. д.
49К2ФА (супер- ме д р) (48,0—49,5) Со 1,7—2,1) V Холоднокатаная лента толщиной 0,5—0,10 мм, шириной 70 мм Вакуум или водород, 800—820 °C, выдержка 1 ч, охлаждение с печью пли в контейнере на воз- духе (600 °С/ч) Термооб- работку проводить в маг- нитном поле напряженно- стью не ниже 1 кА/м Магнитопроводы силовых н импульс- ных трансформаторов, магнитных усили- телей, работающие в переменных полях повышенной частоты до 10 кГц, н при высоких плотностях магнитного потока до 2,0 Тл. Магнитные экраны для защиты от сильных магнитных полей
7* т- W О 49К2ФВИ 11 класс 49К2Ф (50КФ) 1 класс 27КХ 1 класс Сплав
Лепта при В обознач; Лента 0,15 — 0,2 без термо - магнитной обработки Листы 0,2—0,7 Лент* 0,1 Лента 0,2 | Поковки Листы 0,2 Листы 0,2 Поковкн Поковки 73—100 Листы 0,7 Листы 0,35 Листы 0,2 Сортамент, диаметр или толщина, мм
В4 = 2,0 Тл. В.„ = 2,10 Тл. В23 = 2,20 Тл’ нС = °-30 А/сМ' BL8/400 = 25 Вт/кг, в2,0/400 = 30 Вт/кг зет напряженность магнитного поля в 1 В. = 1,85 Тл, В10 = 2.05 Тл В2о = 2,20 Т'ъ Нс = 0,60 А/см- р 1,8/400 — 39 Вт/кг В, = 1.85 Тл. В.„ = 2.05 Тл, В — 2.20 Тл, Н = 0,60 А см йэ С В = 2,20 Тл, Н£= 1,4 А/см,- Umax ™ 5500 или посяе термообработ- ки Во5 — 2,20 Тл. Н = 1.0 А/см 2,20 ТЛ’ ИС = 1,2 А/СМ< Umax в 5500 или после термообработ- ки Я — 2.20 Тл, Н = 0,80 А/см 2> С в8.8 = *>80 Тл- в12.8 = В90 Тл В,о = 2,0 Тл. В„, = 2.05 Тл, = 2,10 Тл, В5„ = 2,20 Тл, ° £ II и ЬЭ № w а сл а н? о 11 ьэ ьэ сл ь «8 8 — 1,50 Тл, В128 = Г79 Тл «2„' — 2.00 Тл. Вм = 2.0' Тл «40 = 2,10 Тл, Ви = 2,20 Тл В21 = 1,75 Тл, = 2,05 Тл Л„ — 1,8 1л, В120 = 2,15 Тл В2, = 1.80 Тл. В120 = 2,15 Тл /-> — 100 Вт кг «23 = 1,80 Тл, В120 = 2,15 Тл Р = 80 Вт/кг Регламентированные параметры •
Для сердеч- ников сило- вых транс- форматоров Мем. Для электри- ческих машин Для магнито- стрикцион- ных генера- торов Для телефонных мембран Примечание
Г)
&
5:
п
о
*
о
го
W
214
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
94 Полные потери иа перемагничивание железокобальтовых сплавов
Частота, Гц Индукция, Тл Потери на перемагничивание, Вт/кг,- для марок
27КХ (d • = 0,2 мм) 49К2ФВИ (d • = о, 1 мм) 49К2ФА (d * = 0,1 мм)
60 1.0 1,6 1.8 2,0 3,5 6.6 11,5 1,2—1.0 2,0—1.8 2,5—2.0 3,5—2,5 1,0—0,6 1.2—0,9 М—1,2 2,0—1,4
400 1,0 1,5 1,8 2,0 40—30 80—60 100—80 10—8 18—15 25—20 30—25 8 — 5 15 — 12 18—16 25—18
1000 1,0 1,5 1.8 2.0 160—140 310—280 450—420 45—30 70—50 80—70 110—90 25—18 45—35 65—55 80—60
1600 1.0 1,5 1,8 6.0 — 70—50 120—100 150—130 210—180 —
2400 1,0 1,5 1,8 2,0 е—• 120—100 230—200 270—240 330—280 —
4800 * а - 1,0 1,5 1,8 2,0 толщина листа. 270—240 510—420 700—520 1100—900
95. Физические свойства железокобальтовых сплавов
Состав Сплав Плотность, г/см’ Намагничен- ность насыще- ния , Тл Напряженность поля насыще- ния, А/см Коэрцитивная сила. А/см Коэффициент магнитострик- ции 10е Электрическое сопротивление, мкОм-см Модуль Юнга £, МПа Твердость HRB
100 % Fe 7,878 2,15 500 0,2—1,0 8 9,68 21,5 20
25 % Со . .. 7,985 2,39 300 0,7-2,5 25 15,55 21,2 68
30 % Со —— 8.025 2,42 300 1 0—1,8 35 13,85 21,8 72
35 % Со __ 8,065 2,41 300 1,2—2,0 55 9.769 22,2 80
49 % Со 8,157 2,39 30—40 0.4—1.0 70 5,610 18—19 75
27 % Со; 0 5 % Сг 27КХ 8,00 2,40 300 1,5—2,5 25—35 20—22 22,1 75
49 % Со; 49К2Ф 8.15— 2,35 30—100 0,1 —1.0 60—70 35—48 20,1 80
2 % V 50 % Со; 2 % V 50КФ 8,17 8,16— 8,18 2,30 100— 150 0,1—2,0 60—70 35—40 20,1 80
МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ ИНДУКЦИЕЙ НАСЫЩЕНИЯ
215
96. Температурный коэффициент линейного расширения
железокобальтовых сплавов
Сплав Коэффициент линейного расширения а« 10\ 1/°С/ в интервале температур, °C
20—100 20—200 20—300 20—400 20—500 20—600 20—700 20—800
27 К X 9.2 9.6 9,8 10,1 10,4 10,5 10,8 11,3
49К2Ф, 49К2ФА, 50КФ 12,2 12 3 12,3 12,4 12,8 13,0 13,1 13,9
12 % выше индукции насыщения техни-
чески чистого железа (2,16 Тл), но
основная кривая намагничивания
(рнс. 256) имеет более выпуклую
форму, чем у железа. Вследствие этого
в слабых полях напряженностью Н <
С 200 А/м у некоторых железо-
кобальтовых сплавов индукция на
30—50 % выше, чем у технически
чистого железа. Преимущества железо-
кобальтовых сплавов становятся ощу-
тимыми начиная с индукции 1,6 Тл, но
ввиду высокой цены и дефицитности
кобальта эти сплавы экономически
целесообразно применять только в об-
Рис. 256. Кривые намагничивания чистого
железа и сплавов с высокой индукцией на
сыщеиия
ласти высоких индукций (1,9—2,0 Тл
и для специальных целей (мембраны
телефонов, полюсные наконечники для
создания сильных полей, полюсные
системы вибраторов осциллографов в
т, п.).
Наибольшей выпуклостью обладают
кривые намагничивания (рнс. 257)
у сплавов 49К2ФВИ (пермендюр) и
49К2ФА (супермендюр). Эти кривые
характеризуются растянутой зоной
Рэлея, крутым подъемом линейного
участка, сжатой зоной «колена» и
очень пологим подъемом зоны насыще-
ния. У пермендюра относительная
магнитная проницаемость достигает
максимума prtnax — 33 000 при Н =
= 47 А/м, а у супермепдюра p-rmax =
= 6100 при Н = 24 А/м.
Пермендюр и другие марки с содер-
жанием 42- 49 % кобальта, магнитно
Рис. 257 Кривые намагничивания сплавов
пермендюр и суперпеимендюр
216
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
анизотропны. В обозначении этих ма-
рок буква А в конце означает улучшен-
ные свойства, а буквы ВИ — выплавку
в вакуумной индукционной печи.
Химический состав, сортамент, ре-
жим термообработки и рекомендуемые
области применения сплавов приведены
в табл. 92. Их нормируемые магнитные
свойства — в табл. 93, а значения пол-
ных потерь на перемагничивание —
в табл. 94. Физические свойства спла-
вов приведены в табл. 95, а значения
температурного коэффициента линей-
ного расширения — в табл, 96.
МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
Магнитострикционные материалы
применяют для сердечников генерато-
ров ультразвука, магнитострикцион-
ных и электромеханических фильтров,
стабилизаторов частоты.
Сердечники генераторов ультразвука
работают в диапазоне частот 100—
300 кГц. Их материал должен иметь
высокую механическую прочность,
малые потери па вихревые токи и высо-
кую коррозионную устойчивость. Сер-
дечники фильтров и стабилизаторов
частоты работают в диапазоне частот
30—600 кГц. Их материал должен
иметь весьма малые потери на вихревые
токи, а механическая прочность и
коррозионная устойчивость могут быть
меньшими, чем у материалов для сер-
дечников генераторов ультразвука.
Рис. 258. Зависимость коэффициента ма-
гнитострикции от напряженности магнит-
ного поли у основных магнитострикцион-
ных материалов
В соответствии с перечисленными тре-
бованиями наилучшимн материалами
для сердечников генераторов ультра-
звука являются металлы н их сплавы,
а для сердечников фильтров и стабили-
заторов частоты — ферриты.
Магнитострикция является четной
функцией магнитного поля, т. е. знак
деформации не зависит от его направле-
ния. Зависимость коэффициента магни-
тострикции Ам от напряженности И
магнитного поля у основных магнито-
стрикционных материалов показана
на рис. 258. Кобальт, никель и фер-
риты имеют отрицательную магнито-
стрикцию (образец укорачивается).
Характеристика железа имеет анома-
лию, а сплавы металлов — положи-
тельную магнитострикцию (образец
удлиняется). Почти у всех материалов
характеристика Хм = f (Н) имеет вид
экспоненты. Насыщение наступает при
напряженности поля 16—40 кА/м.
Магнитострикционные металлы и
сплавы. Наиболее употребительным
является чистый никель тонколистовой
прокатки. Для сердечников применяют
никель марки Н в виде листов и лент
толщиной 0,1 мм н менее. Пластины, из
которых набирают сердечники, штам-
пуют из листа нли ленты, а затем
нагревают иа воздухе до 800 СС н
выдерживают при этой температуре
10—15 мин для образования плотной
оксидной пленки, являющейся диэлек-
триком и одновременно предохраняю-
щей материал от дальнейшей коррозии.
Оксидированные пластины коррозион-
ноустойчивы как в атмосфере (вплоть
до тропической), так и морской воде.
Коэффициент магнитострикции чистого
никеля Хм = —37-10'®. Знак минус
показывает, что под воздействием ма-
гнитного поля сердечник укорачи-
вается.
Железо и кобальт в качестве магнито-
стрикционных материалов не приме-
няют нз-за малой величины Хм.
Сплавы некоторых металлов обла-
дают большим положительным 1М.
Железоалюминиевый сплав 13А1 87Fe
(альфер) имеет Хм = +43-10"® и удель-
ное электрическое сопротивление в 12
раз большее, чем у никеля Поэтому
пластины нз альфера можно делать
в 2—2,5 раза толще, чем из никеля, что
существенно упрощает технологиче-
МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
217
ский процесс прокатки. Недостатком
альфера является его малая коррозион-
ная стойкость.
Железокоба 1ьтовый сплав 50Fe50Co
имеет = +70 Ю'е, но он хрупок,
дорог, требует много дефицитного ко-
бальта и коррозионио неустойчив.
Высоким значением коэффициента
магнитостр акции (1м = +104 • 10~ ®)
обладает железоплатиновый сплав
4GFe54Pt, но высокая стоимость пре-
пятствует его техническому примене-
нию.
Магнитострикционные ферриты
(табл. 97—99) представляют собой
твердый раствор ферритов никеля,
кобальта и медн.
У ферритов наблюдаются оба стрнк-
ционных эффекта: эффект Джоуля
(продольная магнитострикция) н
эффект Видемана (крутильная магнито-
стрикция). Коэффициент продольной
магнитострикции лм достигает в поле
насыщения значения —25-10 ®. Темпе-
ратурный коэффициент линейного рас-
ширения а = ЮЖ Температура точки
Кюри лежит в пределах 530—590 °C.
Ферриты тверды и хрупки, плохо
поддаются обработке резанием, но
хороню шлифуются и полируются.
Хрупкость препятствует широкому
применению ферритов в генераторах
ультразвуковых колебаний. Рабочий
диапазон температур —70-i-+70 °C.
Сердечники, работающие в режиме
крутильных колебаний, проходят пред-
варительную термомагпитную обра-
ботку и обладают остаточной индук-
цией, вследствие чего не нуждаются
в подмагничивании. Их параметры ие
изменяются после воздействия внеш-
него постоянного поля, не превышаю-
щего 4,8 кА м Зависимость коэффи-
циента магннтомеханической связи
этих сердечников от напряженности
поля соленоида представлена на
рис. 259.
Ферритовые сердечники выгодно
отличаются от металлических магнито-
стрикционных сердечников отсутствием
потерь иа вихревые токи, а от электро-
стрнкционных тем, что не требуют
применения высококачественной изоля-
ции. Поэтому ферриты вытесняют ме-
таллический никель в электромехани-
ческих фильтрах и кварц в стрикцион-
ных (см, табл. 97).
Рис. 259. Зависимость коэффициента ма-
гнитомеханической связи от напряженности
поля у магнитострикционных сердечников
Изделия из магнитострикционных
ферритов выпускают (см. табл. 98)
в форме трубок (рис. 260, а) и в форме
стержней (рнс. 260, б).
Коэффициент магннтомеханической
связи Асв = 1/ является ди-
' 11 эм
намическим параметром, где U Мех—
механическая энергия, запасенная
в феррите, a №эм — подводимая
электромагнитная энергия.
Механическая добротность Q — ,
где b — коэффициент затухания меха-
нических колебаний при резонансной
частоте, скорость распространения
упругой волны v = 2/Рез/, где /Рез —
собственная частота колебаний ферри-
тового стержня а / — длина стержня.
Рис. 260. Магнитострикционные сердеч-
ники;
а — трубчатый; б — стержневой
97. Динамике кие параме ры магнитострикционных ферритов
Параметр 10СП 15СП 12СП юск 12СК [ МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Коэффициент магнитострикции Среднее значение коэффициента магни- томеханической связи Асв, % Температурный коэффициент резонанс- ной частоты ТКР. 1/°С (интервал тем- ператур, °C) Температурный коэффициент индуктив- ности ТКИ, 1/°С, не более Температурный коэффициент мзгнито- мехаиической связи ТКК. 1/°С, не более Скорость распространения упругой вол- ны, м/с Рабочий диапазон частоты, кГц 29-10-' 10 20-10-' (от +10 до +70) 300- 10-' 1000-10-’ (5,4-5-5,75) -10’ 29-10-' 15 10- ю-' (от +20 до +60) 600-10-' 800-10-» (5,44-5,75)-10’ От 45 до 600 22-10-' 12 12-10-' (от +ю до +50) 600-10-' 800-10-’ 24-10"' 10 10-10-' (от —10 до +50) 300-10-» 500*10-’ (3,24-3,5)* 10’ От 30 26-10"’ 12 12-10-' (от +10 до +70) 300*10"» 800*10-в (3.14-3.5). 10’ до 300
Обозначение марок: число соответствует номинальному значению коэффициента магнитомехаиической связи, первая буква С — стрикционные, буква П —• продольные колебания (или буква К — крутильные колебания)
98. Рекомендации по применению магнитострикционных ферритов
Марка Область применения Форма и размеры сердечника, мм
Устройство Диапазон температур, °C Стержни Трубки
D 1 D d I
10СП Электромеханический фильтр (вместо метал- лического никеля) От +10 до_+60 8>3-О.З 30_, 34_, 39_< 44-, »—1 — —
15СП Магнитострикционный фильтр (вместо кварца) От + 10 до +60 сп СП HHI4H № о о оо о СП СП СП СП СП СП Л- СО СО QJ СО о -и -4ь- о +* о 1 1 1 1 1 1 1 » и р» » ta w м •—• —
ЮСК Магнитострикционный и электромеханический фильтры От +10 до +70 S—* 5,5±0,2 2,5=Ь0,2 30+’ 27+’ 24+’ 21+’ 18+’
ЮСК От +10 до +70 З.ОтЬОЛ 1,0=Ь0.1 8+’ 6+* 4+1
4,0=±=0,1 12,0+0,3 1,0+0,1 3,0 + 0,2 6+> 28±2
а
5
3
О
•Ч
S
X
Й
5
О
И
а
гр
й
i.
3
•Ч
i.
е
Ю
<£>
220
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
родолжснне та
ТЕРМОМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
221
Рис. 261. Стандартные размеры образцов
дли определения параметров магнитострик-
ционных ферритов:
Образцы: а — цилиндрический; б —
трубчатым в — стержневой
Параметры, указанные в табл. 97,
определяют с помощью стандартной
измерительной аппаратуры у стерж-
невых образцов стандартных разме-
ров (рис. 261). Параметры, измерен-
ные у образцов другой конфигурации
или с другим соотношением размеров,
могут заметно отличаться от указан-
ных в табл. 97. В результате естест-
венного старения у ферритовых сердеч-
ников всех марок возникает изменение
резонансной частоты, не превышаю-
щее 0,01 % в год, н коэффициента ыаг-
нптомеханической связи, не превыша-
ющее 3 % в год.
У сердечников, работающих в ре-
жиме продольных колебаний, вели-
чина резонансной частоты и коэффи-
циента магннтомеханической связи
Рис. 262. Зависимость резонансной частоты
от напряженности подмагничивающего по-
ля у сердечников, работающих в режиме
продольных колебаний
Рис. 263 Зависимость коэффициента ма«
гиитно-механической связи от иапряже -
пости подмагничивающего поля у сердечни-
к в работающих в режиме продольных ко-
лебаний
существенно зависит от напряженно-
сти подмагничивающего поля
(рис. 262 и 263).
ТЕРМОМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Термомагшггнымн называются .маг-
нитно-мягкие материалы, обладающие
сильной зависимостью магнитной про-
ницаемости от температуры. Основная
область их применения (табл. 100) —
термокомпенсаторы измерительных
приборов, которые выполняются в виде
магнитных шунтов, ответвляющих на
себя часть рабочего магнитного потока.
При повышении температуры магнит-
ная проницаемость шуита падает, его
шунтирующее действие ослабевает и
рабочий магнитный поток возрастает
настолько, что компенсирует влияние
температуры на сопротивление изме-
рительной обмотки, жесткость проти-
водействующих пружин и .магнитную
индукцию в нейтрали постоянного
магнита. Кроме того, термомагнитные
материалы используют в различных
термореле и сердечниках контурных
дросселей, резонирующих при опреде-
ленной температуре. Для термоком-
пенсаторов необходимо, чтобы термо-
магннтпые материалы обладали силь-
ной зависимостью магнитных свойств
от температуры в климатическом диа-
пазоне температур (от —60 до +60 °C).
Так как согласно рис 5 (см. с. 11)
магнитные свойства всех ферро- и
222
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
100 Состав и свойства термомагнитных сплавов
Вид материала Холоднокатаные ленты толщи- ной 1,2, 1,5 и 2,0 мм; шири- ной 20, 25, 30 и 35 мм, длиной нс менее 500 мм Холоднокатаные леиты толщи- ной 0,8, 1,0, 1,2, 1.4 и 1,5 мм, шириной 20, 25, 30 и ^35 мм Длина не ограничена Холоднокатаные ленты толщи- ной 0,45 — 1,35 мм при ширине 100—130 мм и ленты толщиной 1,4 —2,0 мм при ширине 100— 200 мм. Длина лент не менее 500 мм Холоднокатаные листы толщи- ной 1,0—2,0 мм, шириной 200 мм и длиной не меиее 1350 мм
Основные технические характеристики 1 Магнитная индукция в по- ле 8 кА/м: t = !0°С, В+п = 0,3^0.8 Тл; t = 80 °C, Д+в0 = 0,14,0,5 Тл. 2. Перепад магнитной индук- ции В — B^j “ 0,22® 0,40 Тл 1. Магнитная индукция в по- ле 8 кЛ/м: t = -20 °C. В_.» = 0,21® * 0.37 Тл; i — 20 °C, В+!о = = 0,035 — 0,24 Тл; t = 35 °C, В+„ = 0,020-я- 0.16 Тл. 2. Перепад магнитной индукции В_,о — В= 0,18® 0,24 Тл //.(.зо — В,.,, = 0,035® 0,13 Тл Компенсация температурной погрешности в интервале температур от —60 до 4-60 °C Температура точки Кюри в пределах от 4-50 до -f-100 °C
Назначение Магнитные шунты регу» ляторов напряжения Термокомпенсаторы изме- рительных приборов, ра- ботающих в узком ИИ' У £ И Ч 55 а Термокомпенсаторы изме- рительных приборов, ра- ботающих в широком ин- тервале температур Термокомпенсаторы счет- чиков электроэнергии
Химически й состав, % i 33N1, 1 А1, 66 Fc 38 N1. 14 Сг, 47,3 Ге (31—33) Ni, (5,5—6,5) Сг, (0,9 —1,4) А1, Fe — остальное (10—12) Сг, (35-37) N1,- Fe — остальное
Марка НЗЗЮ1 (термаллой) Н38Х14 (компенсатор) Н32Х6Ю ЭП279
ТЕР МО МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
223
ферримагнетиков существенно зависят
от температуры лишь вблизи точки
Кюри, то для термокомпенсаторов
оказываются пригодными только ма-
териалы с низкой температурой Кюри.
Этому требованию отвечают ферриты
и специальные ферромагнитные
сплавы. Ферриты с низкой температу-
рой Кюри обладают малой магнитной
проницаемостью. Поэтому феррито-
вые термокомпенсаторы получаются
громоздкими п их применяют сравни-
тельно редко. Основой для термомаг-
интных сплавов служит никель, обла-
дающий по сравнению с железом и ко-
б: тьтом наиболее низкой температу-
рой Кюри (350 СС), но все же слишком
высокой для целен температурной
компенсации. Низкая температура
Кюри у сплавов может быть достиг-
нута введен тем немагнитных присадок
(например, 30 % Си), в результате
чего образуется смешанная кристал-
лическая структура и температура
Кюри понижается до + 50 СС. Другой
способ понижения температуры Кюрн
состоит в использовании структурных
превращений системы Fe—Ni в необ-
ратимой области.
Сплавы Ni—Fe обладают большей
магнитной проницаемостью, чем спла-
вы Ni—Си, но очень чувствительны
к изменению содержания никеля (из-
менения его содержания на 0,25 % из-
меняет температуру Кюри на 10 °C),
а при охлаждении шунта до критиче-
ской температуры возникает опасность
внутрнструктуриых превращении п
связанного с этим необратимого ухуд-
шения термомагннтных свойств Для
понижения критической температуры
в состав сплава вводят присадку хрома.
Однако введение хрома заметно пони-
жает магнитную проницаемость сплава.
Высокая чувствительность сплава
Ni—Fe к содержанию никеля требует
строгого выдерживания процесса плав-
ки. Поэте му получение заданной тем-
пературы Кюри достигается легче при
металлокерамической технологии.
Сплавы Nt—Fe все же являются основ-
ным материалом для изготовления тер-
мокомпенсаторов. Наибольшее приме-
нение находит сплав Н38Х14 (ком-
пенсатор), обладающий критической
температурой около —80 °C и хоро-
шими технологическими свойствами,
Рис 264. Тсрмомагиитиые характеристики
кальмаллоя (/) и тер маллоя (2)
допускающими холодную обработку
резанием к штамповкой. Сплав НЗЗЮ)
(термаллой) обладает приблизительно
такими же технологическими свойств
вами и значительно большей магний
ной проницаемостью, но применим
только в диапазоне положительных
температур, так как его критическая
температура лежит вблизи 0сС.
Сплавы Ni—Си, известные под об.
щнм названием кальмаллой, обладают
значительно меньшей магнитной прово-
димостью и сильной зависимостью маг-
нитных свойств от термообработки.
Оптимальный режим термообработки—
нагрев до 1000 СС с выдержкой 5—10 ч
и последующей закалкой. Шунты нз
кальмаллоя применяют для компен-
сации температурной погрешности из-
мерительных приборов в интервале
температур от 20 до 80 °C. КальмаЛ-
лой состава 66,5 % Ni, 30 % Си,
2,2 0 Fe и близкий к нему по составу
и свойствам монель-металл марки
НМЖМЦ 28-2,5-1,5 имеют следующие
термо.магннтные параметры: магнит-
ная индукция в поле напряженностью
Н = 5,9 кА м при температуре 25, 50
и 75 °C составляет соответствен! о
В+2В = 0,065 Тл, В+50 = 0,04 Тл и
В+76 = 0,02 Тл. О характере темпера-
турпой зависимости индукции в поле
Н = 8 кА/.м для кальмаллоя с 30 %
Си и термаллоя с 30 % Fe можно су-
дить по графику (рпс 264), из которого
следует, что термомагннтная характё-
рнстика кальмаллоя по сравнению
224
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
с характеристикой термаллоя обладает
значительно большей степенью нели-
нейности.
МЕТОДИКА РАСЧЕТА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ
И ТЕМПЕРАТУРНОЙ
СТАБИ 1БНОСТИ МАГНИТНЫХ
СИСТЕМ
Создание сложных приборов и при-
борных комплексов ставит перед раз-
работчиками не только проблемы массы
и габаритов, надежности и долговеч-
ности, но и проблему серийного произ-
водства этих изделий. Разработка
схемы, конструкции и технологии яв-
ляется единым процессом создания
приборов и устройств с постоянными
магнитами, широко используемых
в приборостроении и автоматике. По-
этому уже иа стадии проектирования
необходимо обеспечить их серпйноспо-
собпость. Для этого необходимо ре-
шить следующие основные задачи: про-
вести анализ и расчет технологиче-
ской точности выходных параметров
приборов, что позволит судить об их
воспроизводимости в условиях серий-
ного производства, управлять точ-
ностью и обоснованно выбирать до-
пуски на выходные параметры; про-
вести анализ и расчет допусков на вход-
ные параметры (серийное производ-
ство приборов не может быть налажено
без разработанной системы допусков
на входные параметры).
Решение этих задач позволяет по
входным параметрам качества изде-
лия прогнозировать точность его вы-
ходных характеристик, а также по
Заданным в ТУ на выходные характе-
ристики изделия показателям разра-
ботать требования к номиналам н до-
пускам па входные параметры, в том
числе на параметры используемых
материалов.
В нормативных документах не рег-
ламентированы номинальные значе-
ния и допуски на основные параметры
магиитно-твердых материалов (МТМ).
В ведомственных нормативных доку-
ментах даны наименьшие допустимые
значения параметров Вг, Нс, Ва, На
и их допустимые отклонения, при этом
вероятность появления изделий с наи-
худшпми параметрами не указана.
В ГОСТ 17809—72 даны средние зна-
чения основных параметров МТМ,
а их допуски, необходимые для рас-
чета технологической точности маг-
нитных систем, не регламентируются.
В данном разделе предлагается ме-
тодика оценки параметров МТМ, опре-
деляющих стабильность и точность маг-
нитных систем приборов в условиях
серийного производства.
В основу этой методики положен
расчет технологической точности маг-
нитных систем; приближенный (т. е.
по ориентировочным данным о допу-
сках параметров М М в I )СТах и дру-
гих нормативных документах); уточ-
ненный (т. е. на основе статистиче-
ского анализа точности формирования
свойств магпптпо-тиердых материалов).
Для предварительной оценки тех-
нологической точности проектируемой
магнитной системы может быть исполь-
зован менее трудоемкий ориентиро-
вочный расчет.
В тех случаях, когда необходимо
дать количественную оценку степени
влияния разброса свойств МТМ па
отклонения рабочего магнитного по-
тока и, следовательно, на точность
выходной характеристики прибора
в целом, следует использовать уточ-
ненный вариант расчета. В разделе
даны некоторые примеры расчета тех-
нологической точности магнитных си-
стем различных конструкций.
Основы расчета технологической точ-
ности и температурной стабильности
магнитных систем. Технологический
разброс и температурная стабильность
магнитного потока в рабочем зазоре
непосредственно влияют на точност-
ные характеристики электромеханиче-
ских устройств с постоянными магни-
тами. Для решения задачи расчетного
определения зависимости производ-
ственных и температурных отклоне-
ний магнитного потока в зазорах си-
стем от технологического разброса
свойств литых магнитно-твердых мате-
риалов, материалов типа SmCoB ис-
пользованы основные положения тео-
рии точности приборов н точности
производства.
Применение известных методов рас-
чета систем с постоянными магнитами
РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ
225
[13, 15, 17] позволяет представить
поток Ф в рабочем зазоре как аналити-
ческую функцию вида
O = F(gt),
где q, — первичные магнитные пара-
метры МТМ (Вг, Нс, Ва, Hj) н кон-
структивные размеры магнитной си-
стемы (Z =» 1, 2, 3...).
Для группы МТМ на основе редко-
земельных элементов величина индук-
ции Ва и напряженность поля На
в точке максимальной .магнитной энер-
гии (В//)пих:
Д - 4 Br', =
Поэтому для сплавов типа SmCo5
под первичными магнитными параме-
трами понимаются Вг — остаточная
индукция; Нс — коэрцитивная сила.
Так как для систем с постоянными
магнитами в области номинальных
значений параметров qt функция Ф
линеаризуема, то с учетом вероятност-
ной природы производственных по-
грешностей
+ 2 V rq <1>7 k х
/ fe ' ' '
X ,l\ •^JkkQk^Wlk- (5)
Для температурной погрешности
магнитной системы
«ф(П= 1>Ч,а9(Г), (6)
I 1 £
причем
й( dF(qt)
Лф?.-“ф'‘^Г’ (7)
с _ бФ А
«оф--ф-; Н =
где СУф— суммарная относительная
производственная погрешность пото-
ка Ф; аф (Т) — коэффициент темпера-
турной стабильности магнитной сн-
8 Пятин ю. м. и др.
стемы; Ифд1 — относительный коэф-
фициент влияния отклонения первич-
ного параметра на погрешность по-
тока в зазоре; fiBq. — относительная
(безразмерная) пеличина поля допуска
первичного параметра; аЧ[ (7) — тем-
пературный коэффициент Z-ro первич-
ного параметра; Ф, qi — номинальные
значения магнитного потока в зазоре и
первичного параметра магнитной си-
стемы; 6ф, бу. — величина поля допу-
ска магнитного потока и Z-ro первич-
ного параметра; /гф, kq. — коэффи-
циенты относительного рассеяния про-
изводственных погрешностей потока
в зазоре и Z-ro первичного параметра
магнитной системы; rq.qk— коэффи-
циент попарной корреляции между
производственными погрешностями
параметров q/ и qte, входящих в полное
множество параметров qt магнитной
системы.
Для практически предельного поля
рассеяния потока Ф в пар гни изделий
можно принять /гф = 1 [13].
Величина kqt может быть определена
как [13, 14]
3Svf
Ч = (8)
Здесь Sqt — выборочное среднеква-
дратичное отклонение параметра qt.
Следует отметить, что значения бОд
и ау, (Т) для основных параметров
МТМ, как правило, на два-три по-
рядка превышают соответственно ве-
личины относительных допусков и
коэффициентов линейного расширения
геометрических параметров магнитных
систем. Поэтому с достаточной для
практических целей точностью расчет
значений 6уф и аф (Г) можно вести по
соответствующим отклонениям пара-
метров МТМ. Справедливость фор-
мулы (6) при этом обусловливается
также 1 тем, что для основных пара-
метров МТМ значения aq( (Т4) практи-
чески линейно зависят от температуры
в достаточно широких диапазонах [ 10].
Таким образом, для расчета интере-
сующих нас погрешностей бОфн аф (Т)
226
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
магнитов необходимо иметь значения
коэффициентов влияния Лф?. погреш-
ностей основных параметров рассма-
триваемых МТМ п достоверные дан-
ные о технологических и температур-
ных отклонениях параметров В„ Нс,
Bd, На для литых МТМ н Вг и Нс для
сплавов типа SmCo6.
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ
Для определения Ачг^ следует по-
строить математическую модель маг-
нитной системы. Эта модель, по-су-
ществу, является аналитическим опи-
санием рабочей диаграммы постоян-
ного магнита [13]
Ф = B^Sm,
где — индукция в рабочем зазоре;
—площадь поперечного сечения
магнита. В свою очередь
где Вм — индукция в нейтрали по-
стоянного магнита; о — коэффициент
рассеяния магнитной системы, опре-
деляемый обычно расчетным путем для
каждого тина системы как функция ее
геометрических параметров.
Расчет устройства с постоянным маг-
нитом сводится к совместному реше-
нию системы:
Вм = ф (НМУ,
(Ю)
Вм = 1(НМ).
Первое уравнение системы задается
в виде кривой размагничивания МТМ.
Уравнение Вм = / (Нм) выражает
связь между Вм и Нм в зависимости от
технологической предыстории мате-
риала магнита н геометрических фак-
торов данной системы.
Для достоверного описания диа-
грамм магнитного состояния систем
с постоянными магнитами необходимо
иметь аналитические зависимости,
с достаточной точностью аппроксими-
рующие кривые размагничивания
МТМ, основные свойства которых нор-
мируются государственными стандар-
тами.
Из приведенных в [10, 13] выра-
жений для аппроксимации кривых
размагничивания наиболее распростра-
ненным для литых МТМ является
уравнение равнобокой гиперболы
с асимптотами, параллельными осям
В и //:
(П)
_ BdHd\
ВгНс)
„ „ Нс — Н
В=Вг-г-------77
г Нс — аН
Здесь В, Н — текущие координаты
кривой размагничивания; а — коэф-
фициент формы кривой размагничи-
вания. ______
В свою очередь а= 2 [/"у — 1/у,
где у — коэффициент выпуклости кри-
/ BdHd\
вой размагничивания I у = 1.
Погрешность аппроксимации кри-
вых размагничивания с помощью вы-
ражения (11) для большинства литых
МТМ не превышает 3 %.
Принято графическое изображение
кривой размагничивания в коорди-
натах В, Н. Построение петли В =
= ф (//), если известна зависимость
J = ф (Н), ведут в соответствии с вы-
бранной системой единиц в системе СИ
В = Цо (Н 4- J), где J — намагни-
ченность; Цо — магнитная постоянная.
Для магнитно-твердых материалов
с относительно небольшой коэрцитив-
ной силой по намагниченности Hcj
(литые МТМ) расхождение величин
Hcj и Н,ц практически мало. Поэтому
построение рабочих диаграмм систем
с постоянными магнитами проводится
в системе координат В, Н 1131.
Прн расчете систем с постоянными
магнитами необходимо иметь вели-
чину коэффициента возврата kn, за-
висящую в основном от марки МТМ.
Пренебрегая кривизной линии маг-
нитного возврата и раствором частного
гистерезисного цикла для kD, можно
записать (рис. 265)
*в = tg Р = ВВ/ЛН.
Для литых МТМ с кривой размагни-
чивания гиперболического типа коэф-
фициент возврата может быть опреде-
лен как
Лв = ^(1-о).
Решение системы уравнений (10)
позволяет установить связь между
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
227
Рис. 265. Рабочая диаграмма системы с по-
стоянным магнитом, намагниченным со-
вместно с арматурой и стабилизированным
размагничивающим нолем
Рис. 266. Рабочая диаграмма системы с по-
стоянным магнитом, намагниченным вне
системы с дополнительной стабилизацией
внешним размагничивающим полем при
сборке
основными свойствами МТМ, геометри-
ческими параметрами магнитной цепи
и величиной магнитного потока в рабо-
чем зазоре Ф, который является, как
правило, основным параметром ка-
чества систем с постоянными магни-
тами. Решение системы уравнений (10)
возможно для трех основных техноло-
гических вариантов.
1. Магнит намагничивается в сборе
(в системе) с последующей стабилиза-
цией внешним полем (см. рис. 265).
2. Магнит намагничивается вне си-
стемы с дополнительной стабилизацией
внешним размагничивающим полем
при сборке (рис. 266).
3. Магнит намагничивается вне си-
стемы и перед сборкой проходит раз-
мыкание (стабилизацию) «воздухом».
Стабилизация магнита «воздухом» эк-
вивалентна размагничиванию магнита,
намагниченного в сборе, внешним по-
лем //ст.
Анализ рабочих диаграмм (см.
рис. 265, 266) показывает, что ука-
занные технологические варианты мо-
гут быть приведены к общему наиболее
целесообразному для малогабаритных
и миниатюрных магнитных систем
в автоматике н приборостроении, ва-
рианту: намагничиванию и стабили-
зации постоянного магнита в сборе.
Стабилизация (частичное размагни-
чивание) обеспечивает устойчивость
эксплуатационных характеристик
8*
устройства с постоянным магнитом
ПО, 11]
Подбором величины размагничиваю-
щего внешнего поля можно в условиях
серийного производства добиться по-
лучения в пределах допуска параметра
Ф каждого из партии магнитов, имею-
щих технологический разброс основ-
ных параметров.
Как следует из рис. 267, если пар-
тию постоянных магнитов, имеющих
технологический разброс основных
параметров кривой размагничивания
Рис. 267. Стабилизация партии постоян-
ных магнитов с учетом технологического
разброса основных параметров магнитно-
твердого материала
228
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
(заштрихованная область) стабилизи-
ровать внешним полем Нст, то откло-
нение индукции в нейтрали для этой
партии составит Лбм. При этом у маг-
нитов, имеющих верхние предельные
отклонения параметров кривой раз-
магничивания, рабочая точка переме-
щается по липни возврата А0Л1 и на-
ходится в области точки Л1, а у маг-
нитов, имеющих нижние предельные
отклонения параметров кривой размаг-
ничивания, по линии возврата AJ.V1'
и находится в области точки ЛГ. Если
первые магниты стабилизировать
внешним полем //ст, то нх рабочая точ-
ка будет перемещаться по повой линии
возврата ЛдЛГ с новым значением коэф-
фициента возврата н находиться уже
в области точки ЛГ, т. е. в той же
точке, что н остальные магниты.
Методика построения диаграммы
магнитного состояния для общего тех-
нологического варианта (см. рпс. 265)
описана в [10, 13, 17J.
Из выражений (8) и (9) следует, что
в этом случае
Ф= вдХЛ1-!——
Здесь Яд — значение индукции на
кривой размагничивания в точке от-
хода Л магнитной системы; т — сте-
пень размагничивания постоянного
магнита при стабилизации внешним
полем (в %), определяемая как т =
= 1 — -^, где значение ин-
дукции в нейтральном сечении маг-
нита.
С учетом (11) п tg а= Н^!Вм коор-
дината Вд определяется из выражения
Вл = (й — К*» — р).
где k = Вг + Ilс tg а; р — 4aBrHctg а.
Аналитическая зависимость индук-
ции в нейтрали постоянного магнита
получена прн совместном решении
уравнений прямой возврата и прямой
проводимости (геометрические построе-
ния с.м. рис. 265):
Вы = Вд0 4
tg а
йв+ tga *
Здесь /7сТ— величина внешнего раз-
магничивающего поля, обеспечиваю-
щего требуемое значение т; tg а —
угловой коэффициент проводимости
магнитной системы, являющийся, как
и о, функцией геометрических пара-
метров; kD — коэффициент возврата,
определяемый для каждого .МТМ;
Вл — величина индукции в точке
отхода Ло па кривой размагничивания
при воздействии /7СТ.
101.
Магнитные параметры
сплавов (ГОСТ 17809 — 72)
Сплав «г "с tt'max Размеры образцов, мм
Тл к А/м кДж/м’ Сторона квадрата Длина
ЮН15ДК24 1,15 52 18 40 150
ЮН13ДК24 1,25 40 18 40 150
ЮН14ДК24Т2 1.1 50 15 40 150
ЮНДК35Т5 0,75 110 18 40 100
1ОН15ДК25БА 1/25 62 28 40 150
ЮНДК18 0 9 55 9,7 40 150
Пснмсчанис Соответствие основных магнитных параметров сплава
•требованиям таблицы определяется для каждого параметра по среднему аршрмсти-
ческому вариационного ряда измеренных значении. Количество образцов с параме-
трамп. отличающимися от среднего арифметического более чем иа должно превышать 1/л от общего количества. 5 %, не
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
229
„ Вд„ определяется по аналогии с Вд
выражением:
Вд0 = 2^ >
где Ао = Вг + tg а (Нс — allст),
Ро — 4пВЛ tg а (Нс — А/ст).
Наклон линии возврата, а следова-
тельно, и коэффициент возврата, яв-
ляются функцией основных параме-
тров кривой размагничивания, т. е.
k п зависит от свойств материала по-
стоянного магнита. Обычно расчет
ведут по значению k„, найденному
как тангенс угла наклона касатель-
ной в точке кривой размагничивания.
В свою очередь, каждому магниту соот-
ветствует конкретная кривая размаг-
ничивания, имеющая определенное
значение для данного магнита.
Получение достоверных расчетных
характеристик МТМ, позволяющих
вычислить (в пределах точности аппро-
ксимирующих формул) гарантирован-
ные значения параметров магнитной
системы, возможно только для мате-
риалов ио ГОСТ 17809—72 (табл. 101)
и некоторых ведомственных норма-
лей. Эго обусловлено тем, что для при-
менения этих формул необходимо иметь
в нормативных документах номиналь-
ные допустимые значения параметров
Вг, Hc. 'Bd, Hd.
Таким образом, аналитический рас-
чет магнитных систем со стабилизи-
рованными магнитами сводится к вы-
числению Ав, Вд, Вда, Вм, т и tga.
Для расчета стабилизированных
магнитных систем разработан алго-
ритм (рпс. 268) вычислений на ЭВМ.
Прн этом принимают следующие до-
пущения:
при проектировании систем необ-
ходимо получить такую конструкцию,
у которой рабочая точка А находи-
лась бы выше точки (В/7)тах, Т- е-
прямая проводимости tga проходи-
ла бы выше tg ad — прямой проводи-
мости точки (fi//)niax, поэтому при
расчете на ЭВМ задавалась область
практически реальных значений
tg > tg a-а. где i= 1, 2....... 5;
при соблюдении всех необходимых
технологических требований стабиль-
ность магнитных систем обеспечивается,
если возможные размагничивающие
Ввод исходных данных
to* {ГОСТ17809-72)
0,2; 0,3; 0,ч, 0.5
' t ,
Вычисление ,г9е
-.Вг>13<:н,-инсг}: (нс-исг)
г
ро|
о=(2У7-0/у
Вычисление (1-а)
8 Вычисление к2-р), где Hc tgct ; р-4авг^с ty«*
3ZZ
Вычисление
12
73
—{16
I
Печать
кв,ВА, Ва ,/Г >
I
Расчет проведен для всех
значений tg*; ?
Г —
Расчет проведен для Всех А
наг ни то твердых материалов у
Останов
Рис. 268. Схема программы расчета индук-
ции в нейтральном сечении магнита 2? и
коэффициентов вида
Л'ф9.
воздействия на постоянный магии г
(изменение проводимости системы,
влияние внешних полей) не выводя г
его рабочую точку отхода Ло линий
возврата от кривой размагничивания.
Поэтому в расчете, согласно экспери-
ментальным данным 12, 10, If], маг-
нитные системы находились под воз-
действием размагничивающего коля
А/ст в пределах от 0,1НС до 0,5Ясс ша-
гом 0,1//с.
230
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕ МА ТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
231
Рис. 273. Зависимость степени размагничи-
вания т и индукции в нейтральном сече-
нии стабилизированного магнита В от
размагничивающего поля А/Г.т и положения
рабочей точки магнита tg а для материала
ЮН15ДК25БА
Рис. 274. Зависимость степени размагничи-
вания т и индукции в нейтральном сече-
нии стабилизированного магнита В от
размагничивающего поля //ст и положения
рабочей точки магнита а для материала
ЮНДК18
Из практики проектирования маг-
нитных систем были выбраны границы
рабочей области tg а для каждого
МТМ и определен шаг изменения
tg a-i с целью получения необходи-
мого кол! чества точек искомых зави-
симостей.
На ЭВМ были рассчитаны возмож-
ные для выбранной области значений
tg а варианты магнитных систем.
Расчет позволяет по построенным
п с / ^гт \
зависимостям Вы = f ( —— I, т =
для указанных МТМопре-
делить Вы при выбранной степени
размагничивания .магнита т (см.
рис. 269—274).
Как следует из рис. 274 (ЮНДК18),
для области рекомендуемых значений
ИСт!Нс — 0 1—0,3 степень размагни-
чивания т мало зависит от tg а и на-
ходится в пределах 3—9%. Важно
отметить, что Вы для всех исследуе-
мых МТМ изменяется практически по
линейному закону при различных
значениях tga.
Основная особенность материалов
типа SmCoB состоит в том, что кривая
размагничивания В = Ф (/7) этих
МТМ является практически прямой
линией, отсекающей на осях В и И
отрезки, соответственно рав ше Вг и
Нс (рис. 275).
Линии возврата у подобных МТМ
практически совпадают с линией раз-
232
МАГНИТНЫЕ МА ТЕРИ АЛЫ
Рис. 275. Технологический разброс свойств
сплава типа SmCo5 для партии магнитов
SmCo8 более стабильны при воздейст-
вии больших значений внешних маг-
нитных полей.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ
КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЛИЯНИЯ
ВИДА
Расчет проводят по формуле
(7) прн номинальных значениях ос-
новных свойств МТМ, взятых из
ГОСТ 17809—72. Учитывая достаточ-
ную сложность математической модели
системы со стабилизированным магни-
том из литых МТМ, для определения
относительных коэффициентов влия-
ния первичных магнитных параметров
на Ф был использован метод числен-
ного дифференцирования [14]
4, F {<h,q2 . (<?i + (<?! — А<?|)
F (4i)
2А<Л
магппчиванпя, а сам коэффициент
возврата является величиной по-
стоянной [7, 13]:
А’в = ^7- ('2)
Аналитическое описание рабочей
диаграммы магнитов из сплавов типа
SmCo6 является решением системы
уравнений:
Zir ^нс
(13)
В = Н tg а,
где tg а — угловой коэффициент ли-
лии отхода ОЛ4 магнитной системы,
являющийся функцией ее конструк-
тивных размеров.
Решая систему (13), получим
Brllc tg а
М В, + Нс tg а
(14)
Из выражений (12)—(14) следует,
что в отличие от обычных МТМ техно-
логический разброс основных свойств
сплавов типа SmCo8 не может быть
скомпенсирован за счет подбора для
каждой магнитной системы соответ-
ствующей величины частичного раз-
магничивания внешним полем. С дру-
гой стороны, магниты из сплавов типа
где — шаг дифференцирования,
выбранный из величины технологиче-
ского разброса первичных магнитных
параметров.
При выборе шага дифференциро-
вания &qt = 5 % погрешность вы-
числения Nti'.q. не превышала 0,25%;
такая погрешность хорошо согласуется
с точностью инженерных методов рас-
чета систем с постоянными магнитами.
Дтя вычисления коэффициентов
влияния вида Мф?(на ЭВМ был разра-
ботан алгоритм расчета для области
реальных конструкций магнитных
систем (см. рис. 268). При вычислении
для каждого МТМ удовлетворялось
условие tg at tg ad, где tg ad =
= BdiHd. Требуемое значение т обес-
печивается величиной 7/сг, которая
обычно для исследуемых литых МТМ
выбирается в пределах 0—0,5 Нс.
Получена область изменения т в пре-
делах до 25 %. Особое внимание сле-
дует обратить на изменение т в диапа-
зоне 0—10 % для большинства литых
МТМ. При вычислении коэффициентов
влияния вида Мтг. в качестве исход-
ных данных использовались номи-
нальные значения нормируемых пара-
метров МТМ (ГОСТ 17809—72).
Основу алгоритма вычисления коэф-
фициентов влияния вида Л'ф9. по фор-
муле (15) составляет совокупность
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЛИЯНИЕ 233
полученных аналитических зависимо-
стей с учетом указанных выше допол-
нительных условий. Знак коэффициен-
тов влияния вида определяется
с учетом знака приращения функции
F (qt), вызванного отклонением соот-
ветствующего первичного магнитного
параметра.
Проведен расчет показателей чувст-
вительности (коэффициентов влияния)
рабочего потока систем к погрешностям
свойств исследуемых МТМ, из которых
изготовлены магниты и стабилизиро-
ваны при заданных величинах относи-
тельного размагничивания. Резуль-
таты расчета представлены на рнс. 276,
а—е в виде семейства графических
Зависимостей N<t>q.= / (т, tg а).
Графические зависимости относи-
тельных коэффициентов влияния вида
Л'ф9 как функции т н tg а получены для
основных марок литых МТМ
(ГОСТ 17809—72), кривые размагни-
чивания которых аппроксимируют
с помощью выражения (7).
Следует отметить, что коэффициенты
Мфд для основных марок МТМ наи-
более сильно зависят от т н в меньшей
степени — от tg а. Пользуясь этими
графиками, еще на этапе поверочного
расчета магнитных систем по предвари-
тельному вычисленному значению
tg а и принятой величине? можно опре-
делить коэффициенты влияния погреш-
ностей основных параметров литых
МТМ на погрешность потока в рабочем
зазоре.
Применение зависимости (7) к ма-
тематической модели магнитной си-
стемы с постоянными магнитами нз
сплава SmCo6 дает
Hctga
ФВг~ Вг + Нс^а.у
(16)
(17)
Очевидно, что в этом случае
Мфв ~г N<x>h =1- (18)
Г с
Зависимость коэффициентов влия-
ния Л’фдг н Ь!фвс от положения рабо-
чей точки магнита приведена на
рис. 277.
Для рассматриваемых МТМ в точ-
ке (В//)тах имеем N®B= МфН(=0,5,
так как tg = BdiHd = BriHc.
Важно отметить, что формулы (16)
п (17) позволяют определять указан-
ные коэффициенты влияния еще на
этане проектирования любых систем
с магнитами из сплавов типа SmCo5.
Использование коэффициентов
влияния вида Л’Фв£ в качестве крите-
рия чувствительности потока Ф к тех-
нологическому разбросу свойств МТМ.
Задача обеспечения минимума чувст-
вительности Ф к технологическому
разбросу свойств МТМ сводится к ми-
нимизации функций (5) и (6). В про-
стых случаях эта задача может быть
решена с помощью классического ме-
тода множителей Лагранжа, исполь-
зуемого для определения условного
экстремума (например, для сплава
SmCo5). Однако в более сложных слу-
чаях требуется упрощение задачи или
применение машинных методов.
Для минимизации функции (5) были
сделаны следующие допущения:
с учетом результатов статистического
анализа точности формирования пара-
метров литых сплавов, а также сплава
SinCoB, можно принять, что допуски
всех нормируемых параметров МТМ
однородны и одинаковы;
корреляционные связи между пер-
вичными магнитными параметрами от-
сутствуют.
С учетом принятых допущений про-
изводственная погрешность параметра
качества определяется в основном сум-
мой квадратов коэффициентов влияния
первичных магнитных параметров МТМ.
Полученные значения коэффициен-
тов влияния вида были исполь-
зованы для изыскания путей умень-
шения чувствительности величины по-
тока в зазоре к технологическому
разбросу свойств МТМ. В качестве
критерия чувствительности параметра
Ф магнитной системы выбрана функ-
ция [3, 5, 14]
*=№ (19)
1=1 1
На рис. 278 представлены графиче-
ские зависимости Z = / (т, tg а). По-
лученные зависимости показывают, что
критерий Z в большей степени зависит
РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ И СТАБИЛЬНОСТИ
235
Рис. 277. Зависимость коэффициентов
* Л'ф/у от положения рабочей
точки tg а магнитов и сплава SinCo(
от т н в меньшей от tg а. 11з этого сле-
дует, что выбором степени размагни-
чивания можно влиять па точность
параметра качества магнитных систем.
Минимум функции (19) литых МТМ
находится для большинства магнит-
ных систем (рис. 278) в области т =
= 2н-8 %.
Для систем с магнитами нз сплава
SmCo6 критерий чувствительности Ф
к технологическому разбросу параме-
тров Вг и Нс с учетом (18):
2=^Вг+(1-а/ФВг)2.
Экстремум функции (18) находим
fe
из условия ------= 0, которое вы-
оЛФ^
полняется при Д'фвг= 0,5, т. е.
в точке (S/7)max- Вторая производная
Рис. 278. Выбор оптимальной области зна-
чений т для сплава ЮНДКЧ5Т5
функции (18) отрицательна, значит
в точке (В//)Шах функция Z имеет ми-
нимум.
Использование критерия позволило
аналитически определить, что для си-
стем с магнитами нз сплава SmCo5,
имеющих рабочую точку в области
(В//)|Гах, параметр качества Ф мини-
мально чувствителен к технологиче-
ским отклонениям параметров Вг и Нс,
РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
ТОЧНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРНОЙ
СТАБИЛЬНОСТИ
Ориентировочный расчет. Получив
необходимые данные для расчета:
коэффициенты влияния, допуски на
основные магнитные параметры МТМ
(нз примечания к табл. 101
ГОСТ 17809—72 можно принять
бэ?/ = 0,2 ± 10 %) — по формуле (5)
проведен расчет производственной по-
грешности рабочего потока систем
с постоянными магнитами из сплава
ЮНДК35Т5для 1g а = 13-4-31 мкГн, м.
Результаты расчета представлены
в табл. 102.
Для стабилизации магнитных си-
стем выбрана степень размагничивания
в пределах 2—8%, при которой, как
показано ранее, можно получить ми-
нимум технологического разброса ра-
бочего потока Расчет 60ф проведен
для т= 2-^8%, а в табл, 107 пред-
ставлены исходные данные и резуль-
таты расчета для т = 3 и 7 %.
Аналогичные расчеты сделаны для
ряда магнитных систем, постоянные
магниты которых изготовлены из дру-
гого литого сплава ЮН13ДК24, при
этом tg а = 31, 37, 50 63 мкГи'м.
Для параметров кривой размагничи-
вания в этом случае также приняты
значения допусков, гарантируемые
по ГОСТ 17809—72, т. е. б Qj =
= 0,2 (±10%).
По результатам этих расчетов ^полу-
чены значения бцф для т = 3 н 7 % и
представлены в табл. 107.
Проведенный для литых МТМ
ЮН13ДК24 и ЮНДК35Т5 расчет по-
казал, что при существующих допу-
сках на погрешности первичных пара-
метров производственная погрешность
236
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
102. Расчет производственной и температурной погрешностей потока
в рабочем зазоре магнитных систем
Параметр КМИЗДК24
aBf “"с “"d
а — 0,025 К*1 + 0,022 К'1 — 0,015 К’1 + 0,029 К"1
т 7 % 3 %
tg а Л'ф7ТЛ ЛФ/7С «ф 6(ф 31 -0.08 0,11 0,53 + 0,012 0,153 37 0 0 0,53 + 0,008 0.15 50 0.06 -0,06 0,525 + 0,006 0,150 63 0.1 — 0,08 0,53 + 0 003 0.151 31 0.02 — 0,01 0,51 + 0,0064 0,141 37 0,14 — 0,1 0.49 0.001 0.113 50 0,275 —0,15 0,425 —0 005 0.136 63 0,35 — 0,17 0,4 — 0.007 0,137
Параметр ЮПДК35ТЗ
“"с
а — 0,0167 К * — 0.0139 К-1 —0,008 К 1 — 0,0155 К 1
т 7 % 3 %
tga л'фВ, ЛФНС Лф^ «ф 60Ф 13 -0,06 0,085 0,525 — 0,0125 0,149 19 0,025 — 0,025 0,52 — 0,0126 0,118 25 0,06 -0,04 0,515 — 0,0128 0,146 31 0.075 —0.06 0.J1 -0.0128 0,111 13 + 0,05 -0,04 0,505 — 0,0125 0,142 19 0.2 — 0,12 0,465 -0,0127 0,139 25 0.27о -0,13 0,425 — 0,013 0,134 31 0,33 — 0,14 0,39 -0.0131 0.132
потока Ф определяется в основном
степенью размагничивания т и мало
зависит от tg а. Таким образом, сте-
пень размагничивания т является
важным конструктивно-технологиче-
ским фактором, который позволяет
в процессе производства магнитных
систем получать заданную величину
технологического разброса рабочего
потока Ф.
Выбором соответствующей степени
размагничивания т для каждой маг-
нитной системы можно получить пар-
тию изделий с практически минималь-
ным технологическим разбросом по-
тока в зазоре.
Однако в работах [10, 11, 13 J по-
казано, что степень размагничивания
определяет также температурную по-
грешность рабочего потока в магнит-
ной системе, поэтому целесообразность
приведения к минимуму технологиче-
ского разброса параметра Ф необхо-
димо рассматривать также с точки
зрения получения заданной темпера-
турной стабильности систем с постоян-
ными магнитами. Вопрос выбора сте-
пени размагничивания т должен ре-
шаться совместно с требованиями,
предъявляемыми к магнитным систе-
мам как по точности, так и температур-
ной стабильности в условиях серий-
ного производства. Это особенно важно
при разработке прецизионных маг-
нитных систем, повышение качества и
надежности которых неразрывно свя-
зано с обеспечением их взаимозаменяе-
мости по физическим параметрам в со-
РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ И СТАБИЛЬНОСТИ
237
ответствуюших приборах н приборных
комплексах [10].
Так как в автоматике и приборо-
строении обычно используются диффе-
ренциальные магнитные системы, со-
стоящие из двух и более магнитов, то
стабилизация или регулировка рабо-
чего потока такой системы до номи-
нального значения внешним размагни-
чивающим полем может привести
к снижению температурной стабильно-
сти системы в целом за счет существен-
ного различия температурных коэффи-
циентов отдельных ее частей.
Использование формулы (5) для рас-
чета погрешности рабочего потока
в системах с постоянными магнитами
из сплава SmCo5 при условно принятых
допусках на параметры 6звг — =
= 0,2 (±10 %) дало следующие ре-
зультаты (рис. 279, о, кривая 7);
а) если рабочая точка магнитной си-
стемы находится в области (SZ/)max>
то 60ф= 0,1 (±5 %);
б) во всех остальных возможных
конструктивных вариантах магнит-
ных систем 60ф ~ 0,2 (± 10 %).
Расчет температурной стабильности
магнитных систем. Широкое исполь-
зование магнитных систем в приборах
и системах управления, где предъяв-
ляются высокие требования по точ-
ности и параметрической надежности,
ограничивается температурной по-
грешностью выходной статической ха-
рактеристики Ф. В связи с этим при
назначении обоснованных допусков
на выходные параметры приборов и
устройств с постоянными магнитами
необходимо знать и учитывать темпе-
ратурный допуск на основной параметр
качества маги тных систем — рабо-
чий поток Ф.
Коэффициенты линейного расшире-
ния геометрических размеров магнит-
ных систем на два три порядка меньше
температурных коэффициентов магнит-
ных параметров магнитно-твердого
материала. Поэтому температурная
погрешность магнитного потока в ра-
бочем зазоре определяется в основном
температурными отклонениями пара-
метров .магнитно-твердого материала
и технологией изготовления магнит-
ной системы (намагничиванием и ста-
билизацией).
Рис. 279, Зависимость производственной
брф и температурной Пф погрешностей
потока в рабочем заторе систем от поло-
жения рабочей точки а магнитов из
сплава Sm Со-:
а — производственной; б — температурной
Для расчета температурной погреш-
ности рабочего потока магнитных си-
стем использовалась формула (6). Зна-
чения температурных коэффициентов
(ТК) основных параметров МТМ для
рабочего интервала температур 213—
373 К даны в |2, 16, 22].
В табл. 102 представлены резуль-
таты расчета температурного коэффи-
циента магнитного потока в рабочем
зазоре для систем с постоянными маг-
нитами из литого сплава 1ОНДК35Т5
н ЮН13ДК24.
Расчет аф магнитных систем с по-
стоянными магнитами нз литых МТМ
показал, что ТК рабочего потока мало
зависит от конструкции системы,
а определяется величиной относи-
тельного размагничивания т. Таким
образом, выбором величины размагни-
чивающего внешнего поля можно по-
лучить заданное значение ТК рабочего
потока как но величине, так н по знаку.
На рис. 279, б представлена расчет-
ная зависимость температурного коэф-
фициента «ф магнитного поток я в ра-
бочем зазоре системы с постоянными
магнитами нз сплава SinCo5 от нх кон-
структивного исполнения. Видно, что
температурный коэффициент выходного
параметра магнитной системы можно
уменьшить (благодаря оптимальному
выбору ее конструкции) до значе*
238
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
нпя температурного коэффициента
остаточной индукции.
Уточненный расчет Уточненный
расчет технологической погрешности
рабочего потока магнитных систем про-
водится с учетом статистического ана-
лиза точности формирования свойств
материала постоянного магнита. Ис-
следования проведены иа партии маг-
нитов из сплава ЮНДК35Т5 и
SmCo5.
Статистические оценки параметров
распределения и характеристик поля
допуска основных свойств магнитно-
твердых материалов и сплавов типа
SmCo5. Статистической оценкой мате-
матического ожидания М {<7,} служит
выборочное среднее qi наблюдаемых
значений случайных q,. Статистиче-
ской оценкой дисперсии о^ является
выборочная дисперсия S-„ . Методики
вычисления q. и S? , а также построе-
ния доверительных интервалов для
этих статистических оценок параме-
тров распределения приведены в ра-
ботах [3, 14, 21].
В тех случаях, когда в конструк-
торской и технологической докумен-
тации ие оговорены номинальные зна-
чения и пределы допустимых откло-
нений соответствующих конструктив-
ных и магнитных параметров, могут
быть сделаны следующие допуще-
ния:
по результатам статистического ис-
следования в качестве номинального
(расчетного) значения параметра </,
принимается его выборочное среднее
в качестве б, — величины поля до-
пуска параметра q, — условно при-
нимается практически предельное
по е рассеяния этого параметра
tfc3S, т е. величина интервала, ве-
роятность попадания в который равна
0,9973.
Если по данным выборки закон рас-
пределения qi может быть принят нор-
мальным, то основные характеристики
точности формирования исследуемого
Параметра находят по методике, при-
веденной в руководствах по статисти-
ческой сбработке опытных данных
[3, 14). С целью получения достовер-
ных статистических данных о точности
формирования основных координат
кривой размагничивания сплава
ЮНДК35Т5 было исследовано 166
образцов данного МТМ размером
16X8X8 мм3, вырезанных электро-
искровым методом из заготовок разных
плавок. Заготовки были получены
литьем в землю.
Измерения параметров Вг, Нс, Bd,
Нд сплава ЮНДК35Т5 проводились
индукционно-импульсным методом.
Погрешность измерения указанных
параметров не превышала ±3 %. Па-
раметры Bd п Hd найдены расчетным
путем при условии, что точка (ВН)так
лежит на диагонали прямоугольника
со сторонами Вг и Нс [13].
Исходя из основных положений вы-
сококоэрцнтивного состояния магнит-
ных материалов н особенностей техно-
логического процесса получения ли-
тых заготовок для малогабаритных
приборных магнитов следует ожидать
появления корреляционных зависи-
мостей между основными параметрами
кривой размагничивания сплава
ЮНДК35Т5.
В процессе плавки шнхты, разливки
металла в формы и термообработки
магнитов даже самые незначительные
отклонения в технологических режи-
мах, а также возможные изменения
процентного содержания основных и
легирующих элементов в различных
объемах системы Ге—Ni—А1 приводят
к взаимосвязанным изменениям пара-
метров кривой размагничивания МТМ
[3, 4, 7, 21].
По виду полигонов распределения
параметров Br, Нс, Bd. Hd. а также
согласно проверке по критерию у.2*
(рис. 280, а—г) законы распределения
соответствующих совокупностей при-
нимаются нормальными. Таким обра-
зом, показатели точности формирова-
ния основных магнитных свойств ис-
следуемого сплава ЮНДК35Т5, соот-
ветствующие доверительные интер-
валы, показатели корреляционной
связи между указанными параметрами
МТМ могут быть вычислены при усло-
вии нормального закона их распреде-
ления. Результаты расчета на ЭВМ
приведены в табл. 1
Критерия Колмогоропа.
РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ И СТАБИЛЬНОСТИ
239
Рис. 280. Полионы распределения производственных погрешностей основных параметров
сплава ЮНДК35Т5:
а — остаточной индукции; б — коэрцитивной силы; е — индукции в точке
г — напряженности в точке (fiW)max
Полученные расчетом коэффициенты
корреляции значимы: гв = 0.48,
ГВ вл = °>78> гн н. ~ °-77-
г ц с а
С целью получения достоверных ста-
тистических данных о точности фор-
мирования основных магнитных пара-
метров материала SmCo6 было иссле-
довано 100 призматических образцов
этого сплава размером 30X20X4 1 мм3.
Магниты изготовлялись методом
жидкофазного спекания композиции
SmCO5 (~34 % Stn, —60 % Sm).
После совместного измельчения в экс-
центриковой мельнице в среде ацетона
смесь брикетировалась одпоосно прн
одновременном наложении давления
8—10 МПа и магнитного поля напря-
женностью 800—1000 кА/м. Направ-
ление намагничивания при этом сов-
ладало с направлением прессования
(Д = 4,1 мм). Спрессованные брикеты
спекались в атмосфере гелия в течение
30 мин прн температуре 1423—1438 К,
а затем подвергались дополнительной
термообработке в температурном диа-
пазоне 1373—1153 К [8, 18. 21]. Из-
мерение параметров Вг и Нс произво-
дилось с помощью ферромагнитных
преобразователей Холла с погреш-
ностью , не превышающей по индукции
3,5%, по коэрцитивной силе 4,5 %
240
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
103. Показатели точности формирования основных параметров
кривой размагничивания сплава ЮНДК35Т5
Показатель точности Вг< Тл кА/м Bd- Тл Hd- кА/м
Номинальное значение q^ Среднеквадратичное отклонение ч Практическое предельное поле до- куска bQ. Доверительный интервал для q^ Доверительный интервал для Относительный допуск Коэффициент относительной асим- метрии а£. Коэффициент относительного рас- сеяния 0,89 0,034 0,239 0.884 — 0,896 0,0304 — 0,0384 0.24 0 0,87 107 6.05 42,0 98—116 4.45— 7,65 0,39 0 0.87 0,54 0,0377 0.260 0.533 — 0,547 0.031 — 0.044 0.48 0 0.87 63,7 5,3 35 59-68.3 3,2 — 6.83 0.55 0 0,87
[21]. Для исследования была выбрана
рядовая партия магнитов, изготовлен-
ных по описанной технологии после ее
отладки для данного типоразмера.
Проверка результатов эксперимента
по критерию х2 показывает, что закон
распределения производственных по-
грешностей параметров Бг и Нс иссле-
дуемого МТМ может быть принят нор-
мальным (рис. 281, а, б).
С учетом особенностей технологи-
ческого процесса получения сплава
SinCoE следует ожидать появления кор-
реляционной зависимости между ос-
новными параметрами В, и Нс.
В процессе изготовления постоян-
ных магнитов методом порошковой
металлургии незначительные измене-
ния температуры и времени спекания,
отклонения величины намагничиваю-
щего поля прн спекании н другое пр I-
водят к взаимосвязанным изменениям
исследуемых параметров [6, 12, 19].
Основные показатели точности фор-
мирования параметров сплава SmCos
представлены в табл. 101.
Установлено также, чго в пределах
технологического разброса ме ду па-
раметрами Вг и Нс сплава SmCo5 су-
ществует линейная корреляционная
связь. Полученный при выборке нз
100 образцов коэффициент корреля-
ции г в II = 0,4 при 95 %-пом уровне
доверительной вероятности ]14|,
Исследуемый сплав SmCo5 соэтвег-
ствует сплаву КСП37 (ГОСТ 21559—
76).
Рис. 281. Полигоны распределения производственных погрешностей параметров сплава
SinCo4;
а — остаточной индукции; б >-• коэрцитивной силы
РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ fl СТАБИЛЬНОСТИ
241
104. Показатели точности формирования параморов сплава SmCo.
Показатель точности нг, Тл Нс, кА/м
Выборочное среднее значение 0.84 530
Выборочное среднеквадратичное отклонение 0.02-5 ЗО.Б
Практически предельное поле рассеяния 0.15 182
Относительный допуск 0.18 0.34
Коэффициент корреляции 0.1
Для сравнения в табл. 105 даны ре-
вультаты статистических исследова-
ний основных параметров некоторых
МТМ, приведенные в работах 11, 7, 10,
21]. Допуски на основные параметры
колеблются в среднем от ±10 до
±25 %. При проведении уточненного
расчета технологической погрешности
рабочего потока следует учитывать
корреляционные связи между пара-
метрами МТМ.
Как показывают эксперименталь-
ные исследования, важными являются
коэффициенты
Их значения также даны в табл. 105.
На основании полученных статисти-
ческим путем допусков
отклонений) основных
МТМ п коэффициентов
(предельных
параметров
ппда Л'ф^
проводится уточненный расчет по фор-
мулам (1), (2) производственной п тем-
пературной погрешностей потока в ра-
бочем зазоре систем с магнитами из
сплава ЮН J.K35T5. Аналогичным об-
разом выполнены расчеты в системах
с магнитами из сплава типа SmCo5
(см. рис. 279).
Ниже рассмотрены конкретные при-
меры расчета магнитных систем в ус-
ловиях серийного производства.
Пример I. Определить производствен-
ную н температурную погрешность потока
в рабочем зазоре для изготавливаемой
серийно магнитной системы с постоянным
магнитом нз ЮНДКЗ^ТГ» размером 16 х
Х8Х8мм*. Расчетное значение U а —
= 18.75 мкГл/м, степень размагничива-
ния 7 %.
Номинальные значения основных най-
мет ров ЮИДК36Т5. полученные статисти-
ческим путем: В = 6,89 Тл; ц =
Рис 282. Расчет производственных и температурных потрешностей потока в рабо-
чем зазоре систем с магнитами ит си чана ЮНДК35Т5
242
МАГНИТНЫЕ МЛ ТЕРИ АЛЫ
105. Основные параметры магнитно-твердых материалов, полученные на основе статистического анализа
X СС о. 0,72 0.71 О 0,78 О
о X X е о: 05 СС СС СО о 1 1© о 0,78
к_
—
Cj
-tr х> со СО
С 'Л к. t© о »© о СО о с© о О
—
X. с- ч? е4-
СО •'В сг> 88 22 L© СЧ >©
X sil о , g;i!
OI о СС с О 5 0,48 о
х® О'-
0,47 (=Н 1,№ (-7 СЧ — Сч “11 о 01~) гго O-i
а СЧ 4- см 00
о О о о <□
% И 9 О П ОС
X Ъ 53.1 15 ( — «с Н СЧ -) 1 Чб s+i
СО
О о о о
И а? -с с- ОС<® Oil о с (S-) го 1Г1 1.19 0,34 (±17 %) 0.71 0.2 (*10%) 0.89 0.24 (=fc 12%>
tr-C
S
1© 1©
го Сч [—»
X CL ГО СО £ X 1© 2 I© СО
S Et Ct ч
X X X I X
2 2 2 2 2
= 107 кА/м; Bd = 0,54 Тл; Нд в
= 63,7 кА/м, относительные допуска!
С0Вг = 0,21 (=12 %); б0/7 = 0,3 <=±= 15 %):
бОв' = °’31 (- 17 %): бОн^ = 0,36 (= 18%).
Полученные коэффициенты корреляции
найдены при 95 %-вом уровне довери-
тельной вероятности.
Данные о температурных отклоне-
ниях параметров исследуемого сплава
ЮНДКЗЗТ5 (взяты из работы [111)3
ав —0,0167 К"\ аи = —0,014 к-1:
——0,008 К"1; aHd= —oroi6 К"1
для интервала температур 293—473 К.
Коэффициенты влияния определяются
из рис. 276, г для значений 1g а =
= 19 мкГн/м и т — 7 %; Кфв = 0,025;
= —0,025; d ~ 0*52*
По формулам (1), (2) Находим бдф =
= =12 % и аф = —0,011 К"1.
На рис. 282, а, б представлены ре-
зультаты расчетов для конструкций ма-
гнитных систем, имеющих tg а =
— 13 мкГн/м; 25 мкГн/м; 37 мкГн/м прн
стабилизации их размагничивающим по-
лем. прн этом т - 0-e-i0%.
Результаты расчетов иа рис. 282
показывают, что прн существующих до-
пусках на погрешности магнитных пара-
метров МТМ производственная погреш-
ность ёОф определяется в основном сте-
пенью размагничивания т п мало зависит
от конструктивного исполнения магнит-
ной системы. Как следует из рис. 282,
степень размагничивания определяет также
и температурную погрешность рабочего
потока в магнитной системе.
Пример 2 Для проектируемой системы
с магнитом из сплава SmCo5 определить
допуск 60ф и температурную стабильность
в условиях серийного производства.
С целью получения достоверных ста-
тистических данных о точности формиро-
вания основных магнитных параметров
этого сплава исследовано 100 призмати-
ческих образцов размером 30 X 2©Х
Х4.1 мм*.
По результатам экспериментального
исследования для магнитов из сплава
SmCos в условиях серийного производства
получены: боВ = 0,2 (=10 %), ^0нс =
= о,3 (=15 %), номинальные значения
соответственно Вг = 0,84 Тл, Нс =
= 530 кА м. Полученный при выборке
из 100 образцов коэффициент корреляции
Го и = 0.4 прн 95 %-ном уровне дове-
Г П с
ригельной вероятности [13].
Значения «ф для основных параме-
тров сплава SmCo& получены из экспери-
ментальных данных, приведенных в ра-
боте 1221 В диапазоне 293 — 473 К для
рассматриваемого сплава (Х^ =
= —0,019 К-1; сс/у = —0,072 К"1-
Коэффициенты влияния для области
значений tg а определяются из рис. 278,
где приведена зависимость коэффициентов
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
243
влияния от положения рабочей
•точки магнита из исследуемого сплава>
КфВ, = 0,55, ^фцс ~ °»4&-
Проектируемая магнитная система име«
ет расчетное значение tga = 2,5 мкГн/м.
Из рис. 279, а, б определяем допуск
бфф ——10% (расчетная кривая) н тем-
пературную погрешность аф — —0,0-1 К“*.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I. Брехиа Г. Сверхпроводящие ма-
гнитные спстемы/Пер. с англ. М.: Мир,
1976. 704 с.
2. Булыгина ТГ. И., Макаров К Т.,
Сергеев В. В. Исследование температур-
ной стабильности постоянных магнитов
в интервале —604-+100 °C. —Электро-
техника, 1968, № 10. с. 10 —16.
3. Гаврилов А. Н Лебедев И А
Технология систем управления летатель-
ных аппаратов. М.: Машиностроение,
1971. 481 с.
4. Гаврилов А. Н., Чижиков В. Ю.
Технология магнитных элементов для при-
боров и средств автоматики и вычислитель-
ной техники. М.: Энергия, 1974. 28» с.
5. Гехср К- Теория чувствительности
и допусков электронных цепей. М.: Со-
ветское радио, 1973 157 с.
6. Дерягин А В Редкоземельные
магниты. — Успехи физических паук.
1976. т. 120, вып. 3, с. 393 — 437.
7. Зак А Л. Сухоруков Р Ю, Элек-
тромагнитное поле в зазоре системы с ма-
гнитами нз сплавов SmCoj. — Электро-
техника. 1976, № 8. с. 11 — 15.
8. Исследование некоторых техноло-
гических факторов прн изготовлении ма-
гнитов из соединения SmCo3 методом жид-
кофазного спекания/А. С. Кононенко и
др — В кн.: Электрические материалы.
М.: 1974, т. 40, с. 20 — 38 (Тр. ВНИНЭМ).
9. Камино К Ямаиэ Т. R—Со ма-
гнит с пластичной связкой. — В кн.:
Магниты нз сплавов редкоземельных ме-
таллов с кобальтом. М.; Металлургия,
1978. с. 230 — 235.
10. Мельников Ю А Постоянные ма-
гниты электровакуумных СВЧ приборов.
М.: Советское радио, 1967. 138 с.
11. Миткевич А. В. Стабильность по-
стоянных магнитов. Л.: Энергия» 1971.
128 с.
12. Нам Б. П Котуиов В В , Козлен-
ке В. Г. Постоянные магниты SmCo,
Sm (Со, Fe)17, полученные из аморф-
ного состояния. — В кн Тезисы докла-
дов VI Всесоюзной конференции по по-
стоянным магнитам М.: Информэлектро,
13. Постоянные магниты: Справоч-
ник Под ред. Ю. М. Пятила. М.: Энергия.
1980. 486 с.
14. Румшинский Л. 3. Математиче-
ская обработка результатов эксперимен-
тов. М.: Паука, 1971. 276 с.
15. Сенкевич А. М К расчету постоян-
ных магнитов. М.: АН СССР, 1956
16. Сергеев Во В.о Булыгина Т. IT
Материалы для постоянных магнитов (Об-
зорная информация) М.: Информэлектро,
17. Сотсков Б. С. Основы расчета н
проектирования электромеханических и
телемеханических устройств. М.: Энер-
гия, 1965. 458 с.
18. Стрнат К. Обзор н анализ про-
мышленных магнитов нз редкоземельных
металлов с кобальтом. — В кн.: Магниты
нз сплавов редкоземельных металлов с ко-
бальтом. М.: Металлургия, 1978, с. 11—33.
19. Стрнат К., Клемаи А., Баеттнер х.
Магниты из редкоземельных металлов
с кобальтом со связками из пластичных
металлов. — В кн.: Магниты из сплавов
редкоземельных металлов с кобальтом.
М.: Металлургия [978, с. 238 — 245.
20. Сухоруков Р Ю., Владимир-
ский Р. А Методика прогнозирования
точности выходных параметров магнито-
резистивных преобразователей в условиях
серийного производства. — Веб.: VIII Кон-
гресс ИМЕКО (май 1979). М.: Информ-
электро.
21. Сухоруков Р. Ю., Туров В. Д. Влия-
ние технологического разброса магнит-
ных свойств спеченного сплава SmCoe
иа точности н стабильность рабочего по-
тока магнитных систем приборов и уст-
ройств автоматики — Приборостроение.
Известия вузов. 1978, т. XXI, № 4<
с. 28—34.
22. Martin D.-L Benz М. G. IEEE
Transaction Magnetic 1972, v. 8, N 1,
p. 35.
23. Магниты из сплавов редкоземель-
ных металлов с кобальтом /Пер. с англ.
М.: Металлургия, 1978 г. 258 с.
Глава 2. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Металлические проводниковые ма-
териалы подразделяются на материа-
лы высокой проводимости и материалы
(сплавы) высокого электрического со-
противления (высокоомные).
МАТЕРИАЛЫ ВЫСОКОЙ
ПРОВОДИМОСТИ
Материалы высокой проводимости
должны обладать малой величиной
удельного электросопротивления (вы-
сокой электропроводностью); высокими
механическими свойствами (достаточ-
ной прочностью и высокой пластич-
ностью); хорошими технологическими
свойствами (способностью к пластиче-
ской деформации — прокатке, волоче-
нию; способностью к панке п сварке);
стойкостью против коррозии.
Материалы высокой проводимости
применяют для изготовления обмоточ-
ных и монтажных проводов, различ-
ного вида токоведущих частей, исполь-
зуемых прн изготовлении приборов,
аппаратов, электрических машин,
трансформаторов, катушек индуктив-
ности, волноводов п т. д.
К основным материалам высокой
проводимости относятся медь, алюми-
ний н ряд сплавов па их основе,
а также железо. Их применяют в виде
полуфабрикатов различной конфигу-
рации и размеров, а также в виде раз-
личного рода проводов (неизолирован-
ных и изолированных).
ПРОВОДНИКОВАЯ МЕДЬ
Медь — лучший материал высокой
проводимости. По электропроводимо-
сти среди всех металлов опа стоит на
втором месте после серебра; обладает
высокими механическими н техноло-
гическими свойствами (хорошо под-
дается прокатке и волочению до тон-
чайших размеров, пайке, противостоит
коррозии). Наибольшую электропро-
водность имеет чистая медь. Присадки
других элементов к меди понижают ее
электропроводность.
Для электротехнических целей при-
меняют наиболее чистую техническую
медь марок МОк (99,95%) и Ml к
(99,9 %) по ГОСТ 859—78 (химический
состав см. в табл. 22 гл. 5) Из нее из-
готовляют изолированную и неизоли-
рованную проволоку, ленту, листы,
шины (табл. I—5).
ПРОВОДНИКОВЫЙ АЛЮМИНИЙ
Проводимость отожженного про-
водникового алюминия составляет
62 % от проводимости стандартной
меди (по объему). Однако па единицу
массы алюминии имеет проводимость
вдвое большую чем медь. В качестве
проводникового материала применяют
следующие марки алюминия: А995,
А95.А85, А8, А7, А7Е, А6, А5, А5Е.
Наибольшей электропроводимостью
обладает чистый алюминий.
СПЛАВЫ высокого
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ
Сплавы высокого электрического
сопротивления (высокоомные) могут
быть подразделены па две основные
группы.
1. Сплавы для изготовления сопро-
тивлений: прецизионных (образцовые
сопротивления, различные элементы
электроизмерительных приборов, ка-
тушки сопротивления, шунты, об-
мотки потенциометров); технических
(регулирующие п пусковые реостаты,
нагрузочные элементы).
2. Жаростойкие сплавы (нагрева-
тельные элементы электропечей и
электронагревательных приборов, на-
грузочные элементы).
ПРОВОДНИКОВЫЙ АЛЮМИНИЙ
245
1. Номинальные диаметры проволоки и предельные отклонения
по ним (ь мм)
Поми- нальный диаметр Пре- дельное откло- нение Номи- налы! ый диаметр Пре- дельное откло- нение Номи- нальный диаметр Пре- дельное откло- нение Поми- нальный диаметр Пре- дельное откло- нение
0.020 0.025 0,030 0,032 0,035 * 0.040 0,045 * 0.050 0,060 0.063 0,071 0,080 0,090 0,100 0,112 0,120 0.125 0,130 0,132 0,140 0.150 0,160 0.170 0,180 0.190 0.200 0.210 0,224 0,230 0.236 0.250 0.260 0,265 0.280 0,300 0.315 0,320 0,335 0,350 • 0,355 0,370 ±0,002 0,380 0,400 0,420 * 0,425 0.450 0,475 0,490 0.500 0,520 • 0,530 0.560 0.580 0,600 0.630 0.640 0,670 0,680 0.690 • 0,710 0,750 0,770 • 0.800 0.830 ♦ 0.850 0.900 0.930 • 0.950 0,970 1.00 1.04 1.06 1,08 • 1,10 1.12 1.13 1.18 1,20 1,25 1,30 1,32 1,35 ±0,007 1.38 1,40 1,45 * 1,50 1.53 1,56 * 1,60 1.62 * 1,68 * 1.70 1.74 * 1,78 1,80 1,81 • 1,88 • 1.90 1.95 • 2.00 2,02 * 2,03 2,10 * 2,12 2,13 • 2,11 2,24 2,25 2,26 • 2,36 2,44 • 2,50 2.51 * 2.52 2.59 2,61 * 2,63 * 2,65 2,73 2,76 2,80 2,83 • 2,81 ±0,02 2.85 2.95 3.00 3,02 3,05 • 3.15 3.20 3.27 3.28 • 3,30 3.34 3.35 3,36 • 3.15 3.53 • 3,55 3.57 3.61 3,66 3.67 * 3.72 3.75 3.80 3.81 * 4.00 4.10 4,11 • 4,15 4,23 4.25 4,50 4.73 4.80 5.00 5.20 5.65 6.00 6,60 8.00 9,42 ±0.02
±0,010 ±0.03
±0,003
±0,015
±0,04
±0,005
±0,02
±0.05
±0,007
±0,06
♦ В иогых разработках не применять. »
246
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2, Механические свойства медной круглой проволоки (ГОСТ 2112—7У’
Номинальный диаметр проволоки, мм Механические свойства проволоки марки
ММ МТ
Времен- ное со- против- лен ие, МПа (кге/мм*) Относи- тельное удлине- ние, % с государствен- ным Знаком качества 1 категории качества
Времен- ное со- против- ление, МПа с { КГС. мм2) Относи- тельное удлине- ние. % Времен- ное со- против- ление, МПа (КГС/мм2) Относи- тельное удлине- ние, %
Не менее
0,020 и 0,025 Св. 0,023 до 0.050 аключ. 0,000 п О.ОоЗ 0 071 0.080 0,090 0,100 Св. 0,Ю0 до 0 120 включ. » 0.120 > 0,150 » > 0,150 > 0.190 > > 0,190 » 0.580 > > 0.580 » 0,970 > 1,00 Св, 1,00 до 1.95 включ* » 1.95 > 2.95 » » 2,95 » 4,80 > > 4,80 > 9.42 > 200 — 290 (20 — 29) 6 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 25 30 30 30 30 За 450 (45) — 450 (45) —
430 (43) — 420 ((2) —
200— 280 (20—28) 200— 270 (20—27) 200— 260 (20—26) 430 (4 >i 0,Р 400 (40) 0.6
430 (4 >; 0.6 400 (401 0.6
1,0 1,0
400 (40) 380 (38) 1,5 2.0 380 (38) 360 (36) 1.5 2,0
4. Глубина вытяжки мягкой медной ленты
при проверке ее на выдавливание
(ГОСТ 1173—77)
3. Механические симньи медной
круглой проволоки мирки МС
(ГОСТ 2112—78)
Поминаль- ный диаметр проволоки, мм Времен ное сопротивле- ние МПа (кге/мм2), не менее Относи- тельное удлине- ние. %, не мен ос
2.00; 2,51 в з оо 3,53 и 4,00 440 (44) 430 (43) 1.5
Радиус пуансона, мм Глубина сферической лунки при толщине ленты, мм. не менее
0.14 — 0,16 0,18-0,28 0,30-0,55 0,60 — 1,10 1.20-1,50
10 4 1,5 7,5 3.4 1.5 8 0 3,8 1,8 8.5 4.0 2.1 9,5 10,0
Примечание. Нормы глубины сферической лунки при ис- пытании пуКнсоном радиусом 4 мм для лент толщиной 0,60—1,10 мм и шириной аг 20 до 90 мм уста на вл и ваются по соглашению между изго- товителем и потребителем
СПЛАВЫ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ РЕЗИСТОРОВ
247
5. Механические свойства медной
проволоки, лент, шин и листов
Толщина
пли диаметр
ов, МПа б. %
Не менее
Мя кие ленты, пролцлка и шины *
От 0.1 до 0.8 вкл
» 0,83 » 1,25 »
» 1,35 » 3.28 »
» 3,53 » 7.00 »
Более 7 00
(300)
260 (300)
260 (270)
255 (200)
250 (250)
30
32
31
35
Листы
Холоднокатаные;
мягкие 200 30
твердые 300 3
Горячекатаные 200 30
• Значения в скобках ДЛЯ
твердой ленты и
проволоки.
К высокоомным сплавам относятся
также сплавы для термопар и компен-
сационных проводов.
В зависимости от назначения к высо-
коомным сплавам предъявляют спе-
циальные требования. Кроме того,
эти сплавы должны обладать возможно
большим удельным электрическим со-
противлением и иметь хорошие меха-
нические свойства — высокую проч-
ность н достаточную пластичность,
обеспечивающие возможность получе-
ния тончайшей проволоки, лент, фоль-
ги.
СПЛАВЫ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ
РЕЗИСТОРОВ
Сплавы для прецизионных рези-
сторов должны обладать низким тем-
пературным коэффициентом электро-
сопротивления (желательно прибли-
жающимся к нулю), низкой термо-
э д. с. в паре с медью, высокой ста-
бильностью электрического сопро-
тивления во времени. К сплавам нз
которых изготовляют переменные
резисторы (по обмоткам которых
скользят контакты), дополнительно
предъявляют требования высокой из-
носоустойчивости и обеспечения ма-
лого контактного сопротивления,
сохраняющего стабильность при раз-
личных условиях внешней среды.
Применяющиеся прецизионные
сплавы высокого электрического со-
противления являются в основном
сплавами на медной основе (табл. 6),
Манганин является основным спла-
вом для изготовления прецизионных
резисторов. Он обладает комплек-
сом электрических и технологических
свойств, наиболее полно удовлетво-
ряющих требованиям, предъявляемым
к прецизионным сопротивлениям,
имеет достаточно высокое удельное
электросопротивление (0,44 мкОм-м),
очень малый и стабильный во времени
температурный коэффициент электро-
сопротивления (от 2- 10 е до 10 X
X 10“® 1,'ЭС—для манганина марки
МНМцАЖЗ—12—0,3—0,3), а также
малую величину термо-э, д. с. в паре
с медью (1 мкВ на 1 СС), позволяющую
избавиться от появления термотоков.
Для получения малого температур-
ного коэффициента электрического со-
противления с высокой стабильностью
последнего во времени манганин под-
вергают термической обработке, со-
стоящей из отжига при 400 °C в тече-
ние 1—1,5 ч в вакууме или нейтраль-
ной среде с последующим медленным
охлаждением до комнатной темпера-
туры. После отжига манганиновые со-
противления подвергают травлению.
Лучшим травителем является реактив,
состоящий из 10—30 г бихромата ка-
лия пли натрия, растворенных в 125 см3
серной кислоты, и 250 см3 воды.
После изготовления сопротивлений
из манганина нх подвергают стабили-
зирующему старению (это особенно
важно для проволочных сопротивле-
ний изготовленных намоткой).
Манганин имеет хорошие механиче-
ские свойства. Предел прочности отож-
женного маиганнна равен 400—
550 МПа при удлинении до 30 % . Он
технологичен: хорошо поддается пла-
стической деформации, хорошо паяет-
ся, допускает эмалирование. Манганин
изготовляют в виде листов, лент, по-
лос, проволоки, микропроволоки.
Проволока манганиновая неизоли-
рованная изготовляется в соответ-
ствии с ГОСТ 10155—75 двух марок:
248
ПРОВОДНИКОВЫЕ МА ТЕРИ АДЫ
•*. Химический состав и свойства сплавов на медной основе
для прецизионных сопротивлений
Параметр Манганин Константан
МНМцЗ-12 МНМцАЖ 3—12—0,3-0,3 МНМц40—1,5
Химический состав Основные компоненты, %5 Ni Ч- Со Мп А1 1'е Си Прнмеси, %: Fe Si Mg Pb S c p Bi As Sri Всего Фичико-механические свойства'. *пл. °с V, г/см3 ссл 10е (при 100 сС), 1/сС С, Дж/(г-°С) (при 18 СС) А, Дж/(см-с*сС) а„, 1/сС р, мкОм* м (прн 20 cC)j для проволоки: мягкой твердо Я <ХЭ, !/сС: для проволоки (р, мВ Термо о. д. с- в паре с медью, мкВЛС Ei МПа ов МПа, для материала; мягкого твердого б для материала: мягкого твердого ф-для материала: литого мягкого ат? МПа, для материала: литого мягкого °пц ДлЯ мягКОГО материала, МПа НВ» для мягкого материала для твердого материала 2,5—3,5 11.5- 2.5 -13,5 30-41 1-2
0.2—0.5 -
0,50 0 10 0,03 0.02 0.02 0,05 0,005 0,002 0,005 0,002 0,90 1010 8.4 16.4 0 406 0.216 0,00135 0,435 20-10-* 4-10- ю-*е + 25-10-* I Остальное Не лимити- руется 0,50 0,10 0.05 0,005 0,02 0.10 0,005 0,002 0.010 0.002 0,00 1260 8,9 14,4 0.408 0,208 0,48 30- Ю-» 0.35 39 166 000 400—500 700—850 (наклеп 85 %) 30 2-4 Гнаклеп 80 %) 26 71
0.10
—
0,47^:0,05 0,48^0,05 — 2« 10~®<& 4- 10- 10~в 0
126 500 400 — 550 700—856 (наклеп 60 %) 30 2
140 210 180
—
87 75—90 155
СПЛАВЫ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ РЕЗИСТОРОВ
249
Продолжение табл, в
Параметр Манганин Константан
МНМцЗ—12 МНМц АЖ 3-12-0,3—0,3 МНМц 10—1 5
Технологические свойства и ре- жимы обработки слитков и по- луфабрикатов: 'л- ‘С 'г. о- °с о- °C 'в о- СС Максимальная допускаемая де- формация при ьолоченнн ьа один проход, % Суммарное обжатие, % 1160—1175 800—850 250—375 700-750 30 70—90 — 1280-1300 1080—1130 800 85'1
—
МНМцЗ—12 и МНМцАЖЗ—12—
0,3—0,3 (марки и химический состав
по ГОСТ 492—73).
Проволоку изготовляют твердой нз
манганина марки МНМцЗ—12 всех
диаметров. Проволоку изготовляют
мягкой из манганина марок МНМц
3—12 и МНМцАЖЗ—12—0,3—0,3
диаметром 0,5 мм и более. Проволока
диаметром менее 0,5 мм в мягком со-
стоянии изготовляется по соглашению
изготовителя с потребителем. Диа-
метр, допускаемое отклонение по диа-
метру и омическое сопротивление од-
ного метра манганиновой проволоки
показаны в табл. 7; удельное электри-
ческое сопротивление, температурные
коэффициенты электрического сопро-
тивления а н ₽ отожженных образцов
н относительное удлинение б —
в табл, 8—10.
Термо-э. д. с,, развиваемая прово-
локой в паре с медной в интервале
температур ‘0—100 СС, не превышает
1 мкВ/°С.
Манганиновый микропровод в стек-
лянной изоляции изготовляют классов
А (аа = ±1,5-10*5 1ЛС; Б (аа =
= ±3-10*6 i/°C); в (аэ= ±6-10*5
1/сС) с максимальным сопротивлением
150 кОм/м.
Константан (табл. 11—17)— менее
прецизионный сплав, чем манганин.
Недостатком его как сплава для преци-
зионных сопротивлений является высо-
кая термо-э. д. с. в паре с медью. Кон-
стантан изготовляют в виде лент и про-
волоки.
Прецизионные сплавы на никелевой
основе с высоким удем-ныя электриче-
ским сопротивлением применяют для
изготовления малогабаритных сопро-
тивлений. Это сплавы марок Н80ХЮД,
П60ГХ и Н63ГХ ( табл. 18), имеющие
удельное электрическое сопротивле-
ние, превышающее в 3—4 раза сопро-
тивление манганина, и малый темпе-
ратурный коэффициент электросопро-
тивления в интервале температур
—60-ь+300 СС. Их изготовляют диа-
метром 0,02—0,4 мм и поставляют
в термически обработанном состоянии
с температурным коэфф щиентом
«(-рбо-ь-J-150 °C) ~ 3’10 ~ 1 С;
а(+50-5-+300 СС) = ,0’11 '
В особо ответственных случаях для
изготовления высокоточных преци-
зионных сопротивлений применяют
высокоомные сплавы на основе благо-
родных металлов (табл. 19), наиболее
полно удовлетворяющих требованиям,
предъявляемым к сплавам для преци-
зионных сопротивлений. Основное
применение этих сплавов — обмотки
потенциалов, элементы сопротивления
высокоточных приборов, работающие
в условиях повышенной влажности,
агрессивных сред и повышенной тем-
пературы.
250
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
7. Размер допускаемое отклонение по диаметру
и омическое сопротивление Мещаниновой проволоки неизолированной
(ГОСТ 10155 — 75)
Номинальный диа- метр проволоки, мм Сопротивление одного метра проволоки. Ом Допускаемое от- клонение по диа- Е J Е Номинальный диа- метр проволоки, мм Сопротивление одного метра проволоки, Ом Допускаемое от- клонение по диа- метру, мм
мягкой твердой мягкой твердой
0,020 0,025 0,03 — 1370,0 — 234 0.0 876,0 — 1390,0 608,0—927.0 — 0,003 0,63 0.65 1 0,70 0.75 0,80 0.85 0.90 1,35—1.81 1,27—1.73 1,09 — 1,48 0.951 —1.28 0,836—1,12 0,740 — 0.986 0,660 — 0,876 1.38—1.88 1,30 — 1.76 1.12 — 1,51 0,974 — 1.30 0,856 — 1.14 0.758 — 1.00 0,676 — 0.892 — 0,030
0,04 0,05 0.06 0,07 0,08 0,09 214,0—327.0 149.0—219,0 109,0—157,0 83.6—118,0 66,0—91,7 312,0—551,0 219.0—333,0 152.0 — 223.0 112.0—160.0 85,6—120.0 67,6—93,6 —0,005
1,00 1.10 1.20 1,30 1,40 1.50 1.60 1,70 1.80 1,90 0.536—0,719 0.413 — 0,590 0.371—0,493 0,317 — 0.418 0,273—0,358 0,238—0,311 0.209—0.272 0,185 — 0,210 0,165—0,214 0,148—0,192 0,548—0,733 0,453—0,601 0,381—0,50’’ 0.324—0.426 0,279—0.365 0.244—0.317 0.214 — 0.278 0.189—0.245 0,169 — 0,218 0,152—0.195 —0,040
0.10 0,12 0,14 0,15 53.5—87,6 37.1 — 57.9 27,3—41,2 23,8—35.4 51,8—89,2 38.1 — 59,0 27,9—41,9 24.4—36,0 — 0,013
2,00 2.20 2.50 2,80 3,00 0.134 — 0.176 0.111—0,145 0.0856 — 0,111 0.0683— 0.0882 0,0596— 0,0766 0.137 — 0,180 0,113 —0,147 0.0876— 0.113 0,0699 — 0,0899 0,0609 — 0.0781 — 0,060
0.16 0,18 0.20 0.22 0.25 0,28 0,30 20,9—33,8 16,5—25,9 13.4—20.5 11,1 — 16.6 8.58—1 ,5 6,82—9,59 5,94 — 8,45 21.4—34,5 16.9 — 26,4 13,7—20,9 11,3 — 16.9 8.76—12,8 6,98-9,99 6,09—8,62 —0,020
3,60 4,00 4.50 0.0413 — 0,0о34 0.0335 — 0,0431 0,0265— 0,0339 0,0423 — 0.0545 0.0343 — 0,0439 0.0271 — 0,0346 —0,080
0,35 0,36 0,38 0 40 0 45 0.50 0.55 0,56 0.60 4,37—6.27 4,12—5,91 3,71—5,26 3,35—4.71 2,64—3,67 2,14 — 2,94 1.77—2.41 1.71—2,32 1.49 — 2.00 4,47—6,39 4.23—6,02 3,79—5,36 3,42—4.81 2,71-3,74 2,19—2.99 1,81—2,46 1,75—2,36 1.52—2,04 —0,025
5,00 6,00 0,0214 — 0,0273 0,0149 — 0,0189 0,0219 — 0.0279 0,0152— 0.0192 —0,080
СПЛАВЫ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ РЕЗИСТОРОВ
251
8. Удельное электрическое
сопротивление манганиновой
неизолированной проволоки
(ГОСТ 10155—75)
Материал р при 20 °C, мкОм*м
Твердый 0,48rt0.05
Мягкий 0,47±0,05
9. Температурные коэффициенты
электрического сопротивлении
маигаиниовой проволоки неизолированной
(ГОСТ 10155 — 75)
Сплав Коэффициент
а„* 10е, Vc Рэ-ю«, 1/'С
МНМцАЖЗ—12— 0,3—0.3 МНМцЗ-12 От — 2 до +10 Св +10 ДО +25 Ch — 1 5 ДО 4-0.5
Примечание. Электриче- ское сопротивление манганиновой проволоки /?z — /?20 114>а(( — — 20) 4- ft (/ — 20)« ] (Ом)
10. Относительное удлинение манганиновой проволоки
исиюлнроваииой (ГОСТ I0I55—75)
Материал Сплав Диаметр проволоки, мм Относительное удлинение б, %
Твердый МНМцЗ-12 0,02—0,0-1 0.05—6.0 Не более 9
Мягкий МНМцЗ—12 М Н Мл А ЖЗ-12—0.3— 0.3 0,05—0.0» 0.10—6,0 Нс менее 10 Не менее 15
И. Диаметр константановой неизолированной проволоки
и предельные отклонения по диаметру (в мм) (ГОСТ 5307—77)
Диаметр прово- локи Предельное от клонение по диаметру Диаметр прово- локи 1 Предельное отклонение по диаметру Диаметр прове- ло КН Предельное отклонение по диаметру
0,020 0.025 0.03 0.01 — 0.002 0,22 0,25 0,28 0.30 0,33 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 — 0,040
0,05 0,06 — 0,004 0,35 0,38 0,40 0,4 5 0,50 0,55 0,60 — 0,020 1.70 1,80 1.90
0.07 0,08 — 0,005 2,00 2,25 .-0,060
0,09 0.65 0,70 0.75 2,а0 2.75 3,00
—0,030
0,10 0,12 0 14 ( 0.15 -0,020 0,80 0,85 0,90 3,50 4,00 4,50 5.00 —0,070
0,16 * 0,18 0,20 1,00 1,10 —0,040
252
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
12. Электрическое сопротивление константановой проволоки
неизолированной (ГОСТ 5307—77)
Диаметр про- волоки. ММ Электрическое сопротивление 1 м проволоки, Ом Ди«зметр про- волоки, мм Электрическое сопротивление I м проволоки. Ом
МЯГКОЙ при удельном электриче- ском сопро- тивлении от 0,45 до 0,48 мкОм-м твердой прн удельном элек- трическом со- противлении от 0,46 до 0,52 мкОм-м мягкой прн удельном электриче- ском сопро- тивлении от 0,45 до 0,48 мкОм* м твердой при удельном элек- трическом со- противлении от 0,46 до 0,52 мкОм-м
0.020 1465 — 2290.75 0,55 1,89 — 2,18 1.94 — 2.36
0.025 936,86—1253,01 0,60 1,59—1,82 1.63—1,97
0,030 650,64—844.16 0,65 1,36—1,59 1,39—1.72
0,010 365,95—458,55 0.70 1,17—1,36 1,20—1,4 8
0,050 234,36—312,88 0,75 1.02—1,18 1,01 — 1.28
0,060 162,72 — 211 2 0,80 0.895—1.03 0.915—1.12
0.070 119,54 — 156,72 0.85 0,793 — 0,909 0,811—0,985
0,080 91,51 — 117,70 0.90 0,707 — 0.807 0,723—0,875
0,090 72,30 — 91.68 1.00 0.573— 0.663 0,586 — 0,718
1 10 0 474 — 0 544 о 484 — 0 589
0,10 37,33—95,48 58.60—103.58 L20 0398 — 0 ,4 54 0 407 — 0.492
0,12 39.79—61.15 40.67—66.24 1,30 0,339—0,385 0 347—9.417
0,14 29,24 — 42.41 29.89—45,98 1,40 0,292—0,330 0,299 — 0,358
0,15 25,47—36,17 26.03—39.19 1,50 0,255—0,287 0,260—0.311
0,16 22.38—31,19 22.87—33,74 1,60 0.224 — 0.251 0,229—0,272
0,18 17,68 — 23,87 18,08—25,86 1,70 0.198 — 0.222 0,203 — 0,240
0.20 14,32—18,86 14.64—20,4 i 1.80 0.177 — 0,197 0,181—0,214
0,22 П,84 — 1о,28 12.10—16.55 1,90 0,158—0.177 0,162—0,191
0.25 9,1"—11,55 9,37 — 12.52 2.00 0,143—0.162 0,146—0,176
0.28 7,31—9,04 7,47—9.80 2,25 О.ПЗ — 0,1'27 0,116—0,138
0.30 6.37 — 7,80 6.51—8,44 2,50 0,0917 — 0,103 0.0937 — 0,111
0.33 6.26—6.37 5,38 — 6,89 2,75 0.076—0,084 0,077—0,092
0,35 4,68 — 5.61 4.78—6.08 3,00 0,064 — 0,071 0,065—0,077
0,38 3 97 — 4,72 4 06—5,11 3.50 0,017—0.052 0,048—0,057
0.40 3.58—4,23 3.66—4,59 4,00 0.936 — 0,040 0.037—0,043
0.45 2,83—3 31 2,89 — 3.58 4,50 0,028—0.031 0,029—0,031
0.50 2,29 — 2,65 2,34 — 2,87 5,00 0,023 — 0.025 0,023—0.027
13. Удельное электрическое
сопротивление проволоки константановой
неизолированной (ГОСТ 5307—77)
14. Механические свойства проволоки
константановой неизолированной
(ГОСТ 5307—77)
Материал р (при 20—25 °C), мкОм- м
Мягкий 0,463=^0,015
Твердый 0,493=0,03
Материал Диаметр проволо- ки, мм Од, МПа б, % не мои ее
Т вердый 0.020 — 5,00 Не менее 650 —
Мягкий 0,10— 0.45 450-650 15
0.50- 5,00 450—650 20
СПЛАВЫ ПЛ Я ПРЕЦИЗИОННЫХ РЕЗИСТОРОВ
253
15. Толщина ленты из константана и допускаемые отклонеинл
по толщине в мм (ГОСТ 5189 — 75)
Толщина ленты Допускаемые отклонения по толщине лепты (при ши- рине ленты от 6 до 300 мм) Толщина лепты Допускаемые отклонения по толщине лепты (при ши- рине ленты от 6 до 300 мм)
нормальной точности повышенной точности нормальной точности повышенной точности
0.10 0,12 — 0.02 — 0.25 0.30 — 0,03 —
0,35 0.40 0.45 — 0,04 -0,03
0,15 0.18 0.20 0,22 — 0,03 — 0,02
—
0.50 — 0.05 — 0,04
0,55 — 0,05 — 0,04 1,10 1.20 — 0.08 — 0,06
0,60 0,65 0,70 0.75 0.80 0,85 — 0.06 —0,05 1.30 1,10 1.50 — 0.09 -0,07
-0.08
1,60 1,70 — 0,10
0,90 1,00 — 0,07 — 0,08 — 0,06 1,80 2,00 -0,11 — 0,10
16. Ширина ленты из константана
и допускаемые отклонения по ширине
(ГОСТ 5189 — 75)
17. Свойства лентн из константана
(ГОСТ 5189 — 75)
Ширина, мм Допускаемые отклонения по ширине ленты, мм, при толщине
До 1 мм вкл. Св. 1 мм
6—175 — 0,5 -0,8
176 — 300 — 0,8 — 1.0
Материал Р. при 20 СС, мкОм* м Ов, МПа
Мягкий Твердый 0,45 — 0,51 400—600 Не менее 650
Примечание. Ленты толщинок 0,30 мм и менее испыта- нию на растяжение не подвергаются.
18. Свойства прецизионных сплавов на никелевой основе
с высоким удельным электрическим сопротивлением
Сплав р, мкОм* м а9- Ю‘, 1/'С Термо-э. д. с. в паре с медью, мкВ/'С Назначение
Н80ХЮД Н63ГХ Н60ГХ 1,4 —1.5 ±2,0 (-1) <ь (-2) Малогабаритные пре- цизионные сопротивле- ния, работающие в ус- ловиях повышенных температур
1,4 —1.7 (-4) е (-5)
254
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
19 Свойства высокоомных сплавов на основе благородных металлов
Состав. % (чарка) p, мкОм- м a9-10‘, I/’C Термо- э. д. с. в паре с медью, мкВ/°С МПа (на- кле- пан- ного) в. % НВ
Au 4- 2 Сг 0,33 0.01 4-7.0
Ли 4- 5 Ni (Зл11-5) 0,123 7.0 - (Зе 5) — 99 (мягкий)
Ли + 10 Ni 0,27 4.9 800
Ли + 2 Ni 4- 4- 2.5 Fe 4- 2.5 Ми 0,69 1.9 690
Аи 4- 7,3 Ni 4- 4-1Cu(3.iHM7.5— I) 0,18 IM* 950 — ——
Pi 4- 2.5Cu (ПлМ2,5) 0,29 11 — (0,5е 5) 400
Pt 4- 8,5 Си (ПлМ8,5) 0.48 2,2 800
Pt 4- 5 W 0,43 8 — — 130
Pt 4- 5 Ni (ПлН4,5) 0,23 18 — (0,5© 5) 800
Pt 4- 8 Nt 0,28 16 — изо 1ЪО (мягкий)
Pl 4- 10 ir (ПлИЮ) 0,25 13,0 4-3.26 630 5.0 94
Pt 4- 20 Ir 0,30 8 — 180 (мягкий)
Pd 4- 15 Си 0,38 4.85 — 930 —
Pd 4- 20 Ni — 950
Pd 4- 10 Mo 0,6 1370 1950
Pd 4- 181 r 0,331 7,5 620 —
Pd 4- 10 Ir 0.27 13,0 4-12.1 1200
Pd 4- 18 Ir 0,37 — — —
Pd 4- 40 Ag 0,42 0.3 —39,4 — 520 (мягкий)
Pd 4- 80 Ag 0.1 5 — 350 (МЯ1 кий)
Pd -h 65 Ag + 5 Си 0 15 4 800 11
Ag 4- 10 Mn 4- 8 Sn 0 50 Приближа- ющийся к нулю (после ста- рения при 175 °C в течение 10 ч) 0,5 390
ЖАРОСТОЙКИЕ СПЛАВЫ
255
СПЛАВЫ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ
РЕЗИСТОРОВ
К высокоомным сплавам для техни-
ческих резисторов предъявляют ме-
нее жесткие требования по величине
температурного коэффициента элек-
трического сопротивления и его ста-
бильности во времени.
Основными сплавами для техниче-
ских резисторов являются мсдно-
никелевые сплавы (табл. 20).
ТЕРМОЭЛЕКТРОДНЫЕ СПЛАВЫ
Тсрмоэлектродпые сплавы приме-
няют для изготовления термопар и
компенсационных провсдов. Сплавы
для термопар должны обладать боль-
шой термо-э. д. с. в паре с другими
металлами или сплавами в интервале
рабочих температур, постоянством
термоэлектрических свойств п устой-
чивостью против окисления н действия
высокой температуры. Сплавы для
компенсационных проводов должны
иметь заданную величину термо-э. д. с.
в паре с определенным металлом или
сплавом и обладать также постоянством
термоэлектрических свойств.
Основными термоэлектродными
сплавами являются никелевые и мед-
но-никелевые сплавы (табл. 21).
Свойства, сортамент, назначение
отожженной термоэлектродной про-
волоки для термопар и компенсацион-
ных проводов приведены в табл. 22—24,
пределы измерения температуры раз-
личными термопарами — в табл. 25,
значения термо-э. д. с., термоэлек-
тродных сплавов в паре с чистой пла-
тиной — в табл. 26.
ЖАРОСТОЙКИЕ СПЛАВЫ
Из жаростойких сплавов изготов-
ляют нагрузочные и нагревательные
элементы. Высокая жаростойкость,
т. е. длительная устойчивость против
окисления и воздействия различных
газов прн рабочей (обычно высокой)
температуре, является главным тре-
бованием для таких сплавов. Жаро-
стойкие сплавы также обладают вы-
соким электрическим сопротивлением
и малым его температурным коэффи-
циентом в широком интервале плюсо-
вой температуры; имеют удовлетво-
рительную жаропрочность, т. е. до-
статочно высокие механические свой-
ства при высокой температуре.
В качестве жаростойких сплавов
для работы при температуре не выше
400—500 °C можно применять меднр-
никелевые сплавы типа константай,
содержащие 40—50 % Ni. В указанном
интервале температур они достаточно
жаростойки, имеют высокое электри-
ческое сопротивление при малом его
температурном коэффициенте.
Для работы при более высокой тем-
пературе (900 -1300 °C) применяют
сплавы на никелевой и железной ос-
нове. Сплавы никеля с хромом (1 и*
хромы) имеют высокую жаростойкость,
высокое электрическое сопротивление
при малом его температурном коэф-
фициенте. Кроме того, они техноло-
гичны, поддаются волочению до тон-
чайших размеров.
Сплавы железа с хромом марок
Х13Ю4 — фехраль, Х25Ю5 — хро-
мель н другие этого типа также имеют
высокое электрическое сопротивление,
ио они менее жаростойки, чем нихромы,
и менее технологичны из-за твердости
н хрупкости при нзго- овлепин прово-
дов малых сечений. Сплав фехраль
имеет сравнительно высокий темпера-
турный коэффициент электрического
сопротивления, в 2—3 раза больший,
чем у нихрома и хромечя, что является
его недостатком. Эти сплавы являются
цепным материалом для изготовления
грубых реостатов и нагревательных
элементов в мощных электронагрева-
тельных установках и промышленных
печах.
Из хромоникелевых сплавов изго-
товляют электрические элементы на-
гревательных печей, плиток, паяльни-
ков, нагрузочные сопротивления Из
проволоки микронных размеров изго-
товляют элементы малогабаритных
сопротивлений, потенциометрические
обмотки.
Жаропрочные сплавы применяют
в виде ленты и проволоки. Свойства
применяемых в промышленности жа-
росто! ких сплавов н области их при-
менения отражены в табл. 27.
В табл. 28—37 приведены размеры п
свойства проволоки и ленты нз жаро-
прочных высокоомных сплавов,
в табл. 38—39 — размеры и свойства
нихромовой проволоки микронных
размеров.
25G
ПРОВОДНИКОВЫЕ МЛ ТЕРИ АЛЫ
20. Химический состав, физико-механические свойства
и технологические характеристики медно-иикелевых сплавов
для технических резисторов
Показатель Сплав ГБ (МН 16) Мельхиор МН19 Нейзильбер МНМЩ5-2О Показатель Сплав ТБ (МН 16) Мельхиор МН19 Нейзильбер МНМц 15-20
Химический с став Основные ком- го йен чы, %: Ni + Со Zn Си Примеси. %: Fe Si Мр Мп РЬ С р Bi As Sb Физические свойства 1 Qc гпл* с V. г/см3 ал- 10е, 1 °C. при 25—100 °C р, мкОм-м аэ-!05, 1/°С Е, ГПа * Числи * * За 100 15.3— 16,3 0.20 0,05 0,002 0.05 0.002 0.002 0.03 0.002 0,002 0.002 0.002 1170 • 9,02 15,3 0.233 26.79 78.00— 8'1.00 гель — ие % лрин 18 — 20 детально 1,5 1.00 0,15 0,05 0.30 0,005 0.01 0.05 0.01 0,002 0.010 0,005 И 90 * ИЗО 8.9 16 0.28 29 НО, 00 рхпяя Кр ята обрас 13.5— 16.15 18-22 0.90 0.50 0.15 0,0-5 0.30 0.02 0,005 0.03 0.005 0,002 0„010 0.002 1080 » 104 0 8,7 16.6 0.26 20 126,00 итическа атываемс ав, МПа, для материала: мягкого твердого опа. МПа. для материала: мягкого твердого б, %. для материала: мягкого твердого ф, %, для мягкого материала НВ для мягкого материала Т ехнол огич веки е характеристики *Г. О’ °C °с 'и. о сс Обрабатывае- мость реза- нием Ли пенная усадка точка, зпаменатег сть резанием лату 310 550 26 G - - Ь — 11 и ж ян Mapi 350 550 100 520 35 4 75 70 1280— 1300 980- ЮЗО 600 — 780 2®0 20 2,29 и я я и ЛО 6 400 G50 110 590 44 2.5 70 1170 800— 970 700 — 750 250 20 2.02 3-3.
21. Химический состав, физико-механические свойства
и технологические характеристики никелевых
и медно-никеоевых термоэлектродных сплавов
Параметр Алюмель НМцАК 2-2-1 Хромель ГНХ 9.5 Хромель КНХ9 Копель МНМц43-0,5 Сплав ТПМН 0,6
X им ической сытав Основные компоненты, %: Л1 S1 1,8-2.5 0.85 2 — —
ТЕРМОЭЛЕКТРОДНЫЕ СПЛАВЫ
257
Продолжение табл 21
Параметр Алюмель НМцАК 2-2-1 Хромель ТНХ 9,5 Хромель КНХ9 Копель MHMU43-0.5 Сплав ТПМН 0,6
Мп 1,8—2,2 0,1 — 1
Сг 9—Ю 8,5—9,5 ——
Ni + Со Остальное 42,5— 0.57—
44,5 0,63
Си Кг —— Остальное
Примеси, %1
Fe 0,30 0.40 0,40 0.14 0.005
Si 0.20 0.20 0,10 0,002
Mg 0,05 0,05 0.05 0,05 ——
Мп _ 0,30 0,30 —1 ——
Си 0,25 0,20 0.20 —— ——
РЬ 0,002 0,002 0.002 0.002 0,005
S 0.02 0,02 0,02 0.01 0,005
с 0,20 0,30 0,30 0.10 0.002
р 0.005 0,003 1 003 0,002 0.002
В1 0,002
As 0,002
Sb 0.002
Всего 0.80 1,40 1,40 0.60 0,10
Физические свойства
<чл. °C 1440 1435 1290 1084
V. г/см’ 8.5 8,72 8,89 8,96
ал-10' при 20 °C, 1/°С 12,8 14,0 —
7., Дж/(см-о*°С) — 0.242 2,71
р, мкОм- м 0,25— 0,6 -0.7 0,40 — 0,031
0,35 0,50
а,-10*. 1/’С 26 4.8 — 1,4 27,58
Е, МПа —< 95 000 120 000
ов, МПа, для материала:
мягкого 620 700 400 270
твердого 920 1040 650 370
б, %, для материала!
твердого 3 — 4 3- -4 3—1 3
мягкого 32 32 38 32
НВ для материала)
твердого 2650 3000 1750— •—*
1800
мягкого 1280 1400 900—950 500—600
Технологические свойства
-с 1480— 1550 1280— 1160 —
л 1500 1300 1180
/г о. °C 1180— 1180—1220 1100- 880—930
1220 1150
с, рс 900—950 850- -900 800—850 500
f °C' *раб шах» *“• 1000 1000 600 100
Назначение Для термопар Для Для тер- Для
компен- мопар и компен-
сацноп- компен- сациои-
пых про- сациои- ных про*
водов пых про- водов
водов
9 Пятин Ю. М. и др
258
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
22. Сортамент и свойства отожженной проволоки
из термо*вектродных сплавов
Сплав Диаметр проволоки / Допускаемое отклоненне по диаметру Св, МПа б, %, не менее Р. мкОм* м Термоэлектри- ческая него мо- reu иость • мВ. нс более V. г/см;
Хромель * • 1.2 —0,08 ^-100 20 0,68Hz 0,05 0.07 (900—1000 СС)
Алюмель ♦♦ >450 25 0.33z±= ^0.05
Хромель 0.5 0,7: 1.2; 1.5 3,2 5.0 1111 СС о С — о о си to rr> с <800 25 0.66 — ^0.05 0,10 (100 СС)
Алюмель <640 30 0,305= = 0.045
Копель С000 20 0,463 =b0.025 0.10 (600 СС)
Сплав НК 450—020 25 0.345zb =SO.O2 0,05 (900— 1000 °C) 8,5
Сплав СА 430—600 8,4
Сплав НЖ 1,2 + 0,03 ^500 20 O.lOi =s0,02 0.1 тыта- рмо-
Сплав СК >450 0,48= = 0,04
ПЭР-30 0.3; 0.5 — 0,03 температур кость терм вов хромел рения темп а рабоч о-э. д с ь н ал к ср ату р его конца )мсль пред» до 1250?С- =0.03 (1200=20 сС)
ПЭР-6 • В ск инн последис •* Про пар, примени 8.0; 1.0 обках й на н* волока еыых д —0,05 казана roMotei нз сила ля нзме = 0,01 (1200=20 °C) [роволоки при нсг означается для те
ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЕ СПЛАВЫ
259
23, Свойства и рекомендуемое применение отожженной проволоки
для компенсационных проводов (ГОСТ 1791—67 •)
Сплав Рекомендуемое применение проволоки Термо-э. д. с. с образцом меди при температуре свободного конца прово- локи 0 °C и рабочего конца 100 ЭС, мВ: р, мкОм-м а С к с б, %, не менее
Жила компенсационного провода В паре с материалом К термопарам номинальная допустимое отклонение (термоэлектрическая пегомогепность)
Хромель 1 (НХ 9.5) Хромель 2 (НХ 9) Положи- тельная Ко- нель Хромель- алюмель -г 2.14 10,15 0.66+ + 0,05 800 25
Копель Хро- мель Хромель- копсль — 4,76 0.4 65 ± ±0.025 600 20
Константан Отрица- тельная Медь Хромель- алюмель —4.10 О,465± ±0.015 400 15
тп Платиноро- дий-платина — 0.64 ±0,03 — 300 25
24. Сортдоеит, свойства и назначение отожженной проволоки для
компенсационных проводов из сплавов хромель, алюмель и копель
Сплав Диаметр прово- локи Допустимые отклонении по диаметру Назначение проволоки Термо- электри- ческая негомо- геиность », мВ, не более Р. мкОм* м °В' МПа 6. %
мм
Хромель 0,30 ±0.01 Для специ- альных про- водов к авиа- ционным тер- мопарам 0.05 (500— 550 °C) 0,68± ±0.05 500 (5
Алюмель 0,40; 0.50 ±0,015 ±0.0! 0.33± ±0,05 450 20
Хромель 0,42; 0,52 0,57; 0,67 По группе точности ГТЗ (ГОСТ 2771-57) Для гибких проводов, работающих в ннтерввле температур от 100 до 400 °C 0,10 (500± ±50 °C) 0.70± J-0,05 800 25
Алюмель 0.35± ±0.05 640 30
Копель 0,45+ ±0.Й5 600 20
* В скобках указана температура рабочего конца проволоки прн испытании последней на негоыогенность термо-э. д. с.
9*
П р и м е ч а и и е. В парсе платиной сплав хромель Т является положитель- ным электродом, сплавы алюмель и копель — отрицательными электродами. □о -j <т. ел л w ю >- из — к> — с’фео-ллелл.мьэ — ©COOOOGO 00000000000о оооооооооооо оооооооо оооооооооооо оооооооооооо рабочего конца. CC I Температура
jsSSwSmcow peebpi.-Jwm^wwjo- »й“88юЕ5>ювсл w SSggSESS SgigS=S3g2gS 2£2Sgg5gg£S2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 gKggSg"'* g§®g“2Sg2°So 3 ? * g — Класс I
3,92—4,16 8 46—8 70ч 13,37-13,61 18 47 — 18,81 23.76—24,20 29,12-29,66 34,46—35,10 39,76—40,50 i _ 8 SSSSSSSSSSSS g 111111111111 § gSSSSSSSSSSS 5 S W W W K5 K5 U3 — — — J x соспкзооьооомоелм ° ; s 3 sssssssss-Xgs i -
3,90—4,14 8,41-8.65 13.30—13.54 18.37 — 18,71 23,64—24,08 28.98-29,52 34,31—34.95 39.60—40.34 1,16—1.32 1.99-2,15 2,67 — 2.83 3,36—2,54 4,13—1.33 4,94—5.16 - 5,81-6,05 6.69-6,95 7,54—7,82 8,35-8.65 9,14—9,46 9 86-10.20 копель 5 ggssssjsseo.w 2 i № si ст w*— ’~-i w ce wo *sj 1ГТТ11TiIITi "
кг-Яб-еткс .ss-?ss8??s-:s оооо'75^010 A №CO “ M ~ о о ►— о о <
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
N5
О
27. Свойства высокоомных жаростойких сплавов
Марка Содержание элементов, % Р, мкОм - м (20 °C) Темпе- ратура окалино- стойко- сти. “С Общая характеристика Примерное назначение
Сг А! Ni
Х13Ю4 * 12-15 3,5-5,5 — 1.26 1000 Окалиностойкостн в окислительной атмо- сфере, содержащей се- ру и сернистые соеди нения; склонны к про- висанию при высоких температурах Проволока и ленты для нагрева- тельных эле ментов бытовых при- боров и реостатов
0Х23Ю5 • 21,5—24,5 1,5—5,5 — 1,37 1200 Провода и ленты для промыш ленных и лабораторных печей, бытовых приборов, реостатов и для спиралей свечей накаливания
0Х23Ю5А * 21,5-23,5 4,5 — 5,2 — 1,35 То же, но с большим сроком службы
0Х27Ю5А ’ 26-28 5-5,8 — 1,42 1300 Проволока и лента для высоко температурных промышленных н лабораторных печей
X15H60 • 15-18 — 55—61 1.10 1050 Окалиностойкость в окислительной атмо- сфере, водороде, ва- кууме. Неустойчивы в атмосфере, содержа- щей серу и сернистые соединения, более жа- ропрочны, чем хромо алюминиевые сплавы Проволока и лента для бытовых приборов, реостатов, промыш- ленных н лабораторных печей
X20H80 20 — 28 — 75 — 78 1.11 1100 Проволока и лента для промыш- ленных и лабораторных печей, микропроволока для малогаба- ритных элементов электрических сопротивлений
X20H80T * Ост 19-23 алыюе Fe. 2-2,9 Ост 1,27 Проволока и лента для промыш- ленных и лабораторных печей
262
ПРОВОДНИКОВЫЕ МА ТЕРИ АЛЫ
28. Удельное электрическое сопротивление проволоки
нз жаростойких сплавов
Сплав Диаметр проволоки, мм р при 20° (номинальное), мкОм* м Допускаемые отклонения. мкОм м
XI5H60 Х20Н80 X201I80T Х28ПБОТЗ X13104 ОХ23Ю5А ОХ 23105 От 0.2 до 0,5 Св. 0,5 до 10.0 От 0,2 до 0,5 Св. 0.5 до 3.0 Св. 3,0 до 10.0 1,11 1,12 1,07 1,09 1,12 1,27 1,26 1,35 1.37 ±0.05
От 0,2 до 10,0 1414 It 1+ росс О ООО СО СП СО CD
29. Диаметр молибденовой проволоки, предельные отклонения ио диаметру
и допускаемые отклонения массы отрезка проволоки длиной 200 мм
(ГОСТ 18905—73)
Диаметр проволоки, мкм Предельные откло- нения ио диаметру, %, для проволоки с точностью изго- товления Допj скаемые откло- нении. % по массе отрезка проволоки длиной 200 мм с точностью изго- товления
1-го класса 2-го класса 1-го класса 2-го класса
От 20 до 29.5 с интервалом 0,5 — =ь2,5 —
» 30 » 39,5 » » 0,5 — =1=1,5 =±=3,0
> 40 » 104,0 » > 1,0 — — ±1,5 =1=3,0
> 105 » 205.0 » » 5,0 — л—« ±1.5 ±3,0
» 210 > 400.0 » > 10,0 —• =1=1,5 =1=3,0
> 420 » 840.0 > > 20,0 =2=1,5 =♦=2,5 — —.
» 850 > 1550,0 > » 50,0 =1=1,5 =±=2,5 — ——
» 1600 » 2500,0 » > 100,0 ±1,5 ±2,5 —
80. Назначение молибденовой проволоки (ГОСТ 18905 — 73)
Марка мо- либдена Группа Состояние поверхности металла Диаметр, мкм Класс том пости изго- товления Назначение
МЧ А Б В Черная Очищенная Отожженная От 20 до 2500 От 20 до 1000 От 20 до I000 1; 2 1; 2 1; 2 Кери для изготовления спиралей нз вольфрама п его сплавов. Крюч- ки, поддержки, плющенка для ра- мочных сеток, а также сетки нз проволоки диаметром выше 150 мкм и другие детали Керн для изготовления спиралей из вольфрама и его сплавов. Крюч- ки радиоламп Различные детали электровакуум- ных приборов
жА РОСТОЙКИЕ СИЛА ВЫ
2G3
Продолжение табл. 30
Марка мо- либдена Группа Состояние поверхности металла Диаметр, мкм Класс точ- ности изго- товления Назначение
МЧ Г Очищенная, отожженная От 20 до 1000 И 2 Сетки электронных приборов из проволоки диаметром более 150 мкм, траверсы, крючки, плющен ка, керн спирален
Д Отожженная От 20 до I000 1 Корн для изготовления спиралей из вольфрама н его сплавов
мс А Черная От 20 до 200 15 2
Б Г Очищенная Очищенная, отожженная От 20 до 200 От 20 до 200 15 2 15 2 Сетки электронных приборов
мк А Черная От 200 до 2500 1; 2 Вводы для спая с кварцевыми п дру гимн высо котемпср атур и ыми
Б Очищенная От 200 до 1000 Ц 2 стеклами и металлизированной ке- рамикой, поддержки и траверсы
В Отожжеииая От 200 до 1000 Ц 2 мощных и некоторых специальных ламп накаливания, катоды газораз-
Г Очищенная, отожженная От 200 до 1000 15 2 рядных приборов и другие детали« которые должны обладать повышен- ной прочностью после высокотем- пературной обработки. Может быть использована в качестве керна при спирализацнн проволоки нз сплава вольфрам—рений для титано-кера- мических ламп
МРН А Черная От G00 до 2500 I; 2 Выводы, керн для изготовления спиралей нз вольфрама и его спла- вов, траверсы
в Отожженная От 600 до 1000 I; 2 Траверсы
г Очищенная, отожжен и • я От G00 до 1000 I; 2 Траверсы
д Отожженная От 600 до 1000 I Керн для изготовления спиралей нз вольфрама в его сплавов
31. Назначение вольфрамовой проволоки (ГОСТ 18903—-73)
Марка воль- фрама Группа Состояние поверхности метал лл Диаметр* мкм Назначение
ВА А Черная От Ю до 1500 Спирали ламп накаливании и других источников света. Спиралеобразные катоды и подогреватели электронных приборов,- пружины полупроводни- ковых приборов
ВА АП Чсрнвя От 10 до 200 Петлевые подогреватели, неспирале- образные катоды, сетки в пружины электронных приборов
264
ПРОВОДНИКОВЫЕ МЛ ТЕРИ АЛ Ы
Продолжение табл. 3!
Марка воль- фрама Группа Состояние поверхности металла Диаметр, мкм Назначение
ВМ А Черная От Н до I500 Спирали специальных1 ламп накали ван ия и другие де* л и приборов, ра- ботающих при температуре не выше 2100 СС в условиях повышенных ме- ханических нагрузок (ударов, вибра- ций)
ВРН А Черная От 800 до 1500 Вводы, траверсы и другие детали приборов, не требующие применения вольфрама со специальными при- садками
ВТ-7 А Черная От 20 до 1500 Крючки, пружины, а также катоды некоторых электронных и газораз- рядных приборов
ВТ-10 А Черная От 25 до 1500 Катоды электронных и газоразряд- ных приборов
ВТ-15 Л Черная От 150 до 1500 То же
ВА Б Очищенная От 11 до 500 Крючки, поддержки, некоторые типы спиралей ламп накаливания, спира- леобразные подогреватели и катоды некоторых электронных и газораз- рядных приборов, пружины
ВА В Отожженная От II до 500 Пружины и другие детали электрон- ных приборов
ВА г Очищенная, отожженная От II до 500 Петлевые подогреватели, нес пи рале- образные катоды, сетки. Спирали некоторых типов специальных ламп накаливания
32. Размеры танталовой фольги и содержание примесей (ГОСТ 24842—81)
Толщина, мм Предельное отклонение, мм Ширина, мм Предельное отклонение, мм Длина, м, не менее
0,006 0,008 0.010 0.012 0.013 ±0.001 От 10 до 40 S=l 100
0,020 0.025 0 030 ±0,002 От 10 до 80
0,040 0.050 ±0,005
Содержание контролируемых примесей (%)( не более
О, n2 С Fe TI SI W + Мо Nb
0 025 0.01 0.01 0,01 0.03 0.006 0,015 0,5
Ж А РОС ТОПКИ Е СПЛАВЫ
265
33. Поправочные коэффициенты для расчета изменения
электрического сопротивления жаростойких сплавов в зависимости
от температуры (для проволоки)
Сплав Значения поправочного коэффициента Z?///?20 прн температуре, СС
20 100 200 300 400 500
X 151160 Х20Н80 Х20Н80Т X201I80T3 X 13101 1,000 1.013 1.013 1.006 1,009 1,001 1,029 1.016 1.01 э 1.021 1,013 1,046 1,021 1,022 1.039 1.025 1,062 1,031 1,029 1,039 1,041 1,074 1,035 1,038 1,046 1,062
0Х23Ю5А 0Х23Ю5 1.002 1,007 1.013 1.022 1.036
Сплав Значения поправочного коэффициента R[/n при температуре, °C 20
ООО 700 800 900 1000 1100
X15II60 Х20Н80 Х20Н80Т Х20Н80ТЗ Х13Ю4 1.073 1.026 1.024 1,034 1.090 1,083 1,019 1,018 1,026 1,114 1,089 1,017 1,016 1.027 1.126 1,097 1,021 1.018 1,019 1.135 1,105 1,028 1,026 1,020 1,038 1,036 1,024
0Х23Ю5А 0Х23Ю5 1,056 1,056 1.063 1,067 1,0725 1,079
* Допускаемые отклонения —3 %. Примечания; 1. Электрическое сопротивление прн комнатной темпе- ратуре определено для каждого сплава после нагрева образца до рабочей температуры и охлаждения с печью. В этом случае электрическое сопротивле- ние /?о0 выше, чем в состоянии поставки (после нагрева до рабочей температуры 1 и охлаждения в воде) для сплава Х15Н60 на 3 %, для сплавов Х20Н80 и Х20Н8ПТ иа 5 %, для сплава Х20Н80ТЗ на 2 % и ниже, чем в состоянии поставки (после нагрева до рабочей температуры и охлаждения в воде), для сплава X13IO1 на 2 %, для сплавов 0Х23Ю5 и 0X23 ЮЗА на 4 %. 2. Rto — сопротивление при 20 °C; 2?^ — сопротивление прн температуре L
34. Удельное электрическое сопротивление
и механические свойства ленты из жаростойких сплавов
Сплав Толщина ленты, мм р, мкОм- м V. %
Х15Н60 От 0,20 до 0,5 Св. 0.5 От 0,20 до 0,5 Св. 0,5 до 3.0 1,06—1,16 1.07 — 1,17 1,02—1,12 1,04—1,14 22
Х20Н80 20
Х13Ю4 1,18—1,34
0Х23Ю5 От 0,20 до 3,20 1,29—1,45 14
0Х23Ю5А 0Х27Ю5А 1,30—1.40 1.38—1 45 12
266
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
35. Размеры (в мм) ленты из жаростойких силанов
Толщина Допускаемые откло- нения по толщине Ширина Допускаемые откло- нения по ширине
0.020; 0,030; 0.010 0.20; 0,22; 0,25 0,28; 0,30; 0,32 0.35; 0.3G; 0.40 0,45; 0,50 0.55; 0,00; 0.70 1.00 1,10; 1,20 1.40; 1.30 1,60; 1.80 2,00 2,20 2,50; 2,80; 3,00 3,20 -4-0.01 2—5 —
G-60 — 0,2
2iz0,0l5
4-0.020
— 0.3
^0.03
10—60 — 0,4
-t-O.Oi
4-0.05
10— 100
20—100
=ь0.06
36. Поправочные коэффициенты для расчета изменения
электросопротивления жаропрочных сплавов в зависимости от температуры
(для лен гы)
Сила» Значения поправочного коэффициента при нагреве до температуры, °C
20 100 200 300 400 500 600
X13104 0X23103, 0Х23Ю5А 0Х 27 ЮЗА \1MI6O Х20Н80 1,000 1,004 1,002 1,000 1,013 1,006 1,013 1.007 1,000 1,029 1,016 1,025 1,013 1,010 1.010 1,024 1,041 1.022 1,010 1.062 1,031 1,062 1.036 1,020 1,014 1.035 1,090 1,056 1.030 1,073 1,026
Сплав Значения поправочного к до тек оэффиннента RJR пературы, °C оО при нагреве
700 800 900 1000 1100 1200 1300
X 13104 0Х23Ю5, 0Х23Ю5А 0Х27Ю5А • X15II60 Х20Н80 1,114 1.0G3 1.030 1,083 1,019 1,126 1,067 1,030 1,089 1.017 1,135 1,072 1,010 1,097 1,021 1,076 1,040 1,105 1,028 1.079 1,040 1,038 1.080 1,040 1,040
37. Температурные коэффициенты электросопротнваения
для ленты из жаропрочных сплавов
Сплав Режим термической обработки осэ-1О4, 1/°С, в интервале температур, °C
От —60 ДО 4-20 От 4-20 ДО 4-Ы) О 4-60 до 4-100
0X23105А Выдержка при 750 СС 30 мни. охла- ждение с печью до 150 °C; выдержка 48 ч 0,14 0,13 0.20
ЖАРОСТОЙКИЕ СПЛАВЫ
267
Продолжение табл. 37
Сплав Режим термической обработки аэ‘10\ 1/сС, в интервале температур, °C:
От —60 до +20 От +20 до +60 От +60 до +100
XI5H60 Х20Н80 Выдержка при 850 СС 30 мни, охла- ждение с печыо до 150 СС, выдержка 48 ч Выдержка при 1000сС 30 мин, охла- ждение с печыо до 400 СС, выдержка 100 ч 1.4 1.0 1.5 0,9 1.6 0,9
38« Относительное удлинение проволоки
из сплавов высоко, о электрического сопротивления
тончайшей и наитончайшей (ГОСТ 8803—77)
Номии алъный проволоки диаметр мм Относи- тельное удлинение проволоки, %, не менее, из сплавов марок Номинальный диаметр Относи- тельное удлинение проволоки, %, не .менее, нз сплавов марок
Х20Н80-ВИ, Х20Н80, X 151160. ЭП277-ВИ Н80ХЮД-ВИ Х20Н80.ВИ, Х20Н80, XI5H60. ЭП277-ВИ П80ХЮД-ВИ
проволоки мм
От 0,009 до 0,12 4 — Св. 0,050 до 0,0'0 16 14
Св. 0,012 > 0,018 8 —— > 0,070 > 0,090 16 15
От 0.018 » 0.025 12 8 » 0.090 » 0.120 18 15
Св. 0 025 » 0,040 12 10 > 0,120 > 0.150 20 15
» 0,050 16 12 » 0.150 » 0.100 20 18
39. Электрическое сопротивление 1 м нихромовой проволоки
микронных размеров *
Номинальный диа- । метр проволоки, мм Сплав Х20Н80 Сплав X15IJ60 Номинальный диа- метр проволоки, мм Спл а в Х20Н80 Сплав Х15Н60
р, мкОм, м (расчетное) г, Ом/м (по- минальное) р, мкОм-м (расчетное) г, Ом/м (но- минальное) р, мкОм-м (расчетное) г. Ом/м (но- минальное) р, мкОм' м (расчетное) г, Ом/м (но- минальное)
0.0009 0,010 0,011 0,012 0.014 0, 016 0.018 0,98± гь0,05 15 400 12 500 10 300 8 600 6 630 5 000 4 010 — — 0.020 0,022 0,025 0,028 0,030 0 032 0.036 1,05 ± ±0,05 3 340 2 765 2 140 1 700 1 485 1 310 1 030 — —
I,02=fc ±tO,O5
2G8
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл. 39
ж
Сплав
Х2ОН8О
Сплав
XI5I160
Сплав
Х20Н80
Сплав
Х15Н60
о
5
О, (НО
О 050
0.060
0,070
0,080
0.090
0,10
0,11
0.12
0,14
0.15
!.05±
±0.05
835
535
372
273
209
165
134
III
93.0
69,5
60,5
1 084-
ТО. 05
137
114
95,5
70,0
61,0
0,16
0,18
0.20
0,22
0.25
0.28
0 30
0.32
0,35
0,36
0.40
53,2
42.0
34,0
28.2
21.8
17.1
15,1
13.3
II.I
10,5
8.5
1,08±
±0,05
53,7
42,5
34.4
28,4
22,0
17,6
15,3
13.5
11,2
10.6
8,6
♦ Температурный коэффициент аэ равен 16« 10“в 1/сС для сплава X15I160
и 8,5-10~* !/°С для сплава Х20Н80- Допускаемое отклонение ±10%,
ПРОВОДА
В приборостроении проводниковые
материалы применяют также в виде
обмоточных н монтажных проводов
(табл. 40—43).
Обмоточные провода применяют в ка-
тушечных изделиях, при изготовле-
нии обмоток приборов, электрических
устройств, аппаратов, машин. Их изго-
товляют с эмалевой, волокнистой и
пленочной изоляцией.
Провода с эмалевой изоляцией от-
личаются эластичностью, нагрево-
с тонкостью и электрической проч-
ностью, а также соответствующей ме-
ханической прочностью эмали при исти-
рании. Они имеют минимальную тол-
шину по сравнению с другими обмо
точными проводами. Их недостатком
является наличие точечных поврежде-
ний, получающихся нз-за несовершен-
ства технологии Эмалирования По-
этому в ответственных случаях об-
мотку из эмалированных проводов
следует пропитывать электроизоля-
ционными лаками. Вероятность нали-
чия точечных повреждений эмали
уменьшается с применением эмалиро-
ванных проводов с высокопрочными
эмалевыми покрытиями.
40. Характеристики медных монтажных и обмоточных проводов
по ГОСТ 6323 — 79, 16512 — 80, 7019—80 и 10349 — 75
Провод Диаметр прово- локи без изо- ляции или се- чение жил, мм Характеристика провода Область применения
ПБ IIБ У 0 1.18—3.20 (а = 1,00-ь 5.60; Ь = 3,00-ь 19,3) а — 1,8 — 3.G0. b = 6,7-ь 19.50 Круглый или прямоугольный провод, изолированный лен- тами кабельной или телефон- ной бумаги Прямоугольный провод, изо- лированный лентами кабель- ной высоковольтной уплот- ненной бумаги Для монтажа в ап- парата- и приборо- строен ин
ПРОВОДА
269
Продолжение т л б л. 40
11ровод Диаметр прово- локи без изо- ляции или се- чение жил, мм Характеристика прогода Область применения
псд ПСДК МШДЛ МЭШДЛ МГШД мгсл мгслэ ПВ14-ПВ4 0,5—5,2 0,5—5,2 1.0—1,6 1,0—1.6 0,7 —1,3 1,6—2,6 2,2—3,2 От 0.5 им1 Круглого нлн прямоугольно- го сечения, изолированный двумя слоями стеклянных ни- тей с подклейкой и пропиткой нагрева стойким лаком Круглого пли прямоугольно- го сечения, изолированный двумя слоями обмотки нз стеклянных нитей с подклей- кой и пропиткой кренимйор- ганическнм лаком Однопроволочный с двойной обмоткой нз капроновой ни- ти, лакированный Однопроволочный эмалиро- ванный с двойной обмоткой из капроновой нити, лакиро- ванный Многопроволочный с двойной обмоткой из капроновой нити Многопроволочный в обмотке и оплетке из стекловолокна, лакированный Мпогопроволочиый в обмотке и оплетке из стекловолокна, лакированный н экранирован- ный Провод е поливинилхлорид- ной изоляцией
Применяются в ап- паратостроен и и в качестве обмо- точных проводов
Для фиксирован- ного монтажа аппа- ратов, электриче- ских машин и при- боров
Для монтажа аппа- ратов н приборов
41. Характеристики медных эмалированных проводов
Провод Диаметр про- вода по меди, мм Характеристика изоляции провода Область применения (допустимая температура)
ПЭЛ 0,05—2,44 Лакостойкая эмаль Для намотки катушек в электрических при- борах (105СС)
ПЭЛ У Лакостойкая эмаль с утол- щенным слоем изоляции
ПЭВ-1 0.06—2,44 Высокопрочная эмаль Для обмоток в элек- трических приборах и аппаратах (ПО СС)
ПЭВ-2 Высокопрочная эмаль с утолщенным слоем изо- ляции
пэвп а = 0.5—1,95 толщина; b = 2.1—8.8 ширине Высокопрочная эмаль и а проводе прямоугольного сечения
ПЭЛР-1 ПЭЛР-2 0,1 — 2,44 Высокопрочная эмаль с утолщенным слоем изо- ляции — эмаль
270
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
42 Характеристики обмоточных проводов
с волокнистой и пленочной изоляцией
Провод Диаметр про- вода без изо- ляции, мм Характеристика изоляции медного провода
ИБО ПБД псд ПЭЛБО ПЭЛ КО ПЭЛ БД пэлшо ПЭЛШД пэлшкд ПЭТКСО ПЭЛ в пэввп 0.2—2,1 0.2—5.2 0.31—5,2 Одни слой обмотки из хлопчатобумажной пряжи Два слоя обмотки из хлопчатобумажной пряжи Два слоя обмотки из стекловолокна, подклеен- ной н пропитанной теплостойким лаком Эмаль н один слой обмотки из хлопчатобумаж- ной пряжи Эмаль н один слой обмотки из капронового во- локна Эмаль и два слоя обмотки из хлопчатобумажной пряжи Эмаль и один слой обмотки из натурального шелка Эмаль н два слоя обмотки из натурального шелка Эмаль н два слоя обмотки из капронового шелка Нагревостойкая кремиийорганическая эмаль н одни слой обмотки из стекловолокна, подклеен- ного на кремнийорганнческом лаке Лакостойкая эмаль и слой полихлорвинила Высокопрочная эмаль (вмннфлекс)
е,2—2,1
р р с Vi Ql tc 1 1 JO to
0.72—0.96
0.35—1,56 1.25—1.68 1.0—2.1
43 Характеристики алюминиевых эмалированных проводов
Провод Диаметр провода по алюминию, мм Характеристика изоляции провода Область применения (допустимая температура)
ПЭ А ПЭАТ 0,09—0,55 0,03—0,55 Лакостойкая эмаль иа высыхающих маслах Высокопрочная эмаль Для намотки катушек в элек- трических приборах и аппа- ратах (105 °C) Для обмоток в электрических приборах и аппаратах (НО— 115’0
Провода С ВОЛОКНИСТОЙ изоляцией
имеют невысокие изоляционные свой-
ства из-за гигроскопичности изоляции.
Это в основном относится к хлопчато-
бумажным и шелковым проводам. Ги-
гроскопичность стеклянных н капро-
новых проводов меньше При приме-
нении для обмоток проводов с волокни-
стой изоляцией требуется последую-
щая просушка и пропитка обмоток
изоляционными лаками.
Провода с пленочной изоляцией по
сравнению с другими проводами обла-
дают лучшими изоляционными свой-
ствами. Они имеют высокую электри-
ческую прочность.
Глава 3. КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Электрические контакты в зависи-
мости от их конструкции, условий экс-
плуатации и износа подразделяются
иа неподвижные, разрывные и сколь-
зящие.
К разрывным относятся контакты,
предназначенные для периодического
размыкания и замыкания электриче-
ской цепи. Этот тип контактов самый
многочисленный и разнообразный по
разрываемой мощности, току и на-
пряжению.
К скользящим контактам относятся
подвижные контакты, в которых кон-
тактирующие части скользят друг по
другу без отрыва.
Большинство электрических кон-
тактных устройств содержит элементы
разных типов контактов.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ТЕОРИИ КОНТАКТИРОВАНИЯ
Основной задачей теории контакти-
рования является анализ статических
и динамических процессов, происходя-
щих на рабочей поверхности контак-
тов. Сюда относятся вопросы опреде-
ления переходного сопротивления и
нагрева контактов, образования и раз-
рушения пленок, электротермической
эрозии и переноса материала, а также
вопросы борьбы со слипанием и сва-
риванием контактов.
Переходное сопротивление контак-
тов появляется в результате умень-
шения площади сечения трубок тока
ва счет нх стягивания в местах дейст-
вительного перехода тока с одного
контакта на другой (рис. 1). При сбли-
жении плоских контактов сначала со-
прикасаются наиболее выступающие
шероховатости, ио по мере увеличения
силы нажатия соприкоснувшиеся вы-
ступы сплющиваются. При этом уве-
личиваются размеры площадок дейст-
вительного соприкосновения и воз-
растает их число, так как в соприкос-
новение вступают все новые и новые
выступы. Контакты сближаются до
тех пор, пока сила нажатия не уравно-
весится реакцией деформированных
выступов. Общая площадь действитель-
ного соприкосновения обычно состав-
ляет лишь малую долю кажущейся
площади соприкосновения и полностью
определяется силой нажатия. Поэтому
переходное сопротивление не зависит
от размера контактов и уменьшается
С увеличением силы нажатия.
По величине и форме шероховатости
(в зависимости от способов обработки
поверхности) могут быть весьма раз-
нообразны. Поэтому прн выводе фор-
мулы переходного сопротивления при-
ходится делать некоторые допущения.
Например, площадки действительного
соприкосновения приходится считать
круглыми и одинаковыми по величине,
а распределение линий тока в теле
контакта — радиальным (рнс. 2). При
этих условиях линии тока распреде-
ляются аналогично линиям электро-
статического поля заряженной круг-
лой пластинки.
Для выведения формулы переход-
ного сопротивления точечного кон-
такта пользуются тем обстоятельством,
Рис» 1 Графическое представление пере-
ходного сопротивления контактов
272
КОНТАКТНЫЕ МА ТЕРИЛЛЫ
Рис. 2. Распределение линий тока в те-
ле ков1такта
что связь между зарядом, напряже-
нием н емкостью выражается тем же
уравнением, что н связь между силой
тока, напряжением и проводимостью,
т. е. известным соотношение0м
G v
’с~^>
где G — проводимость, Ом-1; С — ем-
кость, Ф; v — удельная проводимость
1/(Ом-см); г0—диэлектрическая по-
стоянная, Ф м.
При переходе от проводимости к со-
противлению эта формула принимает
вид
с •
где р — удельное электросопротив-
ление, Ом-см.
Так как площадка оирикосиовенпя
шероховатостей представляет круг,
диаметр d которого весьма мал по
сравнению с размерами контактов, то
под С можно понимать емкость между
пластинкой диаметром d и бесконеч-
ностью. В этом случае
С = 2de0, (3)
где d — диаметр пластинки, см.
Из выражений (2) и (3) получается
формула для так называемого сопро-
тивления стягивания г, —Д. - От-
2а
сюда переходное сопротивление обоих
контактов выражается формулой
r _ Р1 + Рг
rn--rj—,
где Р| н р, — удельные сопрот! вления
материалов контактов, Ом-см
У точечных контактов площадь со-
прикосновения принято вычислять по
формуле
™1г _ Flt
4 Ос ’
где FK — сила нажатия контактов, Н;
Ос— временное сопротивление смятию
наиболее пластичного нз материалов.
Отсюда переходное сопротивление
точечного контакта
(01 + Ра) /лос
k
с0,5 » (4)
1 к
где
(Р1 + Pi) К ЯР
(5)
k
4
Если материал обоих контактов оди-
наков, то
(в)
Однако значения, вычисленные по
этой формуле, ниже тех, которые
наблюдаются в действительности. Так,
для меди р = 1,7-10-в Ом-см и ос =
— 45 000 МПа, откуда йен = ЫО”4.
По экспериментальным данным раз-
личных авторов, величина &си для
точечных контактов из меди колеблется
в пределах от 1,5-10 4 до 2,6-10~4.
Несоответствие результатов вы-
числения по формуле (4) опытным дан-
ным свидетельствует о несовершенстве
этой формулы, расхождение же ре-
зультатов опытов может быть объяс-
нено широкими допусками на меха-
нические свойства меди. Так, предел
упругости твердой меди может изме-
няться от 280 до 350 МПа, а вариация
предела упругости изделий еще более
значительна. Недостаток формулы
(4) заключается в том, что в ней не
учтены условия нагружения и явления
упрочнения материала. Для точеч-
ного контакта условия нагружения
материала приближаются к условиям
всестороннего сжатия, а напряжения
упругих деформаций могут значи-
те тьно превышать не только предел
упругости, но даже и величину пре-
дела прочности. Примером могут
служить шарикоподшипники, у кото-
рых допускается напряжение
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ КОНТАКТИРОВАНИЯ
273
50 000 МПа, тогда как предел упруго-
сти натерт ала шариков составляет
всего 9000 МПа.
Теоретически доказано и подтвер-
ждено опытом, что среднее давление рс₽
при условии пластического течения
материала выражается (при отсут-
ствии упрочнения) формулой
Рср =
где Оу — предел упругости при растя-
жении.
При смятии точечного контакта ме-
талл подвергается значительному
упрочнению. Это приводит к увеличе-
нию предела упругости, н при расчете
приходится пользоваться «представи-
тельным» пределом упругости. Опыты
с упрочненной медью показали, что
для иее представительный предел уп-
ругости в 2 раза выше предела упруго-
сти при растяжении. Если принять,
что коэффициент упрочнения для
всех металлов одинаков, то формула
площади точечного контакта примет
nd2 FK FK _
вид — - —— — ^-11-. Отсюда для
4 Рср ООу
параметра k получаем формулу
(7)
Среднее значение предела упруго-
сти меди Оу составляет 3200 МПа.
Поэтому при вычислении по формуле
(7) для меди получается величина
Д=2,Ы0-1, почти совпадающая со
средним значением, полученным по
опытным данным:
kCP = -1,5-+ 2,6 10-« = 2,05 - I0-*.
Для других материалов константа kx
может быть вычислена по формуле
^ = 2,1 10~* (8)
Рс« V Орси
У линейных контактов площади дей-
ствительного и кажущегося сопри-
косновения почти одинаковы. Опытом
установлено, что в этом случае пока-
затель степени при FK колеблется
в пределах 0,5—0,7 и в большинстве
случаев равен 0,6. Переходное сопро-
тивление линейного контакта
k
(9)
У плоских контактов переход тока
совершается в и местах. Если все
поверхности действительного сопри-
косновения при этом одинаковы, то
иа каждую прихо. птся усилие в п раз
меньшее, чем FK. Сопротивление одно-
го места перехода определяется, со-
гласно формуле (4) выражением г/ —
= —г. Так как все эти сопроти-
ГК(/п
вления соединены параллельно, то
переходное сопротивление плоского
контакта определяется по формуле
Г1 k
гпл = — = —. В первом при-
п v nFK
ближепии число мест перехода про-
порционально силе нажатия контак-
тов: п = cFK, отсюда
k _____ kf
Гпл~ FK]/~c ~F^
(10)
Опыт показывает, что kf = k. По-
этому в общем случае формулу пере-
ходного сопротт вления (в Ом) контак-
тов можно представить в виде
= 21 • Ю-з.
(,Си^ °рСи
(Н)
где р — удельное электросопротивле-
ние, ор — предел упругости; FK —
сила нажатия контактов, Н; b — по-
казатель степени (для точечных
контактов b = 0,5, для линейных b —
— 0,6 И ДЛЯ ПЛО1 костных b = 1).
Формула (11) справедлива только
для чистых неокисленных контактных
поверхностей. Сопротивление контак-
тов, бывших в эксплуатации, может
оказаться в десятки и сотни раз боль-
шим вследствие наличия оксидных пле-
нок и загрязнений. В этом случае
сила нажатия контактов должна быть
достаточной для продавливания
пленки окислов и загрязнений. Если
сила нажатия недостаточна, может
произойти электрический пробой
274
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Рис. з. Зависимость переходного со-
противления от падения напряжения
на контактах KU
М0-
контакты. Спе-
та к
изолирующей пленки, и в месте про-
боя возникает металлический
стнк, соединяющий
каине контактов нежелательно,
как оно затрудняет нх размыкание.
Переходное сопротивление контактов,
работающих в течение длительного
времени, определяют по эмпириче-
ской формуле (в Ом)
'к=-^10-8,
к
где FK — сила нажатия, Н. Она долж-
на быть как можно меньше во избе-
жание перегрева и окисления контакт-
ных поверхностей. В этом случае
контактное усилие должно быть та-
ким, чтобы отношение силы к кажу-
щейся площади контакта составляло
не менее 20 МПа.
Нагрев контактов Температура кон-
тактов при их длительной работе не
должна превышать 50—70 СС для окис-
ляющихся материалов и 100—125 СС
для иеокисляющихся. В первом случае
допустимая температура ограничена
резким возрастанием скорости кор-
розии прн температуре выше 80 °C,
а во втором — опасностью уменьшения
механической прочности контактов
и нх сваривания. У большинства не-
окисляющихся контактных матери-
алов при температуре свыше 150 СС
прочность начинает уменьшаться,
а при 400 СС наступает значительное
размягчение. Тепло в контакте прак-
тически выделяется только вблизи мест
действительного соприкосновения,
и поэтому температура переходного
слоя всегда значительно выше темпе-
ратуры тела контакта. Так как дей-
ствительная структура шероховато-
стей контактной поверхности неизве-
стна, то формулы, основанные на
расчете идеализированных поверх-
ностей вроде пирамид или выпукло-
стей, пригодны только для прибли-
зительной оценки Однако прямое из-
мерение температуры переходного
слоя трудно осуществимо, и поэтому
о нагреве мест действительного пере-
хода тока судят по виду характери-
стики зависимости переходного со-
противления от падения напряжения
иа контактах А £7 (рис. 3).
Если увеличивать ток, а следова-
тельно, и падение напряжения, то
переходное сопротивление сначала
возрастает в результате увеличения
температуры соприкасающихся вы-
ступов, а затем, по достижении неко-
торого критического значения Д£/цр,
резко падает. Это объясняется размяг-
чением материала выступов, вслед-
ствие чего резко увеличивается пло-
щадь действительного сопри коснове-
ипя контактов. Опытом установлено,
что критическая величина падения
напряжения зависит только от мате-
риала контактов и не зависит от силы
нажатия. Эго дает возможность выби-
рать допустимую величину ДОдоп па-
дения напряжения, при котором тем-
пература контактов не превышает за-
данную. Зависимость между ДОдоп
и ДОКР легко установить исходя из
энергетического баланса Р« = Ро,
где Рк — мощность, затрачиваемая на
нагрев; Ро — мощность, отводимая
путем охлаждения.
Так как Ри = 0,24 и Ро=
= А0500, где г — сопротивление кон-
такта при нормальной температуре;
а — температурный коэффициент со-
противления; 0 — превышение темпе-
ратуры нагретого слоя; — коэф-
фициент теплопроводности; So —
поверхность охлаждения, то
(ДО)2 = АО (1 + аб);
l__г^о$о
0,24 ’
отсюда
ДЦ1ПП __
ДОК₽
1 f 0д|'П + гсОдсп)
г 0KF (1 + а0Кр)
(12)
ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПЛЕНОК
275
Критическую величину 6КР можно
принять одинаковой для всех метал-
лов и равной 400 °C. Для вычисления 6
иногда пользуются формулой
8Ар ’
где ДУ — падение напряжения
в контактах, В; X — коэффициент те-
плопроводности материала, Вт/(см-°С);
Р — удельное электросопротивление,
Ом-см.
Переход от применения маломощных
контактов к использованию контактов
средней и большой мощности может
быть осуществлен без изменения формы
контактов. Однако при этом необхо-
димо увеличивать не только силу на-
жатия, но и геометрические размеры
контактов, чтобы их поверхность была
достаточна для интенсивного отвода
тепла от переходного слоя в окружа-
ющую среду. Поэтому нередкг кон-
такты рассчитывают по кажущейся
плотности тока /, т. е. по величине
отношения силы тока к кажущейся
площади соприкосновения. У комму-
тационной аппаратуры j в среднем
равно 0,1—0,15 А/мм?. Однако на
практике встречаются надежно ра-
ботающие контакты, у которых кажу-
щаяся плотность тока значительно
отличается от приведенной величины.
Окончательный выбор кажущейся
плотности тока и размеров контактов
следует устанавливать на основании
опытной проверки.
ОБРАЗОВАНИЕ И
РАЗРУШЕНИЕ ПЛЕНОК
Пленки, возникающие на рабочей
поверхности контактов, могут быть
органического и неорганического
происхождения. Образованию пленок
способствуют электрические разряды
при коммутации контактов, но пленки
могут возникать и на разомкнутых
контактах. Источником материала
пленок являются органические и не-
органические пары н газы, содержа-
щиеся в окружающей атмосфере и
химически активные компоненты ма-
териала контактов.
Основные причины возникновения
пленок в разомкнутом состоянии —
это химические реакции с образова-
нием сульфида серебра, органических
соединений вольфрама и т. nJ под
нагрузкой — химические реакции С об-
разованием окнелов, вольфраматов,
молибдатов и т. п., а также разложение
органических параметров.
Пленки уменьшают слипание и тре-
ние между контактами, но увеличи-
вают переходное сопротивление. При
отсутствии электрических разрядов
механизм образования пленок в общих
чертах заключается в следующем. Мо-
лекулы окружающих газов и паров
адсорбируются поверхностью кон-
такта Через некоторое время эти
молекулы диссоциируют при одно-
временном электронном обмене с ад-
сорбирующей средой (химическая ад-
сорбция). Ионы металла освобо-
ждаются из пространственной ре-
шетки и вступают в соединения с хи-
мически адсорбированными ионами
газа, образуя пленку, равномерно
покрывающую поверхность кон-
такта.
При наличии электрических разря-
дов механизм образования пленок
усложняется. Под влиянием высокой
температуры разрядов возникают
стекловидные смешанные окислы и
нитриды, образующие неравномерные
по толщине пленки, локализованные
вблизи мест разрядов. Последующие
разряды могут вызвать частичное
разложение пленок и очищение кон-
тактной поверхности, но в большин-
стве случаев скорость образования
пленок выше скорости очищения даже
на контактах нз благородных метал-
лов. Наличие пленки существенно из-
меняет величину переходного сопро-
тивления контактов. Ниже приведены
значения удельного сопротивления
некоторых окнелов, часто образую-
щихся на поверхности контактов.
УУО3 Cu2O NiO
Удельное сопро-
тивление окислов,
Ом-см, прн силь-
ном отклонении от
стехиометрического
состава . . . • 1 10я 10я
То же без откло-
нения.............10“ 10*® 10я
Пленки окислов по электрическим
свойствам близки к изоляторам. При
276
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
соприкосновении контактов, покры-
тых пленками, прохождение тока воз-
можно в результате электрического
пробоя, фриттннга и механического
раздавливания пленки. Явление
фриттннга заключается в том, что при
условии, когда напряженность элек-
трического поля в пленке достигает
ве ичипы порядка 10е В/см, ток через
контакты резко возрастает, а напря-
жение па контактах падает до 0,3—
0,5 В. Это падение напряжения, как
правило, несколько ниже того, при
котором наступает плавление металла
в точках соприкосновения. Полной
теории фриттннга еще ист. Есть осно-
вание предполагать, что фрпттпнг яв-
ляется следствием теплового пробоя
пленки и се электролиза в местах по-
вышения температуры. Электрический
пробой и фрпттпнг могут вызвать обра-
зование металлических мостиков,
пронизывающих пленку. Это при-
водит к спеканию и даже свариванию
контактов. Механическое раздавлива-
ние пленок требует применения до-
вольно значительной силы нажатия
контактов. Поэтому для облегчения
механического разрушения пленки
применяют «ход в контактах», т. е.
взаимное смещение контактов после их
соприкосновения. Для контактов,
у которых сила нажатия п взаимное
скольжение невелики, применяют
главным образом сплавы благородных
металлов. Неблагородные металлы
в этом случае добавляют лишь для
улучшения механических свойств.
Из неблагородных применяют только
очень твердые металлы (например,
вольфрам), допускающие большие
контактные давления, при которых
пленка продавливается и разрушается.
Менее твердые металлы и сплавы, на-
пример бронзу, применяют только
в контактах с большим взаимным
скольжением, например в щеточных
контактах, при движении которых
слой окислов стирается.
Электрический износ вызывается
плавлением, испарением, распыле-
нием и переносом материала с одного
контакта на другой под воздействием
высокой температуры и электромаг-
нитных полей. Совокупность этих явле-
ний называется эрозией. При электри-
ческом износе на поверхности кон-
тактов образуются неровности, на-
плывы и трещины, уменьшающие вес,
а также на одном из контактов обра-
зуется кратер (впадина), а на другом —
выступ в форме иглы пли бугорка.
Электрический износ особенно силь-
но проявляется в цепях постоянного
тока, содержащих индуктивность.
В основном он определяется энергией
и формой электрического разряда и
тугоплавкостью материала контактов.
Наиболее вредной разновидностью
электрического износа является пере-
нос металла с одного контакта на дру-
гой, что приводит к значительному
изменению формы контактов и даже
их сцеплению. Интенсивность п напра-
вление переноса зависят от характера
разряда и неодинаковы при замыка-
нии и размыкании. Схема переноса
приведена в табл. 1. Если ток в кон-
такте меньше предельного тока /0
образования дуги, то при размыкании
возникает искра. На катоде при этом
образуется игла, а на аноде — кратер.
Аналогичная картина наблюдается
и при замыкании. Результирующий
перенос при замыканиях и размыка-
ниях тока направлен с анода на катод.
Если /к > /0, то при размыкании
возникает дуга, кратер образуется на
катоде, а выступ, имеющий форму
бугорка, — на аноде. При замыкании
в этом случае по-прежнему возникает
искра и перепое происходит с анода
на катод, ио менее интенсивно, чем
при размыкании, а результирующий
перенос происходит с катода иа анод.
Если же ток /к значительно больше,
чем /0, то картина переноса при раз-
мыкании снова меняется, и выступ
образуется на катоде. Перенос в этом
случае становится наиболее интен-
сивным, а эрозия распространяется
почти по всей поверхности контактов.
Картина переноса при замыкании кон-
тактов по-прежиему остается неизмен-
ной Результирующий перенос на-
правлен с анода иа катод.
В случае, если дуга гасится емко-
стью, положение контактов при раз-
мыкании не меняется, но при замыка-
нии под воздействием энергии, запа-
сенной в емкости, возникает короткая
дуга, вызывающая интенсивный пере-
нос металла с анода на катод. Из
табл. 1 следует, что по мере увеличения
ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПЛЕНОК
277
размыкаемого тока направление пере-
носа дважды меняется на обратное
и дважды перенос становится равным
нулю. Границы разделения контактов
на слаботочные, среднепагруженные
и сильноточные обусловлены отсут-
ствием переноса металла.
Направление и интенсивность
переноса зависят непосредственно от
соотношения температур катодного
и анодного пятеи электрического раз-
ряда, которое изменяется при изме-
нении формы и интенсивности раз-
ряда. Металл, находящийся в распла-
вленном и парообразном состоянии,
переносится силами поверхностного
натяжения, электрическими полями,
а также путем конденсации на контакт
с меньшей температурой. Часть ме-
талла при этом рассеивается в про-
странстве в виде брызг и пара. Раз-
брызгивание исключает возможность
изготовления мощных контактов нз
легкоплавких металлов, например
меди или серебра. Простая замена
легкоплавкого металла тугоплавким,
например вольфрамом, в данном слу-
чае недопустима вследствие высокого
переходного сопротивления. Поэтому
для изготовления мощных контактов
применяют композиции, представля-
ющие собой равномерную смесь туго-
плавкого и легкоплавкого компонен-
тов, например вольфрама и серебра.
При расплавлении легкоплавкий ком
понент удерживается капиллярными
278
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
силами в порах тугоплавкого компо-
нента, образующего скелетную ре-
шетку.
Сваривание и спекание. Кроме пере-
численных видов износа выход кон-
тактов из строя может вызываться
также их свариванием н спеканием.
Сплошное соединение материала
обоих контактов в од! о целое назы-
вается свариванием. Обыч ю свари-
вание происходит на небольшом уча-
стке поверхности контакта вследствие
нагревания места соприкосновения
контактов при длительном прохожде-
нии слишком сильного тока В момент
сваривания площадь соприкосновения
контактов значительно возрастает
в результате размягчения материала.
Сопротивление в месте сваривания
при этом падает, металл остывает
и довольно прочно сцепляется с ме-
таллом другого контакта. У мало-
мощных контактов сваривание может
произойти и без длительного про-
хождения слишком сильного тока,
например при дребезжании контактов
н при нх работе в емкостных цепях,
когда в момент замыкания образуется
короткая дуга.
Спеканием называется соединение
материала контактов металлическим
мостиком, который пронизывает не-
проводящую пленку окнелов, раз-
деляющую контакты. Это явление про-
исходит в результате пробоя изоли-
рующей пленки, чаще всего прн малых
контактных давлениях, недостаточных
для механического разрушения пленки.
Прн спекании металл контактов сце-
пляется значительно менее прочно,
чем при сваривании.
Наименее подвержены свариванию
и спеканию контакты из вольфрама
благодаря его тугоплавкости и хруп-
кости. Сваривание вольфрамовых
контактов происходит редко а место
сваривания характеризуется малой
прочностью. Наиболее подвержены
свариванию контакты из серебра,
которые по этой причине не могут
применяться в случае, если сила тока
превышает 100 А.
НЕПОДВИЖНЫЕ КОНТАКТЫ
К неподвижным относятся кон-
такты, предназначенные для более
или менее длительного неподвижного
соединения проводников Они, в свою
очередь, подразделяются на зажим-
ные (образованные механическим пу-
тем) и цельнометаллические (получен-
ные путем пайки или сварки).
Зажимные контакты сконструиро-
ваны так, что их можно собирать
и разбирать без разрешения отдельных
частей. Они предназначены для дли-
тельного неподвижного соединения
проводников и представляют собой
различного рода зажимы, болты, винты
(шины соединяют на болтах и иа вин-
тах, а провода прн помощи промежу-
точного устройства, например за-
жима). Сопротивление контакта за-
висит от состояния поверхности про-
водников и контактного давления.
Цельнометаллические контакты.
Контакт осуществляется пайкой или
сваркой соединяемых проводников.
Прн этом отсутствует физическая
граница, разграничивающая оба про-
водника. Ток проходит через промежу-
точный слой, состоящий нз сплавлен-
ного металла проводников (при сварке)
или сплава металла проводников с при-
поем (при пайке). Сопротивление кон-
тактов не зависит от давления. Про-
межуточные сплавы, образованные
припоем с материалом контакта, по-
вышают сопротивление, но оно в не-
сколько раз меньше, чем сопротивление
зажимного контакта прн оптималь-
ном давлении.
Материалами для неподвижных
контактов служат медь, алюминий,
цннк п сталь в виде проводов и шин,
соединяемых пайкой (цельнометалли-
ческие). Главным требованием к не-
подвижному (зажимному) контакту
является малое и стабильное сопроти-
вление контакта, отсутствие в нем
перегревов Материалы контактов
должны быть коррозионно устойчивы
Для зажимных контактов приме-
няют покрытия, защищающие нх от
коррозии и обеспечивающие малое
переходное сопротивление при невы-
соких контактных давлениях (луже-
ние, цинкование, кадмирование,
серебрение).
В случае соединения неподвижных
контактов пайкой применяют обычные
методы паяния, Припои выбирают в за-
висимости от материала проводов.
РАЗРЫВНЫЕ КОНТАКТЫ
279
РАЗРЫВНЫЕ КОНТАКТЫ
В зависимости от величины комму-
тируемого тока разрывные контакты
подразделяют на мало-, средне- и вы-
соконагруженные. Они подвергаются
трем главным видам износа: эрозии,
коррозии, свариванию.
Работа и износ контактов зависит
помимо внешних условий от свойств
материала. Разные свойства в различ-
ной степени влияют иа виды износа,
препятствуя или, наоборот, способ-
ств)я износу контактов (табл. 2).
Свойства материала, способствую-
щие износостойкости контактов:
электрофизические — высокие элек-
тро- и теплопроводность, параметры
дуги, значения работы выхода электро-
нов и потенциала ионизации; коэффи-
циент Томсона и угол смачивания
близки нулю. Высокое поверхностное
натяжение в жидком состоянии. .Ма-
лый атомный объем и термо-э, д. с.
в паре с медью и алюминием;
механические — высокие твердость,
пределы прочности при сжатии и
сдвиге, умеренный модуль упругости
и пластичность, низкий коэффициент
трения;
термические — высокие темпера-
туры (напряжения) рекристаллиза-
ции, плавления, кипения, сублимации;
высокие теплоемкость, скрытая те-
плота плавлении, испарения, субли-
мации; низкая упругость пар* при
температурах дуги;
электрохимические — высокий элек-
тродный потенциал; малое химиче-
ское сродство к компонентам среды;
высокая упругость диссоциации про-
дуктов коррозии; малая механическая
и электрическая прочность пленок —
продуктов коррозии;
структурные — простой тип кри-
сталлической решетки; для спла-
вов — структура твердого раствора;
для композиций — тонкодисперсное
распределение фаз; ориентировка кри-
сталлов по направлению теплового
н электрического потоков.
Каждому типу контактов, т, е. мало-,
средне- и высоконагружениым, соот-
ветствует материал наиболее устой-
чивый к износу. Требованиям мало-
и средненагруженпых контактов
отвечают чистые металлы и сплавы
типа твердых растворов. Для высоко-
нагруженных контактов наиболее
пригодны металлокерамические ком-
позиции. Для малонагруженных кон-
тактов применяют золото, родий, пал-
ладии, платину и их сплавы; для сред-
неиагруженных — палладий, платину,
серебро, вольфрам никель и их спла-
вы; для высоконагруженных —
серебро, вольфрам, никель, медь,
их сплавы и металлокерамические ком-
позиции, а также ртуть и графит.
К металлам, сплавам и металлокера-
мическим композициям, применя-
емым для изготовления разрывных
контактов, предъявляют высокие тре-
бования по эрозионной и коррозион-
ной стойкости, износоустойчивости,
стойкости к свариванию, обрабатыва-
емости, электро- и теплопровод-
ности.
Все применяемые контактные ма-
териалы можно подразделить на сле-
дующие группы: благородные металлы
п их сплавы (серебро, золото, металлы
платиновой группы и сплавы на их
основе), неблагородные металлы
и сплавы на нх основе, металлокера-
мические композиции.
БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И
СПЛАВЫ ИА ИХ ОСНОВЕ
К благородным металлам относятся
серебро, золото, платина, палладий,
родий, рутений, иридий, осмий
(табл. 3—14). Они имеют высокую
коррозионную устойчивость в атмо-
сфере при температуре 20 °C. Прн по-
вышенной температуре многие из
них могут окисляться, но получаемые
окислы нестойки и при дальнейшем
повышении температуры разлагаются
или улетучиваются. Большинство
благородных металлов образуют
между собой твердые растворы —
серебро — золото, серебро — палла-
дий, зотото — палладий, родий —
палладий, родий — платина, ири-
дий — платина, палладий — платина,
палладий — иридий.
Металлы платиновой группы —
платина, родий, рутений, палладий,
осмий, иридий — имеют по сравнению
с золотом и серебром более высокие
температуры плавления и кипения, вы-
ше твердость в отожженном состоянии.
2. Виды износа н факторы, влияющие на износ
Вид износа Внешние факторы, вызывающие износ В чем выражается износ Свойства материала контактов, влияющие иа износ
Механический Эрозия: мости новая дуговая и нскро вая Коррозия: атмосфер и а$ дуговая Сваривание: горячее холодное Контактное нажатие. Кинетиче- ская энергия удара контактов при замыкании. Проскальзыва- ние при замыкании Плавление контактных точек то- ком. Плотность тока Энергия дуги (искры). Род тока. Индуктивность и емкость цепи Температура и влажность среды. Наличие химически активных примесей, микро- и макрогаль- ваиических пар. пыли и органи- ческих испарений Температура н энергия дуги. Подвижность дуги Контактное давление. Плотность тока. Энергия дуги Контактное давление. Кинетиче- ская энергия при замыкании Расплющивание, ра ст реек я вание,' истирание контактов Иглы на аноде — кратер на катоде. Сцепление контактов Плавление^ испарение,- раз- брызгивай не металла. Пере- нос металла. Кратеры и на- росты иа контактах. Дефор- мация контактов Образование непроводящих пленок Образование непроводящих пленок. Обгар контактов Временное и длительное ко- роткое замыкание «Слипание» контактов Твердость. Прочность на удар и сжатие. При скольжении — прочность иа сдвиг. Модуль упругости Коэффициент трения Постоянство свойств до '300 °C Температура н напряжение плавления и кипения. Электро- и теплопроводность. Знак и величина коэффициента Томсо- на. Структура материала Напряжение и ток дугообразования. Температура плавления, кипения и суб- лимации. Скрытая теплота плавления и испарения. Тепло- и электропровод ность. Упругость пара при температурах дуги. Твердость. Смачиваемость, по- верхностное натяжение. Микрострукту- ра, тип диаграммы состояния Электрохимический потенциал. Сродство к кислороду и сере. Микроструктура Сродство к кислороду, азоту. Термиче- ская стойкость пленок. Электрическая и механическая прочность пленок. Тол- щина и структура пленок Температура и напряжение плавления. Тепло- и электропроводность. Твердость Твердость, предел текучести, модуль упруюсти. Температура плавления и рекристаллизации (размягчения) Окис ляемоеть
S Физико-механичеекие свойства металлов, применяемых для изготовления контактов
Показатель Си Ай Ап Zn Cd Нй 1п с РЬ Та Мо
Атомный номер 29 47 79 30 48 80 49 6 82 73 42
Атомная масса 63,54 107,88 197,2 65,38 112,41 200,61 114,76 12,01 207,21 180,93 95,95
Тип кристаллической решетки КГЦ ГК РП ТГЦ Гн К КГЦ кц
у (20 °C), г/сма 8,96 10,49 19,32 7,13 8,65 13,55 7,31 2,22 11,34 16,6 10,2
ал.10«, 1/°С 16,5 19 14,2 39,7 30 — 33 — 29 6.5 5
X, Вт/(см-°C) 3,95 4,18 2,97 1,12 0,92 0,09 0.24 0,24 0,34 0,545 1,46
С,- кДж/(кг-°С) 0,386 0.235 0,130 0,384 0,624 0,138 0,238 0,691 0,130 0,151 0,255
р (20 °C), мкОм-см 1,673 1,59 2,21 5,91 6,83 (0°С) 94,1 (0 СС) 8,37 (0 °C) 13.75 (0 °C) 20,65 12,4 5,2
аэ.10% 1/°С 4,3 4.1 4 4,2 4.2 0,92 4,9 — 3,36 3,85 4,5
Термо-э д. с. в паре с Pt (0— 500 °C), мкВ/°С + 12.35 + 12,7 + 12,6 — — — — — — + 9,1 21
'пл- “С 1083 960,5 1063 4 19 321 -38,87 156 — 327 2996 2625
'кип- ’С 2600 2210 2970 906 765 357 2097 4830 1340 54 25 2800
t рекристаллизации, °C — 200 — — — — — н- 0 1275 изо
Скрытая теплота плавления, мДж/моль 13,1 11,3 12,7 6,7 6,1 2,3 3,2 46 5,1 28.4 27,8
Упругость пара, гПа (2225 °C) 5,3-10’ 6,6-10’ 80 — — — — 1,3! -10' ‘ — 1-ю- 6,6- 10-4
Е, ГПа 112 77 84 130 56 — — 18,2 188 350
<тв> МПа 220 180 140 130 64 — 15 — 18 350 700
<тпц. «Па 15 — 15 — 3 — — — 2,5 — —
<тт, МПа 70 30 35 100 10 — — — 5 276 —
б. % 60 50 40 20 20 — — — 50 28 30
НВ 36 25 20 33 16 — 1 35 4 40 250
HV 23 2 — — — — —
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ V БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
оо
Продолжение табл. 3
Показатель W Re Ге Со N1 Ru Rh Р<1 Os 1г Pt
Атомный номер 74 75 26 27 28 44 45 4G 76 77 78
Атомная масса 183,92 186,31 55,85 58.94 58,69 101,7 102,9 106,7 190,2 193,1 195.2
Тип кристаллической решетки КЦ ГК а-КЦ К1Ц ге-ГК Р-КГЦ а-ГК Р КГЦ ГК КГЦ ГК кгц
V (20’С), г/см’ 19,3 21 7,87 8,9 8,9 12,2 12,4 12 22,55 22,5 21,4
ал-10«, 1/°С 4,3 6,7 11,7 12,3 13,3 9,1 8,3 12 6,6 6,6 8,9
С, кДж/(кг-’С) 0,134 0,138 0,461 0,414 0,440 0,239 0,247 0,242 0,130 0,130 0,134
X. Вт/(см-°C) 2 0,71 0,75 0,69 0,92 — 0,88 0,71 — 0,59 0,71
Р (20 °C), мкОм-см 5,5 21,1 9,71 6,24 6,84 7.2 4,5 10,8 9,5 5,3 10,5
<т#-10’, 1/°С 4,8 3,1 7 6 6,9 4,6 4,3 3,8 4,2 3,9 3,9
Термо-9, д. с. в парс с Р1 (0— 500 «С), мкВ/’С + 18,2 — — — — + 10,6 + 10.5 —7,7 — + 9,6 0
^пл- 3410 3170 1539 1495 1455 2500 1966 1554 2700 2454 1773
^кнп* °с 5930 5870 2740 2900 2730 4900 4500 4000 5500 5300 4410
t рекристаллизации, °C 1565 1400 — — 600 — — — — — —
Скрытая теплота плавления, мДж/мо ль 35,1 — 14,9 15,2 17,6 19,4 22,4 17,2 27,8 22,6 19,7
Скрытая теплота испарения, мДж/моль 738 — 354 470 365 — — — — — 446
Упругость пара, гПа (2225 °C) 1,8- 10-’ 1,6-11 -• 40 — 20 — — л — — 6,6- ю-
£, ГПа 350,00 470,00 200,00 210,00 21,00 420,00 300,00 119,00 560,00 530,00 154.00
<тв, МПа 1300 1150 300 240 450 — 560 200 250 150
опц. МПа — — 120 — 20 — 30 — — 37
СТТ. МПа — 125 — 80 — — —
в % 2 24 40 5 40 — 15 30 — — 40
НВ 350 250 67 125 70 193 55 32 170 40
HV 290 65 220 120 •— 290 39
4 Электротехнические свойства металлов, применяемых для изготовления контактов
Показатель Си Ад Аи 2п Cd не In С РЬ Та Мо
Напряжение дуги, В 13 12 15 10,5 И 20 9 17
Минимальный ток, А Напряжение, В) 0,43 0,4 0,38 0,1 0,1 — — 0,03 — 0,6 0,75
размягчения 0,12 0,09 0,08 0,1 — — — 2 0,12 0.3 0,25
плавления 0,43 0,37 0,4.3 0,17 0.15 — — 5 0,19 1 0,75
кипения 0,79 0,68 0,9 — — — — — — — 1,1
Ток сваривания, А Напряжение сваривания, В: — 21-24 — — — — — — — 20-22
в воздухе 0,1 0,24 0,06 — — — — — — — —
в вакууме Коэффициент эрозии, мм’ДКл-Ю’): — — 0,06 "* — — — — — 0,25 —
при размыкании 1 0,2-0,4 1,1 5,4 12 — — 6 — — 0,3
при замыкании Склонность: 6 6-18 18 6 29 — — 0,8 — — 1
к иглообразоваиню 0-1 2-3 3 — — — 0 — — 0
к окислению при дуге 2-3 0 0 3 3 — 3 0 3 3 3
к окислению при мостиковой эрозии 2-3 0 0 3 — — — 0 — — 3
Номинальный электрохимиче- ский потенциал, В (25 °C) + 0,345 + 0,8 + 1.58 -0,762 — 0,402 + 0,799 —0,340 — -0,126 + 0,25
Коррозия в атмосфере * 2—ЗС ОС 0 ЗС ЗС 2 ЗС 0 ЗС 1С 1-2
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
284
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
род олженне т в
* 0 — отсутствие пленок, нарушающих контакт; 1—2 — пленки образуются, но при соответствующих условиях
не нарушают контактной проводимости; 3—пленка нарушает контакт: С—образование сернистых пленок.
БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
285
по значительно более низкие тепло-
проводность н электропроводность.
Важным свойством благородных ме-
таллов, применяемых для контактов
является нх летучесть при высоких
температурах, способствующая раз-
рушению пленок. Наименьшей лету-
честью обладают родий и платина,
наибольшей — иридий, рутений, осмий.
Благородные металлы — платина,
золото, серебро, палладий — служат
основами прн создании контактных
сплавов. Их легируют другими благо-
родными пли неблагородными метал-
лами. Иридий, осмий, родий, рутений
применяют в качест е легирующих
добавок. Серебро, золото, платина,
палладий, родий можно применять
для контактов в виде лектроосаждеп-
пых металлов.
Серебро и сплавы на его основе.
Серебро находит широкое приме-
нение для изготовления контактов
в аппаратуре различных мощностей.
Серебро является наиболее нзве-
стиым материалом для контактов, хотя
имеет ряд существенных недостатков
(образование игл, окисление и осо-
бенно образование сернистых пле-
нок), которые сказываются главным
образом на слаботочных контактах
при отсутствии дуги и малом контакт-
ном давлении.
На серебряных контактах под дей-
ствием электрической искры образует-
ся окисная пленка. Она электропро-
водка и легко разрушается, поэтому
контакты могут работать при малых
нажатиях. Серебро в присутствии кис-
лорода и влаги взаимодействует с серо-
водородом, содержащимся в воздухе,
поэтому в присутствии серы и серни-
стых соединений контакты разрушают-
ся и их нельзя применять рядом с эбо-
нитом и резиной.
Сухой сернистый газ не действует
иа серебро. Последнее не образует
соединений ии с азотом воздуха, ин
с углеродом органических паров. Се-
ребро обладает самой высокой из всех
металлов теплопроводностью, элек-
тропроводностью и высокой удель-
ной теплостойкостью. Этот комплекс
физических свойств обеспечивает кон-
тактам из серебра малый нагрев джо-
улевым теплом и быстрый отвод тепла
от контактных точек.
Различные примеси даже в неболь-
ших количествах значительно по-
нижают электропроводность серебра.
Серебро подвержено эрозии и имеет
низкие параметры дуги по сравнению
с другими металлами. Дуга между
серебряными контактами возникает
сравнительно легко, но благодаря
окислению объем металла, подверга-
ющийся эрозии на 1 Кл, у серебра
меньше, чем у других благородных
металлов с более высокими параме-
трами дуги. Серебро сваривается прн
коммутировании больших токов из-
за сравнительно низкой температуры
плавления, что является недостатком;
обладает невысокой твердостью и ме-
ханической прочностью в отожженном
состоянии, которая может быть по-
вышена холодной обработкой (до
700 МПа); хорошо поддается всем ви-
дам пластической обработки: про-
катке, волочению, штамповке, вы-
садке; хорошо поддается сварке и
пайке. Его применяют в виде напаян-
ных пластин, прокатного биметалла
и в виде гальванических покрытий.
Благодаря хорошим технологиче-
ским свойствам, невысокой стоимости
п низкому и устойчивому контактному
сопротивлению контакты из серебра
находят широкое применение. Их не
рекомендуется применять при боль-
шой частоте включений (свыше
10 вкл/с) из-за быстрого износа. Се-
ребро непригодно для изготовления
прецизионных контактов, работаю-
щих прн малых контактных нажатиях
(порядка 10—20 мН и меньше).
Серебро образует непрерывный ряд
твердых растворов с золотом и палла-
дием, сплавы которых имеют широкое
применение
Серебро — золото. В этой системе
при средних концентрациях компонен-
тов удельное сопротивление, твер-
дость п механическая прочность макси-
мальны, а температурный коэффи-
циент сопротивления и удлинение при
разрыве минимальны. Сплавы серебра
с золотом имеют низкую прочность,
н по этой причине их применяют редко.
В качестве упрочпптеля обычно при-
меняют медь (ГОСТ 6835—72).
Сплавы устойчивы против корро-
зии в атмосфере. Они обладают хоро-
шими технологическими свойствами
286
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
5 Свойства металлов и сплавов
Состав, % (основной металл 4* 4- вводимые элементы) Темпера- тура или интервал плавления, °C V, г/см1 ВтЛсм-’С) р, мкОм-м О о о % В Термо-э. д. с., мкВ/°С | 1
Au 1063 19,3 2.97 0,0220 4 —
Au 4- 20 Ag 1035—10-15 16.9 — 0,094 9 9
Au 4- 30 Ag 1025—1035 16,6 2.80 0,104 8,7 8,4
Ан 4- 50 Ag 1000—1015 13.5 — 0.101 8,5 7.8
Au 4- 70 Ag 985 — 995 12,1 — 0.074 10 8,3
Au 4- 90 Ag 965 — 975 11.4 8,12 0.036 16 10
Au 4- 7 Pt 1120—1185 19,6 2,92 0.102 4.3
Au 4- 10 Pt 11 20— 1185 19,7 — 0,121 —
Au 4- 30 Pt 1230—1450 19.9 — 0,34 —
Au -j- 1 Pd 1063 19.3 0.03 40
Au 4- 5 Ni 990—1010 18,3 — 0,123 7.0 3,5
Aii 4- 10 Ni — — 0,270 5,0
Au 4- 16 Ni 950 — —— —
Au 4- 30 Pd 1410 16,5 —— 0,25 —— *—
Au 4- 3 Zr I0G5—1070 18,3 •— 0.2 — —
Au 4- 20 Cu 890 19,1 — 0,13 5,3 <—
Au 4- 2 Cr 0,33 0,01 7
Au 4- 20 Ag 4- 10 Cu 900 14,3 0.132
Au 4-25 Ag 4- 5 NI 1050 15,4 0,1185 9
Au 4- 2-1 Ag + 16 Pt 1100 17.1 . 1 I' 0.168 —- —
Au 4- 25 Ag 4- 6 Pt 1030 —ИЮ 16,1 2,30 0,119 — •—
Au 4- 7,5 Ni 4- 1 Cu 4- 0,5 Cr 17.5 *— 0.24 4 2
БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
287
- для электрических контактов
* НВ (после от- жига) ов, МПа «о й е> о ю > Общая характеристика Область применения
« Е W
84 20 НО 40 0.4 Значительная эрозия при дуге и образование игл ниже предельного тока. Стойкость против атмо- сферной коррозии н окис- ления дугой. Повышенный механический износ
— 15,0
— 25 26 160 170 25 28 0,4 Обладают малой проч- ностью, но большей, чем у компонентов. Эрозия меньше, чем у Au. Склон- ность к свариванию. Коррозионно .устойчивы в атмосферных условиях. Сплавы до 30 % Ag не тускнеют и а воздухе, спла- вы с содержанием более 50 % Ag образуют серни- стые пленки
*— 27 25 23 185 175 170 34 40 45 14.0 0,2. 11,0 Слабонагружеиные кон- такты, работающие при Малых токах и напря- жениях (прецизионные реле, измерительные приборы, аппаратура связи). Золото в чистом виде применяется для пре- цизионных контактов, работающих при очень малых контактных дав-
1111 40 60 135 20 250 440 120 1115 1111 В меньшей мере подвер- жен эрозии в емкостной цепи с равномерным изно- сом (контактная поверх- ность получается ровная даже при значительных то- ках до 15 А при 30 В). Склонность к свариванию меньше, чем у Pt
1 t 1 ! И 1 . 100 =» 120 115 360 380 350 700 29 12 2 2 1 1 [ 1 I I Стойкость к мостиковой эрозии и иглообразованию, не сваривается, окисляется под действием электриче- ских разрядов, пригоден для коммутации низких то- ков и напряжений. Спосо- бен к упрочняющей терми- ческой обработке. Обладает незначительной сваривае- мостью. Устойчив против коррозии. Надежный мате- риал для работы в жестких климатических и атмосфер- ных условиях Особо надежный мате- риал ДЛЯ коммутации низких уровней тока и напряжения (до 1- Ю-в А). Сплавы золота менее пригодны в этом отно- шении, особенно при повышенной темпера- туре и влажности
114 80 60 112 380 — -Ч» 0,35 Высокая стойкость против атмосферной коррозии Об разует дугу легче, чем пла- тина
288
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Состав, % (основной металл 4- 4- вводимые элементы) Темпера- тура НЛИ интервал плавлении, °C V, г/см’ u о g CQ z 2 О s d Эо/I ',01-£» Термо-э. д. с., мкВ/'С
pt 1773 21,4 0.71 0,103 39,8 —
Pt 4- 5 Ir Pt + 10 Ir Pt + 15 Ir Pt + 20 Ir Pt + 25 Ir Pt 4- 30 Ir 1770—1780 1780-1795 1790—1820 1830 — 1850 1850—1870 1900—1920 21,5 21,5 21,6 21,7 21,7 21,8 1,75 1,29 0,96 0.73 0,684 0,65 0,19 0.25 0,27 0,32 0.33 0,35 20 13,3 10 7 6.5 5 5,26
Pt 4- 10 Rh 1810 — 1850 20 *- 0,192 18
Pt + 10 Rh + 6 Rti — 19,1 — 0,395 — —
PI + 5 Ru Pt + 10 Ru Pt + 14 Ru Pt + 7 Os Pt + 10 Ro 1760 — 1770 1780—1790 1800—1810 1820—1830 1820—1830 20,3 19,8 19,5 21,7 20,0 1 111 1 0,319 0,43 0.458 0,40 0,19 8.5 8 17.0 1 III 1
Pt + 2,5 Cu Pt + 8,5 C Pt + 10 Cu — — — 0,29 0,48 0 65 11,0 2,2 —
Pt + 4 W Pt + 8 W 1820—1830 21,3 — 0,36 0,62 10 2.4
Pt 4- 1 Ni Pt 4- 4,5 Ml Pt - 5 M Pt 4- 8 Ni Rt 4- 10 Mo Pt 4- 15 Rh 4- 15 Ru 1769 1700—1740 1660—1710 1700 21,1 20,17 19.1 20,5 1,50 0,13 0,22 0,23 0,27 0,585 0.31 33 18,5 16 7.0 0.5 >—»
Pd 1555 12,0 0,70 0,107 38 —л*
БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
289
Продолжение табл. 5
Е, ГПа НВ (после от- жига) Св Е £ д ь 6. % А и,, В Общая характеристика Область применения
154 40 150 40 0,9 17,5 То же, что для Au. Чув- ствительна к действию па- ров органического проис- хождения Прецизионные контак- ты электроизмеритель- ных приборов, радио- аппаратуры
90 280 Малая эрозия. Хорошо Основа контактных
150 130 380 25 1 20 противостоит дугообразо- ван ню. Свариваемость. сплавов. Наиболее ответствен-
160 •00 Полное сопротивление кор- н ыс маломощные кон-
•• 210 700 20 розми. Твердость большая. такты (прецизионные
— 216 280 900 1120 20 0.74 20 Малый механический из- нос. Допускает высокие контактные давления реле, электроизмери- тельные приборы, агре- гаты зажиган ня). Об-
частные включения мотки потенциометров
100 90 320 35 — Склонность к образованию мостиков н игл при малых токах Магнето, реле, ми кро- ви ключ ателн, коммути- рующие уровни тока (до 500 мА) в условиях агрессивных сред
— 160 560 22 — — —
— 135 420 34 0.9 Склонность к образованию мостиков н нгл при малых Термостаты, магнето
190 590 31 токах, окисление при вы-
240 соких температурах. Стой-
100 150 80 350 30 2,5 кость к свариванию
< 360 12
1 * — 195 580 520 17 —•
»—• 96 460 960 25 24 0,7 Склонность к образованию мостиков и нгл прн малых юках Аппаратура связи
1 65 210 Склонность к образованию Аппаратура связи, ре
Г"^ СО 640 18 мостиков и нгл при малых гуляторы напряжения,
135 450 28 —— токах искровые переключите-
1 1 190 195 600 28 0,7 16.0 ли
— 1040 — — •
Lis 60 200 30 0,45 8 Маломощные контакты,, электроизмерительн ые приборы. Основа кон- тактных сплавов
Ю Пятин K)D М, и др
290
КОНТАКТНЫЕ. МАТЕРИАЛЫ
Состав, % (основной металл + 4- вводимые элементы) Темпера- тура или интервал плавления, °C V, г/см’ S о m р, мкОч-м О о О в1 Термо-9, д. с.( мкВ/’С
Pd + 5 Ni Pd + 4,5 Ru 1450—1490 11,8 12 — 0,17 0,235 — —
Pd + 4 Ru + 1 Rt — 12
Pd + 10 Ir Pd + 18 Ir 1550—1500 12.6 — 0,26 13.3 + 12.4
1560—1570 13,5 0.351 7,5 +13,6
Pd 4- 40 Ag 1330—1390 11.4 1,25 0.42 0,25 — 4,6
Pd + 50 Ag 1230—1386 11,3 3,96 0,31 2.7 — 10
Pd 4- 60 Ag 1230—1285 11.4 1.92 0,20 4 — 19
Pd 4- 70 Ag Pd -f- 80 Ag 1160—1230 10.8 2,50 0.16 4,3 — 7,4
1070—1150 10.7 3,83 0.102 5,8 — 1 _
Pd + 90 Ag 1000—1060 10,6 5,92 0.059 9.4 *4-4,7
Pd + 10 W Pd + 95 Ag Pd + 16 W 985—1020 10.5 9.2 0,38 0.038 0.80 17 0.4 3,9
Pd -t- 20 W — —
Pd + 30 Ag + 5 Co Pd -f-35 Ag 4- 5 Co 11.1 11,1 0,38 0,408 1.4 1.4 -11,6
Pd 4- 36 Ag 4- 4 Cu — 11.37 — 0,43 0,4
Pd 4- 5 Cu 1480—1490 И.4 — 0,216 1.3 —
Pd 4- 10 Cu 1420—1450 11.7 — 0,294 8,0 —
Pd 4- 30 Cu 1250—1280 10,75 — 0,447 2,0 ““
Pd 4- 40 Cu 1200—1230 10.6 1.58 0,35 3,2
Ag 160.5 10,5 4,18 0,016 40 — 0,2
Ag -L 30 Pd 4 5 Cu 11.0 — 0.15 3,95 —
Ag + 2 N< + 20 Cu — — 0,023 26,0
Ag 4- 5 Pt 961 — 1010 10,88 — 0,04 6 5 23 —
Ag 4- 30 Pt 1000—1180 12,54 — 0,29 2 -
Ag 4- 5 Cd Ag 4- 15 Cd Ag 4- 20 Cd 930—940 10,45 0.0295 40 —
895—900 10,2 —— 0,029 •—
860- 880 Ю.1 1,00 0,057 20
БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
291
Продолжение табл. 5
Е, ГПа НВ (после от- жига) BL1W ,аО «О /о. А i/q, В Общая характеристика Область применения
— 930 310 29
— 900 1050 364 390 30 25 — — —
130 1250 376 30 Твердость больше, чем Для маломощных кон-
151 1950 619 15 у Pd. но меньше, чем у сплавов. Меньшая склон- ность к мглообразованню тактов Вибрационные регуляторы напряже- ния, виброобразоватс- лн. выпрямители, об- мотки потенциометров
125 520 340 42 0,5 Эрозия меньше, чем у чи- стых компонентов. Нс Прецизионные реле Слаботочная и средне-
—— 420 310 37 тускнеет в присутствии нагрузочная аппарату-
400 280 37 сероводорода, если больше ра связи, вибрационные
90 360 350 300 260 270 250 220 200 640 640 37 39 42 40 30 0.3 11.0 50 % Pd регуляторы напряже- ния, вябропреобразова- тел и, коллекторные кольца. Выключатели, термостаты
— 1920 То же, но более твердый Маломощные контакты.
130 1920 652 600 19 20 — н износоустойчивый Регуляторы напряже- ния Выпрямители
i — 550 Тверже, чем аналогичный Слаботочные контакты.
— 690 — — сплав Pd — Ag, но тускнеет Сигнальная аппаратура
— ьоо — — — больше. Незначительные реле, ползунки потен-
800 530 — 0,6 иглообразования и свари- ваемость цномстров
77 250 180 50 0,15 12 Значительная эрозия, сва рнвасмость. Тускнеет в се- роводороде. Низкое кон- тактное сопротивление. Нагрев при малых давле- ниях в контакте Широкое применение в аппаратуре различ- ной мощности
— 940 1200 450 — — — —
— 990 — — — Тверже серебра, тускнеет Радиоприборы
1700 350 21 — в присутствии сероводо- рода
— 350 160 60 Сопротивление сварнвае- Пускатели, выключите-
— 550 200 —— мости Равномерный износ ли средней и повышен-
550 230 50 0.3 10 Н нз кое конта ктное эл ек - тросопротнвлен ие пой мощности, реле, термостаты
10*
292 КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛУ и БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ 293
Продолжение табл. 5
Состав % (основной металл + -Ь вводимые элементы) Темпера- тура нлн интервал плавления, CC V, г/см* 6 о 2 О CQ Я s О г d О о О *<Т) а Термо-э. д с.( мкВ/’С Е, ГПа НВ (после от- жига) я Е £ (Е Ь а. % А и„ В Общая характеристика Область применения
Ag 4- 3 Си Ag 4-7.5 Си Ag 4- Ю Си Ag 4- 20 Си Ag 4“ 50 Си 900—925 800—880 779—865 779—810 779 — 890 10,5 10,3 10,3 10,2 9,7 16,3 14,6 14,4 14.2 13,3 0,018 0.019 0.020 0.021 0,021 30 30 зо Mill 1 1 1 1 1 400 550 620 700 750 — 1 1 1 1 1 Тверже серебра, механиче- ский износ и эрозия мень- ше. Тускнеют в присут- ствии сероводорода. Спла- вы с более 20 % меди окисляются Аппаратура связи кон- такторы, пускатели, вы- ключатели средней мощности, различные реле
Ag + 30 Аи 4- 30 Pd Ag +. 1.5 Si Ag 4- 22 Cd 4- 1 M 4- 0.5 Fe 1440 830—950 12,9 10.4 9,5 1.42 0,22 0.021 0,06 111 — — 650 550 630 — — —
Rh 1966 12,4 0,875 0,045 44 — — юоо — — 0,35 13,0 Высокая тнердость, корро- зионная стойкость и высо- кая износоустойчивость Прецизионные контак- ты в виде электрохими- ческих покрытий с под- слоем или без подслоя серебра
Cu 1083 8,9 3.85 0,0172 43 112 350— 380 220 60 0,45 13,0 Умеренная эрозия н нгло- образованне, сваривае- мость, тускнеет на воздухе и сильно окисляется дугой Выключатели, коллек- торы. токосъемные кольца, ползунки, ру- бильники. пускатели, ковтакторы
Cu + 1 Cd 1080 8,9 3.38 0,026 31 — 1050 400 20 — Повышенная прочность, высокая проводимость, ма- ло подвержен перегреву током Стойкость к свари- ванию- В мощных установ- ках не надежен (обгорает) Контакты, пускатели выключатели, кольца (среднеиагружеиные)
w 3380 19,3 2 0,055 46 350 3500 1зоо 2 1,4 15,0 Малая эрозия, не сварн вастся. Окисляется. Тре- бует высоких контактных да влений Ртутные, вакуумные выключатели, разряд- ники, магнето. Аппара- тура связи
W 4- 20 Re 2060—3250 — — 0.24 — — — 3450 1800 20 — — —
Mo 2620 10.2 0,150 0.057 46 1600 — — 0,75 17 Малая эрозия, не свари- вается. Окисляется. Тре- бует высоких контактных давлений Радиоаппаратура, элек- троды ртутн ы х вы клю - чателей
W 4- 5 Mo W 4- 34 Mo 3180 2950 — — 0,065 0.09 33 •29 3000 2800 — — Не сваривается, малая эрозия, окисляется н тре- бует высоких контактных давлений Вакуумные н наполнен- ные газом выключатели
Ni 1445 8,9 0,092 0,068 65 21 73V 150 10 0,5 14,0 То же, что для меди Для контактов, рабо- тающих в атмосфере углеводородов при до- статочно высоком на приженнн и малом токе
6. Марки и химический состав (%) золота н сплавов на основе золота (ГОСТ 683^ — 72)
Мар ка Au Си Pt Ае Pd Примеси, нс более
РЬ Fe Sb Bl Pd + Ir + + Rh (в сумме) Всего
Золото
Зл 999,9 99,99 0,003 0,004 0.001 I 0,002 0,01
Зл 999 99,9 0,003 0,04 0,002 1 0,002 0,1
Золото*медные сплавы
ЗлМ 980 1 98,0*0.7 Осталь- | 0.005 | 0.1 I 0,005 I 0,005 0,2
ЗлМ 583 58,3*0,3 | ное 1 0,005 1 0,18 1 0,005 | 0,005 1 0,28
Золото-платиновые сплавы
ЗлПл 2 98,0 — — — 0,003 0,03 — - 0,08 0,16
Зл Пл 5 95,0 — Осталь- — — 0,003 0,03 — — 0.08 0.16
ЗлПл 7 93,0 — ное — 0,003 0,03 — — 0,08 0,16
ЗлПл 10 90,0 — — — 0,003 0,03 — — 0,08 0,16
Золото-серебряные сплавы
ЗлСр 990—10 99,0 — — — 0,003 0,05 0,005 0,005 — 0,1
ЗлСр 750 — 250 75,0 — — Осталь- — 0,005 0,18 0,005 0,005 — 0,28
ЗлСр 600 — 400 60,0 — — иое — 0,005 0.18 0,005 0,005 0,28
ЗлСр 583—417 58,3 — — — 0,005 0,18 0,005 0,005 to-» 0,28
Золото-серебряно-яедные сплавы
ЗлСрМ 990—5 99,0 0.5 0,003 0,05 0,005 0,0005 0,1
ЗлСрМ 980—15 98,0 1,5 0,005 0,1 0,005 0,005 0,2
ЗлСрМ 970 — 20 97,0 2,0 0,005 0.1 0,005 0,005 0,2
\ 960—30 96,0 3,0 0,005 0,1 ] 0,005 О.ОП5 O.p. ,
1 .
ЗлСрМ 958—20 95,8 2,0 0,005 0,1 0.005 0,005 0,2
ЗлСрМ 950—25 95,0 2,5 0,005 0,1 0,005 0,005 0,2
ЗлСрМ 930—45 93,0 4,5 0,005 0,1 0,005 0,005 0,2
ЗлСрМ 900 — 40 90,0 4,0 0,005 0,1 0,005 0,005 0,2
ЗлСрМ 750—125 75,0 Осталь- — 12,5 — 0,005 0,18 0,005 0,005 0,28
ЗлСрМ 583 — 80 58,3 ное 8.0 0,005 0,18 0,005 0,005 0,28
ЗлСрМ 583 — 200 58,3 20,0 0,005 0,18 0,005 0,005 0,28
ЗлСрМ 583—300 58,3 30,0 0,005 0,18 0,005 0,005 0,28
ЗлСрМ 500—100 50,0 10,0 0,005 0,18 0,005 0,005 0,28
ЗлСрМ 500—200 50,0 20,0 0,005 0,18 0,005 0,005 0,28
ЗлСрМ 375—20 37,5 2,0 0,005 0.18 0,005 0,005 0,28
ЗлСрМ 375—100 37,5 10,0 0,005 0,18 0,005 0,005 0,28
ЗлСрМ 375—160 37,5 16,0 0,005 0.18 0,005 0,003 0,28
ЗлСрМ 333—333 33,3 33,3 0,005 0.18 | 0,005 0,005 0,28
Золото-палладиевые сплавы
ЗлПд 16 84,0 — — — Осталь- 0,003 0.03 0,10 0,16
ЗлПд 20 80,0 — — — ное 0,003 0,03 — — 0,10 0,16
ЗлПд 40 60,0 — — — 0,003 0,03 — — 0,10 0,16
Золото-падладиево-платиновые сплавы
60,0 | Осталь- 1 - 1 30 1 0,003 ] 0,03 | 0,24
ЗлПдПл 30—10 । 1 иое 1 1 1 1
Примечание. В обозначении марок: Зл - золото. Ср - серебро. Пл - платина, Пд - палладий, М - медь
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ________________________ БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
296
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
7. Марки и химический состав серебра (ГОСТ 6836*>—72)
Марка Химический состав, %
Серебро, не менее Примеси, не более
Свинец Железо Сурьма ВисМуТ Всего
Ср999,9 Ср999 99,99 99,9 0,003 0,003 0,004 0,04 0,001 0,002 0,002 0.002 0,01 0.1
8. Марки и химический состав серебря но-медных сплавов (ГОСТ 6836—72)
Марка Химический состав, %
Серебро Медь Примеси, не более
Сви- нец Же- лезо Сурь- ма Вис- мут Всего
СрМ 970 97,ОхЦО,3 Остальное 0.005 0,08 0,002 0,002 0,18
СрМ 960 96,0±0.3 » 0,005 0,08 0.002 0,002 0,18
СрМ 950 95,0—0,3 > 0,005 0.10 0,002 0,002 0,20
СрМ 940 94,0±0,3 > 0,003 0.10 0,002 0,002 0,20
СрМ 925 92,5±0.3 » 0,005 0,10 0,002 0,002 0,20
СрМ 916 91 6=fe0,3 > 0,005 0,15 0.002 0,002 0,25
СрМ 900 90,0—0,3 » 0.005 0.15 0,002 0,002 0,25
СрМ 875 87,5^0.3 > 0,005 0.15 0,002 0.002 0,30
СрМ 800 80,0it0.3 > 0,005 0,15 0.002 0,002 0.30
СрМ 770 77,0=fc0.5 » 0,005 0,15 0,002 0,002 0.30
СрМ 760 75,0=1:0,5 » 0,005 0.15 0 002 0,002 о.зо
СрМ 500 50,0^0,5 » 0,005 0.15 0,002 0,002 0,30
При м е ч а и и е. По согласованию с потребителем допускается изготов-
ление сплава марки СрМ 875 (вторичный) с содержанием суммы примесей до I %.
» Марки и хнмичсскиЙ состав серебряно-платиновых сплавов (ГОСТ 6836—72)
Марка Химический состав, %
Серебро Платина Прнмеси, не более
Палладий, иридий, родий, золото (сумма) Же- лезо Сви- нец Всего
Ср Пл 4 96,0^0,4 Осталь- 0,15 0,03 0,005 0,25
СрНл 12 88,0xL0,4 ное 0.15 о.оз 0.005 0,25
10. Марки и химический состав серебряио-палладиевых сплавов (ГОСТ 6836—72)
Марка Химический состав, %
Серебро Палла- дий Примеси, не более
Платин а. ириди й, родий, золото (сумма) Же- лезо Сви- нец Вис- мут Всего
СрПд 20 80=1=0,4 Осталь- 0,2 004 0 004 0,002 0,30
СрПд 40 60=4=0,5 ное 0.2 0.04 0,004 0,002 0,30
БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
297
11. Марка и химический состав серебряно-палладиево-медного сплава
(ГОСТ 6836—72)
Марка Химический состав, %
Серебро Палла- дий Медь Примеси, не более
Платина, иридий, родий, золото (сумма) Же- лезо Сви- нец Вис- мут Всего
СрПдМ 30—20 50^0,8 Осталь- ное 20zt0,6 0,15 0,01 0.004 0,002 0,30
12. Теоретическая плотность и температура плавления
серебра и серебряных сплавов (ГОСТ 6836 — 72)
Марка Теоретическая плотность, г/см" Температу- ра плавле- ния, СС, для критической точ ки Марка Теоретическая плотность, г/см! Температу- ра плавле- ния, СС, для критической точки
верх- ней ниж- ней верх- ней ниж- ней
Ср 999,9 и Ср 999 10,50 960,5 СрМ 800 10,15 803 779
СрМ 970 10,44 940.0 920 СрМ ’70 10,10 798 779
СрМ 960 10,43 927 880 СрМ 750 10,06 785 779
СрМ 950 10,41 910 870 СрМ 500 9,66 870 779
СрМ 940 10,39 900 840 СрПл 4 10,72 1000 960
СрМ 925 10,36 896 779 СрПл 12 11.19 1060 970
СрМ 916 10,35 «88 779 МрНд 20 10,79 1150 1070
СрМ 900 10,32 875 779 СрПд 40 11,11 1288 1233
СрМ 875 10,28 855 779 СрПдМ 30—20 10,56 1009 946
13. Электрическое сопротивление проволоки из иридия и родия
Диаметр про- волоки, мм Электрическое сопротивление I м проволоки, Ом, из металла марок Диаметр про- волоки, мм Электрическое сопротнвленнс 1 м проволоки. Ом, из металла марок Диаметр прово- локи, мм Электрическое сопротивление 1 м проволоки. Ом, из металла марок
Пр 99,9 и Ир 99,8 Рд 99.9 и Рд 99.8 Ир 99.9 и Пр 99,8 Рд 99,9 и Рд 99.8 Пр 99,9 и Ир 99,8 Рд 99.9 и Рд 99,8
0,10 7.00 6,37 0,30- 0,78 0.71 1,00 0.070 0,061
0.11 5.79 5,26 0 32 0,68 0.62 1.10 0,058 0,053
0.12 4,«6 4,42 0,36 0,54 0,49 1,20 0.049 0,044
0.14 3.57 3,25 0,40 0.44 0,40 1.50 0.031 0,028
0,15 3,11 2,83 0.45 0,346 0.314 1,60 0,027 0,025
0,16 2.73 2,49 0 50 0.280 0.255 1,80 0.022 0,020
0,18 2,16 1,96 0,56 0,223 0.203 2,00 0,018 0.016
0,20 1.75 1,59 0.60 0,195 0,177 2,20 0,014 0,013
0,22 1,45 1.32 0,70 0.143 0 130 2.50 0.011 о.ою
0.25 1.12 1,02 0.80 0,109 0.099 2.80 0,009 0,008
0,28 0,89 0.81 0.90 0.086 0.079 3.00 0.008 0,007
298
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
14. Диаметр и предельные отклонения
(в мм) проволоки из иридия и родня
(ГОСТ 19351 — 74)
Диа- метр про- воло- ки Пре- дельные откло- нения Диа- метр про- воло- ки Пре- дельные откло- нения
0.0G 0.07 0.08 0.09 — 0,013 0.45 0,50 0,56 0,60 0,70 — 0.0G
0,10 0,11 0,12 0.14 0,13 0.1G 0.18 0.20 0.22 0,23 0.28 — 0,035
0.80 0.90 — 0,07
1.0 1.10 1.20 1,50 1,60 1,80 2.00 2.20 2.50 2.80 3.00 — 0,12
0.30 0.32 0.30 0.40 — 0.06
Примечание. Прово- лока из иридия изготовляется диа- метром от 0,1 мм п более.
при всех концентрациях, пластичны,
хорошо поддаются пластической об-
работке. Сплавы с содержанием золота
менее 50 % образуют сернистые плен-
ки.
Серебро — палладий. Сплавы этой
системы имеют зависимость свойств,
аналогичную сплавам серебро —
золото.
Интересен сплав с содержанием 40 %
Ag. В нем сочетается высокое удельное
электрическое сопротивление с ма-
лым температурным коэффициентом
сопротивления. Этот сплав приме-
няют для разрывных контактов и в ка-
честве материала для обмоток потен-
циометров. Сплавы с содержанием
палладия выше 50 % ие образуют сер-
нистых пленок. Сплавы технологичны,
хорошо поддаются пластической
обработке.
Сплавы серебро — платина обра-
зуют диаграмму состояния перетекти-
ческого типа с ограниченной областью
твердых растворов. Для контактов
применяют сплавы, лежащие в области
a-твердых растворов, т. е. богатые
серебром. Сплавы с содержанием 10—
45 % Pt могут подвергаться старению
(в соответствии с диаграммой состо-
яния). Термической обработкой этих
сплавов можно достигнуть высокой
твердости (до 3600 МПа после закалки
при 1000СС и старения при 550 °C).
Богатые серебром сплавы под-
даются ковке при температуре крас-
ного каления и прокатываются.
Сплавы серебро — кадмий образуют
ограниченную область твердых рас-
творов. Применяемые для контактов
сплавы лежат в области a-твердых рас-
творов, т е это сплавы, богатые се-
ребром. Добавки кадмия понижают
температуру плавления, но повы-
шают удельное электрическое сопро-
тивление. Сплавы обладают весьма
цепным свойством хорошо работать
в дуговом режиме. Это обусловливается
свойствами окиси кадмия (образую-
щейся при нагреве сплава контактной
дугой), которая при 900—1000 СС раз-
лагается со взрывом, производя дуго-
гасящее действие без нарушения кон-
тактной проводимости. Недостатком
серебряно-кадмневых контактов яв-
ляется значительная свариваемость
и сплавление их при больших токах
из-за низкой температуры плавления
сплавов. Этот недостаток устраняется
при изготовлении контактов методом
металлокерамики.
Серебро — кадмий — никель. Кон-
такты отличаются высокой износо-
устоичивостью, низким устойчивым
электрическим сопротивлением н тех-
нологичны.
Сплавы серебро— медь (ГОСТ 6836—
72) образуют диаграмму состояния
эвтектического типа с областями огра-
ниченной растворимости, поэтому
могут подвергаться старению. Ста-
рение может значительно повысить
механические свойства сплавов. Для
контактов применяют сплавы с содер-
жанием Си до 50 %. Твердость и удель-
ное электрическое сопротивление а-
и p-твердых растворов растут с уве-
личением концентрации второго ком-
понента, а температурный коэффици-
ент сопротивления и теплопровод-
БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
299
ность падают В области эвтектиче-
ских сплавов эти свойства изменяются
по закону аддитивности (незначитель-
но), Медь увеличивает твердость и по-
нижает эрозию серебра особенно в об-
ласти эвтектических сплавов, но
ухудшает коррозионные свойства при
содержании больше 50% (значитель-
ное окисление). Вследствие этого у бо-
гатых медью сплавов из-за окисления
образуется неустойчивое переходное
сопротивление, поэтому не реко-
мендуется применять эти сплавы
для изготовления контактов, работа-
ющих с образованием дуги и при малом
контактном давлении. Во многих дру-
гих случаях серебряно-медные спла-
вы находят широкое применение Они
технологичны при всех концентра-
циях: допускают пластическую обра-
ботку в холодном состоянии, хорошо
паяются обычными припоями.
Сплавы серебро — кремний. Серебро
и кремний образуют, как и сплавы
серебро — медь, диаграмму состояния
эвтектического типа. Их применяют
редко Находит применен! е доэв-
тектический сплав с 1,5% Si (сплав
технологичен).
Золото и сплавы иа его основе Зо-
лото обладает высокими электро-
и теплопроводностью, устойчивостью
против коррозии, не окисляется и не
образует сернистых пленок, имеет низ-
кое п стабильное переходное сопроти-
вление в различных атмосферных усло-
виях при нормальной и повышенной
температурах Это делает его незаме-
нимым при изготовлении прецизион-
ных контактов, работающих при
малых контактных нажатиях и низком
напряжении. Оно имеет очень низкую
твердость, которая может быть повы-
шена в несколько раз холодной обра-
боткой давлением.
Золотые контакты легко сваривают-
ся, образуют иглы при малых токах
и подвержены эрозии в дуговом ре-
жиме. Золото технологично. Большая
пластичность позволяет легко его об-
рабатывать давлением в холодном со-
стоянии без промежуточных отжигов.
Его часто применяют в виде электро-
осажденного металла. Примеси по-
вышают твердость и удельное электри-
ческое сопротивление золота.
Сплавы на основе золота образуют
ряд непрерывных растворов. Никель
значительно повышает твердость зо-
лота. При 5 % Ni твердость сплава
составляет 1 ГПа, при 16 % Ni
2,20 ГПа, при 40 % Ni 3,50 ГПа (в за-
каленном состоянии).
Сплав золота с 5 % N i стоек к сва-
риванию и мостиковому переносу, бла-
годаря чему не образуются иглы;
окисляется в дуговом режиме
Сплавы золото — платина обра-
зуют диаграмму состояния с ограни-
ченной областью твердых растворов.
Сплав золота с 7 % Pt хорошо рабо-
тает в емкостной цепи малой мощно-
сти. Сплавы с 25—40 % Pt могут под-
вергаться термической обработке:
закалке при 1200 СС и последующему
старению при 400 СС, сильно повыша-
ющему твердость сплавов. Сплавы
имеют высокие коррозионные свой-
ства в нормальных условиях и при
нагреве (не окисляются), а также
легко обрабатываются.
Сплавы золото — цирконий обра-
зуют диаграмму состояния с ограни-
ченной областью твердых растворов.
Цирконий значительно повышает
твердость золота. В промыш. еииости
применяют сплав с 3 % Zr Он мо-
жет подвергаться старению со значи-
тельным повышением механических
свойств, обладает незначительной сва
ривасмостью и высокой коррозионной
стойкостью, не образует игл
Тройные сплавы золота. В про-
мышленности находят применение
следующие тройные сплавы золота;
золото — серебро — платниа; золото —
серебро — медь; золото — серебро —
никель; золото — палладий — ни-
кель.
Палладий и сплавы иа его основе
Палладий по свойствам близок к пла-
тине (удельная электропроводнбсть,
теплопроводность). Механические
свойства твердость по Брииелю и
прочность на разрыв (в отожженном
состоянии) примерно такие же, как
у платины, волота, серебра. Наклепом
можно повысить механические свой-
ства вдвое. По удельной массе палла-
дий вдвое легче платины (близок к се-
ребру). Палладий обладает летуче-
стью большей, чем платина, а пара-
метрами дуги меньшими, чем у пла-
тины имеет небольшой ток приварива-
300
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
нкя (по сравнению с платиной и се-
ребром).
Коэффициент эрозии при дуге раз-
мыкания значительно ниже, чем
у платины и серебра, поэтому палладий
менее склонен к иглообразованию и
окислению на воздухе (тускнеет при
температуре выше 350 °C), чем пла-
тина, но окислы не стойки и разла-
гаются при более высокой температуре.
Палладий стоек к образованию суль-
фидных пленок, способен науглерожи-
ваться н растворяет водород, что де-
лает невозможным его отжиг в углеро-
дистой среде и водороде.
Некоторые недостатки палладия
по сравнению с платиной снижают его
ценность как контактного материала,
но меньшая стоимость и недефицнт-
иость способствуют широкому его при-
менению вместо платины. Примеси
увеличивают удельное электрическое
сопротивление и твердость.
В качестве контактных материалов
применяют сплавы палладия с сереб-
ром, золотом, иридием, медью, нике-
лем, с которыми он образует непре-
рывный ряд твердых растворов, и с ру-
тением, с которым он образует ограни-
ченную область твердого раствора.
Применяют также и тройные сплавы
палладия. палладий — рутений —
родий (95—4—1); палладий — сереб-
ро — кобальт (60—35—5); сплавы
палладий — серебро и палладий —
золото рассмотрены раньше.
Палладий — иридий. Иридий зна-
чительно повышает твердость и ме-
ханическую прочность сплавов, удель-
ное электрическое сопротивление,
понижает температурный коэффи-
циент электрического сопротивления.
Коррозионная стойкость сплавов
выше, чем у чистого палладия. Сплавы,
содержащие более 20 % 1г, очень тя-
жело обрабатываются, поэтому их
в качестве контактных материалов не
применяют. Известны контактные
сплавы, содержащие 10 н 18% !г.
Опп являются заменителями платиио-
иридиевых сплавов, содержащих 10
и 20 % 1г. По сравнению с последними
такие сплавы менее тугоплавки, но
имеют практически одинаковое удель-
ное электрическое сопротивление н
твердость. Палладпево-иридиевые
сплавы дешевле платииоло-нриди-
евых. Сплавы могут быть использова-
ны для прецизионных разрывных и для
скользящих контактов.
Палладий — медь. Применяют
сплавы, содержащие до 40 % Си.
Наиболее распространен сплав, со-
держащий 40 % Си. Он подвержен
упорядочению кристаллической ре-
шетки и при медленном охлаждении,
сопровождаемому значительным из-
менением свойств (уменьшение удель-
ного электрического сопротивления,
увеличение температурного коэффи-
циента электрического сопротивления
и твердости). Сплав имеет ограничен-
ную свариваемость и небольшой мо-
стиковый перенос. Он образует окис-
ные пленки. По физическим свойствам
все палладиево-медные сплавы близки
и легко обрабатываются после соответ-
ствующей термической обработки
(закалка выше температуры упоря-
дочения).
Палладий — никель. Из этой системы
нашел применение в качестве кон-
тактного материала сплав палладия,
содержащий 5 % Ni н имеющий мень-
шею электропроводность, чем чи
стый палладий.
Палладий — рутений. Рутений зна-
чительно повышает твердость палла-
дия. Сплавы, содержащие более 15 %
Ru, трудно обрабатываются. Корро-
зионная стойкость сплавов палла-
дий — рутении выше, чем коррозион-
ная стойкость чистого палладия Изве-
стен контактный сплав с 95 % Ru.
Палладий — рутений — родий (95—
4—1) — тройной сплав, тверже двой-
ного сплава палладий — рутений.
Палладий — серебро — кобальт (60—
35—5) — тройной сплав. Кобальт
упрочняет сплав палладия, содержа-
щий 40 % Ag, в который ои вводится
за счет серебра. Удельное электриче-
ское сопротивление и эрозия близки
к двойному сплаву палладия с 40 %
Ag По механическим свойствам (твер-
дость и прочность) сплав близок к спла-
ву палладия с 18 % 1г.
Платина и сплавы на ее основе.
Платина, как и палладий, имеет нац-'
большее удельное электрическое со-
противленце среди благородных ме-
таллов и низкую теплопроводность,
обладает незначительной летучестью
по сравнению с другими благородными
БЛАГСГОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
301
металлами. Твердость и прочность пла-
тины могут быть увеличены вдвое пу-
тем холодной обработки (по сравнению
с отожженным состоянием). Примеси
многих металлов повышают твердость
и удельное электрическое сопротивле-
ние платины Платина обладает высо-
кой устойчивостью к коррозии на
воздухе, не образует окисных и сер-
нистых пленок, обеспечивает устойчи-
вое контактное сопротивление, мало
растворяет водород, поэтому в противо-
положность палладию может отжи-
гаться в водороде без снижения своих
свойств В углеродистой среде платина
науглероживается и становится хруп-
кой.
Контактные свойства платины: наи-
более высокие параметры дуги (по
сравнению с другими благородными
металлами), близкие к вольфраму (дуга
между платиновыми контактами труд-
но зажигается); платина подвергается
мостиковой эрозии с образованием
игл (как все неокисляющиеся ме-
таллы); легко обрабатывается давле-
нием. Вследствие невысокой твер-
дости в чистом виде платину приме-
няют очень редко — только для кон-
тактов прецизионных приборов. Она
находит использование как основа
для производства контактных спла-
вов.
В качестве контактных материалов
применяют сплавы платины с ири-
дием, родием, никелем (образуют не-
прерывный ряд твердых растворов),
рутением, осмием, молибденом, воль-
фрамом (образуют ограниченную об-
ласть твердых растворов). Известен
также тронной сплав платина — пал-
ладий — рутений (84—10—6). Сплавы
серебро — платина рассмотрены ранее.
Платина — иридий. Для контак-
тов применяют сплавы, содержащие
5—30 % 1г. Наибольшее применение
они нашли для прецизионных контак-
тов Иридий значительно повышает
твердость н механическую прочность,
ухудшая обрабатываемость i латины.
Сплавы, содержащие свыше 30 % 1г,
обрабатываются с трудом. Сплавы с 7—
99 % 1г могут «стареть» (за счет рас-
пада твердого раствора при темпера-
туре ниже 1000 °C). Старение при
750 СС значительно повышает твердость
сплавов, содержащих 15—25 % 1г.
Иридий значительно повышает удель-
ное электрическое сопротивление и
стойкость к атмосферной коррозии, но
прн нагреве сплавов выше 900 °C
окисляется н улетучивается. Пара-
метры дуги у платниово-нридиевых
сплавов выше, чем у платины, а склон-
ность к иглообразованию меньше. Кон-
такты из платиново иридиевых спла-
вов очень износоустойчивы и имеют
продолжительный срок службы.
Платина — родий. Как контакт-
ный материал наиболее известен сплав
с 10 % Rh. Он имеет высокие механи-
ческие свойства (твердость и проч-
ность на разрыв вдвое больше, чем
у платины) и большое электрическое
сопротивление, обладает малой лету-
честью прн высокой температуре. Ис-
пользуется для свечей зажигания.
Платина — никель Никель значи-
тельно повышает твердость и уделы ое
электрическое сопротивленце спла-
вов. Как контактный материал наи-
более известен сплав, содержащий 5 %
Ni. Он имеет высокие параметры дуги,
ио ниже, чем у платины; эрозия при
размыкании омической цепи меньше,
чем у платины; малая склонность
к иглообразованию при малых токах;
малая склонность к свариванию; сплав
в незначительной степени повышает
контактное сопротивление прн обра-
зовании сернистых пленок. Сплавы
платины с никелем пластичны, по-
этому хорошо обрабатываются.
Платина — рутений. Рутений чрез
вычайпо сильно повышает твердость
платины и электрическое сопротивле-
ние. В качестве контактных матери-
алов применяют сплавы, содержащие
до 14 % Ru. При большом содержании
рутеш я сплавы обрабатываются с тру-
дом. Сплавы обладают меньшей, чем
у платины, склонностью к свариванию
и образованию игл. Минимальный ток
дуги у сплава с 5 % Ru почти тот же,
что у сплава с 10 % 1г. При нагрева-
нии на воздухе рутений окисляется
с образованием летучих окпслов.
Платина — осмий. Осмий сильно
повышает твердость и электрическое
сопротивление платины. Сплавы ле-
тучи и при нагревании теряют в массе
(за счет осмия); обрабатываются при
содержании не более 10 % Os. Изве-
стен сплав с 7 % Os обладающий
302
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
исключительно высоким минимальным
током дуги (2,5 А).
Платина — молибден. Для кон-
тактов применяют сплав с 10 % Мо.
Он имеет высокие электрическое со-
противление, твердость и склонность
к иглообразованню и старению.
Платина — вольфрам. Вольфрам
значительно повышает температуру
плавления сплава и его твердость.
Для контактов и свечей зажигания
применяют сплавы с 4—5 °о W, име-
ющие высокое удельное электрическое
сопротивление и твердость. Они доста-
точно пластичны — обрабатываются
пластически в горячем и холодном со-
стоянии (поддаются ковке, прокаты-
ванию, волочению на холоде); стойки
к атмосферной коррозии; склонны к иг-
лообразованию; имеют минимальный
ток дуги несколько меньший, чем
у платины.
Платина — палладий — рутений
(84—10—6) — тройной сплав, облада-
ющий высоким электрическим сопро-
тивлением, твердостью п пластично-
стью, коррозиоиноустойчнв.
Роднй мало пластичен, ио имеет
низкую твердость в отожженном со-
стоянии. Холодная обработка может
повысить его твердость в 5 раз. Твер-
дость гальванически осажденного
родня высока.
По своим свойствам — твердости,
тугоплавкости, электро- и теплопро-
водности, малой летучести, высоким
коррозионным свойствам на воз-
духе — роднй является очень хорошим
материалом для прецизионных кон-
тактов, но он слишком дорог и не
поддается механической обработке,
поэтому его применяют только в виде
электрохимических покрытий.
Иридий обладает тугоплавкостью,
высокой твердостью, низкой пла-
стичностью, большой летучестью.
Стоек к атмосферной коррозии, ио
окисляется при нагреве. Склонен к об-
разованию игл. Его применяют в ка-
честве легирующего элемента, зна-
чительно повышающего твердость
платины и палладия.
Рутений и осмий. Эти металлы
(особенно осмий) наиболее тугоплавки,
тверды н хрупки по сравнению
с остальными металлами платиновой
группы. Летучесть их велика, особенно
осмия. Окисляются при невысоких
температурах (осмий при комнатной).
Легирование этими металлами пла-
тины и палладия значительно повы-
шает твердость последних.
НЕБЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ
И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
Медь и сплавы на ее основе. Медь
обладает высокими тепло- и электро-
проводностью (на втором месте после
серебра) н теплоемкостью, т. е. обла-
дает комплексом свойств, обеспечи-
вающих хороший отвод тепла от кон-
тактов. Медные контакты меньше
подвержены перегреву током даже по
сравнению с серебряными (при отсут-
ствии окисления). Медь недорога. Кор-
розионные свойства меди невысокие;
корродирует в атмосферных условиях
с образованием оксидных и сульфид-
ных пленок, которые могут приводить
к нарушению проводимости контактов.
При нагреве медь окисляется еще
в большей степени, но образуемые
при этом пленки легко разрушаются.
При температуре мощной дуги проис-
ходит диссоциация окиси меди с об-
нажением медной поверхности — это
предотвращает нарушение контакта.
Твердость и прочность на разрыв, пара-
метры дуги у меди выше, чем у серебра,
она менее склонна к иглообразованню,
но из-за окисления непригодна для
маломощных контактов. Медь успешно
можно применять в устройствах, ра-
ботающих с большими механическими
усилиями с притирающим или про-
скальзывающим действием (механи-
ческое разрушение окисной пленки),
при высоких напряжениях (электри-
ческое разрушение — пробой описан-
ной пленки) — это различного рода
контакторы и выключатели.
В мощных установках вследствие
большого обгара и недостаточной на-
дежности медь не рекомендуется ис-
пользовать. Ее нужно заменять ме-
таллокерамическими композициями.
Примеси металлов повышают проч-
ность н твердость меди. Некоторые
примеси, например серебро и кадмий,
мало понижают тепло- и электропро-
водность меди, поэтому в небольших
количествах их рационально вводить
в медь.
ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ
303
С целью повышения твердости кон-
тактов рекомендуется применять
медь с 2—6 % Ag. Присадка серебра
мало изменяет электропроводность ме-
ди, но уменьшает ее склонность к сва-
риванию.
Значительно улучшает качество
контактов присадка кадмия (до 1,5%).
Сплав способен к остариванню и дис-
персионному твердению. Присадка 1 %
Cd мало влияет на электропроводность
меди, но значительно уменьшает ее
свариваемость и увеличивает износо-
устойчивость. Кадмий в несколько раз
уменьшает износ меди при истирании.
Известен сплав меди с 1 % Cd. Его
рационально применять для кол-
лекторных пластин и троллейных про-
водов.
ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ
Для изготовления контактов при-
меняют тугоплавкие металлы: воль-
фрам, молибден, рений. Они имеют
наибольшую температуру плавления
и твердость среди металлов, применя-
емых для контактов.
Вольфрам имеет параметры дуги,
большие, чем у платины (хорошо про-
тивостоит образованию дуговых раз-
рядов); мало подвержен эрозии и пере-
носу металла (в несколько раз меньше,
чем платина). Это обусловлено его
высокими механическими и терми-
ческими свойствами. Вольфрамовые
контакты не свариваются в работе,
чрезвычайно прочны и износоустой-
чивы, их можно применять при высо-
ких давлениях, необходимых для раз-
рушения окисной пленки, образую-
щейся вследствие их окнсляемостн.
Длительность службы их очень ве-
ли ка.
Несмотря на образование окисных
пленок на поверхности вольфрама, он
имеет устойчивое в процессе работы
контактное сопротивление, что объ-
ясняется относительно высокой элек-
тропроводностью вольфрамовых окис-
ных пленок. Кроме того, при сопри-
косновении контактов пленки легко
пробиваются с установлением электри-
ческого контакта.
Вольфрам довольно стоек к атмо-
сферной коррозии в обычных условиях,
ио очень чувствителен к воздействию
газов, выделяемых из пластмасс
и изоляции, особенно в условиях по-
вышенной влажности. При их воздей-
ствии нарушается контактная проводи-
мость вольфрама. Интенсивная кор-
розия вольфрама может вызываться
электрохимической коррозией в паре
с материалом контактодержателя, при-
поя и т. д. Защита против образования
непроводящих пленок — вакуум, во-
дород, чистый азот.
Вольфрам — один из самых распро-
страненных контактных материалов.
Его рацио 1альио применять в мощных
электрических установках, он не
пригоден для работы при малых кон-
тактных нажатиях.
Молибден имеет более высокое мини-
мальное напряжение дуги, но несколь-
ко меньший, чем у вольфрама, мини-
мальный ток. Механические и тер-
мические свойства мол! бдена ниже,
чем у вольфрама, поэтому эрозия ка-
тода при дуге у молибдена выше, чем
у вольфрама, а эрозия анода в емко-
стной цепи меньше.
Молибден подвержен атмосферной
коррозии при повышенной температуре
с образованием рыхлых окнелов, что
приводит к внезапному полному на-
рушению проводимости, поэтому
контакты нз молибдена ненадежны
при работе на воздухе.
В качестве контактных материалов
могут быть использованы вольфрамо-
молибденовые сплавы, представля-
ющие собой неправильный ряд твердых
растворов Максимум электрического
сопротивления, твердости и минимум
температурного коэффициента сопро-
тивления в сплаве с 45 % Мо, минимум
эрозии — в сплаве с 34 % Мо. С уве-
личением молибдена в сплавах умень-
шается коррозионная устойчивость
на воздухе, нарушается проводимость.
Сплавы вольфрама с молибденом в ча-
стности с 34 % Мо, рационально ис-
пользовать при работе в среде, обеспе-
чивающей отсутствие окисления
(вакуумные или наполненные инерт-
ным газом выключатся)-
Вольфрам и молибден используются
в металлокерамических композициях
для мощных контактов.
Рений тугоплавок, тверд и прочен,
как вольфрам, пластичен и окисляется,
304
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
как молибден, ио образует летучие
окислы. Под действием дуги контакты
самоочищаются от окисных пленок.
Рений имеет высокое электрическое
сопротивление. Параметры контакт-
ной дуги более низкие, чем у вольфра-
ма и молибдена. Контакты стойки при
Д}гах постоянного тока большой вели-
чины, оксид лая пленка мешает пере-
носу металла и свариванию контактов.
Рений сохраняет контактную про-
водимость при воздействии высокой
температуры контактной дуги.
Рениевые контакты рационально
применять в высоконагружениых пре-
рывателях тока, магнето, двигателях,
работающих в морских условиях; для
низковольтных разрывных контактов
на токи в несколько ампер в аппара-
туре, длительно хранящейся на воз-
духе.
Нашли применение сплавы рения
с вольфрамом (15—20 % Re), лежа-
щие в области ограниченных твердых
растворов. Опп имеют повышенную
износоустойчивость в условиях вибра-
ционного режима при токах до 3 А
и напряжении до 20 В. В чистом виде
рений для контактов применяется ред-
ко, только для случаев работы в парах
уг. еводородов при достаточно высо-
ком напряжении и малом токе.
Кобальт применяют для легирова-
ния сплавов палладия и платины
и в металлокерамических композициях
как связующий материал.
Ртуть — единственный металл, при-
меняемый для контактов в жидком
виде — в специальных ртутных вы-
ключателях.
Графит имеет высокую температуру
плавления и не образует твердых окис-
лов, не имеет изолирующих пленок.
Контактные свойства: напряжение
дуги наиболее высокое, минимальный
ток наиболее низкий (средн всех ме-
таллов). Не образует мостиков н игл.
Его недостатком является низкая ме-
ханическая прочность, способность
расслаиваться. Удельное электриче-
ское сопротивление графита падает
с повышением температуры.
Легкоплавкие металлы При изго-
товлении контактных сплавов приме-
няют легкоплавкие металлы: цинк,
кадмий, индий, свинец, олово. Их
иногда применяют как легирующие
добавки, а в основном для металло-
керамических композиций в виде окис-
лов.
ПРОЧИЕ МАТЕРИАЛЫ
И МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ
КОМПОЗИЦИИ
Никель имеет высокие параметры
дуги, малую склонность к образованию
игл при мостиковой эрозии; стоек к
атмосферной коррозии н образованию
сернистых пленок; не окисляется прн
воздействии высокой температуры
н контактной дуги. Окисная пленка
иа никеле тонка и непрочна, легко
разрушается, ие нарушает электри-
ческой проводимости. Недостаток
никеля — низкий ток сваривания.
Применяется для скользящих контак-
тов (щеток) электрических машин и
для разрывных контактов в металло-
керамических композициях.
Металлокерамические композиции
применяются для изготовления мощ-
ных контактов (табл. 15); серебро —
вольфрам, серебро — молибден,
медь — вольфрам, медь — молибден,
серебро — окись кадмия, серебро —
никель и др. Контакты изготовляют
спеканием смесей металлических по-
рошков или пропиткой спрессованной
тугоплавкой основы легкоплавкими
компонентами.
СКОЛЬЗЯЩИЕ КОНТАКТЫ
К скользящим контактам относятся
подвижные контакты, в которых кон-
тактирующие части скользят друг по
другу без отрыва. Такне контакты
ставят в электрических машинах ме-
жду кольцами или коллекторами и
щетками; в различных приборах и
электрических устройствах между
коллекторами или кольцами и токо-
съемниками (электрические счетчики
тока, следящие системы, обегающие
устройства в измерительных ценя к
автоматических приборов, переклю-
чатели показывающих приборов).
По конструкции и назначению сколь-
зящие электрические контакты можно
разделить иа три вида: ламели, кол-
лекторы, кольца, по которым скользит
второй токосъемный контакт; потен-
СКОЛЬЗЯЩИЕ КОНТАКТЫ
305
цпометрнческие обмотки из тонкой
проволоки, реохорды, которые являют-
ся элементом сопротивления и одно-
временно ламелью для упругого
скользящего контакта; токосъемный
контакт, чаще упругий или в виде
ролика.
Факторы, влияющие на износ раз-
рывных контактов, имеют место и при
работе скользящих контактов, однако
характер износа несколько иной.
Изно • скользящих контактов под-
разделяют на механический — связан
с износом от трения упругого кон-
такта по ламели или реохорду и пла-
стической деформацией металла в про-
цессе работы, зависит от механических
свойств металлической нары, элек-
трический (эрозия) — связан с про-
хождением тока через ламели и рео-
хорды и съемом его через упругий кон-
такт; прецизионные скользящие кон-
такты должны практически работать
без эрозии; химический (коррозия) —
связан с окислением контактной по-
верхности и образованием непроводя-
щих пленок, зависит от коррозионных
свойств материала в условиях нормаль-
ной н повышенной температуры (до
4-300 °C), усиливается от повышения
влажности и наличия в атмосфере
некоторых вызывающих коррозию
примесей.
В процессе работы может произойти
приваривание упругого контакта
к реохорду или ламели. Приваривание
связано с прохождением тока через
реохорду или ламель и съемом его че-
рез упругий контакт. Износ скользя-
щих контактов в основном вызывается
действием содержащихся в атмосфере
примесей и вследствие истирания.
В зависимости от назначения, усло-
вий эксплуатации и характера износа
скользящих контактов к материалам,
предназначенным для нх изготовле-
ния, предъявляют следующие требо-
вания: высокая износоустойчивость
в соответствующем эксплуатационном
режиме за срок службы устройства пли
Прибора; высокая коррозионная
устойчивость, обеспечивающая на-
дежность и продолжительность ра-
боты в определенных средах; малая
Величина переходного сопротивления
и ее стабильность в процессе работы
К длительного хранения в различных
условиях внешней среды; малая термо-
э. д с в паре с медью технологич-
ность (легкая обрабатываемость,
возможность пайки).
Работа скользящих контактов, на-
пример контакта между щеткой и кол-
лектором, тесно связана с трением
и износом. Чтобы не было заедания,
один из контактов должен б лть тверже
другого, а более мягкий контакт до-
статочно пластичным и иметь возможно
меньшую тенденцию к наклепу.
Нанлучшим материалом для сколь-
зящих контактов (коллекторов и ще-
ток) является уголь, который имеет
наиболее высокое напряжение дуго-
образования по сравнению со всеми
известными проводниковыми мате-
риалами.
Некоторые металлографитные щет-
ки, состоящие нз смеси углерода (гра-
фита) с порошком меди пли серебра,
по своей структуре и физической при-
роде имеют много общего с металло-
керамическими композициями для
мощных разрывных контактов.
Часто щеточный контакт выполняет-
ся в виде наборной щетки, состоящей
из нескольких упругих пластин. Щетка
укреплена иа рычаге и прижимается
к контактной ламели пружиной. Упру-
гие пластины изготовляются обычно
нз оловянно-цинковой или оловянно-
фосфористой бронз, а контактные ла-
мели — из твердой латуни или бронзы
Особый интерес для использования
в качестве скользящих контактов пред-
ставляют проводниковые бронзы,
для коллекторов применяют кадми-
евую медь, а для контактных колец —
бериллиевую бронзу и сплав купаллой
(0,3—1,0 % Сг, 0,1 % Ag, остальное —
медь). Бериллиевые и кадмиевые
бронзы применяют для скользящих
контактов с особенно большим числом
включений и выключений.
При выборе сплавов для скользящих
контактов с малой истираемостью не-
обходимо руководствоваться опре-
деленным соотношением твердостей
материала ламели и материала упруго-
го токосъемного контакта. Твердость
упругого контакта должна превосхо-
дить твердость ламели на 15—30 еди-
ниц по Виккерсу. Это соотношение
определяется тем, что поверхность
упругого контакта совершает значи-
306
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
15 Физико-механические свойства и характеристики ме
Композиция Содер- жание элемен- тов, % Марка или условное обозначение р, мкОм* м а- Ю‘, 1/°С т. г/сма НЕ «в °сж
МПа
Ag-W 80—20 70—30 50—50 40—60 25—75 20—60 10—90 50— 47.5— 2.5 NI 30— 06.5 — 3,5 Ni СВ50 СВ70 0,019 0,023 0.028 0,030 0,036 0,040 0.048 0,027 0,035 1,9 11,5 12,0 13,6 14,4 15.6 16,3 17,6 13,1 14,5 50 70 80 120 200 220 260 100 140 525 650 850
Ag—Мо 90—10 70—30 50—50 40—60 30—70 20—80 CM 60 0,020 0.025 0,030 0.027— 0,033 0.036 0,037 । । CS11 10,4 10.3 10.3 10,3 10,3 10,3 40 70 110 120— 145 160 190 175 260 420 520 560 850 1170
Ag—Ml 99—1 90—10 85—15 80—20 70—30 00—40 СИЗО СН40 0.018 0,018 0.021 0,022 0.025 0.027 — 0,032 3,5 3.5 3.5 3.4 2.9 10,5 ЮЛ 10,2 9,9 9.7 9,5 37 50 50 60 65 74 160 380 250 270 1 1 1 1 1 1
Ag—С (графит) ic о <c tn -J CD <£| Illi tn i* СГЗ СГ5 0,020 0,021 0,029 0,033 3,9 3,9 3,5 10 9,7 9,1 8,1 40 31 25 — 220 160
Ag—Cd—Ni 76.5— 22—1 — 0,5 СК22Н1 0,060 — 9.5 60 — —
Ag—ZnS 95 — 5 90—10 — 0,025 0,032 — — 23 22 — —
Ag_Ni—C 68—29—3 СН29ГЗ 0,030 — 8.7 45 — —
ПРОЧИЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТ АЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИИ
307
таллоксрамичсских контактных материалов (композиции)
o' ^сс Общая техническая характеристика и область применення Рекомен- дуемая контактная пара Тип кон- такта Рекомендуемые режимы работы
3,4 2,8 2,7 2.3 2.4 Хорошее сопротивление износу. Повышенное и малоустойчивое переходное электрическое сопро- тивление, пет стабильности при малых контактных давлениях. Композиции до 50 % W пластич- ны, свыше 50 % W малопластич- ны. Переключатели, электронные реле — — 0,4 — 25 А, 127—500 В
Illi II Свойства аналогичны композиции Ag—W . Более низкое и стабиль- ное переходное сопротивление, мен ып а я и зи осоу сто й ч и вость. Композиции свыше 50 % Мо ие пластичны. Контакторы, телефон- ные реле, контакты обгорания — — —
4.0 3.65 3,2 Высокая эрозионная устойчи- вость, низкое и стабильное пере- ходное сопротивление. Высокая пластичность. Низковольтная, маломощная аппаратура в ши- роком диапазоне постоянного и переменного тока — — —
3.8 Высокая сопротивляемость ме- ханическому износу. Малая эро- зионная устойчивость Понижен- ное переходное сопротивление. Малая механическая прочность, пластичность. Скользящие кон- такты точных измерительных приборов, реле сигнализации — —
Высокая эрозионная устойчи вость. Низкое стабильное пере- ходное сопротивление Высокая пластичность, допускает прокат в холодном состоянии Реле —
в Контактное сопротивление при I = 2А, U - 24 В, Рк = = 0,2 Н, RK — 2«3 Ом БрБ-2 СК 0,1 — 2 А, 24 В
— Свойства аналогичны. Регулято- ры напряжения Реле — —
308
КОН ТА К ТНЫЕ МА ТЕРИ АЛЫ
Композиция Содер- жание элемен- тов, % Марка или условное обозначение р, мкОм* м а-10‘, 1/сС V. г/сма НВ ОВ М ®сж Па
Ag-WC 80—20 70—30 60—40 40—60 20—80 — 0,025 0.030 0,036 0,055 0,071 1 1 1 1 1 1 1,2 12.0 12,5 12,9 13.6 80 90 110 ПО 160 1 1 1 1 1 1(111
Ag—CuO 90—10 (метал- локера- мика) 90—10 (сплав) СОМ 10 comi о 0,024 0,023 — 9,2 10 70 40 —
Ag—CdO (металло- керамика) 95—5 92—8 90- 10 88—12 85—15 80—20 СОК 12 СОК 15 0.019 0,021 0,022 0,023 0,027 0,0’28 3,5 3.6 3,7 10,25 9,8 9.7 9.7 9.6 9.6 61 63 65 65 120 112 105 85 510 470
Ag—C<IO (сплав) 95-5 85—15 78—22 СОК 15 0,019 0,025 0.030 3,0 1.5 10.4 10.1 10.0 50 250 11 1
Pd—Ag 70—30 АПдС70 0,014 — — 90 — —
Pd—Ni — Ag 25—5 — 70 Н11ДНС70 0,016 — — 100 — —
Ag—ВЮ 95-5 "5 0.019 — 9.9 61 5 — —
ПРОЧИЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТ АЛЛОКЕР АМИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИИ
309
Продолжение табл. 15
и о X о Общая техническая характеристика и область применения Рекомен- дуемая контактная пара Тнп кон- такта Рекомендуемые режимы работы
1 1 1 1 1 При нагреве выше 500 °C увели- чивает контактное сопротивле- ние. Высокая механическая проч- ность н износоустойчивость — —
Невысокая износоустойчивость, высокая сопротивляемость при- вариванию- Основное примене- ние в скользящих контактах — — —
3.8 3,7 3.7 3.5 3,26 2,95 Высокая износоустойчивость. Большая надежность при боль- ших токовых нагрузках, малых контактных давлениях. Большая пластичность. Пайка затруднена. Коитг.кторы, реле, переключа- тели — — Аппаратура перемен- ного тока до 500 В прн токе от 10 А и выше. Аппаратура постоян- ного тока до —30 В при токе от 10 А н выше
— — — — —
— Контактное сопротивление при Z = 2 A. U = 24 В; Рк =* — 0.2 Н, — 5-5-6 Ом А Пд НС-70. АНдС-70, ПдВ-20. ЗлХ-2,8. ЗлХ-0,5; ПлМ-80, ПлИ-10. ПдСр-40 СК РК —
— Контактное сопротивление при Z = 2 A, U — 24 В, Рк = = 0,2 Н. RK — 54-6 Ом ПлМ 8, ПлИ-10, ПдСр-40. ЗлХ-0.5; ЗлХ-2,8, ПдВ-20 СК РК 10-« + 6 А, 36 В 0,015—1,5 Н До 1 А. 36 В, 0.015—0,020 Н
— — — •4 —
310 КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ПРОЧИЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИИ 311
Композиция Содер- жание элемен- тов, % Марка или условное обозначение р. мкОм - м а- 10*. 1/сС V. г/см8 НВ «в °сж
МПа
Ag-PbO 97,5 — 2.5 — 0,023 — 9,8 62 —
95-5 — 0,032 9,7 56 — —
Ag—Сг2О, 99—1 — 0,026 10,2 38 — —
98—2 — 0,028 — 9.9 42 — —
Ag—Мо 35— 61,1-4 АМС-30 — — 10,3 88 — —
Ag—Pd —Au 55— 28—17 МСПдЗ-17 0,20 — — 85—90 — —
Ан — Re 20—80 10—90 АРЗ-80 АРЗ-90 0.042 0,034 — — 50 40 — —
Ag-Zr 97 — 3 мсц-з 0,025 — — 70 — —
Ag - Cd 94 — 1—5 СКСц-5 0,026 — — 26 —
89—10—1 СКСц-10 0,032 — — 28 — —
Примечание СК — скользящий контакт; РК — разрывной контакт.
Продолжение табл. 15
(Э0.из)/1я •у Общая техническая характеристика и область применения Рекомен- дуемая контактная пара Тип кон- такта Ре комен ду с мые режимы работы
Низкое контактное сопротивле- ние. Более коррозионноустойчив в атмосфере влажного тропиче- ского климата, чем другие ком- позиции Ag — окисел металла *—• — —
Высокая стойкость к свариванию — Аппаратура средней мощности
— — — — —
I — Контактное сопротивление при Z = 2 A. U = 24 В. Рк = = 0.2 Н. Кк = 3 ; 5 Ом АПдНС-70. АИдС-70, ПдВ-20. ЗлХ-2.8; ЗлХ-0.5. Пл М-8. ИлИ-10. ПдСр-40 СК РК До 2 А, 36 В, 0,015—0,2 Н До 2 А. 36 В. 0.015—0,2 Н
— Контактное сопротивление прн 7=2 A. U = 28 В. Рк = = 0.2 II, 7?к = 2-гЗ Ом АРЗ-80, АРЗ-90 РК 1—3 А. 20—30 В. 0.25 — 0,3 11
L Контактное сопротивление при 7 = 2 A, U = 24 В, Рк = = 0.2 Н, 7?к = ),81 Ом МСЦ-80 РК 1—3 А. 30 В, 0.26—0,3 U
Контактное сопротивление 7?к — = 3-5 Ом, 7 = 2 A, U = 24 В, Рк — 0.2 Н /?к ~ 3-5-8 Ом БрБ-2 СК 0,1 — 2 А. 24 В. 0.2—1,5 II
312
КОНТАКТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
тельпо большую работу против сил
трения, чем каждая точка на рабо ей
дорожке ламели или потенциометра.
Сплавы с преобладающим содержа-
нием палладия и платины не подвер-
жены окислению при нагреве до 300 °C
и воздействия среды с влажностью
98 % при 20 и 40 °C. При этих усло-
виях переходное сопротивление спла-
вов остается небольшим по величине
н постоянным по времени
Чистое серебро и его сплавы с 20 %
Pd (марки ПдС-80), 2 % Ni и 20 % Си
(марки «Аргадур»), а также сплава
золота с 40 и 60 % Ag в условиях
среды с повышенной влажностью (до
98 %) образуют на поверхности плен-
ки, которые значительно повышают
переходное сопротивление контакта.
При нормальной влажности повышение
температуры этих сплавов серебра не
вызывает увеличения переходного
сопротивления. Сплавы золота с нике-
лем имеют устойчивое переходное со-
противление при воздействии среды
с влажностью 98 %, I о при повышении
температуры до 300 °C образуют на
поверхности пленку, которая в не-
сколько раз увеличивает переходное
сопротивление в месте контакта.
В условиях повышенной влажности
и нагрева сплавы из неблагородных
металлов непригодны для скользя-
щих контактов, так как не обеспечи-
вают надежного контактирования.
При малых контактных нагрузках и
коммутировании малых токов условия
работы контактов очень сложны, и им
удовлетворяют только сплавы иа осно-
ве платины, палладия и золота.
Для токов ниже 500 мкА следует
применять сплавы с небольшими до-
бавками неблагородных металлов
(5—8 %). Для прецизионных контакт-
ных сплавов с повышенными требова-
ниями по надежности в этих же пре-
делах ограничивается легирующая
добавка серебра. Для контактов, ком-
мутирующих токи до 20 мкА, могут
быть использованы сплавы платины
с добавками иридия, меди и никеля,
а также сплавы палладия с 10 и 18%
1г.
При выборе материалов для контак-
тов надо иметь в виду, что для обеспе-
чения условий нормальной работы
скользящих контактов совершен! о
недостаточно иметь набор контактных
материалов с параметра ш статических
переходных сопротивлений. Необхо-
димы изучение условий работы кон-
тактов, выбор конструкции контакт-
ного узла и контактных материалов по
динамическим характеристикам и
разработка технологии сборки узла
и подготовки его поверхностей.
Глава 4. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
К этим металлам и сплавам относят
обычно прецизионные сплавы с осо-
быми свойствами теплового расшире-
ния и упругости, немагнитные, кор-
розиониостойкие и теплостойкие
сплавы, термобиметаллы и другие,
а также редкие элементы.
ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ
С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ
В приборостроении требуются спла-
вы с различными заданными значе-
ниями коэффициентов теплового
расширения (табл. 1—3). Из этих
сплавов представляют интерес сле-
дующие.
1. Сплавы с минимально возможным
коэффициентом теплового расширения
(практически равным нулю) в интер-
вале температур —60-=-+100 °C. Их
используют для изготовления деталей
высокоточных приборов, аппаратов,
устройств, требующих стабильности
размеров в интервале климатических
изменений температуры. Линейные
размеры таких деталей практически не
изменяются при нагреве до 50—60 °C.
2. Сплавы с определенными задан-
ными коэффициентами теплового
расширения в интервале рабочих тем-
ператур (—70-=-+500 °C и выше),
обычно близкими или равными по вели-
чине соответствующим коэффициен-
там теплового расширения соединя-
емых с ними материалов. Обычно эти
сплавы служат для соединения с не-
органическими диэлектриками (стек-
лом керамикой, слюдой, искусствен-
ным сапфиром и т. д.), создавая ва-
куумноплотные спаи элементов при-
боров и различной аппаратуры.
3. Сплавы с заданными коэффициен-
тами теплового расширения, отлича-
ющимися иа заданную величину (часто
значительную) от соответствующих ко-
эффицие ITOB теплового расширения
других металлов или сплавов и ста-
бильными в интервале рабочих тем-
ператур. В этом случае сплавы служат
дли создания элементов приборов и
аппаратуры, чувствительных к изме-
нению температуры окружающей
среды.
ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ
С ОСОБЫМИ УПРУГИМИ
СВОЙСТВАМИ
Представляют интерес сплавы с вы-
соким пределом упругости, применя-
емые для изготовления упругих чув-
ствительных элементов приборов,
с высоким неизменяющимся при изме-
нении температуры модулем упру-
гости, применяемые для упругих эле-
ментов особо точных приборов, с вы-
сокими упругими свойствами, обла-
дающие коррозионной устойчивостью,
теплостойкостью, немагнитностью.
Основные данные по этим сплавам
приведены в табл. 4—6.
Здесь же даны свойства сплавов для
растяжек (заменяющих во многих со-
временных приборах обычные опоры),
а также свойства самих растяжек
(табл. 7—12). Сортамент прецизионных
сплавов с особыми свойствами дан
в табл. 13.
ТЕРМОБИМЕТАЛЛЫ
Термобиметалл — это материал, со-
стоящий из двух или нескольких слоев
металла или сплава с различными
коэффициентами теплового расшире-
ния Слой металла пли сплава (соста-
вляющая, компонент) с большим коэф-
фициентом теплового расширения
называют активным, с меньшим —
пассивным. Между активным и пас-
сивным слоями может находиться про-
межуточный. Слои термобп.металла
прочно соединены по всей поверхности
1. Химический состав, основная техническая характеристика и примерное назначение
сплавов с заданным коэффициентом теплового расширения
Марка Основные компоненты, % Основная техническая характеристика Примерное назначение
36Н (инвар) Сплавы 35—37 NI; Fe — осталь- ное малым коэффициентом теплового расшир Сплав с минимальным коэффициентом теплового расширения 1,5-10”“ 1/°С в ннтерпале температур от —60 до + 100 °C ‘Ния Для деталей высокоточных измеритель- ных н контрольных приборов, требую- щих постоянных размеров в интервале климатических изменений температуры; для изготовления термобиметалла
32НКД (ЭИ630А, Н32К4Д) 31,5—33 Ni; 3,2—4,2 Со; 0,6—0,8 Cu; Fe — осталь- ное Сплав с минимальным коэффициентом теплового расширения 1,0*10“® 1/°С в интервале температур от —60 до + 100 сс
35НКТ (Н35КТ) 34,0—35,0 Ni; 5,0—6,0 Со; 2,3—2,8 'П; Fe — осталь- ное Сплав с низким коэффициентом тепло- вого расширения 4-10“® 1/°С в интер- вале температур от —60 до + 100еС с повышенной механической прочностью (в 2 раза превосходящей ппвэр) Для деталей высокоточных приборов, работающих при повышенных механиче- ских нагрузках и требующих постоян- ных размеров в интервале климатиче- ских изменений температуры
32НК-ВИ 31,5—33,0 Ni; 3,7 —4,7 Со; Fe — остальное Сплав в отожженном состоянии с ми- нимальным коэффициентом теплового расширения не более 1,5-10” • 1/°С в интервале температур от +20 до -60 °C Для изделий с полированной поверх» костью* деталей сложной формы, кото рые нельзя подвергать закалке для по лучения более низкого коэффициента теплового расширения
39 Н 38,0—40.0 Ni; < 0,2 Си; Fe — остальное Сплав с низким коэффициентом тепло- ного расширения 4-10”“ 1/°С в интер- вале температур от +20 до —285 °C Для конструкций* работающих при низ- ких температурах
36НХ Спла 29НК (Н29К18, ковар) ях с заданным коэффициента 28,5-29,5 Ni; 17-18 Со; Fe — остальное Сплав с низким коэффициентом тепло- вого расширения (1,0е2,0)- 10”’ 1/°С в интервалах температур от +20 до +100 °C и от +20 до —258 °C м теплового расширения для спаев и соедиг Сплав с низким коэффициентом тепло- вого расширения (4,5® 6,5)-10“( 1/°С в интервале температур от —70 до +420 °C Для конструкций, работающих при низких температурах гений с другими материалами Для различных вакуумноплотных спаев элементов приборов н аппаратов со стек- лами С49-1, С49-2 (ЗС 5), C48-I (ЗС-8), С47-1 (4G)
]
зонкд (Н30КД) 29,5—30,5 N1; 13 — 14.2 Со; 0,3—0,5 Си; Fe — остальное Сплав с низким коэффициентом тепло- вого расширения (3,3 Ф 6,0)-10”’ 1/°С в интервале температур от 20 до 500 °C Для изготовления различных вакуумно- плотных спаев с тугоплавким стеклом С38-1 (ЗС-9) и для отдельных видов спаев со стеклом С40-1 (ЗС-11)
ЗЗНК (НЗЗК17) 32,5 — 33,5 Ni; 16,5- 17,5 Со; Fe — остальное Сплав со средним коэффициентом теп- лового расширения (6^12)-10“® 1/°С, постоянным в интервале температур от — 70 до +500 °C Для изготовления вакуумноплотных соединений с керамикой н стеклокерами- кой
48НХ 48,0—49,5 Ni; 0,7—1,0 Сг; Fe — остальное Сплав со средним коэффициентом теп- лового расширения (8*9,5)°10“® 1/°С в интервале температур от +20 до + 450 °C Для вакуумпоплотных соединений с тер- мометрическим стеклом
47НХ (Н47Х) 46,0-47,5 Ni; 0,7 —1,0 Сг; Fe — остальное Сплаа со средним коэффициентом теп- лового расширения (8Ф 10,5)- 10“® 1/°С в интервале температур от 20 до 500 °C Для вакуумноплотных соединений с тон- к| мн пленками «мягкого» стекла («лен- зос» и др.)
47НД (Н47Д5) 46—48 Ni; 4,5—5,5 Си; Fe — остальное Сплав со средним коэффициентом теп- лового расширения (8ф11)*10"® 1/°С, постоянным в интервале температур от -70 до +460 °C Для спаев с «мягкими» стеклами, для соединений со слюдой «мусковит» и ке- рамикой «стеатит»
47НХР (Н47ХР) 46-48 Ni, 4,5 —6,0 Сг; Fe — остальное Сплав со средним коэффициентом теп- лового расширения (вФЮ-Ю”* 1/°С, постоянным в интервале температур от -70 до +360 °C Для изготовления различных вакуумно- плотных спаев элементов приборов и аппаратуры с мягкими стеклами С87-1 (ЗС-4; 12), С89-2 (23), С89-6, С88-1 (713) С90-1 (БД-1) н др.
42Н (Н42) 41,5—43,0 Ni; Fe — ос- тальное Сплав со средним коэффициентом теп- лового расширения 7,5-10 • 1/°С в ин- тервале температур от 20 до 200 °C Для спаев с керамикой, для детвлей, подвергаемых серебрению, для изготов- ления термобнметалла
46Н (Н46) 45,5—46,5 Ni, Fe — ос- тальное — Для соединения с «сапфиром» н изго- товления термобнметалла
48Н (Н48) 47,5—48,5 Ni; Fo — ос- тальное Сплав со средним коэффициентом теп- лового расширения 9*10"® 1/°С. равным коэффициенту теплового расширения платины Для спаев со стеклом и изготовления термобиметалла
18ХТФ (Х18ТФ) He более 0,6 Сплав со средним коэффициентом теп- лового расширения (11 < 11.4)- 10_* 1/еС, Для вакуумноплотных спаев со стеклом оконного типа и С90-1 (ВД-1) в металло- стеклянных трубках и элементах и в дру- гих спаях взамен сплава Х28 (ЭИ349)
18ХМТФ (Х18МТФ) 17-19 Сг; 0,25-0,45 Мо; 0,60 Ni; 0.25 — 0,45 V; 0 40—0,80 Ti; Fe — ос- тальное постоянным в интервале температур от -70 до +550 °C Для вакуумноплотных соединений с кон- трастным стеклом С87-1, Б9-1
Рп
ь
Ьз
Ьз
е
S:
г>
3
*5
св
а:
г>
а
п
о
си
е
5
О
3
О
5
г
з
ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
316
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
2. Физико-механические свойства сплавов с задан
Сплав НВ °в 0т в ф 'ext г *пл V, г/см’ и о * ti id G и о Я
МПа % °C
I 2 3 4 3 1 6 7 1 8 9 10 11
Сплавы с малым коэффициент
ЗОН •« 131 455 201 45.5 78,1 220 1425- 8,2 0,158
32НКД 35IIKT *’ 29НК •• 143 1G3 363 459 587 319 336 41,0 39.3 71.8 220 210 лм коэф 420 1430 8.1 пом тег 8.3 0,5 левого 0,834 0.133 0.137 >aciuupe 0.192
фициенг 1450
1120 530 1040 С 360 17.4 плавы с 57.8 задана
30НКД “ 520 39 78 400 8,0 0.204
13IIK tsux “ — ЗЮ 43 44 76 460 1460 8.2 М 0.175 0.200
530 — 1450
47ИХ ♦* — 500 — 38 45 360 8.2 0.167
47НХР “ 4711Д •* 46Н »’ 18 ХМТФ • 18ХТФ - 520 — 44 40 44 28 71 76 340 350 580 0,179 0.167 0 179 0.208 0.217
510 78 1455
500 330 — — 7.7
** *cxtr — температура, при которой коэффициент ад минимален.
*2 Значения механических свойств в графах 2—6 даны для сплава, подверти у того
315 °C в течение 1 ч, старение при 95 °C в течение 48 ч.
*я В графах 2—6 в числителе даны значения механических свойств сплава послё'
закалка от 950 °C в воде и отпуск при 650 °C в течение 4 ч
** Значения механических (графы 2—6) и физических (графы 7 — 11) свойств даны
900 °C в течение 1 ч, охлаждение с контейнером на воздухе; значения электрических и
в течение 1 ч (охлаждение с контейнером на воздухе)
Значения механических и физических свойств даны для сплавов» термически
электрических к магнитных свойств — для сплавов, подвергнутых термической об'ра
ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
317
иыми коэффициентами теплового расширения
Средние значения ал« Ю% 1/сС от 20 °C до значений, °C Е, МПа р. мкОм-м V га X 3. xeiuri Вг, Тл. в поле 640 А/м S X
— 100 +100 + 200 + 300 + 400 + 500
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
том теплового расширения
1,1 0.8 2,2 — 0,4 2,1 3,0 3.6 6,2 5,5 5,4 0,2 8,4 8,2 11,2 10,4 Ю,1 19 К 151 000 144 000 0,82 0.78 0,85 650 1300 600 4 450 4 100 1 950 4 700 5 300 2 950 8 700 10 600 12.8 14 0
кия для спаев и соединений с другими материалами
1 4,4 — 5,5 4.4 —5.2 5.9 — 6,4 148 000 0,50 800 6 000 9 600 13 400 76,0
1 3.3— 4,0 3,5—4,2 5,4 — 6,0 140 000 0,52 900 8 000 7 200 12 700 72,0
6,8 — 8,3 + 450 С 8.0—9.5 8.0— 8,7 142 000 0,42 0.40 800 3200 5 000 35 600 9 750 7 500 12 600 12 850 76,0 16,0
8,0— 9.0 8,0—9,0 9,5— 10,5 — 0,58 3000 32 100 7 000 11 100 9.6
1 8,5- 9.9 9,0—10,2 9.0—9,9 9.5— 11,0 9,3— 10.8 140 000 142 000 0,90 0.45 0,54 2000 3500 24 600 19 000 39 600 5 500 9 600 10 200 9 950 12 800 14 200 20,0 22,4 16.0
героической об его закалки от Для сплавов, п Магнитных cBof Сработанных п <$отие но режик работке )50°С в одверги ств (грг о режи» iy: нагр по следую воде; в зна угых тер ми фы 19—24) ну: нагрев ев в вакуу 11,2—226 000 11.4 — 1 — цему режиму: менателе — пос ческой обработ» — для сллаво! при 860 СС в те ме прн 750 °C 0,62 0.60 закал» ле тер <е по з, ото чение тече» 380 320 ка от мнчес режюь кженн 10 ми не I 2 500 830 СС кой обр яу: иаг ых в в и, охла ч, охлаз 8 750 110 400 воде, отпуск аботкн по режг рев в вакууме акууме при 95 ждение на возд идеи и е на возд 12,8 при [му; при 0 СС ухе; ухе.
318
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
Режим термической обработки сплавов с заданными коэффициентами теплоаого расширения (ГОСТ 10994—74*)
Охлаждение В воде На воздухе На воздухе С печью, с контейне- ром печи на воздухе В воде или на воздухе (каждый лист отдельно)
Нагрев Время выдержки, ч 0,3-0,5 - 00 0,5—10 в зависимости от размера и массы садки 0 2-0,5 0,5—10 в зависимости от размера и садки to о 1 сч о 3 — 5 мин (каждый лист отдельно)
Темпера- тура, °C 830 315 95 750-850 1050—1100 780 — 900 1 о о 880 (быстрый нагрев)
Среда Воздух Вакуум Водород, диссоции- рованный аммиак Вакуум Водород, диссоции- рованный аммиак Обычная атмосфе : рэ
Вид термической обработки Конечная термообработка: Закалка (первая операция) Отпуск (вторая операция) Старение (третья опера- ции) Отжнг (промежуточная термообработка) Отжиг (конечная термооб- работка) Отжиг (промежуточная термообработка) Отжнг (конечная термооб- работка) Закалка
Марка 36Н, 32НКД 29НК, 33 ПК. 47НД 47НХ 18ХМТФ (горячеката- ный лист)
ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ УПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ 319
соприкосновения (обычно сваркой)
и, таким образом, представляют собой
единое целое.
На различии в коэффициентах те-
плового расширения слоев термобн-
металла, обусловливающем его спо-
собность к деформации при изменении
температуры, основаны принцип дей-
ствия и практическое применение
в виде термобиметаллцческих элемен-
тов.
Механизм действия термобиметаллп-
ческих элементов следующий: полоса,
лента, диск или любой другой элемент
из термобнметалла, имеющий пло-
скую форму при исходной температуре,
в процессе нагрева деформируется (из-
гибается) за счет неравномерного рас-
пределения внутренних напряжении
в его сечениях, вызванного выше-
указанным различием в коэффициен-
тах теплового расширения его слоев.
Изгиб происходит таким образом, что
при нагреве слон с большим коэффи-
циентом теплового расширения (испы-
тывающий напряжения сжатия) на-
ходится с выпу лой стороны, а слой
с меньшим коэффициентом теплового
расширения (испытывающий напря-
жения растяжения) — с вогнутой сто-
роны При охлаждении термобиме-
таллический элемент изгибается
в противоположном направлении.
Однако термобиметаллические эле-
менты могут фиксировать (пли изме-
рять) не только изменение температуры
окружающей среды, по и все измене-
ния состояния, процессов, параметров,
связанные с вышеуказанным измене-
нием температуры. При этом термо-
биметалл может выполнять функции
измерительного, компенсационного,
регулирующего илп защитного эле-
мента.
Выбор материала для термобиметал-
ла определяется служебными требова-
ниями к нему, условиями его эксплу-
атации и требованиями к его изгото-
влению и обработке.
Основные требования к термобиме-
таллу:
высокая или заданная температур-
ная чувствительность, выражаемая
соответственно значительной илп за-
данной величиной удельного изгиба
термобнметалла при изменении его
температуры;
линейная зависимость деформации
от температуры;
отсутствие механического гистере-
зиса, т. е. отсутствие гистерезиса де-
формации при изменении темпера-
туры. Термобпметаллическпй эле-
мент не должен иметь остаточную де-
формацию, т. е. после прекращения
действия на пего температуры он дол-
жен возвращаться в свое первоначяль-
ное положение;
стабильность размеров и свойств
во времени.
Эти требования должны выполнять-
ся во всем заданном интервале темпе-
ратур.
Условия эксплуатации, которые
необходимо учитывать при расчете
термобиметаллических элементов, сле-
дующие:
диапазон рабочей температуры;
характер нагрева — непосредствен-
ный нагрев током пли косвенный обо-
грев;
характер окружающей среды, в ко-
торой должен работать тер.мобиметал-
лический элемент.
По изготовлению и обработке к тер-
мобиметаллу предъявляют требования
хорошей свариваемости слоев, спо-
собности к пластической и механиче-
ской обработке. Получение опти-
мальных свойств термобнметалла до-
стигается подбором (т е определенным
сочетанием) его активного и пассивного
компонентов
Высокая температурная чувстви-
тельность термобнметалла получается
сочетанием компонентов, значительно
отличающихся друг от друга по
температурным коэффициентам рас-
ширения. Линейная зависимость де-
формации от температуры, отсутствие
гистерезиса этой деформации дости-
гается в основном за счет применения
для компонентов термобнметалла ма-
териалов с высокими упругими свой-
ствами сохраняющимися во всем
диапазоне рабочей температуры. Вы-
сокий предел упругости и максимально
высокий модуль упругости на растя-
жение и сжатие компонентов термо-
биметалла в заданном интервале тем-
ператур обеспечивают в процессе его
работы отсутствие в нем пластической
деформации. Таким образом, термо-
бнметаллические элементы не выхо-
4. Сплавы с особыми упругими свойствами
Сплав Химический состав Техническая характеристика Примерное назначение
42НХТЮ (Ц41ХТ) 5.1-5,Ч Сг: 41.57-43,5 Ni; О.о—1.0 Al; 2 4 — 3 Ti; Fe — остальное Сплав днсперсноннотвердеющий с низким температурным коэф- фициентом модуля упругости до + ЮО °C Высокопрочный (Ов = = 120е 160 МПа) Для изготовления упругих чув- ствительных элементов, работаю- щих при температуре до 100 °C (пружины, мембраны, датчики давления, трубки Бурдона, диа- фрагмы и др.)
44НХТЮ (Н43ХТ) 5.2 —5.8 Сг: 43.5 — 45.5 Ni: 0,4 — 0,8 Al; 2,2 —2,7 Ti; Fe — остальное Сплав диспсрсионнотвсрдеюший с низким температурным коэф- фициентом модуля упругости до + 180е-200 °C То же, по при температуре до 200 СС
97НЛ (ЭИ996) 2,1—2,5 Be, NI — остальное Сплав днсперсноннотвердеющий, коррозионностойкий с высокими упругими характеристиками, предел прочности ! 60-5-190 МПа, модуль нормальной упругости 20 000—21 000 МПа, ударное электросопротивление0,35 мкОм*м Для токоведущих и силовых упругих чувствительных элемен- тов, работающих при температу ре до 300 °C
41НХТА (Н41ХТА) 41,5 — 43,5 NI: 4,9 — 5,/ Cr 2,2-3.0 Ti; 0,5-1,0 Al; Fe - остальное to**
35НХМВ (Н35ХМВ) 34.3—35,7 Nr 8 5 — 9 5 Cr; i,14 —1,20 C. 0.80 -0,90 Mn 1.8-2.2 Mo; 0,55-0,85 W. Fe — остальное в.*
11 Пятни Ю. М. и др.
36НХТЮМ8 0,8-1,2 Мп; 35-37 NI: 12,5-18,5 Сг: 2,7-3,2 11 1.0-1,3 А1; 7-9 Мо; Fe- остальное 36НХТЮ, 36НХТЮМ4 корро- зиоиностойкие в парах, н раство- рах азотной кислоты, в усло- виях тропического климата и других агрессивных средах Упругие н чувствительные эле- менты приборов и пружин, рабо- тающие до 400—500° С а также в агрессивных средах
юкнхмв 1,8 —2,2 Мп; 14 — 16 N1- 18—20 Сг; 39—41 Со; 3 — 4 Мо; 3,5—4,5 W, Fe — ос- тальное Растяжки и подвесы электроиз- мерительных приборов
36НХТЮ (Н36ХТЮ, ЭИ702, ЭИ7О2С) 0,8 —1,2 Мп: 11,5—13,0 NI; 35 — 37 Сг; 0,9-1,2 А1; 2,7 — 3,2 Ti; Fe — остальное Сплав немагнитный коррозион- ностойкнй днсперсионнотвердею- щий повышенной прочности (пре- дел прочности 120—160 МПа, с высоким модулем нормальной упругости (19 000—20 000 МПа) Упругие чувствительные элемен- ты приборов и деталей, работаю- щих в азотной кислоте и других агрессивных средах при темпера- турах до 200 °C — манометриче- ские трубки, сильфоны, трубки Бурдона, анероидные коробки, витые и цилиндрические пру- жины
36НХТЮМ (Н36ХТЮМ5, ЭП51) 0.8-1,2 Мп; 12.5-13,5 Сг; 35 — 37 N1; 4 —G Мо; 1 — 1,3 AI; 2.7—3,2 TI; Fe — ос- тальное То же, предел прочности 140— 180 МПа с высоким модулем нормальной упругости (20 000— 21 000 МПа) Упругие чувствительные элемен- ты, работающие при температуре до 400 °C, а также в агрессивных средах
40КНХМВТЮ (К40ТЮ, ЭП4) 1,8—2,2 Мп: 11,5—13,0 Сг; 18—20 N1; .3—4 Мо; .39— 41 Со: 0,2 —0,5 А1; 6 — 7 W: 1,5—2,0 Ti; Fe — остальное Сплав немагнитный, коррозион- иостойкий, высокопрочный (пре- дел прочности проволоки 200 МПа), с высоким модулем нормальной упругости Для заводных пружин наручных часов Применяется после накле- па н последующего отпуска
40КХНМ (К40НХМ) 1,8—2,2 Мп: 19 — 21 Сг; 15 — 17 N1. 6,4 — 7 4 Мс 39— 41 Со; Fe — остальное Сплав высокопрочный (предел прочности проволоки до 270 МПа) с высокими упругими свойства ми (модуль нормальной упруго стн 20 000 МПа), немагнитный коррознониостойкий в агрессив- ных средах н в условиях тропи веского клвмата Для заводных пружин часов ме- ханизмов, витых цилиндрических пружин* работающих при темпе- ратурах до 400 °C и в резко агрес- сивных средахе для кернов элек- троизмерительных приборов. Применяется после высокого- на- клепа и последующего отпуска
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ УПРУГИМИ СВОЙСТВА МИ 321
S. Прецизионные сплавы с особыми упругими свойствами
Сплав Механические свойства Физические свойства Магнитные свойства
После тер- мической и пластиче- ской обра- ботки 110 режиму * 1 "в °т 6. % НВ Е. МПа . Дя; ’В’ см-с-К “э. ср- от 20 °C до зна- чений, °C S и о £ S После термиче- ской и пластиче- ской обработки по режиму * « к. **r max Вг в поле 4 кА/м S 5?
МПа 100 200
Сплавы с малым температурным коэффициентом модуля упругости
42НХТЮ 3, 950 еС X. д (75 % обж ); О 650 °C, 4 ч 3. 950 °C; 0. 750 °C, 4 ч 700 - 50 130 0,146 9,5 10,8 1,0 . 700 °C, 4 ч 200 650 0,186 0,330 48
1450 10
1250 800 20 310
44НХТЮ 3. 950 °C X. д. (7Г, % обж.): О. 6'50 °C, 4 ч 3. 950 °C; О. 700 °C, 4 ч 650 — 45 130 — 0,154 8,0 9,0 — 0,98 3. 950 °C, О 320 1300 0,280 0,550 96
1500 — — —
1200 800 20 300
41НХТА О. 1000— 1050 вС X. д. (95 % обж.): О. 700 'С, 1 ч в вакууме 750 — 22 130 — — — X. д. (95 % обж.): О. 700 °C. 1 ч 103 220 0,275 0,525 656
1400 8 —
35НХМВ О. 950 °C, 1 ч в вакууме X д (80 % обж.), О. 665 °C, 20—25 мин 780— 800 18 — 22 — 7.0 0,9—1 О. 950 °C, 1 ч в вакууме 100 450 — 0,650 496
1070 6
11*
36НХТЮ 3 980— 1100 °C 3. 980 °C; О. 675 °C, 4 ч 3. 980 °C; X. д. (50 % обж.); О. 675 °C, 4 ч Немое/ 600- 700 штные 250— 350 коррози 36-38 он ноет о 150— 160 190 000—200 000 | тепло стойк 12- 14 ле спл аяы с 7,9 высоким 0,9- 1.0 и упругими свойствами
1200— 1300 800— 1000 14—18 370- 380
1400— 1650 1300- 1450 8—12 330- 350
36НХТЮМ5 3. 980- 1100 °C 3 980 °C; О. 750 °C, 4 Ч 3. 980 °C; X. д. (50 % обж.); О, 750 °C, 4 ч 850 — 900 500 — 600 30-35 200— 216 220 000 200 000—210 000 12- 13 8,0 1,0— 1.1
1400 — 1450 1000- 1100 8-10 4 00— 4 20
1400 — 1750 1300- 1600 5—10 4 00— 420
36НХТЮМ8 3. 980 °C 3 1000 °C; О 750 °C, 4 Ч 3. 1000 °C; X. д. (50 % обж.); О. 750 «С. 4 ч 900— 950 600— 650 20 — 25 215 — 230 8,3
1450 — 1480 1100— 1150 6-7 440— 450
1400 — 1900 1300- 1600 5—10 4 20 — 450
40КНХМВТЮ 3. 1150 °C 3. 1150- 11 80 °C; О 500— 550 °C, 4 ч 3. 1150— 1180 °C; X. д. (85 % обж.); О. 500— 550 °C, 4 ч 700— 800 350— 400 55-60 140— 160 14 — 15 8,5
900— 1100 400— 500 30—40 *—
2000 — 2200 1900— 2200 4-6 550- 600
5
15
01
ft
5
5
О
з:
□:
г:
ft
S)
св
Продолжение табл. 5
Сплав Механические свойства Физические свойства Магнитные свойства
После тер мнческой и пластиче- ской обра- ботки по режиму’ • <7В От 6.- % НВ Е, МП» 56 о о а “э. ср, от 20 °C до зна- чений, °C у. г/см'’ 5 О 6 После тсимиче- ской к пластиче- ской обработки по режиму * и ач Hr max Вг, Тл Вг в поле 4 к Л/м Нс. Мм
МПа 100 200
40КНХМ 3. 1150 °C 3. 1150 °C; О. 500- 550 °C, 4 ч 3. 1150 "С; X. д. (70- 75 % обж.); О. 500— 550 °C, 4 ч 700— 800 — 40—50 180— 200 205 000—210 000 деФорт 14- 16 апня; обж. 8,3 — об; 0,9 — 1.0 катие. —
700— 800 45 — 50 —
2500 — 2700 24 00— 2600 3—5 600 — 700
токнхмв 3. 1150 °C 3. 1100- 1150 °C; О. 500 °C 4ч 3. 1100— 1150 °C; х. д. (85 % обж ); О. 500 °C. 4ч * 3. — зека 700— 750 2300- 2800 — втпу 40-50 180— 200 О = 210 000—215 000
700— 800 45 — 55 580— 600
3000- 3200 лка; О 4 — 6 СК? X 21 — ХОЛ
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
6 Режим термической обработки сплавов с заданными упругими свойствами
Сплав Среда отжига Температура и скорость нагрева Время выдержки при температуре нагрева Режим охлаждения
40КХНМ Воздух Первая операция — садка в го- рячую печь 1150—1180 °C. Обя- зательная холодная деформация с обжатием 75 % Устанавливается в зави- симости от сечения Закалка в воде
Воздух или защитная атмосфера Вторая операция — отпуск 500— 550 °C 4 ч На воздухе
40КНХМВТЮ Воздух Первая операция — садка в го- рячую печь 1150—1180 °C. Обя зательная холодная деформация с обжатием от 80 до 95 % Вторая операция — отпуск 350— 550 °C Закалка в воде На воздухе
36НХТЮ Воздух Первая операция — садка в го- рячую печь 920 °C Вторая операция — отпуск 675 °C 4 ч Закалка в воде На воздухе
42НХТЮ Воздух Первая операция — садка в го- рячую печь 950 °C В зависимости от размера садки Закалка в воде
44НХТЮ Воздух или защитная атмосфера Вторая операция — отпуск 700 “С 4 ч На воздухе
97 Н Л Воздух Первая операция — садка в го- рячую печь 1050—1070 °C Устанавливается в зави- симости от сечения Закалка в воде
Воздух или защитная атмосфера Вторая операция — отпуск 500— 520 °C 1-1,5 ч На воздухе
Примечание. В случае изготовления изделий нростейшей»формы из сплавов 42НХТЮ и 44НХТЮ и необходимости
повышения предела прочности возможно применение холоднодеформкронаиного металла Рекомендуется отпуск при 600—675 °C
в течение 4 ч
326
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
7. Физико-механические свойства материалов для растяжек
Характеристика БрОЦ4-3 БрБ2 ПлСр-20 K401IXMB
ав. МПа 1 150 1 600 2 000 3 000
апц, МПа 8 000 1 000 1 600 1 900
ИВ 25 40 55 80
Е, МПа 115 000 135 000 175 000 210 000
С, МПа 45 000 50 000 70 000 80 000
Термоупругий коэффи- циенте 1/сС —4,0-10“* -3.0-10“* — 2,5-10-* — 3,010"*
Упругое последействие. % от угла закручивания 0,1 0,2 0,05 0,02
Температурный коэффи- циент упругого последей- ствия, 1/сС 1,5 10-1 1.5-10-3 -1-10-* -2,5-10-
р, мкОм* м 0,09 0,07 0,3 1.0
А, мДж/(м-с*сС) 375 625 417 125
Термо-э. д. с. в паре с медью, мкВ/сС — 2 — 1 —8 —1
ал, 1ГС 15-Ю"3 15-10“* 14-10 • 15-10“*
V, г/см3 8,8 8,2 19,3 9
Температура начала раз- упрочнения, сС 250 350 800 700
Примечания: 1. Все характеристики растяжек определены при 20 С. 2 Термоэлектродвижущая сила в ларе с медью определена при t— 100 СС и t = 20 СС. 3. Все температурные коэффициенты действительны для интервала темпе- ратур от —60 до 165 °C. 4. Относительное изменение момента растяжек, вызванное отклонением натяжения от указанного в ГОСТ 9444—74, определяется уравнением
бм = 0,75 Р - Р„.
РВ ’
где Ро — натяжение растяжки по ГОСТ 9444—74 ; Р растяжки Рв — разрывное усилие растяжки. — фактическое натяжеине
ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ УПРУГИ МИ СВОЙСТВАМИ 327
8. Свойства растяжек из оловяино-цннковоЙ бронзы
Противодействующий момент иа длину 100 мм. нН-м/900 Натяжение при опре- делении момента, Н Упругое последей- ствие, % от угла за- кручивания, не более Разрывное усилие Н( не менее Электрическое сопро- тивление на длину 100 мм. Ом Противодействующий момент на длину 100 мм. нН-м/90” Натяжение при опре- делении момента, Н Упругое последей- ствие, % от угла за- кручивания. не более Разрывное усилие Н, не менее Электрическое сопро тивление на длину 100 мм, Ом
2.0 2.2 2,5 2,8 3.2 3.6 4.0 0.07 0,1 0,25 25 22,0 25.0 28,0 32.0 36 0 40.0 45.0 50,0 56,0 0.30 1,10 I.I5 1,20 7
0,30 1,30 1,40 1,50 6
20
1,60 1,70 1,80 5
0,35
18
63 71 80 90 100 110 0,50 1,90 2,00 2.10 2,20 4
0.40
0.45 16
2,30 2.40 3,5
4,5 5.0 5,6 6,3 7,1 8.0 9.0 0,12
125 140 160 180 200 224 0,75 0,13 2.50
0.50 0,55 14 2,60 2.70 2,90 3.10 3
0,60 0,05 12 3,30 3,50 3,70 3 90 2.5
0.70 0.75 10 250 280 315 355 400 450 500 1,00
10.0 11,0 12.5 14.0 16.0 18,0 20.0 0,20 4,20 4 50 4 80 5,10 2
0.60 0,85 9
560 630 710 800 900 1000 1,50 5.40 5.70 6.00 1,5
0.90 0,95 1.00 8
6,30 6 60 6 90 1
1,05 7
2,0 2,2 2,5 2.8 3,2 3.G 4.0 4,5 5.0 5.6 6.3 7,1 8,0 9.0 10 11 12,5 14 16 18 20 22 25 28 32 36 Противодействующий момент на длину 100 мм, иН-м/90’ 328 МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ 8. Свойства растяжек из бериллиевой бронзы
0,30 0,20 0.12 О о Натяжение при опре- делении момента, Н
р КЗ Упругое последей- ствие, % от угла нак- ручивания, не более
0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1.10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 0,55 0,55 0,30 0,35 0,40 0,40 0,45 0,50 Разрывное усилие Н, не менее
оа <£> О - ND w Z СП оа ND О ND СП Электрическое сопро- тивление на длину 100 мм Ом
40 45 50 56 63 71 80 90 100 ПО 125 140 160 180 200 224 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 1900 1000 Противодействующий момент на длину 100 мм, нН м/90’
2,00 сл о О О 0,75 0,30 Натяжение при опре- делении момента, Н,
0,25 р ND Упругое последей- ствие, % от угла зак- ручивания, не более
1,90 2,00 2,10 2,20 2,35 2,50 2,65 2,80 3,00 3,15 3,30 3,40 3,60 3,80 4,00 4,20 4,40 4,70 5,00 5,30 5,70 6,10 6.40 6,70 7,10 7,50 7,90 8,20 8,50 Разрывное усилие^ Н, не менее
- сл кэ ND СЛ w р сл А СП Электрическое сопро- тивление на длину 100 мм, Ом
2,0 2,2 2.5 2.8 3,2 3,6 4,0 4,5 5,0 5,6 6,3 7,1 8,0 9,0 10 И 12,5 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 46 Противодействующий момент на длину 100 мм, нН«м/90е
0,50 0.30 р КЗ О 0,12 0,07 Натяжение при опре- делении момента, Н
р о сл Упругое последей- ствие, % от угла за- кручивания. не более
1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 2,00 2,10 2,20 2,30 1,10 О О 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 р СП СП 0,35 0,40 0,45 0.50 Разрывное усилие, Н, не менее
КЗ сл 05 О о СП О о о О оо О о О о О 120 Электрическое сопро- тивление на длину 100 мм, Ом
50 56 63 71 80 90 100 ПО 125 140 160 180 200 224 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 Противодействующий момент на длину 100 мм, нН-м/900
2,00 1,50 1,00 0,75 09'0 Натяжение при опре- делении момента. Н
0,08 0,05 Упругое последей- ствие, % от угла за- кручивания, не более
2,40 2,50 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 3,60 3.80 4,00 4,20 4,40 4,60 4,80 5.00 5,40 5,70 6,10 6,50 6,90 7,30 7,70 8,10 8,60 9,10 9,50 9,90 Разрывное усилие, Н, не менее
О *4 со О - ND W л — — w- ж- 1— КЗ кэ СП О *4 со Ю О 1— КЗ о КЗ сл Электрическое сопро- тивление на длину 100 мм. Ом
ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ УПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ 329
330
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
И. Свойства растяжек из кобальт-никель-хромового сплава
Протн- водей ствую- щнй мо- мент на длину 100 мм. нН-м/90® Натя- жение при опреде- лении момен- та, Н Раз- рывное усилие, Н. ие менее Электри- ческое сопро тнвление на длину 100 мм Ом Проти- водей - ствую- щнй мо- мент на длину 100 мм3 нН-м/90° Натя- жение при опреде лен нн момен та, Н Раз- рывное усилие, Н. не менее Электри- ческое сопро- тивление на длину 100 мм Ом
2.0 1.60 120 22,4 1.00 5,70 32
2.2 1.90 115 25 6,10 30
2.5 0.30 2.00 110 28 6.70 29
2.8 2,10 100 31,5 1,50 7.30 28
3.2 2.30 95 35.5 7,90 27
! з,б 2.40 90 40 8,40 26
4 0 0,50 2.50 85 45 9,10 25
4,5 2.60 80 50 9,30 24
5.0 2,80 75 56 9,80 23
5.6 3,00 70 63 10,30 22
6.3 3.20 65 71 10.80 21
7.1 0.75 3.40 60 80 11,30 20
8.0 3,60 55 90 11,80 19
9.0 3,80 53 100 2.00 12,50 18
10 4,00 50 ПО 13,30 17
и 4,20 45 125 14.30 16
12,5 4,40 43 40 15,30 15
14 1,00 4.60 40 160 16,30 14
16 4.80 38 180 17,30 13
18 5.00 36 200 18,30 12
20 5.40 34
При м е ч а н и е. Упругое последействие — ие более % от угла за-
кручнвания
12. Свойства подвесов из бериллиевой, оловянно-цинковой,
медно-хромистой и модно-кадмиевой бронз
Проти- водей- ствую- кций мо- мент на длину 100 мм. нН-м/90° Натяжение при определении момента, И Электрическое сопротивление на длину 100 мм. Ом Ироти- недей- ствую- щий мо- мент на длину 100 мм. нН-mW Натяжение при определении момента, Н Электрическое сопротивление на длину 100 мм, Ом
га<*а 3 о с. БрХ 0,5 и ЬрКд2 <х 1Д а 7 3 о БрХ 0,5 и БрКд2
1.0 1.1 1.2 1,4 1.6 1.8 2.0 2.2 £з 3.2 3.6 4.0 4.5 5.0 5.6 6.3 7.1 0,005 35 35 8 8.0 9.0 10 11 12,5 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 0.01 12 12 3.5
И Ю 3
30 30 7
10
25 25 6.5
9
9 2,5
22 22 0,02 8
6 8
20 20 5,5 7 7 2
18 18 5 6
0,01 6 1.5
16 16 4.5 5
14 14 4 4 5 1
12 12 3,6
ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ УПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ 33J
13. Сортамент сплавов с особыми тепловыми и упругими свойствами
Сплав Вид изделия Основные размеры, мм
Толщина или диаметр Ширина
Сплавы с заданными коэффициентами теплового расширения
36 В (1136—инвар) Лента Полоса Лист Прутки горячекатаные и кованые Прутки шлифованные Проволока Заготовка трубная 0,2—1,5 0.2 — 2 0 100—300 100—280
3,0—5,0 3,0—11,0 6 и выше 5—15 0.1—3,0 90—110 100—300 450—600
—
32НКД (суперин вар) Прутки горячекатаиые и кованые 6 и выше —
35НКТ Поковки по по
29НК (Н29К18—ко- вар) Лента и листы холодно- катаные Полосы горячекатаные Листы горячекатаные Прутки: горячекатаные кованые шлифованные 0,10—2,5 3,0—5,0 3,0—11,0 8—38 10-50 4 — 7.5 70—250 140—450 450—600
Проволока 0.4—3.5 0,15—0,3
Заготовка трубная Т рубы 85—90 2,0—4L0 1,5
ЗОНКД (Н30К13Д) Ленты холоднокатаные 0,1—0.25 0,28—2,0 70—130 70—250
Ленты горячекатаные 3,0—5,0 5.5 450—500
Полосы горячекатаные 3,0—5.5 140—450
ЗОНКД (Н30К13Д) Прутки кованые Прутки горячекатаные Проволока холоднотяну- тая 40—50 8—38 0,2—3,5 —
ЗЗНК (НЗЗК17) Лента колоднокатаная 0,10—0,25 0,28—2,0 70—130 70—250
Прутки горячекатаные Прутки кованые Проволока 8,0—38,0 40,0—50,0 0,3—3,5 **
332
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
Продолжение табл. 13
Сплав Вид изделия Основные размеры, мм
Толщина или диаметр Ширина
47НХР (Н47ХБ) Лента холоднокатаная Проволока 0.2; 0.3; 0,5; 0,1 0.5—3.0 70—250
Лента холоднокатаная и,10—0,25 0.28 — 2,0 70—130 70—250
47НД (Н47Д5) Листы и полосы горяче- катаные .1,0 —5.5 1 10 —G00
Пруткн горячекатаные 8—38 15 — 4 0
Прутки кованые 10—15
47НД (Н47Д5) 47 НД вакуумный Прутки кованые Проволока Проволока Прутки 40—50 0.3—3,5 0,5—1.5 15-40
471IX (I147X) 48НХ (Н48Х) Лейта холоднокатаная 0,5; 0.3 100
Заготовка трубная Трубы 85; 90 1,5; 2,0; 3.0 —
47X113 (Н47ХЗ) Лентн холоднокатаная 0,3 50—55
Фени-42 (ЭП332) чи- стый по примесям Лента холоднокатаная 0.08 — 0,15 0,18—0,50 Кратная 34 Кратная 71
Фени-42 (ЭП318) Листы холоднокатаные 0.8 700
46П (Н46) Лента холоднокатаная Листы холоднокатаные Прутки Проволока 0,10—0,95 1,0—4,0 8,0 — 50,0 0.3—5.0 100—180 140—250
18ХМТФ (Х18ТФМ, ЭИ636) Листы горячекатаные 3.0 600
Сплавы с малым температурным коэффициентом модуля нормальной упругости
42НХТ (1141 XT) Лента холоднокатаная 0.1—2,0 0.5—2.0 100—200
Проволока Прутки 0.3 —5.0 8,0—10.0 —
41НХТА (Н41ХТА) Катанка Проволока 8,0 0.05—8.0 —
ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ УПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ 333
Продолжение тебя, 1S
Сплав Вид изделия Основные размеры, мм
Толщина нли диаметр Ширин*
44НХТ (Н43ХТ) Лейта холоднокатаная 0.01 — 0,02 60—100
Проволока 0.6—6,0 0,3—7,0
Катанка Пруткн горячекатаные Прутки кованые 8,0; 9,0 40; 60 30—90
Сплавы немагнитные коррозионностойкие с высокими упругими свойствами
36НХТЮ (Н36ХТЮ, Лента колоднокатаная 0,2—1,0 1.6 1,0—2,5 0,05—0,95 400 140. 200, 270 100—270 100—200
ЭИ702) Пруткн горячекатаные Пруткн кованые Пруткн шлифованные Проволока холоднотяну- тая 8—25 26—120 3—20 S*
36НХТЮ (Н36ХТЮ. ЭИ702) Проволока сварочная Трубки Трубки сварные 0,3—12.0 6,0 6.0X2 14X2 —
36НТХЮМ5 (Н36ХТЮМ5) Лента холоднокатаная 0,1 —1.5 0,1—0,18 —
36НХТЮ.М8 (Н36ХТЮМ8, ЭП-62) Проволока Заготовка трубная Трубы 0,5 —2.5 80—100 15Х 1,2 —
40К11ХМ (К40НХМ) Лейта холоднокатаная 0,6—2.0 Ы/
Проволока холодноката- ная 0,5 0.5—6,0 0,10—1,2
Пруток кованый кв. 90
Пружины 0,35x7,5; 0,18X6,75; 0,22X6,75
40КНХМВ (К40НХМВ) Проволока 0,05—1,0
40КНХМВТЮ (К40ТЮ) Проволока 0,48—1,5
Пружин ы 0,15 0, 0,25 1,6 1.38 3,0
334
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
дят при работе за пределы упругих
деформаций, что облегчает их расчет,
так как согласно закону Гука вели-
чина нагрева, напряжение и деформа-
ция связаны линейной зависимостью.
Высокие упругие свойства компонен-
тов термобнметалла обеспечивают
высокую точность работы, высокие
работоспособность и надежность
термобнметаллнческих элементов,
а также облегчают их изготовление
и регулировку, тем самым упрощая
и удешевляя производство этих эле-
ментов
При изготовлении термобиметал-
лических элементов необходимо
соблюдать точность заданных разме-
ров, свойств и учитывать, что на усло-
вия изгиба влияет неравномерность
распределения температуры как по
сечению, так и по длине полосы, при-
нимать во внимание влияние внешних
сил, собственной массы полосы, пара-
метры термобиметалла при нагрева-
нии н охлаждении.
Из изложенного следует, что опти-
мальными свойствами должен обла-
дать термобнметалл, сочетающий вы-
сокие упругие свойства н большую
или заданную разность температурных
коэффициентов расширения компо-
нентов.
Материалы для изготовления термо-
биметалла. В качестве материалов
для компонентов термобнметалла
принципиально могут применяться
как чистые металлы, так и сплавы.
За исключением никеля, использу-
емого для изготовления активного ком-
понента, чистые металлы почти не
используются, так как трудно найти
металл, сочетающий необходимый
комплекс свойств и технологичность,
а также экономичный.
Средн сплавов наибольшее при-
менение для изготовления термоби-
металлов находят сплавы системы же-
лезо — никель. Никель оказывает
сильное влияние на физические свой-
ства железа, резко изменяя его элек-
тропроводность, теплопроводность и
коэффициент теплового расширения.
Сплавы этой системы, содержащие бо-
лее 20 % Ni, обладают особыми свой-
ствами в частности имеют особенности
теплового расширения. Эти сплавы,
сильно различаясь по температурным
коэффициентам теплового расшире-
ния, обладают высокими механиче-
скими, например упругими, свойства-
ми, мало отличающимися друг от
друга. Сваренный из этих сплавов
термобнметалл совершенно однороден
по механическим свойствам по всему
сечению и может рассматриваться как
однородное тело. Прн этом он может
обладать большой или заданной темпе-
ратурной чувствительностью, что
облегчает расчет прогиба и напряже-
ний в тер.мобнметаллическом эле-
менте.
Наиболее интересным сплавом
в этой системе, применяемым для изго-
товления пассивных компонентов,
является сплав, содержащий 36 % Ni,
так называемый инвар (т. е. неизменя-
ющийся). Он имеет чрезвычайно
низкий коэффициент теплового рас-
ширения, минимальный в этой системе
(примерно в 12 раз меньший, чем у же-
леза), малую теплопроводность и вы-
сокое удельное электросопротивление
(1,0 мкОм-м). Малым коэффициентом
теплового расширения в системе
Fe — Ni обладают также сплавы с еще
большим содержанием никеля (до
50 %).
Очень низким (практически равным
нулю) п стабильным коэффициентом
теплового расширения обладает
сплав системы Fe — Ni, легирован-
ный кобальтом (суперинвар)
Для изготовления пассивных ком-
понентов применяют также сплавы
системы Fe—Ni (Ni 36—48%),
легированные Сг (6 %) или Ti (2,5 %)
и AI (0,6%).
У сплавов системы Fe— Ni в зави-
симости от температуры минимальное
ал может быть при различном содер-
жании Ni. Так, при температуре до
150—170 °C минимальным ал обладает
сплав с 36 % Ni, при 200—300 °C —
сплав с 42 % Ni, при 350—450 °C —
сплав с 48 % Ni. Диапазон темпера-
тур. где ал ие меняет или незначи-
тельно меняет свою величину, также
различен для этих сплавов. Рекоменду-
емый рабочий интервал температур для
сплава с 36 % Ni 0—170 °C, с 40—
42% Ni 200—340 °C, с 46-48 % Ni
250—450 °C. Таким образом, термо-
биметаллы с пассивным компонентом
из сплавов с 42—48% Ni более чув-
ТГР МОБИ МЕТАЛЛЫ
335
ствительны при высокой темпера*
туре, чем термобиметаллы с ин-
варом, которые целесообразно при-
менять при более низкой температуре.
В качестве активных компонентов
можно применять немагнитные спла-
вы системы Fe — Ni, содержащие 20—
25 % Ni, которые имеют большой
температурный коэффициент тепло-
вого расширения, в 18—20 раз пре-
вышающий а„ инвара.
Для повышения стабильности и
улучшения свойств сплавы системы
Fe — Ni легируют хромом, марган-
цем, молибденом. Хорошими свой-
ствами обладает стабилизированный
сплав Мп с присадкой Ni н Си. Он
имеет высокое удельное электро-
сопротивление.
Кроме системы Fe — Ni есть много
сплавов с высоким ал, но в качестве
активных компонентов могут при-
меняться немногие, а именно те из
них, которые имеют модуль упругости,
близкий по значению модулю упру-
гости пассивного компонента, и хо-
рошую свариваемость. К ним отно-
сятся сплавы меди с цинком (латуни),
с оловом (бронзы), с никелем и т. д.
Термобнметалл изготовляют в виде
холоднокатаных иагартованных лент
и полос по ГОСТ 10533—63. Химиче-
ский состав металлов и сплавов для
составляющих термобнметалла при-
веден в табл. 14
В зависимости от уровня свойств
термобиметаллы делятся на пять
групп: 1 — с высокими, 2 — с повы-
шенными, 3 — со средними, 4 —
с пониженными и 5 — с низкими
свойствами. Заданные величины ха-
рактеристик термобнметалла регла-
ментированы ГОСТ 10533—63 и при-
ведены в табл. 15.
Основными регламентируемыми ха-
рактеристиками термобнметалла, за-
висящими от определенного сочетания
активного и пассивного слоев, явля-
ются чувствительность к изменению
температуры, электрическое сопро-
тивление и рекомендуемая температура
работы.
Чувствительность к изменению тем-
пературы характеризуется двумя пара-
метрами: величиной удельного из-
гиба и коэффициентом чувствитель-
ности.
Удельный изгиб А — это изгиб сво-
бодного конца пластинки термоби-
металла длиной 100 мм и толщиной
1 мм прн нагревании на 1 °C.
Коэффициент чувствительности М—
это условная разность коэффициентов
теплового расширения активного и
пассивного слоев термобнметалла.
Рекомендуемая температура рабо-
ты — это температура, до максималь-
ного значения которой сохраняется
достаточная чувствительность термо-
биметалла (исходя из кривой изгиба,
выражающей зависимость между де-
формацией и температурой) Для не-
которых марок термобнметалла реко-
мендуемая температура работы опреде-
ляется отсутствием остаточной дефор-
мации после нагрева до верхнего зна-
чения рекомендуемой температуры и
охлаждения.
Зависимость между удельным из-
гибом А и коэффициентом чувстви-
тельности Л1:
А = 7500Л1/С,
где с = 1,15ч-1,25 — эмпирический по-
правочный коэффициент.
ГОСТ 10533—63 предусматривает
также поставку (по требованию по-
требителей) термобнметалла с задан-
ными механическими, магнитными, ан-
тикоррозионными и другими свойст-
вами. Физико-механические и техно-
логические свойства термобиметатла,
ие регламентируемые ГОСТом, приве-
дены в табл. 16. ГОСТ 10533—63
предусматривает изготовление полос
и лепт (отрезков) толщиной 0,1—
2,5 мм. Толщина полос и допускаемые
по ней отклонения приведены в
табл. 17. Толщина лент регламентиро-
вана по ГОСТ 503—71*. Ширина лент
и полос находится в пределах 10—
250 мм с допускаемыми отклонениями
для обрезной ленты ±0.5 мм и для
полос ±10 мм. Ленты и полосы по-
ставляются в иагартоваином состоя-
нии без термической обработки (сте-
пень деформации 40—60 %).
Термобнметалл технологичен: хо-
рошо выдерживает штамповку, гибку,
клепку, сварку. После проведения
этих технологических операций не-
обходима термическая обработка термо-
биметалла, которая устраняет или
уменьшает внутренние напряжения,
336
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
14. Химический состав металлов или сплавов для составляющих термобиметалла (ГОСТ 10533—63)
ТЕРМОБИМЕТАЛЛЫ
337
15. Условная характеристика основных свойств термобнметалла
(ГОСТ 10533—63)
Основные свойства термобнметалла Уровень основных свойств термобнметалла
Высокие Повы- шенные Средние Пони- жен и ые Низ- кие
Номера групп
1 2 3 4 b
Чу ветви- Удельный изгиб А, 1/’С Более 0,15 0,12 — 0.15 0.075— 0.115 Менее 0,075 —
тел ьи ость Коэффициент ч у вствител ьн о- сти М Ю«, 1/°С Более 24 19—24 12 — 18,5 Менее 12 —
Удельное электрическое сопро- тивление р, мкОм'М Более 1.0 0,75—1,0 0.55— 0.74 0.30— 0,54 Менее 0,3
Рекомендуемая температура ра- боты (нагрев без иагрузкн). °C Более 350 До 350 До 250 До 150 —
возникающие в процессе изготовле-
ния термобнметалла и изделий из
них. делает стабильными свойства
термобнметаллов в рабочих условиях.
Стабпл изи ру ющая термообработка
должна быть конечной технологиче-
ской операцией, она проводится по
окончании всех технологических про-
цессов, вызывающих наклей. По
ГОСТ 10533—63 термическую обра-
ботку термобнметалла рекомендуется
проводить в вакууме или в защитной
атмосфере (водород, аргон) для пре-
дохранения поверхности .металла от
окисления. Рекомендуемая темпера-
тура стабилизирующей термообра-
ботки приведена в табл. 16. Время
выдержки 1—3 ч (в зависимости от
массы садки), скорость нагрева и ох-
лаждения произвольные. Режим тер-
мической обработки в каждом конкрет-
ном случае рекомендуется уточнять
экспериментально в зависимости от
размеров н форм изделий и условий
эксплуатации.
Как дополнительная операция ре-
комендуется термотренировка изделий
в приборах (или узлах приборов).
Тер.мотреиировку следует проводить
в интервале температур, соответствую-
щем условиям эксплуатации приборов.
После термотренировкн производят
окончательную тарировку прибора.
Для обеспечения высоких прочно-
стных характеристик в изделиях из
термобнметалла марки ТБ0921 (оп =
= 1300МПа;от = 1150 МПа и WV370)
рекомендуется производить отжиг по
17. Толщина полос термобнметалла и допускаемые по ней отклонения, мм
Толщина Допу- скаемые откло- нен ня Толщина Допу- скаемые откло- нения Толщина Допу- скаемые откло- нения
От 0,1 до 0,2 Св. 0,2 > 0.25 » 0,25 » 0,40 —0,015 -0.02 — 0,03 Св. 0,40 до 0,70 » 0,70 > 0,90 » 0,90 » 1 35 — 0.04 — 0.05 — 0.06 1 Св. 1,35 до 1.75 » 1.75 » 2,0 » 2.0 » 2,5 — 0.08 —0,10 -0.12
33^ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
16. Фнзико-мсханическне и технологические
Марка
Параметр ТБ2013 ТБ1613 ТБ 15 23 ТБ 14 23 ТБ1323 ТБ1353
(ТБ36) (ТБ.17) (ТБ72) (ТБЗ) (ТБ1) (ТБ6)
Марка сплава состав- ляющих:
активный слой 75ГНД 75ГНД 20НГ 24 НХ <9НХ Л62
пассивный слой 36 н 45НХ 36Н 36В 36 Н 36 н
промеж у точн ый слой — —- —- — —
Свойства и характера
Удельный изгиб А *? — 30-4-200 СС. |/сС 0.20 0.16 0,15 0.14 0.13 0.13
Допустимое отклоне- ние по удельному из- ±10 ±12 ±12 ±12 ±12 — 15
гибу *э, % Коэффициент чу в- 30—36 23 — 28 21 — 25 20—24 18.5— 19,5—25
ствительности *а М-Ю« (—30<-4-И0=ь 22,5
^10 еС), |*С Результирующее р *а 1 08— 1,18— 0.77 — 0.77 — 0.76— 0,14 —
(20 СС). мкОм м 1.18 1.27 0,62 0,84 0,83 0.20
ал-10* (20=200 0) 7 5 10 11 11 10
1ЛС С (20 = 200 '0, ДжДг- К) 0,55 0,52 0 496 Оо5О5 0,5 —
Рекомендуемый тем- От —60 От —60 От —60 От —50 От —60 От —50
иературн ый интер- до 4-200 до 4-200 до 4-200 до 4-200 до 4-200 до 4-200
вал службы (нагрев без нагрузки), СС
Предельная темпера- тура нагрева (без на- 200 200 450 450 450 250
грузки), СС ** Рекомендуемая тем- пература стабилизи- рующей термообра- ботки, СС 260—280 260—280 380—400 380—400 380—400 230—250
Свойства состав ля
Активный слой
р (20 °C), мкОм- м 1.72 1.72 0.78 0,83 0.80 0,07
Е, МПа 1 20 000 120 000 175 000 190 000 195 000 100 000
С (20 200 °C), Дж. (г- К) л (20 = 200 '0, 0,543 0.543 0,482 0,488 0,488 0,384
8.75 8.75 15 75 14,6 15,4 8,04 10,8
Дж/Чс- м- К) у, г/см*
7 26 7.26 8,14 8,12 8,43
Пассивный слой:
р (20 СС), ыкОМ’М 0 79 0.90 0,79 0.79 0.79 0,79
Е МПа 150 000 170 000 150 000 150 000 150 000 150 000
С (20 = 200 '0, Дж/(г- К) 0.468 0.492 0,468 0,468 0.466 0,468
А (20 =- 200 °C), 16,3 15,0 16,3 16,3 16.3 16,3
Дж,'(с-м- К) у, г/см3 8.12 8,17 8,12 8,12 8,12 8,12
•* В скобках указаны старые обозначения марок термоби металл а.
•2 В трехслойных марках ТБ]243 в ТБ 1253 толщина промежуточного слоя никеля
*3 Удельный изгиб А, допустимое отклонение по удельному изгибу, коэффициент
дартнзированы ГОСТ 10533—63 остальные свойства термобнметалла и отдельных его
** Предельная температура нагрева - - максимальная температура, кратковремен
деформации неиагружениого, консольно закрепленного образца -г
ТЕР МОБИ М Е ТА Л Л Ы
339
свойства термоСнметялла и его составляющих
тер моби металл а **
ТБ 1254 ТБ 1243 ТБ 1253 ТБ1132 ТБ1032 ТБ0921 ТБ095 ТБ0831
(ТБ5) (ТБ04) •* (ТБ55) • = (ТГ>32) (ТБ52) (Т Б11) <ТБ4) (ТЬ35)
Л90 24 ИХ 24 НХ 241IX I9HX 28НХТЮ НПЗ 24 НХ |
36 н 36 Н 36Н 42Н 42 Н 1511ТЮ 36 Н 50 И 1
— НП2 MI —* —' —
стики термобиметалла
0.12 0.12 0.12 0.11 0.105 0.09 0,09 0.075
±15 ±15 ±15 ±12 ±12 ±15 ±15 ±12
19—24 18—22 18 — 22 16—19 15.5— 12—16 12 — 16 10-13
18,5
0.09 — 0,38- 0.15— 0.68— 0 67 — 0,87 — 0,15— 0.55—
0.14 0,43 0,18 0 74 0 73 0 97 0,20 0 60
13 29 20 16 16 10 50 22
— — — 0,496 0.496 0.5 — 0.488
От —50 От —50 От —50 От —60 От —60 От -60 От —50
ДО +140 до 4-200 до 4- 200 до 4-320 до +320 до 4" 420 до +200 до 4-400
180 450 250 450 450 500 430 450
180—200 380—400 230—250 380—400 380—400 620—640 380—400 400—420
ющих терл 4обиметалл 7
0.04 0.83 0.83 0.83 0.80 0.93 0.92 0,83
105 000 190 000 190 000 190 000 195 000 195 000 210 000 190 000
0,375 0.488 0.488 0.488 0.488 0.484 0.468 (0—100 °C) 0,488
16.7 14,6 14 6 14.6 15.4 13 7 17.5 14 6
<0—100 °C)
8,73 8 12 8,12 8,12 8.04 7.89 8,9 8,12
0.79 0,79 0.79 0,60 0.60 0,93 0,79 0,43
150 000 150 000 150 000 150 000 155 000 165 000 150 000 165 000
0.468 0,468 0.468 0.496 0,496 0,500 0.468 0.480
16.3 16,3 16,3 16,7 16,7 15,75 16,3 20,4
8.12 8,12 8,12 8 14 8.14 8,02 8.12 8.23
или меди колеблется в пределах 10—12 % от общей толщины термобиметалла,
чувствительности М и результирующее удельное электрическое сопротивление стаи»
составляющих, приведенные в таблице, не регламентируются данным ГОСТом.
ный нагрев до которой и последующее охлаждение ие приводят к заметной остаточной
X Г) 5} X ч Ф чъ ff “1Г)Т Н Ьз W н*2н-аС‘1'|’!'3'2^С »2 s s г = о Р“я 5.£.2х=>=’£-'’ = ^° »»3 « х о I = = 2, » » 3:4 - » ~ 53 3» » ЭЛЬ Л«! чч и:-!-1 Пет Со еть чь н" П-1ЧЛ-1 я <5 - ь в £ 8 в s в в н о им п а <аар;ровав в э я ч; S та 5 = о = © -я та м е я q =£Ll=,^T3-'ijai W X Н н ± X х Ю «Ч S - s S 3 5 Х2 11=,£2ь-!з О »» 5 х £ X о S'E г? S "К=з= 2 = “ = S = Я» X XL. ± ТЗ -• » X» а х й> s » х - л = g » 9» XI 3 5 »
•о и> X Ь 3 к ь> £ Si л>
Естдчочзй.Эй.-'^м и чя ТО) III Та Mb V Nsa С?? эа 1 п Л л -1 ИОЧ-О <Т О 0 — □ Ю Символ
стстстстстстстслслсл Щ--О^ое 431^-Мсф^ »s 10 <0 а to <0 сг> с ® to А м -Ч W“WK? осл СЛ W сл *ч А ОЗ сл сл W W 00 a. W to a to — <с — Атомный номер
ооа-^-^стстстстслслспааа® Р^ •►P»^! *p — ^Jp А-рр 00 <0 <0 <0 СТ<0К?<0СЛ<0ЮЫКЭ<0 — <0 CjGT-qACoCTWC’CTCTWACDtO1— сл ст & о 238.03 242 1 226.05 I 232.38 178.49 180,948 92,906 50,942 10,311 I 91,22 85,47 132,905 I 6,939 I 9,0122 186,2 69.72 114,82 204,37 72,59 78,96 127.60 Атомная масса
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 12,70 3*15 1 3’9* 1 13,37 10 9 10 83 9 1 з’н S3‘9 55,9 69,95 | ^4 96 8,9 11,8 15.7 17,26 13.4 16,4 20,45 Атомный объем, см’/г-атом
лрррррдар сл -Ч -ч *ч ст ф ст ак<0от10®о®слкз®сло-ч“4*»— 405*^W010WC1^WOQ54*J ® СЛ to “4 № — WCT(0CnCTA-tO>- *• П.7 19,07 19,8 1 И65°- I 13.29 16.6 8.7 6.11 2,34 I 6,45 1,532 1,90 StrVS’l 1 *£9*0 1 21,02 5.91 7.31 11,85 5,31 4,79 6,25 Т при 20 СС. г/см" (3D
920 795 935 1024 1072 1312 826 1407 1461 1497 1545 824 1652 1539 1509 £ о 1132 640 ! сл о оо Ъ й Од R 2222 = 10 2996 2468=10 1900=25 — ГО 00 О G1 *4 to СЛ 1+1+ — сл ОС «5 39 28.5 179 I 1285 W 00 о А- Ю <0 W — А- - WCd М (0 *4 СТ W СТ 10 СЛ СТ -Ч СЛ Рассеянные е X ш X X о S X
3470 3468 3127 3027 1900 3000 1439 2600 2600 2900 1727 1427 3327 2727 2927 Se <ъ ь X 2 '<Ъ WW А СО ® ГО 0—0 О WO 1140 | 3500— Е> Ж 3 R <ъ ж 2 г» 3700 5400 6100 3300 3350 I 2550=50 1 3580— 3 О № » 688 705 1 1317 1 2507 14 | 5627 1983 2075 1457 2700 684,9 989,8 .4 и X X г X
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
1 $Д Cl J. « ? • \АЛ-Д ДАЫЮУМИ-Ю- £ | . . | > 175 1 ** с 2 . Р *ЧАЮГО-Ч S о to спел А — >-® о**ч стст ст’гост ? ? ? ?/ слой * 1 W £ g | | ggS Sg | ooowo, х Я Я £ 2 Я """“" 5С - 1 — — - W кэ- D®>q>^yi“4CTCiA.ooA1(x"«jt0?0 г3* “ s ooJSco сл ьэ а. OpM—QOWOO^t^OOiOtCCntC II II сом-. -ч W л woe»© — лоо сл’^ъ ootcto сл S —2 ео ~ egg WC 5 её ее ° “<= = = = х Э — 60 — ~ — <0ьэС>® | ООСЯ"ЧОО о?? to I Iе 01 pCi®^® О*Ъ1 ® СП 1 'oolj w-®x> WW -w A. ® to ® npqjppppp -чррр P P PPPP РГ* PP r*p p p PPPP^ 30 де'д'од ч’п”м *,► 'ю*а ®"® 1 p* 1 22 г-2 “ tz row *ч to « coco — top --о.о<ла.<лк>ооеео.е«. *« q* Si® giS ® “ § oSe 3 ? >.P p1 P KI сл f ,a сл КЗ Ю al 1 I 1 о I el e| eeee 1 e “ 1 ейегсе- Se ~ У' ,o.M.c0.tJ’S>5 e 1 1 • 1 to 1 ю 1 ю > <wfc ww 1 • I - • •_. -• °- a n »*>o* л ш — -eow ou, co~; = ~ikj o c OCT *4 to *4 О ® СЛ 00 А ет o> ® «Ц CH W to —— W A EL м СП00 СЛ ?®10 ЧФ 44D — рот A ppp | | — p op pp (£> o —o^pci - wen w’<0co® о — — ®0iei*4 o& ° cep a co Vo o*®® U, “ о T “ K>r*rrr; °.w oo? ?, i i 1 1 i I ее p* _« ы | A w <0 О “4 — ОО-ЧАОМ®— А 1л 1 II Illi II ОСС5СЛ — -4 1 ф ® -4 О о о сл — — юоФтеА — ^чоо J; w д со -ч ® — <0 о 1 = W СО А, *4 10 W СЛ Ст — 0-0^005 — сл^ю - ^,ЭЭ'°““с>2?ст“йе“ । "+ +1 1 1 1 1 1 £®“^oogggg3!goeS | Г Р.“ |||| И РЯ .“.= о о еврее ’ • СП ® С — О в СЛ СО СО СО — to — to g '° СТ ® СП о С0 СЛ to Ю А о А ТЕРМОБИМЕТАЛЛЫ 34! - свойства редких элементов
с с с е с с с с □ - ь — м Я § 0 d а-с 0 П С(0- Дж/(г К при Дж/(м р-10* 20 'С, мкОм- аэ-10’ <0-10 1/°С t„- 10 20 °C 2 с ю )= о а 00 °C), К) 20 °C. •с* К) при м 0 °C), при
3-12
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
Элемент Сим- вол Сечение погло- щения тепловых нейтронor S. 10м. м« Работа выхода электро- нов, эВ Коэффи- циент Холла А . 10“1£ Е G
М Па
IИЭЛИЙ Ge 2,71 4,2 6,3 Л Рассеянные
Индий 111 ISO 3,6— — 0,73 И 000
Таллий Т1 3,3 4,09 3,6 2,4 8 100
Германий Ge 2,35 4,55 — —
Селен (металлический) Se 11,8 4,89 •— 55 000 ——
Теллур (кристалл» че- Те 4,7 4,73 —- 42 000 ——
с кий) Рений Re 84 — 470 000 —
ЛнтиЙ Li 67 5 000 Легкие
Бериллий Be 0,009 3,92 —> 311 000
Рубидий Rb 0,73 2,16 2 400
Цезий Cs 29 1,81 **— 1 750 —
Бор В 760 4,5 — Тугс 450 000 плавкие и
Цирконий Zr 0,18 — 97 000
Гафний Hf 115 — — 98 400 —
Тантал Ta 21,3±l,0 — — 192 000 —
Ни обий Nb 1,15+0,05 — 160 000
Ванадий V 4,98+0,02 — — 150 000 »>
Ради й Ra — — Ради( активные
Торий Th — — — 73 800 —
Уран U — — — 199 000 —
Плутоний Pu - — — 98 000 —
Лантан La 8,9 3,3 — 0,8 Редке 39 150 имел* ные 15 180
Церв й Ce 0,70 + 1,81 30 580 12 230
Празеодим Pr 11,2 2,7 + 0,709 35 920 13 780
Неодим Nd 44 3,3 + 0,971 38 590 14 760
Самарий Sm 6 500 3,2 — 0,2 34 800 12 860
Гадолиний Gd 44 000 3,07 — 4,48 57 300 22 780
Европий Eli 4 500 2,54 — — —
Диспрозий Dy 1 100 3,09 —2» 7 64 330 25 870
Гольмий Ho 64 3,09 — 68 000 27 000
Эрбий Er 166 3,07 —0,341 74 740 30 160
Тулий Tm 118 3,12 — 1,8 — —
Иттербий Vb 36 3,12 + 3,77 18 140 7 170
Лютеиий Lu 108 Ж — 0,535 •—
Скандий Sc 24 3,14 мм
Иттрий Y 1,38 3,23 — 0,770 67 000 26 000
• В случае дробных чисел: в числителе данные для литого состояния, в зкаме-
ТЕР МОБИ МЕТАЛЛ Ы
343
Продолжение хаб л. 18
НВ • Коэффн- цнент Пуас- сона <’в °т °пц e. % Коэффи- циент сжимае- мости Нор- мальный элек- тродн ый потен- циал, В
МПа
зле мен ты 1.5 1.0 2,5—3.0 6.25 75 27 250 элементы 0,6 60—110 0,3 0.2 легирующ 214;/124 210;/ 4 125—350 45— 1 25 225;/75 —;/04 элементы 110—150 40 — 54 240—250 225 — 250 элемен ты 49 66 (33) 27 47 (52) 51 8Ь (17) 76 93 (13) 83 109 (Н) 79 100 (9) 35 45 (55) 91 114 (9) нателе — д ие элемент 0.288 0.248 0.305 0.306 0,352 0,259 0.243 0.255 0.238 0,284 0.265 ля д«6орм 20—38 2,3 9.0 11 500 118 252 — 385 ы °460 /1620 7007400 —.7450 400—1500 350— 520 600,/300 -;/220 560 24? 1200—1400 460 133/225 105/154 112/219 174/211 127/— 194/397 251/436 264/— 298/320 73/— срованпого 500—600 210—280 -, 240—300 —: 210 —; 118 128/190 93/112 103/202 168/— 114/- 185/274 229/330 226/— 297/238 67/- (в скобка» ОК 1 gill 1 1 1 1 1 111 1 III 1 1 II I" I 1 $I§1 Illi 1 1111 11 ш CT 1 £ n К - - 2 — 40 22 35-40 24 50—70 1,5 —4,0 2.5 — 9 15—30 -./35-43 1 —5 25—40 2;/l0 -717 8/4 24/17 10/7 11/2 3/- 8/7 6/3 5/- 4/7 6/— о обжатие 2 2,7 2,3—2 9 1.4 11,8 4 90 8,8 8,55 52 61 0.3 1.1 0,901 0,52 0,57 0,609 1,82 0,97 в %). -0,52 — 0,34 — 0.33 0.15 + 0.60 3,02 — 1,69 — 2,9259 3,02 — 2.4 — 2,3 —2,2 — 2.2 — 2.2 — 2.2 — 2,2 — 2,2 — 2 I — 2,1 — 2,1 — 2.37
19 Химические, технологические свойства и область применения редких металлов
2?
Химические свойства
Технологические свойства
Область применения
Рассеянные элементы
Галлий
Коррозионноустойчив
в атмосфере сухого во-»*
духа при обыкновенной
температуре, неустойчив
(тускнеет! во влажном воз-
духе. При нагревании
энергично реагирует с кис-
лородом, серой С хлором
реагирует при обыкновен-
ной температуре. Медлен-
но растворяется в азотной
кислоте, быстро — в соля
ной, серной, царской вод
ке, а также в щелочах и
водных растворах аммиа-
ка Вызывает коррозию
большинства твердых ме-
таллов (кроме вольфрама
и тантала)
Коррозионноустойчив
и а воздухе при обычной
температуре. Во влажном
воздухе, содержащем СО,
окисляется, особенно если
металл загрязнен железом
В холодной и кипящей
воде ие окисляется, реа-
гирует с водой в присут-
ствии воздуха. Растворим
в минеральных кислотах,
не реагирует с растворами
щелочей
Корроэионнеустойчив
в абсолютно сухом воз-
духе, кислороде и азоте.
В присутствии влаги бы-
стро окисляется на воз-
духе при обычной темпера-
туре, покрываясь серой
пленкой окисла. Реагирует
с фосфором, серой и гало-
генами, серной и азотной
кислотой. Не образует со-
единений в растворах ще
лочей. Вода, не содержа-
щая кислород, не оказы-
вает действия
Обладает хорошими ли-
тейными свойствами, пре-
красно заполняет форму
при отливке. Поддастся
прокатке при комнатной
температуре, может быть
прокатан в тонкие листы.
Может изготовляться в ви-
де фольги прессованием
расплавленного галлня
между нагретыми листами
стекла. Имеет повышенные
твердость и хрупкость при
температуре, близкой к
точке плавления. Удар и
сильный перегиб приводят
к хрупкому разрушению,
благодаря чему галлий
обладает поинженой ков-
костью
Обладает хорошей жид-
котекучестью, прекрасно
заполняет литейные фор-
мы, позволяет получать
отливки высокого каче-
ства. Легко обрабатывает
ся давлением при обычной
температуре, не наклепы-
ваясь при этом» Плохо об-
рабатывается реэаиием.
Термической обработкой
служит выдержка при
обычной температуре
Ковкий металл. Режется
ножом. Можно прокаты-
вать н прессовать. Волоче-
нию не поддается, так кик
вследствие незначительной
прочности рвется в мат-
рице. Подвержен наклепу
и становится жестким при
холодной деформации. Ра-
зупрочняется при темпе-
ратуре ниже комнатной.
Целесообразной темпера-
турой отжига является
100 °C. Рекристаллизация
может происходить при
температуре ниже комнат
иой
Высокотемпературные термометры (до 1300—1500 °C). Жидкие затворы
в вакуумных аппаратах и приборах; электро- и радиолампы; замена ртути
и ртутных лампах, В автоматических предохранительных и сигнальных
системах; в термоограничителях (галлий и его сплавы с В, Sn, РЬ, Cd).
В светящихся красках, выполняя функции возбудителя флуоресценции
фосфора. Полупроводниковая аппаратура и радиоэлектроника (легирует
германий); в высокотемпературных выпрямителях и транзисторах —
в виде интерметаллических соединений; инфракрасная оптика»
В сплавах: 1) легкоплавкие сплавы с In. Sn. Zn, Cd, Al с температу-
рами плавления: 20 °C (Ga -|- 8 % Sn), 25 °C (Ga H- 5 % Zn), 16 °C (Ga 4-
4- 25 % In); 25 °C (Ga 4- 5 % Zn); 2) конструкционные сплавы на основе
Al с добавкой 2 —4 % Ga обладают улучшенными механическими свой
ствами, их можно легировать Mg, Zn, Si; на основе Mg с добавкой 5 %
Ga — обладают повышенной коррозионной стойкостью, повышенными
прочностью и ковкостью; 3) сплавы с особыми свойствами
Индий
Покрытия (гальванические, нанесенные методом распыления и др.)
1) защитные антикоррозионные металлопокрытия индием или его спла
нами. Сплав Zn— In — коррозионноустойчивое покрытие по стали; 2) де-
талей. от которых требуются высокие антифрикционные свойства. На-
пример, покрытие высокоответственных подшипников свинцово-серебряно-
пндиевым сплавом увеличивает срок их службы в 5 раз. Индиевое по-
крытие в подшипниках предотвращает эрозию маслом и придает поверх-
ности хорошие смазывающие свойства; 3) рабочей поверхности стальных
фильер, применяемых в приборостроении при волочении проволоки нз А1,
при этом поверхность фильер приобретает хорошие смазывающие свой-
ства и увеличивается их срок службы (па 50 %). 4) специальных деталей
приборов (как острия выключателей, графитовые щетки н др.>, улуч-
шающих контакт и сопротивление износу; 5) зеркал и рефлекторов с вы
сокой отражательной способностью.
Легкоплавкие сплавы I) применяемые для плавких предохранителей,
в термоограничителях, терморегуляторах, системах сигнализации; 2) при-
меняемые в качестве припоев. In в количестве 18,3 % понижает темпе-
ратуру плавления сплава Липовнца (50,1 % В1, 10 % Cd, 26,6-% РЬ,
13,3 % Sn) с 68 до 48 ®С. Сплав Вуда с добавками и иди я способен соеди-
нять стекло со стеклом и металл со стеклом. Сплав 77,5 % Ан и 22,5 % ]п
прочно соединяет металл со стеклом. Припои, содержащие hi, обладают
высокой жидкотекучестью и обеспечивают хорошее сцепление спаивае-
мых поверхностей.
В качестве легирующей добавки к конструкционным материалам, по-
вышающей их прочность и твердость н увеличивающей изиосо- н корро-
зионную устойчивость. В виде нитей используется в тсрмосопротинле-
ниях, термоэлементах, гальванометрах. В качестве легирующей добавки
при изготовлении ферромагнитных сплавов систем медь—марганец, медь—
магний и марганец—углерод. В полупроводниковой технике и радио-
электронных устройствах (германиевые транзисторы, кристаллические
выпрямители и усилители). Изготовление сплавов для электрических
контактов
Таллий
В виде химического соединения «Таллофида» (оксульфида таллия)
обладающего способностью изменять свое электросопротивление с изме-
нением температуры и степени освещенности, для изготовления особо
чувствительных термо- к фотоэлементов. Последние превосходят селено-
вые фотоэлементы по своей чувствительности н инфракрасным лучам
в длинноволновой части спектра и при излучениях низкой интенсивности.
Фотоэлементы из «Таллофида» применяются в сигнальной н автоматиче-
ской аппаратуре, оптической пирометрии, оптических системах, фото-
экспонометрах и т. д. В виде йодида таллия в смеси с кристаллом бро-
мида (12 % молекул) как источник инфракрасного излучения для систем
сигнализации.
Легирование (небольшими добавками) вольфрама, применяемого для
изготовления нитей накаливания, приводит к увеличению срока службы
вольфрамовых нитей. В сплаве с ртутью (8,5 % Т1) применяется в ка-
честве термометрической жидкости для изготовления термометров с рас-
ширенным проделом измерения температуры в положительной и отрица-
тельной (до —G0 °C) областях.
В сплавах: I) коррозионноустойчивых, применяемых, в частности,
для покрытий:
сплав РЬ + 30 % TI, обладающий высокой коррозионной стойкостью,
используется для электролитических покрытий железа, стали, латуни;
сплав РЬ -г 20 % Ti — коррозионностойкий в минеральных кислотах,
сплав 10 % TI + 20 % Sn + 5 % Sb + 3 % Cu + 62 % Pb - корро-
зионностойкнй сплав для покрытий;
2) легкоплавких (сплавы TI с Bi, Pb, Sn, Cd, Sb), с высокими анти-
фрикционными свойствами;
сплав 72 % Pb Н- 15 % Sb 4- 5 % Sn + 8 % Ti — обладает высокими
антифрикционными свойствами, превосходящими соответствующие сплавы
на оловянной основе;
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ _______________ V ТЕРМОБИ МЕТАЛЛЫ
Продолжение Табл. 19
2
Химические свойства
Технологические свойства
Область применения
сплавы Си —Т1 —РЬ (1 — 34% Т1, 1 — 34 % РЬ и не менее 65 % Си)
обладают хорошими антифрикционными свойствами, коррознонноустой-
чивы по отношению к смазке содержащей кислоты. Аналогичный сплав
с добавкой 1 — 10 % Sn обладает повышенной прочностью, низким коэф
фнциентом трения и стойкостью против коррозии;
сплав Си — Т1 (2 — 35%), легированный 0,45% in. обладает высокой
коррозионной стойкостью,
сплав Ag + 2 % Т1 с высокими антифрикционными свойствами кор-
рознониостойкнй, превосходит по эксплуатационным качествам сплавы
Ag—РЬ, Си—РЬ. Сплавы Ag + l-s-20 % Т1 с добавками Cd и In обла-
дают высоким пределом усталости, очень низким коэффициентом трения
н хорошей кислотоупорностью;
сплавы Au—Т1 (60—99 % Au н 40— 1 % Т1) и Au— Ag— Т1 (25—
50 % Au, 25 — 50 % Ag, 1 — 40 % Tl) — прецизионные антифрикционные
сплавы с очень высокой коррозионной стойкостью, высоким пределом
усталости и низким коэффициентом трении
Г ерманий
а
to
§
£
|
to
sc
В компактном виде кор-
розионноустойчив в сухом
н влажном атмосферном
воздухе, сохраняя дли-
тельно металлический
блеск. При температуре
650 °C окисляется кисло-
родом воздуха. Бур ио
взаимодействует с хлором
и фтором при комнатной
температуре. При нагрева-
нии взаимодействует с па-
рами серы. Не реагирует
с водой и растворами ще-
лочей. Нс растворяется
в соляной и разбавленной
серной кислоте. Концен-
трированная серная, азот-
ная и царская водка разъ-
едают
Не поддается никаким
видам холодной обработ-
ки давлением и резанием,
так как обладает чрезвы
ч.зйио высокой хрупко-
стью. Необходимую форму
придают в процессе вы-
плавки в графитовых тиг-
лях различной конфнгура
пип, получая при этом
германий в виде крупных
кристаллов. Монокристал-
лический германий полу-
чают путем вытягивания
из тигля или методом зон-
ной плавки. Монокристал-
лический и поликристал-
лический слитки могут
быть распилены на тонкие
плмстинкн с помощью ал-
мазных и медиоалмазных
пил
Изготовление элементов кристаллических полупроводниковых при-
боров (кристаллические выпрямители, диоды, кристаллические усили-
тели — триоды и транзисторы), применяемых при изготовлении сложных
устройств автоматики, телемеханики, счетно-решающих устройств. Изго-
товление термисторов, применяемых в автоматической н сигнальной
аппаратуре. Изготовление фотодиодов и фотосопротивлений. Изготовле
ние пленочных сопротивлений (тонкие пленки Ge на стекле или кера-
мике) с Я от 1000 Ом до нескольких МОм.
Изготовление сплавов: 1) Al—Ge (74 % Al + 21 % Ge + 3 % Si) —
материал для катодов электронных ламп, обладающий высокой эмиссией
электронов; 2) Au—Ge (8 % Ge) — материал для прецизионных отливок,
обладающий свойством хорошо заполнять форму; 3) Au—Ge (12 % Ge)
легкоплавкий эвтектический сплав (?пл = 356’ С), предложенный в ка-
честве твердого покрытия на Au и золотого припоя с высокими свойст-
вами; различные сплавы с Sb, Bi, As, Fe, Cu, Mg, Ni, Ag, SI, Tl, Sn, Zn
n
о
8
to
t
2
a
s
Селен
При обыкновенной тем-
При обычной темпера-
Изготовлеиие фотоэлементов, применяющихся в различных автоматя-
пературе не реагирует с
кислородом, hi при нагре-
вании горит и в кислороде
и на воздухе. Реагирует
с металлами, водородом,
не реагирует с водой. Рас-
створяется в концентриро-
ванной серной кислоте и
в концентрированных рас-
творах щелочей, окисля-
ется азотной кислотой. Не
реагирует с соляной и
разбавленной серной кис-
лотой
Коррозиоииоустойчнв
при обыкновенной темпе-
ратуре в атмосферном воз-
духе и кислороде, но прн
нагревании сгорает до дву-
окиси (ТеО1) Со многими
металлами образует тел-
луриды. Реагирует при
обыкновенной температуре
с фтором и хлором, рас-
творяется в царской водке,
коицентриров ни й сер-
ной и азотной кислотах,
в горячих концентриро-
ванных растворах щело-
чей
туре крупок. Приобретает
пластичность прн темпера
туре несколько выше 60 *С,
хорошо поддается прессо-
ванию. Прессованный се-
лен текстурован в направ-
лении прессования. Тех-
нологические свойства за-
висят от режимов терми-
ческой обработки. Можно
получать в виде крнстал
лов путем очень медлен-
ного охлаждения расплав.',
в специальной печи
При обычной темпера-
туре хрупок; прн повы-
шенной температуре
(—450 ”С) пластичен н под-
дается прессованию
ческих и сигнализационных установках, сигнальных реле, фотометрах,
приборах для измерения силы света различных источников.
Изготовление выпрямителей переменного тока (так называемых селе-
новых выпрямителей) различных размеров и мощности с широкими пре-
делами значений выпрямляемых токов н напряжений. Причем выпря-
мители могут применяться для малых токов и очень больших напря-
жений (иапрнмер / — 1 мА, V — несколько киловольт) н, наоборот,
для сильных токов и низких напряжений (например, / — тысячи ампер
и U — 6-1-8 В). Изготовление малогабаритных выпрямителей (селеновые
столбики), служащих силовыми выпрямителями в различных приборах,
устройствах, магнитных усилителях. Селеновые выпрямители обладают
недостатком — нестабильностью характеристик во времени Они под
вержеиы старению, которое может привести к пробою и выходу из строя
выпрямителя.
Легирование стали, меди, цветных сплавов. Присадка Se (0,15 —
0,30%) к Сг— Ni нержавеющей стали улучшает ее обрабатываемость
не снижая коррозионную стойкость: добавки Se значительно улучшают
обрабатываемость меди и ее сплавов
Теллрр
Элементарный теллур и теллуриды некоторых металлов (А1,Те3, Bs.Te3.
CusTe, PbTc, SbjTCa, SeTe) применяются для изготовления элементов
полупроводниковой техники (благодаря хорошим полупроводниковым
свойствам). В комбинации с цинком применяется как детекторный мате-
риал. Изготовление сплавов с высокими термоэлектрическими характе-
ристиками. Изготовление термопар для измерения низких температур
от —75 до +90 °C (в парс с медью и платиной).
В качестве легирующей добавки, к чугуну и стали (в частности, кор-
рознонностойкой), улучшающей их структуру, свойства и обрабатывас
мость; к цветным металлам и сплавам, таким как РЬ, Sn, Си н их сплавы
улучшающей их свойства Например, свинец, легированный 0,05 —
0 1 % Тс, обладает повышенными механическими и лнтикоррознон
пыми свойствами, применяется в кабельной промышленности, Добавки
теллура к меди и се сплавам улучшают их обрабатываемо ть и тепло-
стойкость. Малые добавки (0,1 —1,0% Те) к оловяннстым сплавам,
в частности антифрикционным, повышают их твердость, прочность и
р аботоспособиость
Продолжение табл 19
Химические свойства Технологические свойства Область применения
Легкие элементы
Литий
>
Легко окисляется в ат-
мосфере влажного возду-
ха. В атмосфере сухого
воздуха образует защит-
ную пленку, устойчивую
при температуре выше
80 °C, а также при более
низких (~20 °C). С увели-
чением степени чистоты
возрастает коррозионная
устойчивость на воздухе.
С возрастанием влажности
воздуха резко увеличива-
ется коррозия лнтия из-за
химического разрушения
защитной пленки
К мпактиый бериллий
устойчив на воздухе при
комнатной температуре
благодаря образованию
защитной окисиой пленки.
При нагреве, особенно прн
температуре выше 800 °C,
значительно окисляется
кислородом Не реагирует
с водородом даже прн на-
девании свыше 1000 °C.
Легко реагирует с галоге-
нами и неметаллами
Легко подвергается
прессованию. Прокатыва-
ется до любых толщин.
Волочению не поддается.
Не упрочняется при хо-
лодной деформации. Тем-
пература рекристаллиза-
ции лития значительно
ниже комнатной. Храие
нис лнтия производится
в герметичных банках, за-
полненных жидким керо-
сином из-за его высокой
химической активности во
влажном воздухе
Изготовление сплав в — раскисляющий и дегазирующий агент, повы
шающий качество слитков и отливок. Повышает при этом механические
свойства стали, никеля, алюминия, меди, цинка и нх сплавов.
В качестве легирующего элемента: в алюминиевых сплавах — кон-
струкционном материале с малым удельным весом. При содержании
Li >2,8% сплавы подвержены дисперсионному твердению. В сплаве
Al — Li—Cd — конструкционном материале, на 3 % более легком, чем
А1, с высоким модулем нормальной упругости (на 8 % выше, чем у алю
мнння) н стойком до температуры 204 °C. В сплавах Mg—Si, где Li улуч-
шает обрабатываемость и уменьшает плотность Mg. Сплавы Mg—Li
обрабатываются давлением при 232 °C и способны к деформированию
на холоде до 50 % обжатня. Но эти сплавы имеют недостаточную корро-
зионную стойкость в сплавах со свинцом. Добавка 0,05 % Li улучшает
его литейные свойства, повышает твердость, вязкость, прочность без
снижения пластичности. Известны Pb—Li — адтифрнкцноиные спллвы
сплавы для оболочек кабелей и сеток аккумуляторных батарей. В спла-
вах с серебром — припоях. Серебряные припои с литием более жидко
текучи и обладают высокой смачиваемостью. Литий является флюсую
щим элементом в самофлюсующихся серебряных сплавах.
Бериллий
о
п
о
сз
2
Компактный металличе-
ский бериллий получается
методами плавки и литья
в вакууме или порошко-
вой металлургии (горячее
прессование н спекание
в вакууме с последующим
выдавливанием или про-
каткой блоков). Литой бе-
риллий плохо обрабаты
вается, не поддается ковке,
прокатке, волочению на
холоде, плохо обрабаты
вается резанием Металле
керамический бериллий
при повышенной темпера-
туре и в атмосфере водо-
рода или в вакууме обра-
батывается хорошо, Спе-
Легирующий элемент, сообщающий ряду сплавов цветных и черных
металлов весьма ценные физико-механические свойства
Сплавы цветных металлов:
а) На основе меди. Двойные Cu—Be сплавы (бериллиевые бронзы) с со-
держанием Be 1,7—2,5 %; тройные сплавы Cu —Be—Ni (2,25 % Be;
1,2 % Ni) и Си —Be—Ni —Co сплавы — дис; ерсиоипотвердеющие с вы-
сокими механическими свойствами (прочностью, упругостью твердостью)
с высоким пределом усталости, износоустойчивые, высококоррозионно-
устойчивые, обладающие высокой электропроводностью и теплопровод-
ностью.
Применяются для изготовления упругих элементов (мембран, пружин
спиральных и плоских всех типов, пружинящих деталей), подвижных
опор, иемагяитных шариковых подшипников, контактных зажимов. Медь
кобальтобернллиевая, токопроводящая бронза (0.4 % В>; 2,0 % Со
0,5 % Si) применяется для токоиосящих пружин при умеренных нагруз-
ках, контактных и проводниковых (на основе алюминия) сплавах. Сплав
алюминия с 2,5 % Be обладает высокой прочностью н коррозионной
устойчивостью.
б) На основе никеля. Сплав никеля с 2 % Be обладает высокими упру-
CJ
со
о
=5
5:
i ниальная техиолorяя по- зволяет получать берил- лий в виде тонких листов (бериллиевую жесть). Подвергается сварке ду- говым методом в атмосфере геллия, а также в ва- кууме нлн в атмосфере аргона при 1200 ®С. Под- вергается пайке: мягкой с подслоем из меди; твер- дой с применением фольги из алюминия я его спла- вов с серебром и магнием t гимн свойствами и теплостойкостью, применяется для нзготбвлеиия упругих элементов, работающих при повышенной температуре. Сплавы черных металлов- ковкий чугун с добавкой Be обладает по- вышенной пластичностью, прочностью, хорошими литейными свойствами
Рубидий
Чрезвычайно высокая химическая активность. Воспламеняется на возду- хе уже при комнатной температуре. Легко раз- лагает воду. Энергично взаимодействует с кисло- тами Чрезвычайно мягок (твердость по минерало- гической шкале0,3). Имеет низкую температуру плав- ления (39 °C). Плавится под ксилолом или толу- олом Усадка при затвер- девании превышает з % Хранится в керосине Применяется в основном в виде соединений: RbCl — ионные кристаллы применяются в полупроводниковой технике для изготовления элементов термисторов и пьезоэлсментов, благодаря способности к электронной фотопроводимости под влиянием облучения рентгеновскими лучами яли потоком электронов. Галоидные соединения Rb используются в произ- водстве специальных электронно-лучевых трубок благодаря своей спо- собности к поглощению в возбужденном состоянии определенной части спектра. RbSO4 (сульфат рубидия) — перспективен как полупровод- никовый материал. RbH2PO4 (однозамещенный фосфат рубидия), обла- дающий пьезоэлектрическими свойствами, применяется для изготовления пьезоэлементов диэлектрических усилителей и деталей современных счетных машин. Соединения рубидия применяются в люминофорах, электронно-лучевых и других трубках. Соли рубидия в основном при- меняются для изготовления фотокатодов благодаря легкой ионизации атомов рубидия под действием волн света. Является перспективным материалом для настоящей цели, способным оттеснить цезий. Руби- диевые фотокатоды применяются и в фотоэлементах н фотоэлектронных умножителях
Цезий
Обл >дает свойствами, аналогичными рубидию, но еще более активен в химическом отношении Металлический цезий получается методом вос- становления его соедине- ний и электрохимическим. Чрезвычайно мягок, его твердость по минералоги- ческой шкале равна 0,2 Основное применение в производстве фотоэлементов. Имеет в этом отношении преимущество перед рубидием, обладая наибольшим фото- эффектом среди щелочных металлов в сочетании с наименьшей работой выхода электронов. Сплавы цезия с сурьмой, кальцием, барнам и таллнем применяют для изготовления фотоэлементов, использующихся в аппа- ратуре автоматического контроля за производственными процессами, в автоматических счетных устройствах, в калориметрии. Сплав Sb—Cs (соответствующий по составу соединению SbC^) применяют для изго- товления фотокатодов. Ои обладает высокой стабильностью в работе. Получается при последовательном осаждении возгонкой в вакууме слоев сурьмы и цезни. Применяется также в качестве газопоглотителя. Изготовление элементов плазменных генераторов (преобразование теп- ловой энергии в электрическую) благодаря способности цезня перехо- дить в плазменное состояние при сравнительно новыокой температуре
tn
а
S
Ь1
S
а
е:
Продолжение табл. 19
Химические свойства Технологические свойства Область применения
Тугоплавкие и легирующие элементы
Бор
Высокая стойкость при
нормальной температуре
к кислороду воздуха и
воде. Химическая стой
кость резко уменьшается
мри нагревании до высо-
ких температур, прн этом
бор взаимодействует с
кислородом, азотом, се-
рой, галогенами, углеро-
родом
Обладает высокой тем
пературой плавления, вы-
сокой твердостью и хруп-
костью Нс. поддается об-
работке резанием обыч-
ными способами, рсзаинс
производится абразивны-
ми кругами (в основном
алмазными). Возможна
обработка шлифованием
Легирование специальных сталей, эффективно действующее на их
свойства (повышение твердости). Способствует удалению азота. Для
среднеуглероднстой конструкционной стали наиболее эффективные ре-
зультаты получаются при содержании 0,003—0.004 % В
Цирконий
Прн нормальной темпе-
ратуре устойчив на воз
духе. При нагревании по-
рошок активно
с кислородом,
коррозионная
к минеральным
ческим кислотам
центрированным раство-
рам щелочей
реагирует
Высокая
стойкость
н органы-
и кон-
Металлический цирко-
ний высокой чистоты об
ладвет хорошей пластич-
ностью, допускающей об-
работку давлением» Чи-
стейший цирконий мягок,
гибок, допускает ковку,
прокатку в протяжку.
Примеси понижают спо-
собность к обработке дав
леинсмо При деформиро-
вании (особенно при вы
сокой температуре) при-
меняют особые меры для
предохранения от попада-
ния примесей и окисле-
ния. При температуре до
650 °C возможна прокатка
В виде ковкого металлического циркония (99,9 %) как конструкцион-
ный материал с ценными механическими, технологическими и антикорро-
зионными свойствами в производстве радиоламп
Легирующий элемент.
1' в стали: сталь с содержанием 0,15 — 0,20% 7г обладает высокой
механической прочностью; сталь с 0,35 % Zr и 3 % Ni обладает повы-
шенной прочностью и хорошей свариваемостью; добавки 0,08—0,10 % Zr
увеличивают сопротивление сжатию, ударную вязкость и пластичность
конструкционной стали. Сплавы Ni —Со, содержащие до 20 % Zr, реко-
мендованы как кислотоупорные;
2) е сплавах цветных и благородных металлов- Си —Zr (G %) и Ап —Zr
(3 %) — применяемых для изготовления электрических контактов;
сплавы системы Zr—Ni—Со — магнитные материалы.
Изготовление коррозиониоустойчнвых деталей, подвергающихся воз-
действию минеральных н органических кислот и концентрированных
растворов щелочей. Раскисляющий элемент в производстве сплавов
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
На воздухе прн обыкно- венной температуре по- крывается окисной плен- кой, предохраняющей от дальнейшего окисления. Обладает высокой корро- зионной стойкостью в раз- личных кислотах и щело- чах (но несколько мень- шей, чем цирконий) на воздухе е последующим травлением, прн темпера- туре 850 °C и выше тре- буется защита от окисле- ния. Возможна холодная прокатка циркония и его сплавов. Получается в ви- де листов и прутков. Воз- можна обработка прессо- ванием. Подвергается глу- бокой вытяжке, листовой штамповке, волочению в проволоку до 0,25 мм н тоньше (с промежуточны ми отжигами при t = *= 850 -г- 700 *С). При де- формации наклепывается. Подвергается дуговой сварке в защитной атмо- сфере гелия, аргопной и точечной сварке. Паяется твердыми припоями (медью и серебром); обра- батывается резанием твер- досплавными резцами Чистый гафний пласти- чен, куется, прокатыва- ется, но труднее, чем цир- коний. Сильно наклепы вается прн деформирова- нии. Может подвергаться горячей обработке на воз- духе при высокой темпе- ратуре (выше температуры рекристаллизации) благо- даря коррозионной СТОЙ кости при температуре до 950 °C. Обрабатывается ре- занием инструментом из быстрорежущей стали (легче, чем цирконий) Гафний Перспективен для применения в электротехнике благодаря наличию ценных физических свойств сочетанию высокой температуры плавления и значительной электронной эмиссии. Применяется в виде окиси в про- изводстве вольфрамовых нитей для ламп накаливания. Добавки 0,1 — 3 % окисн гафння к вольфраму, танталу замедляют процесс рекристал- лизации проволоки этих металлов, способствуя увеличению срока службы нитей накала. В сплаве с вольфрамом или молибденом применяют для изготовления электродов газоразрядных трубок высокого давлеиня. Н сплавах титана применяют в качестве геттеров в вакуумных и газона- полненных электролампах, радиолампах. Сплавы с Мп, Cr, Fe, Со, Ni, Си и Ап — катоды рентгеновских трубок, нити накаливания. Сплав 0,5 — Hf, ~80 — Ni, ~ 0 — Сг — для электронагревателей. Электро- вакуумная техника, сверхжаростойкая керамика
Продолжение табл. 19
Химические свойства Технологические свойства Область применения
Тантал
со
СП
Наиболее коррозионно-
устойчивый из всех недра-
гоцениых металлов. Со»
проявляется действию
соляной и аэотиой кислот,
кипящей царской водки.
Щелочи в холодном со-
стоянии ПОЧТИ не ВЛИЯЮТ
на таитал
Обладает высокими ан-
тикоррозионными свой-
ствами, но меньшими, чем
у тантала (в различных
агрессивных средах). Ком-
пактный металлический
ниобий не изменяется при
нормальной температуре
и а воздухе, при нагрева-
нии начинает окисляться.
При низких значениях
температуры образуется
тонкая, прочие пристаю-
щая пленка. При повы-
шенных температурах реа-
гирует с газами
12 Пятин Ю. М. и др
Устойчив на воздухе
прн нормальной темпера-
туре, в компактном виде
не окисляется до темпера-
туры 300 °C, но при на-
греве до высоких темпера-
тур легко сгорает на воз-
духе. Не реагирует с во-
дой, водными растворами
щелочей и серной кисло-
ты. Легко реагирует с кис-
лородом, азотом, хлором,
серой. Повышенная кор-
розионная стойкость к рас-
твору поваренной соли и
морской воде
Устойчив на воздухе при
обыкновенной температу-
ре, не реагирует с водой.
При нагревании сгорает
в двуокись тория (ThOj),
Реагирует е кислотами,
не реагирует с щелочами
Металлический тантал
получается в виде порош»
ка. Получение компакт-
ного танталла производит-
ся методом порошковой ме-
таллургии. Чистый метал-
лический тантал хорошо
поддается обработке дав-
лением (ковке, прокатке
в лист н фольгу, протяжке
в тонкую проволоку). При
обработке на холоде на-
гартовывается медленно.
Температура рекристалли-
зации 1200—1800 °C. Хо-
рошо сваривается нио-
бием, молибденом, воль-
фрамом, никелем. Хорошо
обрабатывается резанием
Компактный металличе-
ский ниобий получают ме-
тодами порошковой метал-
лургии и плавкой. Чистый
компактный Nb легко под-
дается деформированию
(ковке, прокатке, волоче-
нию) в холодном состоя-
нии. Цагартовывается мед-
ленно, поэтому может де-
формироваться до 99 %
обжатий без промежуточ-
ных отжигов. Отжнг нио-
бия производится при тем-
пературе 1300—1400 °C в
нейтральной среде. Под-
дается сварке; обрабаты-
вается резанием
Металлический ванадий
99,5—99,9% чистоты легко
поддается ковке и про-
катке на холоде без от-
жига (даже до тонкой
фольги). Технически чи-
стый ванадий подвергается
горячей обработке давле-
нием, ио при атом его
нельзя нагревать выше
температуры 650 °C на от-
крытом воздухе. Темпера-
тура рекристаллизации хо-
лоди одеформи роваиного
впнадня 800—1000 °C.
Штампуется при комнат-
ной температуре, подда-
ется волочению (до малых
сечений). Хорошо обраба-
тывается резанием. Свари-
вается гелиево-дуговым
методом в защитной среде.
Пайка затруднена, требует
специальных флюсов
Изготовление катодов, анодов, регулирующих сеток и нитей накали-
вания в различных лампах и приборах. В вакуумной технике — газопо-
глотитель остатков газа в электронных лампах и трубках. Изготовление
анодов для мощных ламповых генераторов, изготовление электролит»
ческих конденсаторов. Производство особо устойчивых против атмосфер-
ной, химической и иитеркристаллической коррозии аустенитных сталей.
Изготовление сплавов с цветными и редкими металлами; например,
сплавы W—Сг—Та — высокотемпературные, обладающие высокой корро-
аонной стойкостью Чистый тантал применяется в химическом аппа
ратостроении, в химическом производстве (для изготовления электродов
взамен платниы) благодаря его исключительно высокой химической
стойкости
Ниобий
Изготовление деталей химического аппаратостроення. В электрова-
куумной технике заменяет в некоторых случаях таитал благодаря на-
личию комплекса свойств (тугоплавкости, низкой упругости паров, вы-
сокой эмиссионной способности, пластичности).
В качестве поглотителя газов, где требуется поддерживать высокий
вакуум (благодаря хорошим геттерным свойствам — лучшим, чем у тан-
тала).
Изготовление деталей электронных и генераторных ламп, подвергаемых
высокому нагреву при эксплуатации (аноды, катоды, сеткн) и имеющих
при этом ббльшую работоспособность и экономичность, чем аналогичные
детали из тантала и вольфрама.
Легирование сталей, металлов и сплавов: 1) нержавеющей аустеиктн )й
хромоникелевой стали — улучшающее ее сварочные свойства, прочность,
сопротивление ползучести при повышенной температуре, пластичность.
Является стабилизатором, предотвращающим выпадение карбидов из
стали в интервале температур 430 — 870 °C. Коррозионноустойчивые стали,
содержащие 0,5—0,8 % Nb, применяются для изготовления деталей,
подверженных действию высокой температуры и агрессивных сред;
2) никеля — присадка Nb дает сплав с высокой коррозионной устой-
чивостью;
3) алюминия и его сплавов —• улучшающее нх структуру, технологи
четкие и механические свойства;
4) меди — повышающее температуру рекристаллизации холоднока-
таной меди, улучшающее механические свойства;
5) сплавов А1 —Сг — повышающее нх твердость и кислотоупорность
Ванадий
Изготовление магнитных сплавов (пермендюр, викаллой и ДР->Т спе-
циальных пружин (чистый ванадий), работающих в условиях сложных
агрессивных сред благодаря высокой упругости и коррозионной стой-
кости.
Чистый ванадий перспективен для применения в приборостроении
благодаря высокому значению электросопротивления и малому темпе-
ратурному коэффициенту.
Изготовление качественных и специальных сталей (с повышенной
ударной вязкостью, устойчивостью против вибрационных нагрузок,
к t .. _ --------- редкими метал
ударной вязкостью, j______________„
стойкостью против отпуска) и сплавов с цветными н
лами
Радиоактивные элементы
Металлический торнй
’ получают в виде порошка.
Компактный спечеииый то-
пий может подвергаться
ковке, прокатке, волоче-
нию в холодном состоя-
нии. Торий высокой сте-
пени чистоты можно воло-
чить до тонких размеров
с большим значением об-
щей степени обжатия
Торий
Легированные торием (металлическим нли с помощью его соедннекий)
вольфрама, применяемого для изготовления нитей накаливания и ка-
тодов различных электровакуумных и электронных приборов. При этом
вольфрам приобретает высокую вибрационную прочность, высокие эмис-
сионные свойства н повышенные пределы рабочей температуры.
Изготовляют фотоэлектрические элементы дли измерения широкой
полосы ультрафиолетового цвета.
В виде окиси Th применяется для изготовления высокотемпературных
нагревателей печей сопротивления (95 % ThO + 5 % LaO или 85 % ThO
т 15 % СеО).
Изготовление сплавов: 1) на основе алюминия коррозионноустойчи-
вых в морской воде (2—5 % Th);
2) на основе магния — добавка Се к сплавам Mg—Zn, Mg—Се сооб-
щает им высокое сопротивление ползучести прн 345 ®С (вместо 260 °C):
3) проводниковых на основе меди, обладающих повышенной твердостью
н высокой проводнмостыо
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ ТЕР МОБИ МЕТ АЛЛ Ы
со
П р о д о л ж - н н р табл. 19
Химические свойства Технологические свойства Область применения
Радий
Очень химически актив- ный металл. В чистом виде может сохраняться только в абсолютном вакууме. Энергично соединяется с азотом, углеродом н дру- гими элементами. Энер- гично разлагает воду. В присутствии воздуха и других газов превращает- ся в солеобразпые со- единения Летуч. Потенциал осаж- дения радия нз нормаль ных растворов его солей составляет 1,718 относи» тельно нормального кало- мелевого электрода Применение металлического радия ограничено лабораторными науч ными исследованиями; на практике в индо соединений (бромистых, хло- ристых сернокислых): для изготовления светящихся красок постоянное о действия, в качестве индикатора при различных физических и химических исследованиях; в виде препаратов как у — источник прн просвечивани н металлических изделий
Редкоземельные элементы
Лантан
В сухом воздухе покры- вается окисной пленкой, предохраняющей металл от окисления. Во влажном воздухе сильно окисляется вплоть до разрушения. При 450 °C в атмосфере кислорода воспламеняет- ся. Реагирует с азотом и водородом при повышен- ной (~240 °C) температуре Чистый La поддается хо- лодной обработке давле- нием и прессованию при комнатной температуре. Возможно изготовление листов Легирующий элемент при изготовлении нержавеющих и жаропрочных сталей, улучшающий механические свойства, коррозионную устойчи- вость и ковкость стали. Легирующий элемент в легких сплавах (на основе алюминия н др.). Составная часть мишметалла с повышенным содержанием лантана взамен церия с улучшенными дссульфирующими свойствами
Церий
Чистый Се не обладает химической стойкостью в атмосфере воздуха, воде и других средах. В сухом воздухе на чистом церин образуется окисная плен- ка, не защищающая ниже- лежащий слой от окисле- ния. Химически активен, особенно при повышенной температуре (150 °C и вы- ые) Чистый церий ковкий вязкий металл, хорошо об» рабатывается давлением на холоде, пластичнее лан- тана, можно изготавли- вать листы и проволоку (методом прессования). При холодной обработке давленном обжатие до 25% вызывает наклеп, дальней- шая обработка не увеличи- вает наклепа. Легко об- Легирование черных и цветных металлов: стали* легких сплавов (алю- миниевых, магниевых сплавов), прн котором осуществляется раскисле- ние и одновременно повышаются прочность и пластичность. Основная составляющая мишметалла. В электровакуумной аппаратуре для получения высокого разряжения (га зопоглотнтель)
рабатывается резанием.
В сталь и сплавы вводится
в виде ферроцерия н це-
рнеаого мишметалла, ре-
же как чистый металл
Обладает значительной
химической активностью,
реагирует с большинством
элементов, образуя окис-
ли, сульфиды, галоидные
соединения и т п. Разла-
гает воду, растворяется в
минеральных кислотах.
Быстро корродирует на
воздухе, сильно окисляет-
ся в нем при температуре
выше 200 °C. С водородом
реагирует при комнатной
температуре, еще энергич-
нее реагирует с повыше-
нием температуры
Получается в виде чи-
стого ковкого металла спе-
циальными методами. Под-
дается обработке давле-
нием
Празеодим
Постоянный компонент сплавов редкоземельных металлов, служащих
для легирования стали н сплавов цветных металлов. Составная часть
мишметаллп (5—6 % Рг).
Легирующая добавка к хрому, повышающая его жаростойкость, ока-
зывай положительное влияние на состав окисной пленки (2 % Рг)
Манее подвержен окис-
лению на воздухе, чем
лантан и церий. Окисная
пленка предохраняет его
от дальнейшего окисления
Металлический неодим
высокой чистоты поддастся
обработке давлением при
нормальной температуре
со степенью обжатия до
70 %. Возможно получе-
ние тонкой ленты толщи-
ной 0.5 мм и менее с при-
менением промежуточных
отжигов. После прокатки
имеет мелкозернистую
структуру с выраженной
текстурой деформации.
Устранение текстуры и
снятие наклепа достигает-
ся отжигом прн 500 °C
в течение I ч» Отжиг при
температуре 700 °C приво-
дит к значительному госту
зерна. Температура рекри-
сталлизации для неодима
с чистотой 99,5 % ие пре-
вышает 500 °C
Неодим
Составная часть мишметалла (18—20 % Nd).
Легирование сплтвов: 1) магниевые — улучшает механические свойства
(повышает сопротивление ползучести, прочность при комнатной темпе-
ратуре, жаропрочность, пластичность), литейные свойства. Добавки
неодима более эффективны, чем добавки других редкоземельных металле!
(лантана, нерня, празеодима); 2) алюминиевые —добавки неодима значи-
тельно повышают твердость алюминия.
Изготовление электронных приборов в виде окиси неодима приме-
няется в качестве диэлектрика с малым коэффициентом линейного рас-
ширения
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ ТЕРМОБИМЕТАЛЛЫ
си
Продолжение табл 19
Химические свойства Технологические свойства Область применения
Прометий
Аналогичен другим ред- коземельным элементам — Изготовление миниатюрных атомных батарей, дающих мягкое излу- чение, ис требующее специальной защиты. Эти батареи могут иметь чрезвы- чайно малые размеры при больной минимальной мощности, но чувстви- тельны к изменению тем юратури, давления и других внешних условий, хорошо работают при низкой температуре (—93 °C)
** - Самарий | Детектор слабых нейтронных потоков
Энергично взаимодейст- вует с влажным воздухом при комнатной температу- ре. В сухом воздухе по- крывается окисной плен- кой. Бурно реагирует с хо лодной водой Металлический европий очень мягок, его можно резать ножом или бритвой. Волочится в проволоку до диаметрз Змм при комнат- ной температуре. Меньший равмер ие получается из-за низкой прочности при рас- тяжении Европий Изготовление светосоставов — активатор люминоформиых составов
Гадолиний
Не поглощает водорода до температуры 150 °C. Окись гадолиния погло- щает углекислоту из воз- духа. Трудно образует амальгамы с ртутью Подвергается деформа- ции в холодном состоянии (на несколько процентов), рекомендуется горячая прокатка гн>и температуре 700—900 °C в защитной оболочке. Хорошо обраба- тывается резанием. Спла- вы железа с гадолинием хрупки прн комнатной температуре при содержа- нии свыше 7—8 % гадоли ния. Сплавы никеля, со- держащие до 5 % гадоли- Изготовление магнитных сплавов с железом, никелем и магнием благо- даря хорошим ферромагнитным свойствам. В виде соединения борида гадолиния (рименяется как материал катодов электронных приборов с большим сроком действия
ни я* обладают хорошей пластичностью в горячем состоянии Диспрозий
Окисляется на воздухе медленнее, чем газолиний и европий Металлический диспро- зий после переплавки об- ладает высокой вязкостью, поддается ковке Радиоактивный индикатор, детектор слабых нейтронных потоков
Гплпмий
— - В качестве радиоактивного индикатора
Эрбий
Металлический эрбий чистотой 99,35 % — хруп- кий металл, крошится при обработке резанием Легиров ине сплавов на основе магния, алюминия, железа, титана, тантала. Является хорошим модификатором н упрочнителем сплквов TuiuS
Не образует амальгам с ртутью • В дефектоскопии металлов. Промышленная радиография легких ме- таллов и тонких изделий из тяжелых металлов благодаря вы окой чув ствительности
Скандий
Обладает большой хими ческой активностью, бы стро окисляется на воз- духе (тускнеет) Чистый металлический скандий мягок н пластн чен, что предполагает воз можность обработки его давлением Сплавы, противостоящие действию высоких температур (например, еплав, содержащий 80 % никеля, 20 % крома н 1 % скандия)
Иттвий
Окисляется на воздухе пря длительном хранении После переплавки в ва- кууме получают ковкий и плотный металл Легирование различных металлических сплавов. Раскисление и моди финированне сплавов на основе многих металлов. Сплавы 1) легирование жаростойких сплавов (1 % Y), повышающее предел рабочей температуры с 1100 до i370 сС; 2) на основе магния и алю- миния с повышенными механическими свойствами; 3) на основе железа с улучшенной обрабатываемостью, стойкостью к рекристаллизации и к окислению прн высоких температурах
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ ТЕРМОБИ МЕТАЛЛЫ
358 МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
режиму: нагрев до температуры 630‘С,
выдержка при этой температуре не
менее 3 ч, скорости нагрева и охлаж-
дения произвольные.
Термотреннровка изделий в прибо-
рах в процессе их тарировки может
быть рекомендована до температуры
нагрева превышающей заданную мак-
симальную температуру работы при-
близительно на 50СС.
Термобиметалл применяется для
изготовления чувствительных к изме-
нению температуры элементов прибо-
ров, аппаратов и автоматических уст-
ройств (температурные компенсаторы,
тепловые реле, реле времени, чувстви-
тельные элементы термометров и ре-
гуляторов времени).
РЕДКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Применение редких элементов
(табл. 18, 19) позволяет получать спла-
вы с совершенно новыми, часто весьма
ценными свойствами, позволяющими,
в свою очередь, усовершенствовать
имеющиеся приборы, а также помо-
гать созданию принципиально новых
приборов.
По общепринятой технической клас-
сификации редкие элементы подразде-
ляются иа рассеянные, легкие, туго-
плавкие, радиоактивные и редкозе-
мельные. В названии групп элементов
заложен в краткой форме признак —
основной для данной группы.
Глава 5. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Особенпссть применения конструк-
ционных материалов прн изготовле-
нии деталей приборов и автоматиче-
ских устройств состоит в том, что тре-
бование высокой прочности материа-
лов зачастую не является главным,
как в машиностроении.
В зависимости от специфики работы
прибора н автоматического устройства
назначения п конструкции их деталей
выдвигается ряд эксплуатационных
требований к материалам, идущим на
их изготовление. Это могут быть тре-
бования сочетания высокой прочности
с малой плотностью в обычных се-
чениях и микросечениях, иемагнит-
ностн (отсутствие ферромагнитных
включений), наличия определенных
электрических и особых физико-ме-
ханических свойств, высокой стабиль-
ности свойств п размеров в различных
эксплуатационных условиях и др.
Особенностью применения конструк-
ционных материалов в приборострое-
нии является также необходимость
в ряде случаев изготовления их в ма-
лых и мнкросеченнях (топкая и тон-
чайшая проволока н фольга, тонкостен-
ное литье).
ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ
В приборостроении и автоматике
применяют железо, магнитные п не-
магнитные сталь и чугун. Железо,
магнитные сталь и чугун не являются
специальными магнитными материа-
лами Применение их не всегда обуслов-
ливается магнитными свойствами, а
чаще дешевизной и хорошими техноло-
гическими свойствами. Их следует
применять, по возможности, в качестве
замены дорогостоящих и дефицитных
цветных металлов и сплавов, а также
сплавов с особыми свойствами во всех
случаях, когда в требованиях к ма-
териалам деталей узлов приборов и
автоматических устройств не содер-
жится специальных условий.
Свойства сплавов определяются их
составом н структурой. О структуре
(строении) стали н чугуна (в равновес-
ном состоянии) можно судить по диа-
грамме состояния железо—углерод
(рис. 1).
Для Fe—С-сплавов рассматр! вается
только часть системы — от железа до
ближайшего химического соединения
Fe3C цементита (6,3 % С). Это обус-
ловлено применением в практике
Fe—С-сплавов с содержанием не более
5 % С. Один из компонентов системы
Fe—С — химический элемент железо—
является промышленным сплавом. Как
и любой другой металл, железо ни-
когда ие бывает абсолютно чистым,
а всегда содержит примеси.
Сплавы, занимающие область на
диаграмме состояния до 2,14 % С,
называются сталью, более 2,14 С—
чугуном. Указанная граница 2,14 % С
относится только к двойным Fe—С-
сплавам или сплавам, содержат! м
сравнительно небольшое число приме-
сей. Для высоколегированных Fe—С-
сплавов опа может смещаться в ту или
иную сторону (например, сталь леде-
буритного класса содержит 2—2,3 % С,
высококремнистый чугун содержит
1,6—2,5 % С). Граница 2,14 % С при-
нята не пропзольно. Она разделяет
систему Fe—С на две части, отличаю-
щиеся друг от друга по структуре.
У всех сплавов содержащих менее
2,14 % С, в результате первичной
кристаллизации получается структура
аустенита; сплавы, содержащие
2,14 % С, имеют в структуре эвтек-
тику. Это различие в структуре при
высокой температуре создает сущест-
венную разницу в свойствах сплавов
(технологических, механических и
др.). Чугун благодаря наличию эвтек-
тики не ковок, однако более низкая
температура его плавления обеспечн»
360
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
I
§
G-
1539
1500
д'
1400
Alttc+d
^4/*
13 о
1200
1100
Жидкий сплав
N.
УКидки/Г^^
\ сплав*"'*.
"\^аустенит
- Аустенит (f) i
1000
SOO
еоо
700
ООО
500
ооо
300
1120
/Жидкий сплав
-^-11бе3С(первиит,/й ,
0 910° I Z.
.Аустенит / g
\е феррит/ j?
\ / e
Ледебурит+
+ аустенит*
+FC] (^вторичный)
Ледебурит *
— +бге3С(первичпый)
1$,
i
i
200 ч
КО
123°С
s.
s
j!
5
Ж1
U 0,000 Ц81
I
Ледебурит*
+ перлит
+Fe3C(gmt>puwtj£i.)
I
ледебурите-
^Fe3C(nep0uvHtid) -
210°Магнитнее превращение бё3С
2
4 43
6 $07 %О
Рис. 1. Диаграмма состояния Fe—С
вает высокие литейные свойства. Сталь
же является деформируемым (ковким)
сплавом.
Различают следующие структурные
составляющие и равновесные струк-
туры Fc—С-сплавов.
Феррит — твердый раствор угле-
рода и других элементов в а-железе.
Обладает низкими прочностью в твер-
достью и высокой пластичностью.
Цементит — химическое соедине-
ние углерода с железом (карбид же-
леза); обладает высокой твердостью
(легко царапает стекло), чрезвычайно
хрупок (имеет практически нулевую
пластичность). Температура плавле-
ния 1600 °C. Слабо ферромагнитен.
Магнитные свойства цементит теряет
при нагреве до 217 СС. Цементит —
неустойчивое соединение и при оп-
ределенных условиях распадается
с образованием свободного углерода
в виде графита.
Графит обладает кристаллической
слоистой структурой. Имеет слабо
выраженные металлические свойства
(электропроводность). Обладает низ-
кими механическими свойствами (проч-
ность и пластичность).
Аустенит — твердый раствор угле-
рода и присутствующих в сплаве при-
месей в у-железе. Является обычно
высокотемпературной структурой
Сталь, имеющая аустенитную струк-
туру, весьма пластична.
Перлит — эвтектоидная смесь фер-
рита и цементита.
Ледебирит — эвтектическая смесь
аустенита и цементита (температура
плавления 1147 °C, содержит 4,3 % С)
после кристаллизации. Ниже 727 СС
представляет собой смесь перлита и
цементита.
Зная состав сплава, по которому
можно судить о его структуре, а также
свойства равновесных структур и от-
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЖЕЛЕЗО
361
1. Физико-химические свойства структурных составляющих
и структур Fe—С-сплавов
Структурная составляющая V. а Г/СМ8 Эс/1 ‘Эо (00I-5-0S) • +0I •|ГХ. С, Дж/(г.®С) при температуре, ®С
100 200 400 600 900
Аустенит Феррит Перлит Цементит Графит 7,9 7,8 7,7 2,2—2,3 Сл СТ О КЗ -М 1 1 1 1 1 ос со — — м ’ — N3 Л. СЛ - СЛ 0,50 0,46 0,625 0,831 0,50 0,625 0,92 0,54 0,625 1,13 0,584 0,667 1,30 0,71 0,71 1,50
Структурная составляющая X, Дж/(см :-°С) X X О SC X Магнитные свойства МПа С. % НВ
"oMs вг не А/м
Тл
Аустенит Феррит Перлит Цементит Графит 0,419 0,75 0,50 0,071 0,15 0,10 0,20 1,40 1,50 2,26 1,24 1.3 72 — 80 4400 400 1000 40 0 50 40 15 0 0 85 200 600 3
дельных структурных составляющих
Fc—С-сплавов, ориентировочно можно
определить и свойства данных сплавов
в равновесном состоянии (табл. 1).
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЖЕЛЕЗО
Железо—металл, содержащий хи-
мический элемент железо (I е) и другие
химические элементы лишь в виде при-
месей пли загрязнений. Железо служит
основой железоуглеродистых сплавов
(стали и чугуна), а также является
промышленным металлом (железо вы-
сокой чистоты, техническое железо).
Оно имеет несколько модификаций
(форм) атомно-кристаллической ре-
шетки: a-железо в интервале темпера-
тур от 20 до 910 °C; у-железо в интер-
вале температур от 910 до 1400 °C;
6-железо от 1400 °C до температуры
плавления.
Свойства железа резко изменяются
при переходе пз одной модификации
в другую при определенных темпера-
турах, которые называются критиче-
скими точками Ас1, ЛС2, Л£3 В твердом
состоянии оно может находиться в двух
модификациях—a-железо (К8) и
у-железо (К12). Железо образует со
многими элементами растворы: с ме-
таллами — растворы замещения;
с углеродом, азотом, водородом —
растворы внедрения.
Углерод растворяется в у-железе,
а a-железо практически не рас воряет
его или растворяет в очень небольшом
количестве (до 0,02%). Таким об-
разом, структура, состоящая из од-
ного феррита, наблюдается только в же-
лезе особой чистоты или технически
чистом.
Железо в промышленности изготов-
ляют различной степени чистоты. Для
целей научных исследований можно
получить железо высокой чистоты с об-
щим содержанием примесей около
0,01 % (и даже меньше). Но в боль-
шинстве случаев как для исследова-
ний, так и для технических целей,
применяют так называемое техническое
железо (железо Армко), которое содер-
жит примерно 99,8—99,9 Fe н 0,1—
0,2 % примесей, состоящих более чем
362
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2. Химический состав и физико-мехаиические свойства
различных видов технического железа
Показатель Технически чистое железо Карбонильное железо Электролити- ческое железо
Химический состав, %: С Si Мп S Р Физические свойства: *пл» С у, г/см3 р, мкОм* м Вг, Тл Нс. А, м р (максимальная) Механические свойства. Hfi тс. МПа <7В, МПа С. % Ч» % а р кДж м2 0,020 — 0,010 0,010 0,010—0,020 0,001 — 0,008
0,010 0.002
0.020
0,001 0,003
O.UfO
1 533 7,86 0.12 0,8 72 — 80 До 10 000 90—120 180—220 250 — 350 20-30 60-70 15—18 1 539 7,87 0,10 1.2 16—40 До 20 000 60—80 120—160 200—280 30 — 40 70—80 16—20 1 539 7,88 0,08 1,3 8—16 До 30 000 50-70 100—140 180-250 40—60 70—80 18—22
из десятка элементов. В техническом
железе содержится не более 0,04 % С
и до 0,01 % Si, а остальные элементы
содержатся в тысячных н десятитысяч-
ных долях процента.
Железо различной степени чистоты
получают тремя основными способами:
металлургическим, карбонильным н
электролитическим. Химический со-
став, физические н механические свой-
ства различных видов технического
железа приведены в табл. 2, из которой
видно, что чистое железо относится
к магнитно-мягким материалам. Кроме
того, оно отличается низкой твер-
достью и прочностью прн очень боль-
шой пластичности и вязкости. Чем
чище железо по химическому состав},
тем ниже его прочностные характе-
ристики н выше пластические.
Приведенные в табл. 2 свойства же-
леза могут изменяться в некоторых
пределах, так как на инх влияет ряд
факторов. Например, увеличение раз-
меров зерен понижает твердость; хо-
лодная деформация повышает твердость
и прочность (путем холодного волоче-
ния можно повысить предел прочности
проволоки до 800—1000 ЛШа). Железо
ферромагнитно. Температура точки
Кюри равна 768 °C (выше этой темпера-
туры оно становится немагнитным).
Техническое железо применяют для
изготовления деталей и узлов кон-
струкции, а также для магннтопрово-
дов, полюсных наконечников и т. п.,
т. е. в качестве магнитно-мягкого ма-
териала *.
СТАЛЬ
Характеристика. Сталь представляет
собой деформируемый железоуглероди-
стый сплав, содержание углерода в ко-
тором обычно ие превышает 2,14%.
Углерод — обязательный компонент
стали. Он определяет ее основные
свойства и обусловливает способность
изменять их при термической обра-
ботке. Содержание углерода в стали
находится в пределах 0,05—1,5%
Кроме углерода сталь содержит еще
и примеси: постоянные (обычные, не-
избежные), случайные (местные) и
специальные (легирующие элементы).
Постоянные примеси (Si,
Мп, S, Р и газы) в определенном коли-
• Данные о железе как о магннтно-
мягком материале см, в гл. 1.
СТАЛЬ
363
честве всегда (постоянно) присутствуют
в стали. Первые два элемента вводят
в процессе плавки стали (до 0,4 %
Si н 0,1—0,8 % Мп), а вторые два эле-
мента попадают из руд и вторичного
сырья (до 0,05 % S и Р). Кремний и
марганец присутствуют в любой стали,
оставаясь в ней после раскисления
в небольшом количестве в виде полез-
ных примесей (они являются раскис-
лителями). Марганец повышает проч-
ность горячекатаной стали.
Сера и фосфор — вредные примеси,
придают стали красноломкость (по-
тери пластичности прн 800 СС н выше).
Сталь с повышенным содержанием
серы не поддается горячей обработке
давлением. Кроме того, сера ухуд-
шает механические свойства стали в хо-
лодном состоянии, значительно пони-
жает ее вязкость. Единственное поло-
жительное влияние серы на свойства —
улучшение обрабатываемости реза-
нием.
Фосфор ухудшает пластические свой-
ства стали, понижает ударную вязкость
при комнатной температуре, а особенно
при отрицательной температуре (при-
дает стали хладноломкость). Это влия-
ние заметно сказывается при содер-
жании фосфора свыше 0,1 %. В от-
дельных случаях фосфор полезен;
улучшает обрабатываемость стали ре-
занием, а в присутствии меди — ее
антикоррозионные свойства.
Сера и фос<]юр в повышенных коли-
чествах допускаются только в стали
повышенной и высокой обрабатывае-
мости резанием, которая имеет сравни-
тельно невысокие механические свой-
ства.
Газы (кислород, водород, азот) как
правило являются вредными приме-
сями, присутствуют в любой стали
в очень малых количествах, и их на-
зывают скрытыми примесями. Газы
присутствуют в твердой стали в сле-
дующих формах: в газообразном со-
стоянии (в порах, пустотах), в а-
твердом растворе; в виде соединений,
т. е. неметаллических включений (ни-
тридов оксидов).
Большое количество водорода в
стали опасно, так как это может при-
вести и внутренним надрывам (флоке-
нам). С течением времени количество
водорода в стали уменьшается за счет
выделения его из металла, которое
происходит вследствие того, что водо-
род не образует соединений с железом.
Выделение водорода сопровождается
улучшением механических свойств
стали, особенно пластичности.
Азот и кислород образуют хрупкие
неметаллические включения, ухуд-
шающие свойства металла (уменьше-
ние вязкости и повышение порога
хладноломкости).
Случайные примеси —
это химические элементы, попадающие
в сталь из руд различных месторожде-
ний нлп из скрапа, а также вследст-
вие разновидностей технологического
процесса
Наиболее часто случайными приме-
сями являются никель (до 0,3 %),
хром (до 0,2%), медь (до 0,1 %).
Содержание случайных примесей не
допускается выше определенного пре-
дела, установленного техническими
условиями для стали каждой марки,
так как очень часто одни и те же эле-
менты, полезные в стали одного со-
става, в другой оказываются вредными.
Специальные примеси
(легирующие элементы) вводятся (до-
бавляются) в сталь в определенных
количествах с целью изменения ее
строения и свойств (повышение проч-
ности, получение особых физико-хими-
ческих свойств и т. д.). Легирующие
элементы преимущественно раство-
ряются в основных фазах железоугле-
родистых сплавов (феррите, аустените,
цементите) или образуют специальные
карбиды.
Классификация стали. По химиче-
скому составу сталь подразделяют на
углеродистую н легированную.
Углеродистая сталь — это двойной
Fe—С-сплав Он содержит постоянные
примеси в пределах, указанных выше,
и незначительное количество случай-
ных примесей, содержание которых
не влияет существенно на свойства
сплава.
Легированная сталь кроме железа,
углерода, постоянных (стандартного
количества) и случайных (незначи-
тельного количества) примесей содер-
жит специальные элементы, введенные
в нее с целью получения заданных
свойств. Количество легирующих эле-
ментов колеблется в широких пределах
364
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
3. Содержание (%) вредных примесей в стали в зависимости от способа
ее получения
Способ получения S Р н N о
Бессемеровский Кислородно-коивер- терний Мартеновский: основной кислый В электропечах 0,07 0,06 0,05 0,03 0,09 0,0004 — 0,0007 0,0001 — 0,0003 0,0002 — 0.0006 0,0002 —0.000G Ч« СО СО Q — О О — о о о а о о о о II III о — ’’Р оо — о о о о о о о О Q О Q 0.04 — 0,10
0,02—0,04
0,05
0,01—0,02
(от сотых долей процента до десятков
процентов). Например, сталь, содер-
жащая 0,1 °6 Ti, считается легирован-
ной, a Ti — легирующим элементом,
так как его специально вводят в сталь
для придания ей нужных свойств.
По гоянные примеси, введенные
в сталь в коли 1естве большем, чем это
требуется по технологии выплавки,
являются также легирующими эле-
ментами (например, марганец в коли-
честве 1 %).
Легирующие элементы вводят в
сталь в различных количествах и со-
четаниях при разном содержании угле-
рода. Легированная сталь по общему
содержанию присутствующих в ней
легирующих элементов делится па
низко-, средне- н высоколегированную.
К низколегированной стали отно-
сится пнзкоуглеродистая сталь, об-
щее содержание легирующих элемен-
тов в которой не превышает 3—4 %.
В срсд| елсгнрованпой стали суммар-
ное содержание легирующих элемен-
тов находится в пределах 4—10%,
в высоколегированной стали — иногда
до 30 50 %.
По составу различают никелевую,
хромистую, хро.моипкельмолибдепо-
вую и многие другие разновидности
легированной стали.
Классификационным признаком в
этом случае служит наличие в стали
определенных легирующих элементов.
Легирующие элементы улучшают
механические свойства стали или при
дают ей какне-.тпбо особые свойства
(немагннтность, высокие коррозион-
ные свойства, высокое электрическое
сопротивление и т. д.), которых не
имеет простая углеродистая (нелегиро-
ванпая) сгаль. Легирование повышает
вязкость стали без снижения или даже
при увеличении прочности (получение
материала с высокой удельной проч-
ностью), увеличивает прокаливае-
мость стали, уменьшает деформацию
прн закалке. Наиболее полно влияние
легирующих элементов на свойства
стали проявляется лишь после соот-
ветствующей термической обработки.
От способа получения (табл. 3) за-
висит содержание примесей (особенно
серы, фосфора и газов) п нх распреде-
ление. Этообусловливает отлнчиесвой-
ств стали различного способа выплавки.
При бессемеровском способе сера
и фосфор не удаляются в достаточной
степени и, кроме того, металл насы-
щается газами, особенно азотом. Бес-
семеровская сталь обладает большой
прочностью, но малой пластичностью,
имеет склонность к старению В ней
много загрязнений (неметаллических
включений). Качество бессемеровского
металла невысокое.
При кислородно конверторном спо-
собе при продувке используется вместо
воздуха технически чистый кислород
с очень малым содержанием загрязнен-
ного азота, поэтому получают сталь
с низким содержанием азота и свой-
ствами, близкими к свойствам марте-
новской стали.
При мартеновском способе металл
не так насыщен газами, нз него в зна-
чительной степени удаляются сера н
фосфор. Мартеновским способом из-
готовляют большинство марок обык-
новенной п качественной стали. При
основной мартеновской плавке из ме-
талла удаляется большая часть серы
и фосфора, ио он насыщается кисло-
СТАЛЬ
365
родом В этом случае может быть ис-
пользована не очень чистая исходная
шихта. При кислой мартеновской плав-
ке сера и фосфор нз металла не уда-
ляются, но получается металл, мало
насыщенный кислородом с большой
чистотой по неметаллическим включе-
ниям (оксиды). Сталь получается более
дорогая, так как приходится исполь-
зовать чистые по сере и фосфору ис-
ходные материалы.
При плавке в электропечах в наи-
большей степени удаляются сера и
фосфор. Получается еще более дорогая
и высококачественная сталь. Этим спо-
собом изготовляют в основном легиро-
ванную сталь ответственного назначе-
ния (инструментальную, жаропроч-
ную, коррозпоппостойкую и др.).
Для изготовления стали и сплавов
наиболее ответственного назначения
применяют плавку в электропечах и
разливку в вакууме. Прн этом полу-
чают сталь, обладающую наиболее
высокими свойствами вследствие боль-
шой чистоты по неметаллическим вклю-
чениям и почти полного отсутствия
газов. Сталь в зависимости от способа
получения и связанного с этим содер-
жания вредных примесей подразде-
ляется па следующие виды
Сталь обыкновенного качества —
углеродистая сталь с содержанием
углерода обычно не более 0,6%.
Ее плавят в больших мартеновских
печах, бессемеровских и томассовских
конверторах. Эта сталь имеет повы-
шенное содержание серы п фосфора
(мартеновская 0,05—0,06 % S и
0,05—0,07 % Р, бессемеровская и
трмассовская 0,06—0,07 % S и 0,08—
0,09 % Р) и неметаллических включе-
ний.
Сталь качественная — углеродистая
или легированная — выплавляется
в мертеновских печах с соблюдением
более строгого технологического ре-
жима. Содержит не более 0,04 % S
и 0,05 % Р и меньшее количество не-
металлических включений, чем сталь
обыкновенного качества.
Сталь высококачественная — угле-
родистая и легированная (обычно слож-
ного состава) — выплавляется в элек-
трических и кислых мартеновских пе-
чах. Имеет низкий предел содержания
вредных примесей (не более 0,030 % S
и 0,035 % Р). Обладает высокой чисто-
той по неметаллическим включениям.
Высококачественная сталь обозначается
буквой А, помещаемой после обозначе-
ния марки стали.
В зависимости от способа раскисле-
ния различают спокойную (раскислен-
ную марганцем, кремнием и алюми-
нием), кипящую (раскисленную только
марганцем) и полуспокойную (раскис-
ленную марганцем н алюминием) сталь.
Эти виды стали отличаются по химиче-
скому составу. Кипящая сталь почти
не содержит кремния (< 0,05 %) и
содержит большее количество кисло-
рода (как хуже раскисленная). По
качеству она хуже спокойной стали.
Спокойная сталь содержит нормальное
количество кремния (0,12—0,3 %) и
меньше кислорода, Полуспокойная
сталь занимает промежуточное поло-
жение по качеству.
По микроструктуре, образующейся
после охлаждения иа спокойном воз-
духе образцов небольшой толщины,
различают следующие классы стали:
перлитный класс —- сталь со струк-
турой после нормализации: перлит
(сорбит или троостнт); перлит (сорбит
или троостит) + феррит; перлит (сор-
бит или троостнт) + заэвтектоидные
карбиды. Такую структуру имеет угле-
родистая н низколегированная кон-
струкционная и инструментальная
стали;
мартенситный класс — сталь со
структурой после охлаждения па воз-
духе мартенсита. Такую структуру
имеет высоколегированная конструк-
ционная и инструментальная стали,
а также некоторые марки нержавею-
щей стали;
аустенитный класс — сталь со струк-
турой после нормализации: аустенит
пли аустенит 4- карбиды. Такую струк-
туру имеет высоколегированная (не-
ржавеющая, жаростойкая и жаропроч-
ная) сталь;
ферритный класс — сталь со струк-
турой после нормализации: феррит
или феррит + карбиды Такую струк-
туру имеет высокохромнстая нержавею-
щая жаропрочная жаростойкая сталь;
карбидный класс — сталь в литом
состоянии имеет в структуре карбид-
ную эвтектику, а в деформированном —
первичные (эвтектические) и вторич-
366
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
4. Механические свойства стали углеродистой
обыкновенного качества группы А (ГОСТ 380—71)
Сталь ов, МПа о_. МПа, т * для толщин, мм Л, %. ДЛЯ тол- щин, мм Изгиб на 180“ (а — толщина образца. d — диаметр оправки) для толщин мм
о Св. 20 ДО 40 Св. 40 ДО 100 Св. 100 06 01/ Св. 20 ДО 40 Св. 40
Не менее До 20 Св. 20
Сто Не менее 310 — — — — 23 22 20 d = 2о Диаметр оправки увеличивается на толщину образца
Ст1кп 310—400 — — — — 35 34 32 d = 0 (без сп- равки)
CtIjic Ст1сп 320—420 — — — — 34 33 31
Ст2кп 330—420 220 210 200 190 33 32 30
Ст2пс Ст2сп 340—440 230 220 210 200 32 31 29
СтЗкп 370—470 240 230 220 200 27 26 24 d = 0,5о
СтЗпс СтЗсп 380—490 250 24!) 230 210 26 25 23
СтЗГис 380—500 250 240 230 210 26 25 23
Стткп 410—520 200 250 210 230 25 24 22 d = 2а
Ст 4 пс Ст4сп 420—540 270 200 250 240 24 23 21
Ст5пс Стосп 500—640 250 280 270 260 20 19 17 d = Зо
СтбГнс 4G0—600 290 280 270 260 20 19 17
Стбпс Стбси Не менее 600 320 310 300 300 15 14 12 —
СТАЛЬ
367
S. Химический состав углеродистой стали обыкновенного качества
группы Б (ГОСТ 380 — 71)
Сталь Содержание элементов, %
С Мп Si Р S
Б Сто Нс более 0, 23 — Не более 0,05 0,05—0,17 0,12 — 0,30 Не более 0,07 0,05—0,17 0,12—0,30 11е более 0,07 0,05—0,17 0,12—0,30 Не более 0,15 Нс более 0,07 0,05—0,17 0,12—0,30 0,05—0,17 0,15—0,35 Не более 0,15 0,05—0,17 0,15—0, 35 0,07 0,06
bCTlKJi liCrlnc БСт1сп БСт?кц БСт2пс БСт2сп БСтЗкп БСтЗпс БСтЗсп БСтЗГпС БСтЗкп БСтЗпс БСт4сп БСтЗпс БСтбсп БСтоГпс БСтбнс БСтбсп 0,06 — 0,12 0,25—0,50 0.04 0,05
0.25—0,50
0,09—0,15
0,25—0,50 0.30—0.60
0,14—0,22
0,40—0,65
«'.80- 1,10
0.18—0.27 0,40—0,70
0,40—0,70
0.28—0.37 0,50—0,80
U. —0, 3U | U,8U—1,20
0,38 — 0,49 0,50—0,80
Примечание» Прочие элементы, нс более. Cr, Ni, Си — 0,30 %; As — 0,8 %.
6. Ударная вязкость углеродистой стали обыкновенного качества
группы В (ГОСТ 380 — 71)
Сталь Вид проката Распо- ложен нс образца относи- тельно проката Толщина, мм Ударная вязкость, кДж/м2, не менее
при темпе- ратуре, *С после меха- нического старения
4-20 — 20
ВСтЗпс Листовая сталь Поперек 5-9 8 4 4
ВСтЗсп 10—25 7 3 3
26 — 40 5 — —
Широкополосная сталь Вдоль 5—9 10 5 5
10—25 8 3 3
26—40 7 — ~~
Сортовой и фасонный Вдоль 5—9 11 5 5
прокат 10-25 10 3 3
26—40 9 — —
ВСтЗГпс Листовая сталь Поперек 5—9 ь 4 4
10—30 7 3 3
31—10 5 —— ——
Широкополосная сталь Вдоль 5—9 10 5 б
10—30 8 3 3
31-10 7
Сортовой и фасонный Вдоль 5—9 11 5 Б
прокат 10—30 10 3 3
31-40 9 — —
3G8
КОНСТРУКЦИОНН ЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл 7
Сталь Вид проката Располо- жение образца относи- тельно проката Тол- щина, мм Ударная вязкость, кДж/м2, не менее
при темпе- ратуре. °C после меха- нического старения
+20 -20
ВСТ411С В Ст 1 си ВСт4Гпс Листовая сталь Сортовой н фасонный прокат Поперек Вдоль 5—9 10 — 25 26—40 5—9 10—25 26—10 7 6 4 10 9 7 — —
7. Л5арки и химический состав стали углеродистой
качественной конструкционной (ГОСТ 1050—74)
Сталь Содержание элеменюн. %
С Si Мп С г. не более
05кп 08кп 08нс 08 Юкп Юпс 10 1 1кП 15кп 15пс 15 18кп 20кп 20пс Ьо 85 30 35 40 45 50 55 58 (55ПП; 60 65 70 75 80 85 60Г 65 Г 70Г Нс более 0. и«.» Нс более 0,03 Не более 0,03 0,05—0,17 0,17—0,37 Не более 0,07 0,05—0,17 0,17 — 0,37 Не более 0,06 Не более 0,07 0,05—0,17 0,17—0,37 Не более 0,06 Не более 0,07 0,05—0,17 Не более 0,40 0,25—0,50 0,10
0,05—0,11
0,35 — 0,65
0,05 —и. 12
0,07 —0,1 1 0,25—0.50 0,15 0.25
0,3-»— 0.65
о, о: —0,12 0,30—0,50 0.25—0,50
0,12—0,19
0,35—0,65
0, 12—0,14J 0,17—0,21 U, 30—Ц, 50 0,25 — 0.50 0,15 0,25 •
0,35 — 0,05
0,17—0,37
0,22 — 0,30 0,27 — 0,35 0,32 — 0,40 0,37 — 0,15 0,42—0,50 0,47 — 0,55 0,52-0,60 0,55—0,63 0,57—0,65 0,62 — 0.70 0,67 — 0, 75 0,72—0.80 0,77—0,85 0,82—0,90 0,57—0,65 0,62 — 0 70 0,67—0,75 0,50 — 0,80
о ю—о, io Ис более 0,20 0, 15
0,17—0,37 0,50—0,80 0,25
II. 70— LU0
0,90—1,20
СТАЛЬ
3G9
8. Твердость стали углеродистой качественной конструкционной
горячекатаной и кованой (ГОСТ 1050 — 74)
Сталь Диаметр отпе- чатка, мм, не мен се НВ, не бо- лее Диаметр отпечатка, мм, не менее НВ, не бо- лее Сталь Диаметр отпе- чатка, мм, не менее 1 НВ, не бо- лее Диаметр отпечатка, мм, не ме иее НВ, не бо- лее
Без терм! обрабс 1ЧССКОЙ тки Пос/ ЖИГ! ВЫС( отп е от- нли жого .•ска Без тер ми обрабо ческой тки Пос/ жнп высс отп е от- нли жого у ска
08 5,2 131 58 3,8 255 4 1 217
10 5,0 113 (55ПП)
15 4,9 149 60 3,8 255 4,0 229
20 4,7 163 — — 65 3,8 255 4,0 229
25 4,6 170 70 3.7 269 4,0 229
30 4,5 179 75 3,6 285 3,9 241
35 4,2 207 80 3,6 285 3,9 241
40 4,1 217 4,4 187 85 3,5 302 3,8 255
45 4,0 229 4 3 197 60Г 3,7 269 4,0 229
50 3,9 241 4,2 207 65Г 3,6 285 4,0 229
55 3,8 255 4,1 217 70Г 3,6 285 4,0 229
9. Твердость стали углеродистой качественной конструкционной калиброванной
н серебрянки (нагартоваиной и отожженной или высокоотпущепной)
(ГОСТ 1050—74)
Сталь Диаметр от- печатка. мм, не менее НВ, ие более Диаметр от- печатка, мм, не менее НВ, не более
Нагартованная Отожженная или высокоотпу- щенная
08 10 15 20 25 30 За 40 45 50 55 4,5 4,4 4,3 4 2 4,1 4.0 4,0 3,9 3,9 3,8 3.7 179 187 ‘ 197 207 217 229 229 241 211 255 269 5,2 5,0 4.9 4.7 4,6 4,5 4 4 4,3 4,2 4 1 4,0 131 143 149 163 170 179 187 197 207 217 «29
370
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
10. Л1ехаиические свойства стали углеродистой
качественной конструкционной второй категории (ГОСТ 1050—74)
Сталь Термическая обработка заготовок «’T- МИЛ «В- МПа 6.,. % Ч>. % ЦН. кДж/м*
08 Нормализация 200 330 33 60
10 210 340 31 55 —л
15 » 230 380 27 55
20 » 250 420 25 55 —
25 » 280 460 23 50 90
30 » 300 500 21 50 80
35 » 320 540 20 45 70
40 > 340 580 19 45 60
45 » 360 610 16 40 50
50 » 380 640 14 40 40
55 390 660 13 35
58 (5Г’ПП) х> 320 610 12 28
60 410 690 12 35 —
65 420 710 10 30 —
70 430 730 9 30 —
i э . акалкд 4- отп>ск 900 1100 7 30
80 Го же 950 1100 6 30 —
85 » 1000 1150 6 30 —
60Г Норм или заци я 120 710 11 35 —
65Г » 440 750 9 —
70Г » 400 800 8 — —
И Толщина и предельные отклонения (в мм) ленты стальной холоднокатаной
нз ниэкоуглероднстой стали (ГОСТ 503—71)
Толщина Предельные отклонения ленты с точностью изготовления Толщина Пределы отклонения ленты для точности изготовлен ня
нормаль- ной повы- шенной высокой нормаль- ной повы- шенной высокой
0» Ой 0,06 0,07 0,0« — 0,015 — 0,010 — 0,45 0,50 0,55 0,57 0,60 0,65 0,70 — 0,050 —0,040 — 0,025
0,09 0,10 0,11 0 12 0,15 — 0,02е — 0,015 — 0,010
0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 — 0,070 —0,050 — 0,030
0, 18 0,20 0,22 0,25 — 0,030 —0,020 —0,015
1,00 1,05 1,10 1,15 — 0,090 —0,060 — 0,046
0,28 0,30 0, 32 0,35 0,40 — 0,040 —0,030 — 0,020
1.2U 1,25 1,30 1,35 — 0,090 — 0,060 — 0,040
СТАЛЬ
371
Продолжение табл, 11
Толщина Предельные отклонения ленты G точностью изготовления Тол щина Пределы отклонения ленты для точности изготовления
нормаль- ной повы- шенной высокой нормаль- ной повы- шенной высокой
1,40 1.45 1.50 1.55 1.60 1,65 1.70 1.75 — 0.110 — 0,080 — 0,050 2,40 2,45 2,50 2,60 2,70 2,80 2,90 3,00 — 0,160 — 0,120 — 0,080
1, so 1,85 1.90 1,95 2,00 2,10 2,20 2.25 2.30 — 0,130 — 0,100 — 0,060
3,10 3,20 3,30 3,40 3,50 3,60 — 0,200 — 0,160 —0,100
Примечания. 1. Ио соглашению сторон допускается изготовление ленты промежуточных размеров по толщине с предельными отклонениями по ближайшему большему размеру. 2. Ленту толщиной менее 0,2 мм изготовляют особо мягкой н высокойа- гартованной
12 Ширина и предельные отклонения (в мм) ленты стальной холоднокатаной
из низкоуглсроднстой ст зли (ГОСТ 503 — 71)
Ширина Предельные отклонения по ширине
для не- обрезной ленты всех толщин Для обрезной лентн толщиной
От 0.05 До 0.60 Св. 0,оо ДО 1.00 Св. 1.00
, нормаль- ной точ- ности I повышен- ной точ- ности нормаль- ной точ- ности повышен- ной точ- ности нормаль- ной точ- ности повышен- ной точ- ности
4; 5. о. 7; 6. 9; 10; II; 12; 13; 14; 15. 16; 17, 18, 19; 20; 21; 22; 23; 24; 25, 26; 27; 28; 29; 30; 32; 31; 36; 38; 40; 42; 43; 45; 46, 48; 50; 52; 53; 54; 55; 56 60; 63; 65; 66; 70; 73, 75 76; 80, 83; 85; 86, 90, 93; 9о. 96; 100; 103; 105; 110; 112; 114: 115; 120; 125 + 1,90 — 2, 50 -0,30 —0,20 — 0,40 — 0,25 0,50 0.40
130; 135. ПО, 142. 145; 1»0. 155; 160; 165; 170; 175; 180; 185; 190, 195; 200, 205; 210; 215; 220, 22 s: 230. 235; 240; 245 ; 250 + 3,10 — 4,00 —0,50 —0,25 —0,60 —0,30 -0,70 — 0,60
260; 279 280, 290; 300, 310; 320. 325 +4,50 —6.00 —0,50 -0 ЭД -0.60 —0,10 -0.80 —0,60
372
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
13. Механические свойства ленты стальной холоднокатаной
из низкоуглеродистой стали (ГОСТ 503 — 71)
Состоя- ние ма- териала Сталь Механические свойства
бп, МПа 6, %, не менее, при толщине ленты, мм
До 1.5 Св. 1,5 до 2.0 Св 2,0
ОМ 08кп: С8пс; Юкп 250—400 23 ?6 30
М 08кп; Юкп; 08пс; Юпс; 0S; 10 300—450 17 15 20
IIM 350—400 7 п ю
и 4-20—600 11е onределястся 4
вн 08кп; Юки; Gbnc; Юпс; 08; 10; Ст1кп; Ст2кп; БСт1кп; БСтЗкп: БСтЗкп 500—800 Не определяется
Обозначения. ОМ — особо мягкая, М — мягкая, 1J — наглртонан- пая, ВН — высоконагартованная, ПМ — полумягкая. Примечания: 1. Особо мягкая лента поставляется с пределом проч- ности при разрыве ов = 2804-400 МПа. 2. Лента высоконагартованная, которой в установленном порядке присвоен Знак качества, поставляется с пределом прочности при разрыве ов = 650 4- 800 МПа.
14. Глубина вытяжки (в мм) сферической лунки для ленты
стальной холоднокатаной из низкоуглеродистой стали
по ГОСТ 503—71 * (испытания на приборах ЛТЛ и ПТЛ-10)
Тол- щина, мм Глубина вытяжки мм, сферический лунки для лентш шириной, мм
От >5 до 30 <г= 1,5; d = 5,0) Св. 30 до 50 (г = 4,0; (1 = 11,0) Св. 50 до 90 (< = 7.0; d — 17,0) Св 90 (г = 10.0; d — 27)
(.1ос 1 о я ii не маге р и а ли
ом м СМ ОМ м ОМ м
i 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0.50 0,60 0,70 0,50 0,90 1,00 1,20 1, 40 1,50 1,60 1,00 2,00 1,6 1,7 1.8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,6 2,8 3.0 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,3 2,4 2,6 2,8 3,5 3,6 3,7 3,8 4,0 4,1 4,2 4,4 J.6 4,8 5,0 5,1 5,4 5,7 5.9 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,1 4,2 4,4 4,6 4,7 5,0 5,3 5,4 5,3 5,4 5,6 5,7 5,9 6,1 6,3 6,5 6,7 6.9 7,1 7,3 7,7 8,1 8,3 4,4 4,5 4,7 4.9 5.0 5,2 5,3 5,5 5,7 5,9 6,3 6,4 6,7 7,1 7,3 7,7 7,9 8,1 8,3 8,7 8,9 9,0 9,2 9,4 9,6 9,8 10.1 10,5 10,9 11,0 11,2 11,5 11,7 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 8,0 8,1 8,3 8,6 8,9 9,1 9.3 9,7 10,1 10,3 10,5 10,8 11,0
— —
— — — —
Примечание, г — радиус пуансона, d — диаметр матрицы прибора
СТАЛЬ
373
15. Глубина вытяжки сферической лунки для ленты
стальной холоднокатаной из инзкоуглеродистой стали
по ГОСТ 50.3 — 71 * (испытания на приборе МТЛ-10Г)
Тол- щина, мм Глубине вытяжки, мм, сферической лунки для ленты шириной, мм
От 14 до 30 (г= 1.3: d = 5.0) Св. 30 до 50 (г = 4.0; d = 11 0) Св 50 до 90 (г= 7.0- d = 17.0) Св. 90 (г =» 10,0: d = 27)
С остояние материала
ОМ ЛА ОМ М см м ОМ м
0,50 0,60 0,70 0,80 0.90 1,00 1,20 1,10 1,50 1,60 1.80 2,00 2,0 2.2 2,4 2,6 2,8 3,0 1,4 1.6 1,8 2,0 2,2 2,4 4,3 4.1 4,5 4,6 4,8 5,0 5,3 5,5 5,8 3,6 3,7 3,8 3,9 4,1 4,3 4,6 4,8 5,1 5,9 6,1 0.3 6.5 6.7 7.0 7,2 7,5 7.7 5,3 5,5 5.7 5,9 6,1 6,4 6,6 6,9 7.1 8,1 8,3 8,5 8,7 8,9 9,2 9,5 10,0 10,5 10,7 11,0 12,0 7,1 7,3 7,5 7.7 7,9 8,2 8,5 9.0 9,5 9.7 10,0 1 1,0
— —
— — - —
Примечание, г — радиус пуансона, d — диаметр матрицы прибора.
16. Характеристики качества поверхности ленты
стальной холоднокатаной из иизкоутлсродистой стали (ГОСТ БОЗ—71 *)
Груп- па Характеристика поверхмости Допу стимыс дефекты Максимальная глубина залегания дефектов
>. 2 Светлая, гладкая, без трещин, плен, раковин, посторонних включений, окалины, следов корро- зии, ннстов побежалости Отдельные царапины Длиной не более 100 мм, бу горки и в мятни ы и е более 5 шт. на 1 м длины ’/< предельного отклонении по тол- щине
3 Светлая, гладкая, без трещин, плен, раковин, посторонних включений, окалины, следов корро- зии и цветов побежалости Отдельные царапины длиной не более 100 мм, бугорки и вмятины не более 5 шт. на 1 м длины, отдельные плены и рако вины 1 е предельного отклонения по тол- щине
4 Светлая, гладкая или темная без трещин, плен, раковин, посторонних включений, окалины, сле- дов коррозии Отдельные царапины длиной не более 100 мм, бугорки и вмятины не более 5 шт. на 1 м длины отдельные плены, ракови нч н цвета лобежг-лости Предельное от- клонение по тол щиие
374
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
17. Предельные отклонения по толщине (в мм) ленты стальной холоднокатаной
ит углеродистой конструкционной стали (ГОСТ 2284—79)
Толщина ленты Предельные отклонения по толщине ленты с точностью изготовления Толщина лепты Предельные отклонения по толщине ленты с точностью изготовления
нор- мальной повы- шенной нор- мальной новы in ен но и
От 0,10 до 0г 15 —0,02 — 0,015 Св. 0,95 до 1,30 —0,09 — 0,06
Св. 0,15 » 0,25 — 0,03 — 0,02 » 1,30 » 1,70 — 0,11 — 0,08
» 0,25 » 0,40 — 0,04 — 0,03 » 1,70 » 2,30 — 0,13 —0,10
» 0,40 » 0,70 — 0,05 —0,04 » 2,30 » 3,00 —0,16 — 0,12
* 0,70 » 0,95 — 0.07 —0, 05
18. Предельные отклонения по ширине (в мм) ленты
из углеродистой конструкционной стали
Предельные отклонения ио ширине
для обрезной ленты ДЛЯ необрезной ленты
Толщина ленты До 100 Св. 100 до 300 Св. 300 До 100 Св, 100 до 300 о о со и 1 до 300 о
нормальной точности повышенной точности До 5С Св. 50 Св ЗГ
От 0,10 до 0,63 Св. 0,63 » I 00 » 1,00 » 4,00 1 11 ррр О СО ООО 1 1 1 LT3 О X ООО 1 1 1 1 1 1 эре rf. С*1 КЗ 1 1 1 РРР 1 1 1 ррр О'. СП 4Х + 2 — 1 + 3 —2 + 4 — 6
19. Механические свойства ленты
стальной холоднокатаной
из углеродистой конструкционной
стали (ГОСТ 2284—79)
Сталь ой> МПа 0. %, не ме- нее
Лента нагарто- ваиная Лента ото- жженная
15 450— 800 320—500 20
20 500—850 320—550 18
25 550—900 350-600 18
30, 35 650—950 400—650 16
40, 45 700—105С 450—700 14
50, 55 750—ПОС 450—750 13
60, 65, 70 750—1I5C 450—750 10
20. Допустимая глубина
обезуглероживания ленты стальной
холоднокатаной нз углеродистой
конструкционной стали
(ГОСТ 2284 79)
Толщина Допускаемая глубина обез- углероживания
Группа 1 Группа 2
До 0.5 0,02 0,05
Св. 0,5 до 1,0 0,04 0,10
» 10» 2,0 0,С6 0,15
» 2,0 » 3,0 0,08 0,20
БРОНЗА
375
иые карбиды. Такую структуру имеют
некоторые виды инструментальной
стали.
По назначению сталь подразделяется
на строительную, машиностроитель-
ную (конструкционную), инструмен-
тальную и сталь с особыми физико-
химическими свойствами.
Для изготовления деталей и узлов
приборов и автоматических устройств
применяют конструкционную и инстру-
ментальную стали (табл. 4—21). Наи-
больший интерес представляет сталь
с особыми физико-химическими свой-
ствами, которую применяют для из-
готовления особо ответственных де-
талей приборов и устройств, для
деталей подвижных частей приборов,
опор п др. (см. гл. 4).
По отношению к термической обра-
ботке различают цементованную (под-
вергаемую цементации) н улучшаемую
стали (подвергаемую закалке и от-
пуску).
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
Все цветные металлы обладают вы-
сокой коррозионной устойчивостью, вы-
сокой тепло- и электропроводностью,
немагнитны, имеют хорошие механи-
ческие свойства, технологичны (хо-
рошо обрабатываются резанием и дав-
лением, с хорошими литейными свой-
ствами). Средн многообразных цвет-
ных металлов и сплавов на их основе
имеются такие, которые обладают цен-
ными специфическими свойствами,
делающими эти материалы незамени-
мыми для определенных частных слу-
чаев изготовления деталей и узлов
приборов и автоматических устройств.
МЕДЬ
Техническая медь (табл. 22—24) об-
ладает высокими электро- и теплопро-
водностью, коррозионной стойкостью,
хорошо обрабатывается давлением
в горячем и холодном состоянии (про-
катка, прессовка, ковка, штамповка,
волочение). Медь устойчива против
атмосферной коррозии вследствие об-
разования иа ее поверхности топкой
защитной пленки. Она находит ши-
рокое применение в приборостроении
как проводниковый материал. Кроме
того, ее используют и как конструк-
ционный материал, а также для соз-
дания ряда ценных конструкционных
сплавов и сплавов со специальными
свойствами.
Из меди изготовляют токопроводя-
щие детали (пластины коллекторов,
токоподводы, детали индукционных
успокоителей, в которых должны на-
ходиться вихревые токи и др,), а также
ответственные прокладки, трубопро-
воды малого диаметра, заклепки, шай-
бы. Медь выпускают в виде листов,
лент, прутков, проволоки, трубок.
БРОНЗА
Бронза обладает высокими механи-
ческими, в частности упругими, свой-
ствами. Опа коррознонноустойчпва,
немагнитна, имеет высокие тепло- и
электропроводность. В приборострое-
нии бронзу применяют в основном для
изготовления упругих чувствительных
элементов, различного рода пружин
и пружинящих деталей, от которых
требуется повышенная упругая дефор-
мация при малых нагрузках, сочета-
ние высоких упругих свойств с высо-
кими электро- и теплопроводностью,
немагнптностью и повышенной кор-
розионной стойкостью. Бронзу также
используют для детален, работающих
на трение. В ряде случаев ее приме-
няют в качестве немагнитного корро-
зией нестойкого материала для из-
готовления силовых детален.
Оловянная бронза (табл. 25, 26),
представляет собой сплав меди с оло-
вом, а также с добавками фосфора,
цинка, свинца, никеля и других эле-
ментов. Различают оловянную бронзу
литейную и обрабатываемую давле-
нием.
Литейная оловянная бронза имеет
хорошие литейные свойства, в част-
ности чрезвычайно малую объемную
усадку. Это позволяет легко произво-
дить очень сложное фасонное литье
с резкими переходами от тонких сече-
ний к толстым. Недостатком является
трудность получения плотных отливок
из за рассеянной усадочной рыхлости.
Оловянная бронза мало чувствитель-
на к перегреву, хорошо поддается свар-
21. Режим термической обработки и механические свойства стали конструкционной легированной (ГОСТ 4543 — 71 *)
Термообработка пт пв 6 ч> ан Размеры сечения заготовок
закалка отпуск
термооб-
Сталь Температура, С работки (диаметр
Тем- пера -
1 й за- Среда Среда МПа % к Л ж мг круга или сторона
калки 2-й за- ДОН ИЯ тура. охлаждения квад-
норма- калки °C рата). мм
лизацин не менее
Хро» ис гая
I5X 15ХА 880 770-820 Вода 180 Воздух 500 700 12 45 7 15
20Х 880 770—820 ИЛИ мзсло 180 или млело 650 800 II W 6 15
ЗОХ 880 — 500 Води 700 900 12 45 7 25
ЗОХРА 900 860 200 или масло 1300 1600 9 10 5
35Х воздух Воздух
860 — Масло 500 750 930 11 15 7 25
38ХА 860 — 550 Вода 800 950 12 50 9 25
40 X 860 —. 500 800 1000 10 6 25
45Х 840 — 520 или масло 850 1050 9 45 5 25
50Х 830 — 520 900 1100 9 40 4 25
Марганцовистая
15Г 20Г 880 8S0 Воздух — 250 2Я0 420 460 26 24 55 50 25 25
25Г 880 560 300 500 22 9 25
30 г 860 Вода 600 320 550 20 45 8 25
35Г 860 или воздух 600 Воздух 340 570 18 45 7 25
40Г 860 600 360 600 17 45 6 25
45Г 850 Масло 600 380 630 15 40 5 25
50Г 850 или воздух 600 400 660 13 40 4 25
10Г2 920 Воздух — — 250 430 22 50 25
30Г2 880 600 350 600 15 45 25
35 Г2 870 Масло или воздух 650 370 630 13 40 25
40Г2 45Г2 860 850 Воздух 390 410 670 700 12 И 40 40 — 25 25
50Г2 840 430 750 11 35 — 25
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
18ХГ 18ХГТ 35ХГ2 20ХГР 27ХГР 25ХГТ ЗОХГТ 40ХГТР 35ХГФ 25ХГМ ЗЗХС 38ХС 40ХС 15ХМ 20ХМ ЗОХЧ ЗОХМА 35ХМ 38ХМ ЗОХЗМФ 40ХМФА 15ХФ 40ХФА 880 880—950 860 880 870 880 — 950 880 — 950 840 870 860 920 900 900 880 880 880 880 850 850 870 860 880 880 870 850 воздух 850 во здух 760-810 Масло Вода пли масло Хромом 200 200 600 200 200 200 200 550 630 200 Хромок 630 1 630 1 540 еновая и 650 500 540 540 560 580 620 580 Хромов 180 650 арганцовая Воздух или масло Воздух или вода Вода нли масло Воздух или масло Воздух Вода или масло Вода Вода или масло Вода или масло Воздух ремннстая Вода или масло 750 900 700 800 1200 1000 1 100 1300 800 800 1100 700 750 1100 1100 адневая 280 600 750 750 850 900 850 950 550 750 900 1000 850 1000 1 100 I 100 1300 1500 1000 930 1200 900 950 1250 1250 450 800 950 950 950 1000 1000 1050 750 900 10 9 12 9 8 9 10 9 11 14 10 13 12 12 12 21 12 11 12 12 И 12 13 13 10 40 50 45 50 45 45 50 40 45 55 45 50 50 40 40 55 50 45 50 45 45 55 50 50 50 8 8 8 6 6 7 6 8 8 8 8 7 3.5 5 12 9 8 9 8 7 10 9 8 9 15 15 15 25 25 25 25 25 25 30 15 15 15 25 25 25 25 15 25 СТАЛЬ 377
Масло Хромомолнбд Воздух Вода изи масло Масло свомомолибденова! Воздух
Масло Вода или масло Масло Вода или масло
Воздух Вода нли масло Масло анадиевая Воздух или масло Вода или масло
Продолжение табл. 21
Термообработки °т '’в 6 ♦ “н Размеры сечения заготовок ДЛИ
зикалка отпуск
Сталь Температура, °C тормооб- ।работки (диаметр круга или сторона квад рата), мм
1-й за- калки Среда охлаж- дении Тем- пера- тура, Среда охлаждения МПа % кДж №
норма лизацпи калки °C Не менее
Никельмолибдеиовая
15Н2М (15НМ) 20Х2М (20НМ) 860 860 770 — 820 Масло 180 180 Воздух I 650 | 700 850 900 Ji 50 50 8 8
Хромоникелевая и хромоникелевая с бором
20ХН 40ХН 45ХН 50X11 860 820 820 820 760-810 Вода или масло 180 500 530 530 Вода или масло 600 800 ЯйО 900 800 1000 1050 1100 14 11 10 9 50 45 45 40 8 7 7 5 15 25 25 25
20ХНР 930-950 иоздух 780-830 Масло 200 Воздух или масло 1000 1200 10 50 9 15
12ХН2 12ХНЗА 860 860 760—810 760 — 810 Вида или масло 180 18U 600 700 800 950 12 11 50 55 9 9 15 15
20ХНЗА 820 — 500 Вида илн масло 750 950 12 55 11 15
12Х2Н4 А 20Х Н4А 860 860 760 — 800 780 Масло 180 18U Воздух или масло 950 1100 1150 1300 10 9 50 45 9 8 15 15
ЗОХНЗА 820 — 530 Води или масло 800 1000 10 50 8 25
Хромокремниймаргиицовая и хромокремнемарганцовоникелсвая
20ХГСА 25ХГСА ЗОХГС ЗОХГСА 35ХГСА 880 I - 880 — 880 - 880 | — Изотермическая т натриевой селитр Масло акалка при 88 ы, имеющей т 500 480 540 540 0 °C в сме ем пер а гур. Вода или масло си калиевой и 280—310 С, 650 850 850 850 800 пои 1100 1100 12 10 10 10 45 40 45 45 7 6 4,5 15 15 25 25 / 1
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
30ХГСН2А (30ХГСНА) охлаждение яа воздухе 1300 1400 1650 1650 9 9 40 4 5 4 6 —
950 масло 900 890 •и Масло 230 260 Воздух или масло
Хромомаргтпцовоникелевая и хромомарганцовоникслсвая с титаном и бором
15ХГН2ТА 960 840 180 Воздух 750 950 11 55 10 15
(15ХГНТА) НОЗДУХ
20ХГНР 030 — 950 780—830 Масло 200 или масло 1100 1300 10 50 9 15
20ХГНТР 850 850 200 Масло 1000 1200 9 50 8 15
BOX ГН 850 — 570 Вода 700 800 12 45 10 25
или мм ело
Хромой» кельмолибдеиовая
14Х2НЗМА 880 770 180 Воздух 900 1000 10 45 8 15
20ХН2М 860 780 200 Вода 700 900 11 50 S 15
(20ХНМ) или масло 15
30ХН2МА 860 — 530 Воздух 800 1000 10 45 л
(ЗОХНМА) 38Х2Н2МА 870 580 Воздух 950 1 10(1 12 50 * 25
(38ХНМА) Масло или млело
40ХН2МА 850 1— 620 950 1100 12 50 8 25
(40ХНМА) Вода 850 1000 12 55 10 25
4ОХ2Н2МА (40Х1НВА) 870 — 600 или масло 950 1100 10 45 8 25
38XH3MA 850 — 590 Воздух 1060 1100 12 50 8 25
18Х2Н4МА 950 860 Воздух 200 Воздух 850 1150 12 50 10 15
(I8X2H4BA) 950 550 800 1050 12 50 1 15
воздух Масло или масло
25Х2Н4МА (25Х2Н4ВА) 850 860 Масло 560 Масло 950 1100 11 45 25
Хромокикельмолибдеиоваиадиевая и хромоникелкванадисаая
ЗОХН2МФА 860 680 800 900 10 40 9 25
36Х2Н2МФА 850 600 Воздух 1100 1 гое 12 50 8 25
(36ХН1МФА) 38ХНЗМФА 850 — Млело 600 1100 1200 12 50 8 Ь’ - 2% I
45ХН2МФА 860 460 Масло 1300 1450 7 35 4
(45ХНМФА) 2ОХН4ФА 850 — 630 Вода 700 900 12 50 10 25
Хромоалюмияиевая и хромоалюминисная с молибденом
38Х2Ю (38ХЮ) 030 Вода 630 Вода 750 ООО 10 45 2 30
38Х2МЮА (38ХМЮА) 940 или масло 640 или масло 850 1000 И 50 9 30
22. Марки и химический состав меди (ГОСТ 859—78)
Способ изготовления меди Обозначение марок Химический состав, %
По СТ СЭВ 226—75 По настоящему стандарту Медь 4- серебро, ие менее Примесей, ие более
Висмут Сурьма 1 Мышьяк с 6 £ £ Никель Свнней Олово Сера Кислород Цинк Фосфор
Катод
— МВЧк 99,993 0,000!? 0, ооос 0, 0005 0,000= 0,0006 0,000 0, 0005 0,002 0, 0007 0,000е-
Катодная 99,99k МООк 99,99 о.оооа 0,001 0, 001 0,001 0,001 0 001 '1,001 0,002 0,001 0, 001
99,97к М Ок v 99,97 0,000 с 0,001 0,001 0,001 0,001 0,002 0,001 0,002 0,015 0,001 0,001
99,95к МОк 99,95 0,001 0,002 0,002 0, 004 0,003 0, 002 0 003 0,002 0,004 0,02 0,003 0,002
99,9к М1к 99,9 0,001 0,002 0,002 0,002 0.005 0,002 0,004 0,05 0,004
Слитки и полуфабрикаты
Вескисло- 99,996 МООб 99,99 0.000S 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,002 0,001 0,001 0,0005
99,976 МОб 99,97 0,001 0,002 0,002 0, 004 0, 002 0, сиз 0,002 0,002 0,001 0,003 0,002
Родная 99,956 М16 99,95 0, 001 0,002 0, 002 0,004 0,002 0,004 0, 002 0,004 0,003 0,003 0,002
Катодная м М1у 99,9 0,000 F. U, 002 0,001 0,005 0,002 0,004 0,001 0,004 0,004
переплав 99,9 Ml 99,9 0,001 0,002 0,002 0,005 0, 002 0, 005 0,002 0,004 0,004 __
леинзя
99,9р Mlp 99,9 0,001 0,002 0,002 0,001, 0,002 0 ОМ 0,002 0,005 0,01 0,005 Св. 0,002
Раскислен 99,85р М1ф 99,9 0,001 0,002 0,002 0,005 0,002 0,005 0, 002 0,005 — 0,005 ДО 0,012 Св. 0,012 до 0,06 Св. 0,005
ная 99,7р М2р 99,7 0,002 0, 005 0,0! 0,05 0,2 0,01 0,05 0,01 'J.C1 —
99,5р МЗр 99,5 0,007 0, 05 0,05 0,05 0,2 0,03 0,05 0,01 0,01 — до 0,06 Св. 0,005 до 0,06
игтневого ра 99,7 М2 99,7 0,002 0,005 0,0! 0,05 0,2 0,01 0,05 0.01 0,07
финироваиия 99.5 М3 09,5 0,003 0,05 0,01 0,05 0,2 0,05 0,05 0,01 0.08 — —
Примечания. 1. Содержание отдельных примесей, не указанных в таблице, в меди марок МВЧк, МООк и МООб.
а также содержание газов в медн марки МООб устанавливается по соглашению и-я отопителя с потребителем.
2» Массовая доля серебра в меди марок МОк, М1к, МОб, М1у и Ml не должна превышать 0,003 %, а в меди марки МОку —
0,002 %. По требованию потребители медь марок МОб, М1у и Ml изготовляют с массовой долей серебра не более 0,0025 %.
g
S
о
*
е;
5
nj
*0
5!
ь
= —з- Я Ь о = t Ч Ч! = ” го= го®* оэа Ж кз = ГО '< fl * 84 © о О j Л КЗ ® MX© © Г5 S Sc'--': с 2 = = С ч — 2 — О „Р F3 ТЗ = — 2 У о 5 ? 5 о Z b О- = = ж о я = 2 о х оче= ж ® - •о =6- О “ ТЗ 5 ц> og Е с' О 4 Я „“Cl Кв ?£ я О ® о я о, «< г> с е 5
Не окисляется Образуется неви- димая защитная пленка окисли Окисляется (цве- та побежалости) Практически не окисляется То же Медленно корро- дирует Окисляется Практически не изменяется Слабо корроди- рует с о 31 п н и
С соляной или серной кислотами холодными, теплы- ми, разбавленными или с концентра- цией ниже 80 % В нммнаке при нагревании С соляной кис- лотой при нагрс ванин В водороде В кислороде С серой при 1»л- гревлнип С азотом Условия
Практически не peai ирует Растворяется Не реагирует Поглощается медью Окисляется при комнатной темпера- туре Образуется Си23 Образует соеди- нения Cu3Nf CuN3, Cu<tN2f получаемые косвенными мето- дами Свойство
5
О’
2
25 Химический состав и механические свойства бронзы оловянной литейной (ГОСТ 613 —79)
Марка Химический состав, % Способ ЛИТЬЯ Временное со- противление, МПа (кге мм2) Относительное удлинение пос ле разрыва. % Твердость по Бринеллю НВ. МПа (кге/мм*)
Основные компоненту Примеси, более
Олово Цннч Свинец Фосфор Никель Медь [ [ник Свинец Алюминий Железо Кремний Фосфор Сурьма Всего 1
Нс менее
БрОЗЦ12С5 ВрОЗЦ7С5Н1 БрО4Ц7С5 БрО4Ц4С17 БрО5Ц5С5 БрО5С25 БрОбЦбСЗ БрО8Ц4 БрОЮФ! БрОЮЦ2 БрОЮСЮ 2,0 — 3,5 2,5 — 4,0 3,0— 5,0 3,5 — 5,5 4,0— 6,0 4,0— 6,0 5,0 — 7,0 7,0- 9,0 9,0— 11,0 9,0 — 11,0 9,0— 11.0 8,0— 15,0 6,0- 9,5 6,0 — 9,0 2,0— 6,0 4,0— 6,0 5, 0— 7,0 4,0- 6,0 1,0- 3,0 ),0— 6,0 3,0 — 6,0 1,0 — 7,0 14,0— 20,0 1,0— 6,0 23,0 — 26,0 2,0 — 4,0 8,0- 11,0 1 । 1 1 1 । 1 1 1 1 0,5 — 2,0 Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. 0,5 0.3 0,5 1 -= -° -° 1 1 1 1 1 1 1 0,02 0,02 0, Of) 0,05 0,05 0t02 0,05 0,02 0.02 0,02 0,02 0.4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,2 0,4 0,3 0.2 0,3 0,2 0.02 0,02 0,05 0, 05 0.05 0,02 0,02 0,02 0,02 0. 02 0, 02 •«, 06 '), 05 0. * 0,1 0, 1 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0.5 0,5 0,5 0.5 0,5 0,5 0,5 0,3 0,3 0,3 0,3 1.3 1,2 1,3 1.3 1,3 1,2 1,3 1,0 1,0 1,0 1.9 к п h 1* Ь 1 К II к п к л к [j к 11 к п к II к II 206 (21) 176,2 (18) 206 (21) 176,2 П8) 176,2 (18) 1 17 (15) 147 (15) 147 (15) 176,2 (18) 147 (15) 137,2 (14) 147 (15) 176,2 (18) 147 (15) 196 (20) 196 (20) 245 (25) 215,5 (22) 225,5 (23) 215,5 (22) 196 (20) 170.2 (18) 5 8 8 4 6 12 5 4 6 6 5 4 6 10 10 3 3 10 10 6 7 588 (60) 588 (60) 588 (60) 588 (60) 588 (60) 588 (60) 588 (60) 588 (60) 588 (60) 588 (60) 588 (60) 441 (45) 588 (60) 588 (60) 735 (75) 735 (75) 882 (90) 784 (80) 735 (75) 637 (65) 735 (78) 637 (65)
>!
О
5
о
•ъ
>!
J5
S
о
3!
3!
й:
tn
а
5
13
Примечания I. В бронзах мирок ЬрОЗЦ7СоН1, ЬрОЗЦ! 2G5, 1>рОбЦ4 н ЬрО|иЦ2 сумма примесей кремнии и алю*
ми „и я не должна превышать 0,02 %. В бронзах, не предназначенных для отливки деталей, работающих под гидравлическим
давлением, по согласованию изготовителя с потребителем допускается массовая доля алюминия до 0,05 % и кремния — до 0,05 %,
2. Допускаются примеси мышьяка до 0,15 %, магния — до 0,02 %, серы — до 0,05 % в пределах общей суммы примесей.
3. Массовая доля никеля во всех марках, кроме БрОЗЦ7С5Н1, допускается до 2,0 % за счет меди и в общую сумму прн
месеи не входит*
4* Массовая доля свинца в бронзах марок БрОЮЦ2 и БрО8Ц4 по согласованию изготовителя с потребителем допускается
до 1,5 % и в общую сумму примесей не входит.
5. В отливках из бронз марок БрОЮЦ2 и БрО8Ц4, предназначенных для сварных конструкций, массовая доля свинца
должна быть не более 0,05 %. Л
5. По согласованию изготовителя с потребителем в марке БрОЮСЮ допускается массовая доля фосфора до 1,0 %.
/. Примеси, ие регламентируемые настоящим стандартом, входят в общую сумму примесей.
8. Условное обозначение литья: к — в кокиль, п — я песчаную форму. ’
27. Химический состав безоловянной литейной бронзы (ГОСТ 493 — 70)
Марка сплава Химический состав, %
Основные компоненты
Алюминий Железо Марганец Никель Свинец Фосфор Нинк Сурьма Медь
БрА9Мц2Л БрАЮМцЗЛ БрАЭЖЗЛ БрАЮЖЗМцЭ БрА10Ж4Н4Л БрА! 1Ж6Н6 БрА9Ж4Н4Мц1 БрСЗО БрА7Мц15ЖЗН2Ц2 БрСуЗНЗЦЗС20Ф Я, 0-9,5 9,6-11,0 8,0—10,5 9,0—11,0 9,5—11,0 10,5 — 11,5 8,8—10,0 6,6—7,5 2,0-4,0 2,0—3,0 3,6-5,5 5,0—6,5 4,0—5,0 2,5-3,5 1,5-2,5 1,5-2,5 1,0—3,0 0,5—1,2 14,0—15,5 3,5-5,5 5,0—6,5 4.0—5,0 1,5-2, 5 3 0—4,0 “ol“ol 1 1 1 1 1 1 = 1 °| О Sei и 111111 1,5-2,5 3,0-4,0 3,0-4,0 Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Ост.
Марка сплава Химический состав, % — —
Примеси, не более
Мышьяк Сурьма Олово Крем- ний Алю- миний Ни- кель Свинец Фосфор Железо Цинк Марганец Все- го
БрА9Мц2Л ВрА10Мц2Л БрА9ЖЗЛ БрАЮЖЗМцЭ БрА10Ж4Н4Л БрДПЖбНб БрА9Ж4Н4Мц1 БрСЗО ЬрА7Мц 1 5ЖЗН2Ц2 БрСуЗНЗЦЗС20Ф 0,05 0,05 0,05 0,01 0,05 0,05 0,05 0,1 0 05 0,1 0,05 0.03 0. 05 0,05 0,05 0,05 0.05 0,3 0,05 Висмут 0,025 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0.5 0,2 0.2 0,2 0. ] 0,2 0,2 0,2 0,02 0,1 0, 02 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 1.0 1.0 0,5 0.5 0,1 0,1 0,1 0.3 0,05 0, 05 0,05 0,05 0,1 0,1 0,1 0,01 0,1 0,1 0,03 0 1 0,02 1,0 1,0 0,25 0,3 1,5 1,5 1,0 0,5 0,5 0,6 1,0 0,1 0?5 о7б 0,5 Углерод 0,05 2,8 2,8 2,7 1.0 1,5 1,5 1,2 0,9 0,5 0,9
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
13 Пятин Ю.
28. Химический состав и технологические характеристики беаолоияниой бронзы, обрабатываемой давлением (ГОСТ 1817S 7Я)
Бронза Марка Содержание элементов, % * Js О О с 1 Обрабаты- ваемость ре- I запнем, % 1 Жидкотеку- честь, см Линейная усадка. %
*5 с ф tu Z I Примеси Прочие элементы
Алюми- БрА5 4—6 — 1,1 11 so- il 90 830- 600 — 700 101 2,49
нисвая БрА7 6-8 1.1 1140— 1160 880 80 —
Алюминие- ви-марган* цсвая БрАМц9—2 8 — 1.5- 2,5 — 1,5 800- 850 650-750 20 48 1,7
Алюмин ле- во железная БрАЖЭ—4 1 0 — 1.7 1120- 1150 750- 850 700—750 2,49
Алюминие- во-железо- марганцевая БрАЖМиЮ—3— -1,5 9 — 11 1.2 2-4 0,73 775 — 825 650— 750 70 2,4
Алюмин ле- во-железо- никелевая БрАЖНЮ—4—4 9,5— 11 — 3,5— 5,5 3.5- 5,5 0.6 1120 — 1200 850— 900 700—750 66 — 85 1,8
Марган- цовистая БрМц5 4,5— 5,5 0,9 1110— 1130 800 — 850 2U 25 1,96
Кремииево- марган- цовистая БрКМцЗ—1 1 — 1,5 — 1.0 2.7—3,5 Si 1080— 1100 700—750 30 1.6
Кремнисто- никелевая БрКН1—3 0,1 — 0,4 2,4 — 3,4 0,4 0,6—1,1 SI 1170- 1200 890— 910 850 (за- —
Берил- лиевая БрБ2 БрБНТ1,7 — - 0.2- 0,5 1,0-2,1 Be 1,6-1,85 Be 0,1 — 0,25 Ti 1,85—2,1 Be 0,1 — 0,25 Ti 1050— 1160 калка) 450 (отпуск) 20 (не термо- обработан- иые)
0.2 — 0,5 760- 800 780 (за- калка) —
БрБНТ!,9 — 0.4 320 (отпуск) 20
Кадмиевая БрКд1 — 0. 35 0,9-1,2 Cd 1150 780— 800
01
"О
о
5
• Остальное медь.
3S6
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МА ТЕРИЛЛЫ
29. Физике механические свойства и коррозионная стойкость
Марка О о Е V. г/см’ ал- 10-’, 1/°С (20—100 ’С) U с о Е £ ** 0, мкОм м (□о 001 “ОС) Эв/| ‘6х. сс Е U uj «в
БрЛ5 1075 8,2 18,0 1,04 0.10 0,0016 3800
7500
БрА7 1040 7,8 17.8 0,79 0,001 1200 4700
0,11 9800
БрАМиЭ—2 1060 7,6 17,0 0,71 920 4500
бОиО—6000
БрАЖ9—4 БрАЖМц 10-3-1,5 1040 1045 16,2 16,1 0,12 0,189 1160 1000 5000—6000
7,5 0,585 — 8000—10 000 5000—6000 7000—9000
БрАЖН 10-4—4 1084 7,46 17,1 0,75 0,193 1150 6000 — 7000 9 И)и— 1 1 000
БрЧз5 8.6 20,4 1,08 0,197 0,0003 3000
5UU0 — 6000
ЬрКМкЗ—1 1025 8,4 15,8 0,46 0,15 1050 3500—4000 6500— 7500
БрКН1—3 1084 8, Ьо 18,0 0,046 —
— 6000
955 8,23 16,6 0,84 ♦> — 1,04 *2 0,1 •• 0,068 *х 1300 5000
t>P DZ 12 500
БрБ11Т1,7 — 8,25 0,84 » 0,08 *» 1245— 1315 И 500 13 эОО
БрБНТ1,9 — 17,6 •’ 1,04 *! 0,067 •« 1315— 1340 12 500 14 000
БрКд! 1076 8,9 3,42 0,0207 0,0031 1260 25С0—2800 4000—6000
ЗаквленноП. *2 Облшороженной. *э В пределах 20—300 "С. *• В числителе даны цифры для мягкого состояния (для БрКН1—3, БрБ2 -ж деформации 50 %). ♦г> Для мягкого состояния деформации и последующего облагораживания
БРОНЗА
387
безоловянной (специальной) бронзы, обрабатываемой давлением
°т“ °у0’* в*‘ д»5 и кДж/м2 НВ “ Коэффи- циент трения Коррозион- ная стой- кость (поте- ря в массе) в г/м1 за сутки
МПа % со смазкой без смазки в морской воде я о X fo — ел яг
1601» 1300 65 75 35 30 35 45 5 С 75 11 15 9 6-7 6 — 3—4 20 13— 17 4—10 14,3 60. 0,007 0,012 0.006 0,004 0.012 0,011 0,30 0,55 1.2
5400 2500 5000 1000 5 70 2000 700
0,40 0,70 0.58
100 7000 1100 3 20—40 800—1000 1600—1800 ноо
0,18 0,25
3000 5000 200<> 4—5 40
35и0 2100 — 20 — 30 1100—2000 1250—1400 1600—2000 2400
500 0,21 0,23 Г 0,2- 0,25 0,18
3300 Т т *• г ; 'л
5500—6000 800 9—15 40 1800—2000 800
0,013 0,7 0,4 0,45 — 3.0
4500 1400 3500 1200 2 5й—60 1600 80
—
6560 600 28 1800
осле 0,017 0,016— 0,05
5200 2500 4500 1600—1800 6 35 150—2000 10 000
рдого 0,22
11 500 10 000 «00 7ооо для прочих сг 2 — 4 3,5 3 2.5 40—55 33 000 По Виккерсу 3600 3750 По Виккерсу 3800 4UOU 6000
отжига) ДЛЯ твс (после
3500 После закалки. 1,5—6 Iляпов п 9500—11 500 в знаменателе
13*
388
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИ АЛ Ы
ке и пайке, немагнитна, морозостойка,
обладает хорошими антифрикцион-
ными свойствами, коррозиониоустоп-
чива в атмосферных условиях, имеет
высокие упругие свойства и электро-
проводность. Последние свойства поз-
воляют использовать эту бронзу для
ответственных упругих элементов при-
боров (плоские и спиральные пружины,
растяжки) и контактодержателей. Для
изготовления этих деталей применяют
оловяппо-цниковую и оловянно-фос-
фористую бронзы. Из оловянной брон-
зы изготовляют также подпятники,
втулки, шестерни, червяки, детали
арматуры.
Оловянной бронзе, обрабатываемой
давлением, придают прочностные
свойства путем наклепа. Детали из
нее, изготовленные штамповкой, гиб-
кой, обычно подвергаются низко-
температурному отпуску при 200—
250 СС, обеспечивающему снятие вну-
тренних напряжений без изменения
механических свойств.
Пружины из этой бронзы пригодны
для работы при 100—250 °C. Вырубку
контактных и других плоских пружин
из бронзы следует производить с та-
ким расчетом, чтобы волокна были рас-
положены вдоль пружины.
Специальная (безоловянная) бронза
(табл 27—29) представляет собой двой-
ные нли более сложные сплавы на мед-
ной основе, содержащие в качестве
добавок алюминий (алюминиевые
бронзы), бериллий (бериллиевые брон-
зы), никель, кремний, марганец, хром
И т. д.
Специальная бронза является ка-
чественным заменителем оловянных
бронз. Она отличается высокими меха-
ническими и коррозионными свойст-
вами
Алюминиевая бронза. Однофазные
сплавы в системе медь—алюминий с со-
держанием до 9 % А1 отличаются вы-
сокой пластичностью и хорошо обра-
батываются давлением. Двухфазные
сплавы с повышенным содержанием
алюминия имеют более высокие твер-
дость и прочность, но пониженную
вязкость в холодном состоянии Алю-
миниевая бронза имеет хорошие ли-
тейные свойства: она жидкотекуча,
нс склонна к ликвации. Бронза морозо-
стойка, немагнитна, но плохо поддается
пайке и лужению мягкими и твердыми
припоями и имеет повышенную объем-
ную усадку.
Алюминиевая бронза значительно
превосходит по коррозионной устойчи-
вости сплавы меди с цинком и оловом
в атмосферных условиях и морской
воде.
Бериллиевая бронза обладает рядом
свойств, делающих ее весьма ценным
материалом для приборостроения.
Она имеет высокие пределы прочпостц
упругости, текучести, усталости, об-
ладает высоким сопротивлением пол-
зучести, циклической прочностью,
твердостью, износоустойчивостью, от-
личается хорошими электро- и тепло-
проводностью, сопротивлением кор-
розионной уе1алости и коррозии.
При высокой температуре бериллие-
вая бронза окисляется в меньшей сте-
пени, чем медь и сплавы на медной ос-
нове, устойчива в пресной и морской
воде, немагнитна, морозостойка. При
дисперсионном твердении наибольший
эффект получается при содержании
2,1 % Be. Вследствие термической
обработки за счет фазовых изменений
происходят объемные изменения до
3—9%, создающие напряжения,
поэтому режим термической обработки
бериллиевой бронзы нужно выполнять
весьма тщательно.
Бериллиевую бронзу применяют для
изготовления упругих элементов при-
боров ответственного назначения
(токоведущнх пружин, чувствительных
элементов точных приборов, пружи-
нящих контактов), скользящих кон-
тактов, щеткодержателей, электродов,
аажнмов, ножей. Бронзу для пружин
изготовляют в виде лент толщиной
0,15—5,00 мм.
Кремнистая бронза содержит обычно
дополнительно марганец и никель
Сплавы имеют высокие .механические
свойства, устойчивы против корро-
зии в пресной и морской воде, в атмо-
сфере сухих газов (хлора, сероводо-
рода, сернистого газа) и менее устой-
чивы в этих средах в присутствии влаги,
имеют хорошие антифрикционные
свойства, хорошо свариваются и пая-
ются, немагнитны, не теряют своих
свойств при низкой температуре, хо-
рошо обрабатываются давлением как
в горячем, так и в холодном состоянии
ЛА ТУНГ,
389
Кремниевомарганцовая бронза имеет
высокие упругие и хорошие электри-
ческие свойства. Из нее делают токо-
проводящие пружины Хорошим ма-
териалом для пружин является крем-
ниевомарганцовистая бронза марки
БрКМцЗ—1. Ее применяют в виде
проволоки диаметром 0,10—1,8 .мм.
Марганцовая бронза обладает
достаточно высокими механическими
свойствами и хорошо обрабатывается
давлением, коррозпонноустойчива,
имеет повышеиую жаропрочность и
поэтому может применяться для де-
тален, работающих при повышенной
температуре.
Хромовая бронза имеет высокие меха-
нические свойства, электро- н тепло-
проводность, хорошо обрабатывается,
имеет высокую температуру рекри-
сталлизации и размягчения Последнее
свойство в сочетании с высокими тепло-
и электропроводностью делает хромо-
вую бронзу весьма ценным материалом
в приборостроении н электромашино-
строении. Из нее изготовляют кон-
такты электрических аппаратов, кол-
лекторы электродвигателей н всевоз-
можные детали, к которым предъяв-
ляют требования высокой прочности,
твердости, электро- н теплопровод-
ности прн повышенной температуре.
Хромовая бронза — днсперспоино-
твердеющпй сплав.
Кадмиевая бронза обладает хоро-
шими электрическими свойствами и
износостойкостью. Рабочая темпера-
тура 250 'С. Ее применяют для изго-
товления токопроводящих деталей,
работающих на износ.
ЛАТУНЬ
Различают двойную (простую) ла-
тунь, содержащую только медь и
цинк, и многокомпонентную (специаль-
ную) латунь, содержащую другие эле-
менты (алюминий, железо, марганец,
свинец, никель и др.).
Двойная латунь, содержащая до
30 % Zu, представляет собой однофаз-
ные а-сплавы. Она пластична, хорошо
обрабатывается давлением в горячем
и холодном состоянии. Двойная латунь,
содержащая более 39 % Zu, имеет
двухфазную а 4- Р или однофазную
P-структуру, Она имеет повышенную
твердость, менее пластична в холодном
состоянии и хорошо обрабатывается
в горячем. При обработке латуни дав-
лением важны величина зерна, форма
и состав фаз, которые определяют вид
пластической деформации. Величина
зерна, а следовательно, п свойства ла-
туни зависят от режима термической
обработки п степени ее деформации.
Латунь в атмосферных условиях мало
подвержена коррозии. Стойкость ла-
туни в пресной и морской воде при нор-
мальной температуре удовлетворитель-
ная, при повышенной — резко возра-
стает.
Специальная латунь. Добавка ле-
гирующего элемента к двойной латуни
придает ей специальные свойства.
.Алюминий повышает твердость н
прочность и понижает пластичность.
Применяют латунь с содержанием
4 % AI, так как она технологична,
хорошо обрабатывается давлением.
Алюминий улучшает коррозионные
свойства в атмосферных условиях, но
делает латунь чувствительной к кор-
розии в морской воде.
Железо придает латуни магнитные
свойства при содержании более 0,03 % .
Поэтому в латуни, применяемой для
изготовления антимагнитных детален,
ие допускается содержание железа
выше этого количества. Железо улуч-
шает механические и технологические
свойства.
Кремний повышает механические,
коррозионные и литейные свойства
латуни.
Марганец улучшает механические
свойства. В двухфазных сплавах мар-
ганец повышает пределы прочности,
пропорциональности и упругости без
снижения пластичности (при содер-
жании до 4 % Мп). Марганцовая ла-
тунь хорошо обрабатывается давле-
нием в горячем и холодном состоянии.
Никель улучшает физические, меха-
нические и технологические свойства
латуни, а также коррозионную стой-
кость в атмосфере и морской воде.
Олово сильно повышает коррозион-
ные свойства латуни, особенно в мор-
ской воде. В латуни с повышенным со-
держанием цинка олово увеличивает
твердость н сильно снижает пластич-
ность, делая сплавы хрупкими и в хо-
лодном состоянии.
390
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МЛ ТЕРИ АЛЫ
30 Физикомсханическме и коррозионные свойства латуни,
Марка О о Е г/см’ '1 л • 10* (при ,’5 — 300 ’С), 1/"С >. (при 20 ’С), Дж/(см. с- ’С) р, мкОм>м d">' *»«. S! Л о с « т ° О — ~ 1 с °* Е
Л96 1070,1050 8,85 18,1 2,42 0,031 д 27 во иная про 114 ОСС г
ЛОО 1015/1020 8,80 18,2 1,67 0,039 18 ПО ОСС
Л 85 1025/990 8,75 18,7 », 50 0,047 16
Л 80 1000,965 3.65 19,1 1,42 0,054 15 106 000
Л70 Л 68 955/915 938,- 909 8,53 8.50 19,9 1,21 1, 17 0,062 0,068 14 15
лез 905/858 8,43 •>0,6 1,08 0,071 17 100 000
ЛА77—2 975/935 8,50 18,5 1,00 0,077 Много ком поиентная 105 000
ЛАЖ60-1-1 90 V— 8,20 21.6 — — —
ЛАН59-3-2 956/892 8,40 19,1 0,834 0,078 100 000
Л Н65—5 960/— 8,65 18,2 0,584 140 112 000
ЛЖМ1159—1—1 ЛМЦ58-2 900/885 880/865 8,50 22,0 21, ” 1.00 0.70 0, 093 0, 108 106 000 100 000
ЛЛТУНЪ
391
обрабатываемой давлением (ГОСТ 15527 — 70*>
°в °т °>с б ф <7Н, КДж/М’ Коэффи- циент трення Коррозионная стойкость (потери в массе). г/м8 за сутки
МПа % со смаз- кой без смаз- ки в мор- ской воде в 10%- пом рас- творе H2SO4
стая ла- 240 450 260 460 280 550 320 520 гунь 390 120 40U 100 450 120 520 35.0 360 40 380 40 450 80 420 — 50 2 80 85 18 16 22 53 130 54 126 53 145 0, 074 0,015 0,44 0,71 0,20 0,50 0,43 —
45 4
5 70
320 660 90 520 70 50 55 3 17 750 — л 0,48 1,75
330 600 1 Ю 500 80 •120 49 3 66 14 56 |Ы 0,012 0, 39 0,01 1,46
специальная л 350—400 атунь 100 54U 100—150 50 18 45 8 12 — 50 58 65 170 95 170 75 1ЯЬ Г-* 88 160 90 178 — —
600
450 750 380 650 400 630 450 700 400 700 500 170 —
0,01 0,008 0,012 0,32 0,20 0,39 0, 32 0,04 0,22 1,15 1,77 1,59
10-15 65 4 35-50
500
45
6 40 10
—
392
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МА ТЕРИ АЛЫ
Марка О о ч V, г/см’ ал. 10* (при 25 —300 °C). 1/°С * (при 20 °C), Дж/(см-с-’С) р, мкОм-м Эо/1 ‘(Эо 001—05 itdu) .01 6Ь Е
ЛМцА57- 3-1 Л090— 1 ЛО70—1 ЛО62-1 ЛО60-1 ЛС74 3 ЛС64—2 ЛС63-3 ЛС60-1 ЛС59-1 ЛС59—1В ЛЖС58- 1-1 Л К 80— 3 1015/995 935/900 906/885 900/885 965/ — 910/885 905/885 900/885 900/885 8,80 8,54 18,4 20,2 21,4 21,2 19,8 20,3 20,5 20,8 20.6 1,67 0,054 —
105 000
1,08 0 072
8,45
1,17 1,21 0,070 0,078
8,70
8.50 1,17 0,066
0, 064 0, С65
1,04
— — — — — —
900/— 8,60 17.1 0,417 0.200
Примечания 1. В графах механических свойств числа в числителе озна на 50 %. 2. Свойства латуни ЛЖС58—1 — 1 даны для литого состояния» 3. Твердость латуни ЛК80—3 дана по Виккерсу. 4. Ударная вязкость приведена для латуней, отожженных при G00 °C. 5. В графе /лп числа в числителе соответствуют верхней критической точке,'
394
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
31. Химический состав и технологические характеристики
Наимено- вание Марка Химический состав. %
основные элементы
Си РЬ Мп •\| Sn Zn Про- чие Pb
Томпак Л 96 Л90 95,0 — 97,0 88,0 — 91,0 — - - - Ос- таль- ное Двоим а я npoc 0,03
Нолу томпак Л 85 Л 80 81.0— 86,0 79,0- 81.0
Латунь Л70 Л68 Л63 69,0— 72,0 67,0- 70,0 62,0- 65,0
0,07
Латунь алюми- ниевая Л Л77-2 76.0— 79,0 — — 1.75- 2,50 — Мп о гс Ос- таль- ное компонс 'NTH а я 0.07 0, io- о. 10 0,03
Латунь алюми- ниево- жслсзи- стая ЛАЖ60-1-1 Л Л1159—3-2 58.0- 61,0 57,0- 60,0 0.1 — 0.6 0,75— 1,50 2,50 — 3,50 — 0,75- 1,5 Fc 2,0— 3,0 Ni 6,5 Ni
—
Латунь никеле- вая ЛН65—5 61.0- 67,0
Латунь железо морган- иев а я ЛЖ,Ми59-1-1 57, 0- 60,0 0,5 — 0,8 1,0— 2,0 0.1 — 0,4 0,3— 0.7 0,6— 1.2 Fe 0,2
Марган- цовая ЛМ1158-2 0,1
ЛАГУНЬ
395
латуни, обрабатываемой давлением (ГОСГ 15527—7(1)
'л 'г. 0 'о ( И. 1) <u « • « « п Sgg CSX Жидкотекуч честь, см Линейная усадка, %
примеси X
Fe Sb Bi р Все- го
тая лат 0.10 унь 0,005 0,002 0,01 0,2 1160- 1200 775— 850 850— 950 540— 600 200 ICC— 200 200 20 65 48 2,0 2,0
0,3 1160- 1180 830 — 800 820— 870 650— 720 60о— 700 30
0,07 0,10 0,002 0.005 0,005 0,01 0,2 0,3 0,5 1100— 1160 750— «30 520— 650 260— 270 63 1,92
0.20 1060— 1100 650— 850 60С— 700 270— 300 40 65 1,77
(спет 0,07 0,50 0,15 альная 0,005 ла гунь 0,002 0,01 0,3 0,7 0,9 0,3 1100- 1150 1080— 1120 1100- 1150 720— 770 700— 750 750- 870 600— 650 300— 350 350— J00 300— 400 30 20 30 — —
0,003 0,002 17 1,55
— 0,01 0,003 0,25 1040— 1080 680— 730 — — 25 83 2,14
*— 1.0 0,005 0,002 1,2 22 1, 45
396
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Наимено- вание Марка Химический состав. %
основные элементы
Си РЬ Мп AI Sn Zn Про- чие РЬ
Марган- цово- ал юми- ниевая ЛМцА57—3—1 55,0— 58,5 — 2,5— 3,5 0,5— 1,5 — Ос- таль- ное — 0,2
Оловян- ный томпак ЛО90-1 88,0— 91,0 •— — 0,25— 0,75 0,03
Оловян- ная ЛО70—1 69,0— 71,0 1.0— 1,5 0,07
ЛО62—1 61,0— 63,0 0,7— 1,1 0,10
ЛО60-1 59,0- 61,0 1,0- 1,5 0,3
Свин- цовая ЛС74—3 72,0— 75,0 2,4 — 3,0 — —
ЛС64—2 63,0— 66,0 1,5— 2,0
ЛС63—3 62.0— 65,0 2,4 — 3.0
ЛС59— 1 57.0- 60,0 0.8 — 1,9
лево— 1 59,0- 61,0 0.6— 1.0
ЛС59— IB 57,0— 61,0 0,8— 1.9
Железо- свинцо- вая ЛЖС58—1—1 56,0— 58,0 0,7— 1.3 0,7— 1,3 Ее
Кремни- стая ЛК80— 3 79,0— 81.0 2.5— 1.0 S1 0,1- 0,02 Sri
Примечания. 1 Для антимагнитных сплавов содержание железа нс 2. В латунях марок Л96, Л90, Л85. Л80, Л70, Л68. Л63, ЛСО за счет содержа кроме марок ЛАН59—3—2, ЛН65—5, ЛС59—1, ЛС59— 1 В. до 0,5 %, а в латунях ма 3. В латунях марок ЛМцА57—3— 1 и ЛМц58—2, предназначенных для фасонного жаннс фосфора не должно превышать 0,03 %. 4. За 100 % принимается обрабатываемость латуни марки ЛС63—3.
ЛА ТУНЬ
Продолжение табл. 31
1 л 1г. о t О *Н. О Обрабатывае- мость рота- нием. % Жидкотеку- честь, см Линейная усадка, %
примеси °C
Fe Sb Bl р Все- го
1 1.0 0,005 0,002 0,01 1.3 — — — — — — —
0,2 1170- 1210 850— 900 G50— 720 85 2,05
0,3 1150- 11Ь0 650— 750 560— 580 300 — 350 30 49 1.71
1060- НЮ 700— 750 760— 800 550 — 650 350— 370
..... 40 52 1,78
1.0
0,25 1120— 1160 В ГО рячую не обра- баты- вает - ся 600- 650 — 80 — —
0,3 ЮСО- 1100 620- 670 90 2,2
0,25 620— С50 100 2.32
0,5 0,010 0.003 0,02 0,75 1030— 1080 640— 780 600— 650 285 80
0.15 0,005 0,002 0,01 0,50 1040— 1080 780— 820 600— 650 75 —
0,5 0,6 0,01 0,003 0,02 1.5 0.5 1.5 — — — — — —
0.05 050- 1000 750- 850 80 1.7
должно превышать 0,03 %. Дня меди допускается содержание никеля до 0,3 %, в латунях остальных марок, Рок ЛС59—1 и ЛС59— 1В до 1 %, которое не учитывается в общей сумме примесей. Литья и заготовок для обработки давлением в горячем состоянии (ковки), содер-
398
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
32. Химический состав и физико-механические
Латунь Марка Химический
основных элементов
Си AI Fe Мп Si Sn РЬ Z.-i
Алюми- ниснаи ЛА67—2.5 (ЛЦЗОАЗ) 6G —68 2 — 3 — — — X е; гве ле, 1 - рок
Алюмин и е- во-железо- мар ганнов а я ЛАЖМцбб—6— -3-2 (ЛЦ23 АбЖЗМцЗ) 64—68 4—7 2,0— 4,0 1,5— 3,0
Алюми ниево- жслезная ЛАЖ60—1 —1Л 58—61 0,80- 1«5 0,80— 1.5 0,1- 0,6 0,2— 0.7
Кремнистая ЛК80-ЗЛ (ЛЦ16К4) 78—81 ЛКС80- кания h е в песч действу — — 3,0- 4,5 2,5— 4,5 -
Кремнисто- СВИНЦОВЗЯ ЛКС80-3—3 77—81 2—4 1,5— 2,5 0.5— 2,5
Марганцово- свннцония ЛМцСЗй— 2— 2 (ЛЦ38ЧЦ2С2) з7 —60 1,5- 2,5 ТСЯ ни не указ -центре 1-80. С
Марганцово- оловянно- свннцовая ЛМЦОС58—2—2—2 57 — 60 1,5- 2.5
Марганцопо- жслезн 1я ЛМпЖЗэ—3—1 (ЛЦЮМцЗЖ) 53—53 0,5 — 1.5 3—4 1-2 кель в «энные ►бежное Эбознач -
Марганцовая ЛМц58—2Л (ЛЦЮМЦ1.5) 57—60
Свинцовая •1 В л в колнчест ♦2 к - Приме ЛС59-1Л (ЛЦ4ОС) атуиях марок ЛК8 ве до 1 % за с п - литье в кокиль; П ч а и и е С 1/1—1 57-61 )-ЗЛ и содер? — лить 983 г. —3—3 / еди: пр 1ную фо ет ГОС спускас имесн, рму; Ц :т 1771 0,8 — 2,0 коли чес- табли! литье, / вния ыа
ЛА ТУНЬ
399
свойства литейной латуни (ГОСТ 17711 — 72)
состав. % V. г, см* ов> МПа 0. %
примесей •* при способе литья *s
РЬ Sn Sb Мп Fe А1 Р Все- го к п и к 11 Ц
1,0 1.0 0,1 0,5” 0,8 — — 3.4 2.1 0,70 8,5 400 650 420 300 600 380 700 15 7 18 12 7 20 15 7 10 6 7
— —
0,4 — 0,01 —
0,5 0.3 1,0 0,6 0,01 0,2 N1 2,8 8,3 300 300 15 —
— 0,3 2,3 8,6 250
0,5 чет с общей и ем. втству 0,8 1.0 0,03 2,5 8,5 350 8
0.3 1,2 300 300 4
0.5 1,0 0,5 0,5 1,5 0,8 ШМЫ сумм ют ГС 0,8 2,0 500 450 я 400 10 18 1и ель
— 2,0 8,5 390 215 ьных 37 0 — 20 каете 20 12 я ник
ДО УЧН1 Литье в ско U % ывакл под бках. 0,05 за ся в давлен со от в приме е при) СТ 17 сей; в ле leccfl. 71180 2,0 гуиях 8,5 ©стал 215 марок 215 допу<
400
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
33 Фи«нко-мсханнческне свойства технического никеля
Показатель Знаменнс Показатель Значение
V, г/см1 6|Л" °С >. (при 0—100 °C). Дж/(см-с-/°С) ал-Ю“ (при 20—100 °C). 1/’С р, мкОм-м аэ (ирн 20—100 °C), 1/°С ф. В 8.9 1455 0.59 0.082 — 0,092 13,7 0,0052— 0.0009 0 25 Е. ГПа Пр. МПа: отожженного деформированного Л. %: отожженного деформированного НЕ: отожжен но го дсформ н ров а н н о го 2100 4000—5000 7500—9000 35—40 2-4 70—90 200
Свинец улучшает обрабатываемость
резанием.
Латунь — наиболее распространен-
ный в npi боростроепип конструкцией!
ный материал (табл. 30—32). Она тех-
нологична: хорошо деформируется,
обладает высокими литейными свой-
ствами, легко обрабатывается реза-
нием, хорошо паяется и сваривается
точечной и дуговой сваркой. При хо-
лодном деформировании латунь упроч-
няется. Для полного снятия наклепа
применяют отжиг при 500—600 СС.
Наклепанная латунь склонна к обра-
зованию трещин, так называемому
«сезонному растрескиванию», обуслов-
ленному коррозионным воздействием
среды. Низкий отжиг при 300 °C,
не изменяя существенно прочности ла-
туни, уменьшает или полностью сни-
мает внутренние напряжения и устра-
няет склонность к «сезонному растрес-
киванию». При сухом трепни латунь
быстро изнашивается
Латунные полуфабрикаты постав-
ляются в твердом (Т), полутвердом
(ПТ) и мягком (М) состоянии в зависи-
мости от способов их изготовления,
степени деформации и термической
обработки.
НИКЕЛЬ
Никель (табл 33) имеет наибольшую
коррозионную стойкость в атмосфер-
ных условиях по сравнению с другими
металлами, высокую температуру плав-
ления, хорошо обрабатывается давле-
нием в горячем и холодном состоянии.
Удельное электросопротивление и тем-
пературный коэффициент электросо-
противления сильно зависят от сте-
пени чистоты никеля. С повышением
чистоты удельное электросопротивле-
ние уменьшается, а его температур-
ный коэффициент увеличивается.
Из никеля марки НП2
(ГОСТ 492—73) в виде проволоки диа-
метром 0,042; 0,05 и 0,10 мм в нагарто-
ванном состоянии изготовляют тепло-
чувствительные резисторы для датчи-
ков термометров сопротивления с верх-
ним пределом измерения не более
300 ЭС. Применение для этой цели
никеля, а не меди, обусловлено тем,
что никель более теплостоек, менее
подвержен коррозии при высокой тем-
пературе и обладает более высоким
температурным коэффициентом электро-
сопротивления.
Глава 6. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ОДНОЭЛЕМЕНТНЫЕ
Основными полупроводниковыми ма-
териалами, используемыми для изго-
товления активных и пассивных эле-
ментов изделий электронной техники,
являются германий и кремний (табл. I).
Ограниченный подвижностью носите-
лей заряда частотный предел работы
активных элементов, изготовленных
из германия, выше частотного предела
работы активных элементов, изготов-
ленных из кремния. Однако последние
могут эффективно работать при более
высоких температурах (вплоть до
250 °C), чем германиевые элементы.
Пластичность германия становится
значительной только при 600—700 °C
и при 800 °C он легко скручивается,
изгибается, протягивается и прокаты-
вается.
В настоящее время промышленные
методы очистки позволяют получать
монокристаллы германия с удельным
электрическим сопротивлением, близ-
ким к собственному, а монокристаллы
кремния — с удельным электрическим
сопротивлением, равным 3000—
5000 Ом-см. Высокоомный кремний,
как правило, имеет дырочный тин
проводимости из-за неконтролируемого
содержания в нем бора. В электронной
технике обычно используются примес-
ные полупроводники, удельное элек-
трическое сопротивление которых ле-
жит в широких пределах (0.1—Ю3ОмХ
Хсм).
Получение чистых полупроводников
сводится к получению чистых летучих
соединений (гидридов, гидрогалоген и >
дов или галогенидов) германия пли
кремния, химической или физической
очистке последних (чаще всего фракци-
онной дистилляцией) и последую-
щему восстановлению твердого гер-
мания или кремния и очистке его.
Наиболее распространенным спосо-
бом очистки твердых полупроводников
является зонная плавка, основанная
иа том, что для большинства приме-
полу провод ники
сей концентрация их в твердой фазе
значительно ниже концентрации их
в жидкой фазе (табл. 2). Для германия
она реализуется в кварцевом тигле,
а для кремния — в так называемом
вертикальном «безтнглевом» варианте
(кремний реагирует с кварцем), когда
очищаемый материал отделен от сте-
нок тигля потоком инертного газа.
Из очищенного поликрпсталлнче-
ского германия или кремния выращи-
вают, как правило, способом Чохраль-
ского, монокристаллы, кристалло-
графическая ориентация которых оп-
ределяется ориентацией затравки вра-
щающейся и вытягиваемой из так же
вращающегося расплава. Этот способ
обеспечивает дополнительную очистку
монокристалла полупроводника от
примесей (табл. 3). Осуществляется он
в вакууме или в атмосфере очищенного
инертного газа или водорода. Чистота
кремния определяется в основном со-
держанием примесного бора, очистка
от которого методом безтпгельной зон-
ной плавки малоэффективна (табл. 2).
Влияние же примесного бора па свой-
ства кремния велико (табл. 4). В на-
стоящее время разработаны способы
очистки кремния, позволяющие полу-
чать монокристаллический кремний
с электропроводностью, близкой но
значению к собственной.
Контролируя скорость вытягивания
и температуру расплава, можно под-
держивать диаметр н удельное сопро-
тивление растущего кристалла прак-
тически постоянными (рис. 1). Легиро-
вание кремния или германия элемен-
тами III к V групп осуществляется
введением в расплав соответствующей
примеси или лигатуры с большим со-
держанием соответствующей примеси.
Последнее определяется раствори-
мостью (рис. 2) и коэффициентом диф-
фузии примеси в монокристалличе-
ском полупроводнике (табл. 5). Лига-
туру, в свою очередь, получают мето-
402
Л1Д ТЕРИ АЛЫ, ПРИМЕНЯЕМ ЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
1. Физические свойства германия и кремния
Параметр ГерманиЙ Кремний
Атомный номер Атомная масса Постоянная решетки, нм Кристаллическая структура Цвет Число атомов в 1 см3 Плотность при 25 СС, г/см3 Твердость по шкале Мосса Ковкость Диэлектрическая проницаемость Показатель преломления на длине волны 3 X < 6 мкм Работа выхода электрона. эВ Ширина запрещенной аоны, эВ. при 25 °C Температура, еС: плавления кипения Скрытая теплота плавления, кДж/моль Скрытая теплота парообразования, кДж/моль (прн 900 СС) Теплоемкость, Дж > (моль* К), при темпе- ратуре: 80 К 300 к Линейи ы5 коэффициент теплового рас ширемин. К-1; 273-573 К 573—723 К Теплопроводность, Вт,’(м К) при 298 К Удельное сопротивление при 25 °C, Ом-см Концентрация электронов (дырок) при 300 к, см-3 Подвижность прн 25 °C. см*/(В-с). элек- тронов (дырок) Коэффициент диффузии при 25 °C. см’/с: электронов дырок Магнитная восприимчивость Энергия ионизации примесей, эВ 32 72,58 0.5647 Г ранег.ентриро- ванная Серебристый 4.52- 10“ 5,32 6.25 Хрупкий 16 4.068 — 4,143 4,78 0,744 940 2700 33.7=L0,8 371=Ь8 II.I 22,8 6.1- ю-« 66- 10-« 58.3 47 1.95- 1013 3600 93 44 -1,1-10-’ 0,010—0.013 14 28,0R 0 5430 Кубическая (типа алмаза) Серый 4,99- 1022 2.331 7,0 Хрупкий 12 3.42 4,8 1.153 1420 2600 45.5±0,8 440й:50 5,2 19 4,2-10-* 4,2-1е-« 109 2- 10» 1,27- 101’ 1300 30 12 — 1 з ю-ь 0,033—0,070
Ряс I Зависимость коэффициента рас-
пределения гТв rTJ* галлия (а) и сурьмы
(<Г) в германии от скорости о роста моно-
кристалла. Частота вращения монокри-
сталла. об мин:
/ — 1440; 2 — 575; 3 — 144; 4 — 57
дом термической диффузии примеси
в измельченный полупроводниковый
материал (табл. 6) или путем выращи-
вания монокристалла из содержащего
большое количество легирующей при-
меси расплава полупроводника. Если
в кристалле одновременно присутст-
вуют примеси донора и акцептора,
то они электрически компенсируются
(величина удельного электросопро-
тивления определяется разностью кон-
центраций этих примесей), снижая
время жизни носителей заряда
(табл. 7). Полученный монокристалл
германия или кремния подвергается
металлографическим и электрическим
испытаниям.
ОДНОЭЛЕ МЕНТ Н Ы Е ПОЛУПРОВОДНИКИ
403
2. Отношение концентраций некоторых примесей в твердой фазе (ств)
к концентрации ее в жидкой фазе <еж) для германия и кремния
При МССНЫЙ элемент ств; сж При- месный элемент ctb/Sk
В германии В кремнии В германии В кремнии
В А1 Ga In Р Sb 10.0 0,10 0.10 0,001 0.12 0,003 0,9 0,004 0,01 5-10-* 1 0,35 0,004 Bl Li Zn Cu Ag Au Nl 0,02 0,01 0,01 1,5-IO"* 1,5-10-* 3-1 о-» 5-10-* 0.02 4- Ю-« з-ю-‘
3, Содержание примесей, ат %, в германии и кремнии особой чистоты
Примесный элемент В германии В кремнии
Допустимое Предел обна- ружения ме- тодов анализа Допустимое Предел обна- ружения ме- тодов анализа
А1 1•10-’ 5-IO"6 1 • io-’—1 • io-’ 5- 10-1
В 1-io-' 2-IO’8 Ы0-’ 5-10“*
н I -10-* l-10~* —
Ga I • 10’*—1 - 10-’ 2-IO’1 ——
be I-10~7 5-I0“* 1-10“’ 5-10’*
О 1 10-" — I-10”’ 1-10”
Si 4 Ur1 4-I0-1 1-10“’ 5-10”
Mg 5-10-’ 5-10“* 1-10” 1 - 1 о-*
Мп I -10-» — I-10’’ 1 -10-'
Cu 1-10-e 5-10-’ I 10"e 5 • I О’*
Na I I0"T —
РЬ I -10 5-I0-" 1 ID” 5-10-’
Ag I io-’ 110-* I 10 ’ i ю-‘
p 5-I0-t 5-10” 1 • 10-’—1 • 10-’ 1 io-*
Zn 1 io-’ 510*‘ I 10- —
4. Влияние содержания бора на параметры кремния
Содержание бора в крем- нии. ат % Увеличеннс плоти ости кремния, г/см1 Параметр решетки крем- ния (7, НМ Концентрация Дырок, см 1 Подвижность дырок, см1, (В с)
0 0 0,54295
0,00002 — 1-10“ 384
0.0002 а. — ЫО" 298
0.002 — 1-10" 149
0,021 0,88 0,54291 Ы01' 78
0,052 1,89 0,54282 2,6-10” 69
0,10 3,15 0,54281 5,2-10” 71
0.31 15,4 0,54249 1,5-10“ 41
404
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
т,к
7273
7073
В73
673
673
0 0,2 04 0,6 0,в 1,0
r>ce^M+nAs),,omtlt3.
г)
Г, К
1673
1673
7273
7073
873
0 0,2 0,6 0,6 0,8 1,0
ns^nsi,+r'o9')','Bnwe3-
Т,К
1673
1273
1073
873
673
0 0,2 0,6 0,6 0,6 1,0
л4^лЯ+пм) ’,0^^
е)
0 0,2 0.6 0,6 0,6 1,0
•nsi
ж)
Рис. 2. Диаграммы состояния стехиометриче-
ских составов:
С — GcA.Sn1_JC; б — Сел1п!_.х; в — Gex^ul-x’
е ~ GexAgl-*: д ~ SiZAgl-x: ' ~ S1JTA11-J
яс — SixAn1_Jf (0 < х < 1)
Германий и кремний непрозрачны
для видимых лучей света, по хорошо
пропускают инфракрасное излучение
в интервале длин волн 1,8—25 мкм
(Ge) и 1,2—10 мкм (Si). Чем совершен-
нее структура и выше чистота полу-
проводника, тем более прозрачен он
для инфракрасных лучей. Коэффи-
циент преломления инфракрасных лу-
чей в кремнии, как н в германии, мало
изменяется в области длин волн 3—
6 мкм (табл 8). Отражение инфра-
красного излучения длин волн 1,2—
10 мкм для кремния составляет 80—
30 %, а для германия 36—39 %,
Для изготовления изделий электрон-
ной техники цилиндрические монокри-
сталлы германия и кремния режут ал-
мазной пилой на диски, которые шли-
фуют, полируют и подвергают химиче-
скому травлению для удаления при
поверхностного слоя с нарушенной
кристаллической структурой (табл. 9,
10).
На дисках германия пли кремния
толщиной 300—400 мкм локально фор-
мируют путем реализации п — р-нере-
ходов активные и пассивные элементы
изделий электронной техники, ди-
электрические и токопроводящие слои.
Заготовки из кремния для изготовле-
ния интегральных схем называют
«структурами со скрытыми и эпитак-
сиальным слоями». Скрытые слои (кол-
лекторы транзисторов) формируются,
как правило, в пластине р Si пу-
ОДНОЭЛЕМЕНТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
405
5. Значение коэффициентов диффузии D примесных элементов
в германии и кремнии
При- месный элемент Ковалентный радиус иона г 10». см D, см*/с Характер электри- ческой активности примесного элемента
В гер- мании В крем- li и И В германии при 1073 К В кремнии при 1523 К
Ли Zn В Л1 Ga In Р As Sb Fe Ni Си Те 1.5 1,56 0,88 1,58 1,64 0,77 0,96 1,19 1.5 1,31 0,88 1,26 1,26 1,44 1.1 1,18 1,38 5,0-10-'° 1,0-10-’» 6,0- ю-” 1.0.10-” 2,6-10“” 6,5-10“” 5,0-10-" 2.0.10“” 1,2*10“» 4.4-10— 2.8-10— 1,310— 4.0-10“” 1,0-10“” 2,2-10“" 9.0 10“” 3,8.10-” 4,0-10“” 7,0- 10“” 1,9-10-” 7,0-10“» 2,6-10—» Акцептор
Донор
Акцептор
6. Упругость паров некоторых элементов при различных температурах
Элемент Температура, К, при давлении паров р« 133е*1. Па
ю-7 10“® 10-» I0-* 1 о-> 10“« 10- 10»
Ge 1150 1220 1310 1415 1535 1680 1885 2273
Si 1270 1355 1450 1555 1680 1820 1986 2200
Ле 803 861 1030 1105 1192 1303 1140 1610
АГ 1010 1080 1155 1245 1355 1480 1620 1820
As 400 423 447 477 510 550 590 645
Ga 845 895 9G1 1030 1115 1210 1330 1470
In 820 877 943 1020 1110 1220 1350 1550
р 335 355 380 403 430 456 495 535
S 256 272 291 313 339 370 398 455
Sb 580 615 655 700 750 815 890 1026
Zn 421 445 481 515 563 615 678 758
70 Зависимость времени жизни носителей заряда от длины
свободного пробега электрона в кремнии и германии
л- и р-тппа электропроводности
Длина сво- бодного пробега, мм Время жизни, мкс Длина сво- бодного пробега, мм Время жизни, мкс
В германии В кремнии В германии В кремнии
Р- типа л- типя Р' ТИШ» л- типа Р- типа л- типа р- типа п- THTWI
0,1 1.0 2.3 3,3 8,3 1,1 132 275 345 984
0.2 4.3 9,1 14 33 1,2 157 327 411 1155
0,3 10 20 30 75 1,3 188 382 4 83 1347
0,4 17 36 53 133 1,4 213 445 560 1595
0,5 27 57 83 2 08 1.5 245 511 643 1831
0,6 39 82 103 293 2.0 4.34 920 1143 3253
0.7 53 111 140 407 2,5 679 1420 1787 5089
0,8 70 146 183 521 3,0 978 2210 2575 7-317
0,9 1.0 88 109 184 227 254 268 658 813 3,5 1362 2785 3500 9950
406
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМ ЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
8. Зависимость коэффициента преломления от длины волны
инфракрасного излучения
Длина ВОЛЛЫ, мкм Коэффициент преломления Длина волн ы. мкм Коэффициент преломления
Ge Si Ge Si
1,3570 — 3,4975 8,5 — 3,4182
1,6606 — 3,4696 8.66 4,0036 —
2,1526 4,0917 3,4476 10,00 — 3, 4179
2,7144 4.0554 3,4358 11,04 4,0020 3. 4 176
3,0033 4,0370 3,4297 12,20 4,0018
4,5000 — 3,4236 14.21 4,0015
4,8660 4,0170 — 16,00 4,0012
6,0000 — 3,4202
6,2380 4,0092 —
9. Зависимость толщины приповерхностного слоя с нарушенной
кристаллической структурой от вида механической обработки германия
Вид механической обработки Толщина нарушен- ного слоя, мк м
Полирование абразивом с размерами частиц 0,1 мкм 1
Ультразвуковое шлифование суспензией с размерами частиц карбида кремния ~25 мкм 1—2
Полирование алмазной пастой 1 — 2
Резка алмазной пилой 12—13
Шлифование порошком карбида кремния с размерами частиц 125 мкм 32—34
10. Составы травителем, используемых при химическом травлении
поверхности германия
Гравитель Состав
СР-4 25 мл HNO, + 15 мл 11F + 15 мл СН3СООН + 0,3 мл Вг,
СР-4А 25 мл HNO3 + 15 мл HF + 1о «л СН.СООП
WAg 20 мл HNOj + 40 мл HF + 40 мл 5 % раствора AgNO3 в Н2О
RCA 60 мл HNO3 + 10 мл UF + 30 мл СН8СООН + 25 мг К1
С, 20 мл HNOa + 30 мл HF + 40 мл 5 % раствора CulNO,), в Н,О
Палладиевый 20 мл UNO, + 40 мл HF + 10 мл 5 % раствора PdClj в Н,О
ДВУХЭЛЕМЕНТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
407
11 Физические свойства селена и теллура
Параметр Se Те
Атомный помер 34 52
Атомная масса 78,96 127.61
Кристаллическая структура Гексагональная
Плотность при 25 °C, г/см1 4,8 6,2
Температура плавления, °C 220 450
Температура кипения, °C 680 1390
Удельная теплопроводность, Вт |м-*С) 2.6 5,86
Удельное сопротивление. Ом-см I0-* 0,5
Диэлектрическая проницаемость 6.3 23
Ширина запрещенной зоны, эВ 1.7 —1.9 0,33-0,37
Подвижность дырок при 25 °C, см’/(В-с) — 1200
Подвижность электронов при 25 °C, см*/(В-с) 1500
Энергия ионизации, эВ 5-10-* 5-10"*
тем локального термостатического ле-
гирования приповерхностного слоя
(5 < /| С 10 мкм) донорной примесью
до предела ее растворимости (см.
рис. 2 ) Термостатическая диффузия
осуществляется, как правило, в потоке
газа-днффузанта и, как исключение,
в вакуумированной заваренной квар-
цевой ампуле (при легировании ядо-
витым мышьяком).
На поверхности диска кремния, со-
держащего скрытый слой, эпитакси-
альным способом наращивается слой
п — Si (10 С h С 15 мкм), в котором
будут формироваться база и эмиттер
транзисторов, изолирующие каждый
транзистор, замкнутые каналы, токо-
проводы к коллекторам. Процессы
эпитаксиального наращивания осно-
ваны на необратимом протекании газо-
транспортных реакций:
2GeI317 Ge + Gel4;
SiClj + Ha-’-Si+4IICI.
При этом температура поверхности
пластины германия (кремния) равна
673 К (1540 К ) Для формирования
эмиттера часто используется легиро-
вание имплантацией ионов донорной
примеси, например фосфора.
К одноэлементным относятся полу-
проводники с молекулярной (полимер-
ной) кристаллической структурой:
сера, селен, теллур, фосфор, мышьяк
и сурьма (табл. II).
ДВУХЭЛЕМЕНТНЫЕ
ПОЛУПРОВОДНИКИ
Менее широко применяемыми, чем
одноэлементные, но характеризующиеся
уникальными свойствами, являются
двухэлементные полупроводники
(табл. 12—16). К ним относятся соеди-
нения AIlIBv, A1IBVI, AIVB1V пдругие.
Соединения А В применяются для
изготовления изделий электронной тех-
ники, работающих на сверхвысоких
частотах. Соединения АИ,В\ AHBVI
н А|ХВ1'' применяются для изготовле-
ния источников света, индикаторов и
модуляторов излучений. Окисные полу-
проводниковые соединения применя-
ются для изготовления фотоэлементов,
выпрямителей и сердечников высоко-
частотны х н иду ктнвностей.
Физические свойства карбида кремния
Молекулярная масса .... 40,1
Состав (Si : С) ............ 70 30
Тип решетки ............... Тетра-
эдриче-
ская
Постоянная решетки, нм . . 4,2
Твердость по Моосу .... 9,5 9,7
Плотность прн 298 К, г/см3 3,2
Температура разложении, °C 2200
Удельная теплопроводность,
Вт/(м«К).................... 0,05
Диэлектрическая проницае-
мость ...................... 6,7
Ширина запрещенной зоны,
эВ . . ... 2,8
Подвижность электронов,
см*/(В-с) . . ... 100
Подвижность дырок, см1 (8-е) 20
Эффективная масса дырок . . 1,2
Эффективная масса электронов 0,6
408
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
12. Физические свойства соединений типа А В
Параметр AlSb GaSb InSb AlAs GaAs in As
Температура плавле- нии, К 1333 996 798 1873 1553 1218
Постоянная решетки, нм 6,1 6,09 6,48 5,62 5,63 6,06
Ширина запрещенной зоны, эВ 0,52 0,7 0,18 2,2 1,32 0,35
Диэлектрическая прони- цаемость 8,4 14,0 15,9 — — —
Подвижность электро- нов, см’/(В-с) 50 5000 60 000 — 4000 3000
Подвижность дырок, сма/(В *с) 150 1000 4000 — 400 200
Показатель преломления 3,0 3,7 4,1 — 3,2 3,2
Линейный коэффициент теплового расширения, к-* — 6,9-10"' 5.5- I0-« 5,7-10“’ 5,3-10“' —
13. Физические свойства соединений тип«а А *В
Параметр CdS CdSe Cd Ге Pb-S PbSe PbTc
Молекулярная масса 72,0 95,2 120,5 120,0 143,0 168,0
Температура плавления, К 1748 1523 1313 1383 1338 1177
Теплопроводность, Вт/(м К) — — — 2,94 1.7 1,7
Ширина запрещенной зоны, эВ 2,4 1,8 1,5 0,6 0,55 0,6
Подвижность электронов, сма/(В«с) 200 200 600 600 900 300
Подвижность дырок, см2,(В«с) 20 — 50 400 500 300
Отношение эффективной массы элек- трона к массе свободного электрона 0,36 — 0,34 0,15 — 0,3
ДВУХЭЛЕМЕНТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
409
14 Физические свойства окисных полупроводников
Параметр Си,О ZnO CdO AI,O« NiO Fe,O,
Молекулярная масса 143 41 64 102 75 160
Температура плавления, К 504 2248 •— 2323 — 1773
Ширина запрещенной зоны, эВ 1,55 3,2 2,2 2,5 1,0 2,2
Подвижность электронов, сма/(В-с) — 1000 100 — — —
Подвижность дырок, СМ8/(В’С) 100 — — — — —
15. Физические свойства соединений NaCl и AgCl
Параметр NaCl AfiCI
Молекулярная масса 58,5 144,5
Кристаллическая структура Ку би чес кая
Показатель преломлении 1,52 —
Плотность при 298 К, г/см® 2,1-2,3 —
Растворимость, моль/л — 1. 1О~»
Температура плавления, К 1073 730
Температура кипения, К 1727 1823
Ширина запрещенной зоны, эВ 7,8 4, I
Область пропускания оптического излучения, мкм 0,2—15,5
Подвижность электронов, см*,(13-е) 26 70
Цвет Бесцветный
16. Физические свойства бинарных полупроводников — термоэлементов
Параметр Mg2Si j.Mg,Ge Mg2Sn BiaTe Sbj Те* AssTcs GasTe.
Молекулярная масса 26 41 56 160 125 107 512
Температура плавления, К 1273 1423 1043 948 893 — 1066
Ширина запрещенной зоны, эВ 0,77 0,74 0,36 0,15 — 1,00 1,30
Подвижность электронов см8/(В - с) 400 280 300 420 — 170 —
Подвижность дырок, СМ1/(В’С) 60 110 250 400 300 30 —
Характерной особенностью полупро-
водников NaCl и AgCl (табл. 15)
является то, что под действием рент-
геновского и ядериого излучения их
ионная проводимость изменяется на
електронную.
Свойства бинарных полупроводни-
ков, применяемых для изготовления
термоохлаж. ающих устройств, рабо-
т ю них в интервале температур 333—
373 К, приведены в табл. 16.
410
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ 8 МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
17 Физические свойства трехэл ем ситных полупроводников
Вещество Молеку- лярная масса Темпера- тура плав- лении, К Ширина за- прещенной зоны. эВ Подвижность, см1/(В. с)
элек- тронов дырок
Си In So в 338 1263 0.9 1010 50
AginТе, 478 593 0.95 . 100
СиFcSe, 277 847 0,15 20
CuFcTe, 374 1013 0.1 —— 50
CuGaScj 291 1313 1,6
AgFcSe, 388 1143 1.0 60
AgFeSe, 322 1010 0,23 250 70
AgFele, 119 933 0,3 2000 150
ZnSiAs, 243 2,1
ZnGeAs 298 1,0 __
AgSbSe 388 909 0,7 1500
AgSbie, 485 829 0.0 75
18. Электрофизические свойства органических полупроводников
Вещество Ширина за- прещенной зоны, эВ 1 проводи- мость, 1/Ом • с.м Вещество Ширина за- прещенной зоны, зВ Проводи месть, 1/Ом см
Нафталин 0.75 1-1 о— Коронен 1, 15 5,0
Ат [ыиен 0,83 3-10-» Фталоцианин 1,2 10-1
Тетрацен 0,85 0,1 р-терфенил 0,6 10—
Пет .щен 0,75 10-* Гранс-стильбсн 0.9 —
Пи рен 1,0! з- io-’ Овален 0,57 3-10 •
Перилец 0.9 0,1 Изовнолантрен 0,4! 10-’
МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ
ПОЛ У П РОВОД Н И К И
Свойства и возможность примене-
ния трехэлеыеитных (табл. 17) и ор-
ганических полупроводников (табл. 18)
в настоящее время изучаются.
Наиболее перспективными являются
мапгитно-упорядочпвающиеся полу-
проводники со структурой шпинели
(например, халькохромнты металлов)
и парамагнитные соединения ряда фта-
лсцпанппа.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О МАТЕРИАЛАХ
ДЛЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ
ГИБРИДНЫХ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
.Многие материалы в приборострое-
нии используются для изготовления
различных приборов и устройств
в микроминиатюрном исполнении,
в том числе иа основе полупроводни-
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОНКОПЛЕН. ГИБРИДНЫХ ИНТЕГР СХЕМ 411
ковых и гибридных микросхем и микро-
сборок, больших интегральных микро-
схем, элементов, основанных иа ис-
пользовании физических эффектов в
твердых телах, высокостабильных,
прецизионных тонкопленочных рези-
сторов и делителей напряжений и т п.
Эти элементы стали вытеснять тра-
диционные компоненты из систем сбора,
pei нстрашгн и обработки информации,
из агрегатнрова иного комплекса при-
боров промышленной автоматики и
электроизмерительной техники, из
средств телемеханики, приборов вре-
мени со стрелочной и цифровой инди-
кацией.
Применение новых, специальных ма-
териалов для микроэлектронных эле-
ментов и соответствующих процессов
их переработки позволяет успешно
решать задачи повышения надежности,
точности и быстродействия прибо-
ров
Микросхема представляет собой
многокомпонентное тело из слоевых
композиций на поверхности или в
приповерхностном слое твердого тела,
ее характеристики определяются свой
ствами топких слоев различных ма
териалов, которые, в свою очередь,
во многом зависят от условий их фор-
мирования и последовательности тех-
нологических операций. Поверхность
твердого тела нарушает симметрию
кристаллической решетки и превра-
щает приповерхностный слой в особою,
неравновесную область. «Погруже-
ние» электронной схемы вызывает не-
обходимость получения элементов
микронных и субмикронных размеров
и выдвигает на первый план свойства
поверхности и тонких слоев, которые
для массивных образцов материалов
практически не принимаются во вни-
мание
Наиболее важной проблемой прн
создании микроэлектронных приборов
является применение совместимых
друг с другом материалов со стабиль-
ными и воспроизводимыми характе-
ристиками топких слоев, а также по-
следовательности технологических
операций формирования многослойной
структуры, при которой последующие
операции ие оказывают влияние на
характеристики ранее сформирован-
ных слоев.
Материалы для микроэлектронных
приборов М0Ж1.0 условно разбить на
четыре группы в соответствии с основ-
ными конструкторско-технологиче-
скими направлениями в микромини-
атюризации: тонкопленочным, толсто-
пленочным, полупроводниковым, а
также материалы для селективного
травления (фотолитографии).
Материалы для тонкопленочной тех-
нологии предназначены для нанесе-
ния (в вакууме или химическим спо-
собом) на общее основание тонких
(до 10—12 мкм) пленок проводнико-
вого, контактного, резистивного, изо-
ляционного назначения с формирова-
нием топологического рису ика либо
в процессе осаждения с помощью
маскирования, либо с помощью фото-
литографии после нанесения несколь-
ких сплошных слоев материалов
Материалы (пасты и др.) толстоиле-
ночпой технологии предназначены для
нанесения на керамическую подложку
резистивных, диэлектрических, кон-
тактных и проьодящпх слоев. Для
создания необходимой топологии от-
дельных слоев используются трафа-
реты из сетчатых материалов с очень
малым размером ячеек. В соответствии
с топологией на определенных участках
трафаретов ячейки заполняются эмуль-
сией, предохраняющей подложку от
попадания пасты на эти участки Пасты,
нанесенные на подложку, приобретают
необходимые свойства при темпера-
туре испарения органической связую-
щей компоненты пасты п спекания
материала
Материалы для полупроводниковой
технологии предназначены для соз-
дания в твердом теле или на его по-
верхности микрообластей с различ-
ным характером проводимости, про-
водящих в изоляционных областей,
контактных слоев Полупроводнико-
вая технология использует часть ос-
новных и вспомогательных материалов,
с помощью которых создаются контакт-
ные площадки, проводниковые соеди-
нения. В связи с микроскопическими
размерами полупроводниковых схем
в них фактически не используются ем-
костные элементы иа основе структур
металл—диэлектрик—металл, хотя
создание нх иа полупроводнике не
представляет значительных трудно-
412
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
стой. Поэтому материалы для созда-
ния подобных структур не включаются
обычно в число материалов для полу-
проводниковой технологии
В микросхемах, изготавливаемых
по тонко- и толстопленочиой техноло-
гии, используются также навесные
бескорпусиые и корпусные активные
элементы: диоды, триоды, диодные
сборки, схемы памяти и т. п., а также
малогабаритные керамические конден-
саторы, светодиоды в т. д. Подобные
схемы получили название микросбо-
рок. Применение активных навесных
элементов обусловливается конструк-
тивными, технологическими и эксплуа-
тационными требованиями, а также
значительными технологическими труд-
ностями в получении стабильных пле-
ночных активных элементов методами
топкопленочной технологии. Это объ-
ясняется тем, что при вакуумном
или химическом осаждении получа-
ются, как правило, полпкристалли-
ческне пленки с очень развитой по-
верхностью, способствующей различ-
ным обменным реакциям с окружаю-
щей средой и миграции адсорбирован-
ных атомов. Скорость перемещения
атомов по поверхности и по межкри-
сталличсским прослойкам на несколько
порядков выше, чем в объеме твердого
тела. В результате, пленочные актив-
ные элементы, изготовляемые по тонко-
пленочной технологии на аморфных
или поли кристаллических подложках,
имеют принципиально низкую надеж-
ность и не представляют практического
интереса, так как их применение не
только не приводит к улучшению кон-
структивных, эксплуатационных пли
экономических характеристик товко-
и толстоплеиочных микросхем, но и
значительно их ухудшает.
Малогабаритные керамические кон-
денсаторы емкостью до единиц микро-
фарад занимают площадь в несколько
Квадратных .миллиметров, что не до-
стижимо при создании тонко- и толсто-
пленочных структур металл—диэлек-
трик—металл. Малогабаритные объ-
емные конденсаторы более надежны
в эксплуатации, повышают ремонто-
способность схем как в процессе из-
готовления, так и эксплуатации.
Применение тонкопленочных кон-
денсаторов целесообразно в случае
создания прецизионных схем, когда
должна осуществляться функциональ-
ная настройка схем с помощью под-
стройки элементов схем: резисторов,
конденсаторов и индуктивностей.
Материалы, предназначенные для
монтажных операций при изготовлении
микросхем и элементов по полупровод-
никовой, тонко- п толстопленочной
технологии, мало отличаются друг
от друга. В основном для всех схем
применяются топкие золотые, реже
алюминиевые, провода, а также раз-
личного рода клен, в том числе с про-
водящими наполнителями.
Выбор направления и соответственно
комплекса материалов обусловлива-
ется технико-экономическими сообра-
жениями. Тонко- п толстоплеиочиая
технологии отличаются широкими воз-
можностями реализации схем по точ-
ности элементов уровню сигналов и
типу реализуемых схемой функций.
Кроме того, эти технологии характе-
ризуются сравнительно низкой стои-
мостью подготовки производства и
большой мобильностью, т. е. на их
базе можно изготавливать широкую
номенклатуру специальных схем, не-
обходимых при производстве совре-
менных приборов и средств автоматики.
Основные области применения тонко-
н толстопленочиой технологии в
приборостроении, электроизмеритель-
ное, аналитическое приборостроение,
системы промышленной автоматики,
внешние устройства и устройства уп-
равления памятью электронно-вычис-
лительных машин.
Преимущественное развитие тонко-
пленочной технологии в отраслях пре-
цизионного приборостроения объяс-
няется возможностью получения вы-
сокой разрешающей способности, точ-
ности и стабильности элементов схем.
Этот вид технологии, единственно при-
емлемый при производстве матриц
прецизионных резисторов, делителей
напряжения, операционных усилите-
лей высокого класса, стабилизаторов
напряжения, а также специальных
схем усилительных и измерительных
приборов контроля и регулирования.
Ведущую роль тонкопленочная тех-
нология играет в производстве цифро-
аналоговых и аналого-цифровых пре-
образователей, которые используются
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОНКОПЛЕН. ГИБРИДНЫХ ИНТЕГР. СХЕМ 413
Id. Сравнительные оценки параметров микросхем
Параметр Полупроводнико- вые интегральные Тонкопленочные гибридные Толстопленочные гибридные Параметр Полупроводнико- вые интегральные Тонкопленочные гибридные Толстопленочные гибридные
Предельная мощность Предельное напряже- ние Быстродействие Степень интеграции элементов Паразитные связи Диапазон сопротивле- ний резисторов Стабильность резисто- ров Диапазон емкостей конденсаторов Точность номинально- го значения емкости Стабильность конден- саторов Пригодность для СВЧ Пригодность ДЛЯ ЛИ’ нейных схем Пригодность для циф- ровых схем Надежность 1 1 3 3 1 1 1 1 I 1 1 1 3 3 2 1 1 3 2 3 3 3 3 3 3 1 2 3 3 1 1 3 3 2 3 3 3 2 3 1 2 Паразитные связи Пороговое напряжение Предельные размеры пассивных элементов Точность выходных па- раметров Стоимость подготовки производства Стоимость микросхем при мелкосерийном производстве Длительность произ- водственного цикла Число операций тех- нологического про- цесса Капитальные затраты на оборудование Воспроизводимость технологического про- цесса Трудоемкость сбороч- ных работ 1 3 3 1 1 1 1 1 I 1 3 3 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 3 1 1 2 3 3 3 3 3 3 2
в большинстве комплексов современ-
ного приборостроения.
Толстоплеиочиая технология, от-
личающаяся несколько меньшим цик-
лом подготовки производства и менее
сложным оборудованием, используется
в приборостроении для сравнительно
несложных схем в устройствах число-
вого программного управления, ЭВМ
и ряде аналитических приборов.
Полупроводниковая технология ха-
рактерна для изделий массового про-
изводства таких, как электронные
Клавишные вычислительные машины,
электронные часы, микропроцессоры
и запоминающие устройства.
Для всех этих устройств в приборо-
строении технически обосновано и
экономически целесообразно изготов-
лять специальные интегральные схемы
высокой степени интеграции на базе
технологии МДП (металл—диэлект-
рик—полупроводник) структур. Основ-
ные достоинства МДП-структур —
более простая технология формирова-
ния структуры и повышенная плот-
ность компоновки за счет исключения
изолирующих областей
Для большинства схем запоминаю-
щих устройств более целесообразно
внедрение п-канальной МОП-техно-
логпи (металл—окисел—полупровод-
ник), позволяющей получать схемы
с повышенным быстродействием, не-
обходимые для управляющих вычис-
лительных комплексов.
Интегральные схемы, предназначен-
ные для электронных кварцевых на-
ручных часов и состоящие, как пра-
вило, из задающего генератора, де-
лителя напряжения и схемы управле-
ния, должны отличаться высокой сте-
пенью интеграции, минимальным по-
треблением мощности, повышенной
точностью и надежностью, а также низ-
ким уровн м питания.
Этим требованиям отвечает техно-
логия КМДП-структур (комплемен-
тарных металл—диэлектрик—полу-
проводник структур), характеризую-
414
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
20. Ср виительиая характеристика различных методов
изготовления пассивной части гибридных интегральных схем
Метод изготовления Трудоем- кость на 1 00 шт., ч Количество обору ДОВВ НИЯ Число рабочих
Гермовакуумное напыление: 128,7
с использованием селективного трав- ления 3 3
с использованием масок в прерыви- стом цикле 137 9 10
с использованием масок в непрерыв- ном цикле Ионно-плазменное напыление 110,9 3 3
с использованием селективного трав- ления 121,9 2 3
с использованием фотолитографиче- ской обработки и электролитного ано- дирования 154,6 28 4
щихся наличием каналов двух типов
проводимости. Технология КМДП-
структур намного сложнее обычной
планетарной технологии.
При необходимости выбора направ-
ления создания гибридных интеграль-
ных микросхем толстопленочная тех-
нология обладает преимуществами
по сравнению с точкопленочной в ус-
ловиях большого рассеяния мощности,
необходимости внесения корректировки
в параметры схемы в процессе произ-
водства, малого количества резисто-
ров, отсутствии жестких допусков на
параметры пассивных элементов, не-
обходимости создания индуктивно-
сти.
В табл 19 приводя1ся сравнитель-
ные экспертные характеристики пара-
метров микросхем в баллах согласно
ГОСТ 15467—79; 3 — отлично, 2 —
хорошо 1 — удовлетворительно 0 —
неудовлетворительно.
В табл. 20 приведены сравнительные
технико-экономические характеристики
процессов изготовления пассивной
части тонкопленочных гибридных ин-
тегральных схем
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДЛОЖЕК
ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ
СХЕМ
Технологический процесс изготов-
ления тонкопленочных гибридных
интегральных микросхем состоит из
следующих основных этапов: а) под
готовки диэлектрической подложки:
б) последовательного формирования
на подложке слоев резисторов, кон-
тактных площадок, проводников, об-
кладок конденсаторов, межслойиой изо-
ляции, защитных слоев; в) подгонки
ио номиналам, в случае необходимости
тонкопленочных резисторов; г) уста-
новки навесных компонентов схемы;
д) сборки и герметизации микросхемы.
Требования к материалам подложек.
Конструкция гибридной интегральной
схемы предполагает наличие подлож-
ки, в большинстве случаев диэлектри-
ческой (аморфной, полнкристалличе-
ской или монокристаллической), иа
которой размещаются пленочные пас-
сивные н навесные активные и пассив-
ные элементы. Подложка обеспечи-
вает не только размещение этих эле-
ментов, но и сама может являться
частью гибридной интегральной схемы.
В частности, величина связей емкост-
ных и индуктивных между отдельными
элементами схемы определяется ди-
электрической постоянной материала
и толщиной подложки, что МОЖ1 о
использовать при создании конденса-
торов и индуктивностей. Многие элек-
трические и механические свойства
элементов, особенно резисторов и про-
водников, зависят от свойств материала
и шероховатости поверхности под-
ложки. Подложка может выполнять
функцию элемента корпуса, т. е. в этом
СТЕКЛЯННЫЕ ПОДЛОЖКИ
415
случае она должна обеспечивать также
герметизацию микросхемы.
В идеальном "лучае подложка долж-
на обладать малой удельной электро-
проводностью, химической инертно-
стью, плоской и гладкой поверхностью,
высокой диэлектрической прочностью,
высокой удельной теплопроводностью,
низкой стоимостью, малым разбросом
по подложке значении диэлектриче-
ской постоянной, высокой химической
и физической стойкостью прн нагре-
вании до 500 С в вакууме или на воз-
духе, температурным коэффициентом
линейного расширения, по возмож-
ности, близким к температурному ко-
эффициенту линейного расширения
формируемых слоев.
Увеличивающийся уровень интегра-
ции приводит к требованию повышения
коэффициента теплопроводности мате-
риала подложки.
В настоящее время нет такого мате-
риала для подложек, который в одина-
ковой мере удовлетворял бы этим разно-
образным требованиям. Многие орга-
нические материалы не могут быть ис-
пользованы в качестве подложек из-за
температурных режимов формирова-
ния элементов микросхем. Исключение
составляют лишь некоторые полимер-
ные материалы, например лавсан и
полиамид. Поэтому для подложек ис-
пользуют в основном стекла и кера-
мики Монокристаллические подложки
из-за их высокой стоимости использу-
ются для гибридных интегральных схем
в редких случаях.
СТЕКЛЯННЫЕ ПОДЛОЖКИ
Лучшими и наиболее широко приме-
няемыми в мировой практике являются
боросиликатные и алюмосиликатные
сорта стекол. Применение щелочных
стекол ограничено нестабильностью их
свойств, поскольку прн нагреве наблю-
дается их выщелачивание. Главным
преимуществом стекол является воз-
можность получения гладких поверх-
ностен непосредственно при вытяги-
вании из расплава, что резко удешев-
ляет процесс изготовления подложек
для гибридных схем.
К недостаткам подложек из стекла
следует отнести малую теплопровод-
ность, что не позволяет их применять
прн повышенном нагреве элементов
схемы. Прн сильном нагреве предпочти-
тельнее использовать стекло «пирекс»,
кварцевое стекло, енталлы и керами-
ческие материалы.
Стекла имеют значительный разброс
величины обьемиого удельного со-
противления, тангенса угла диэлектри-
ческих потерь и температуры размяг-
чения. Поскольку в состав практически
всех стекол входит кремнезем, химиче-
ская стойкость стеклянных подложек
невысока, и в ряде случаев необходимо
применять специальные меры по за-
щите поверхностей слоями окислов
или нитридов.
Стекла обычно изготовляют путем
смешивания сырых исходных мате-
риалов, расплавления их в конвейер-
ной печи с последующей вытяжкой из
расплава. Оптимальные условия плав-
ления п изготовления зависят в основ-
ном от вязкости стекла. Большинство
процессов стеклообразовання начи-
нается при «точке текучести», когда
вязкость становится равной 104 Па-с.
Стекла, содержащие окнелы щелоч-
ных металлов, например натри йкаль-
цпевое стекло, могут быть вытянутыми
при средних давлениях и отожжены
прн довольно низких температурах
(700—1000 °C). Изменение толщины
для тонких (до 1,5 мм) слоев стекла
достигается регулированием скорости
вытягивания.
Вязкость боросиликатных (рис. 3,
кривые 5, 6) стекол в интервале обра-
ботки не изменяется быстро. Контроль
толщины слоя за счет вытягивания
ос}ществлять нельзя, поэтому ленту
расплавленного боросиликатного
стекла пропускают между валками.
При этом зачастую из-за изменений
в составе стекла и скорости охлажде-
ния иа поверхности стекла часто об-
разуются линии вытяжки, которые
устраняются шлифовкой и полиров-
кой. Модифицированные боросиликат-
ные стекла (кривые 11, 12) имеют белее
крутые кривые вязкости и более при-
годны для вытягивания, однако их
изготовлешге связано с рядом проблем:
трудностью регулирования темпера-
туры резистивным нагревом из-за вы-
сокого удельного сопротивления и
высокой вязкости, затрудненным от-
416
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
21. Свойства стеклянных подложек
Свойство стекла Тип стекла
Натрий- кальцне- вое Щелочно- цинково- бороси- ликатное Кальцие- вый алю- мосили- кат Плавлен- ный кварц Алюмо- боро- силикат Фото- чувстви- тельное стекло
Точка напряжения, °C 472 506 670 990 613 422
Точка отжига, °C 512 539 710 1050 650 452
Точка размягчения, ®С Коэффициент линейного тер- мического расширения, а-10е, К-’ 696 696 910 1580 820 350
9,2 7,2 4,6 0.56 4,5 8,3— 8,6
Плотность, т/ма 2,47 2.51 2,63 2,2 2,76 2, 36
Коэффициент преломления 1.51 1,53 — 1,458 1,53 —
Объемное удельное сопро- тивление, ОМ'М ldS.6 105.9 10и.8 Ю9-2 ю|0<4 —
Диэлектрическая проницае- мость 6,5 6,7 6,4 3,9 Б, В 6.5
Диэлектрические потери (tgO) Коэффициент Пуассона Хпми .еская стойкость, мг/см’, при условиях: 5% HCI при 100 ”С в те- чение 24 ч 0,01 0,0046 0,0013 0,0002 0,0011 0,033
0,24 — 0,26 0,17 0,28 •—
0,5 2,0 0,3 0,7 3,7 —
5% NaOH при 99 °C в те- чение G ч 0,1 0,1 0,1 0,03 0,3
22в Типовые составы стекол и ситаллов для подложек
Стекло Гнповой состав, % масс
О CZ1 4' Z С а О ВаО MgO б 1 B2OS б Vi о ZnO Окислы редкозе- мельных металлов
Натрий- кальциевое 67,7 13,6 0.6 5,6 2.0 4,0 2,8 1,5 — — — —
Щелочпо- Ц1ШКОНО-6О- рОСИЛИВ ITHOC 64,4 6.2 6,9 — — 4. 1 10.3 — 3,1 5,4
Боросили- катное 80,5 4, 1 0,5 — — — 2,5 12.8 — — — —
Алюмоси ликатнос 61,5 0,1 — 1 1,4 — 8,2 18,7 •— — — — —
57,0 1,0 — 5,5 — 12,0 20,5 4,0 — — — —
Плавленный кп«рц 99,5 0,4
Модифици- рованный 59,2 — — — 25,1 — 10,7 13 — — —
Алюмо- силикат 19,2 — — 4,3 25,1 — 10,3 10,5 — — — —
Стекло С-48-3 54,0 — — 13,5 8,0 — 18,5 — — — 6,0 —
Стекло С-40-1 74,8 4,2 1.6 — — — 1,4 18,0 — — — •—
Ситалл СТ-32-1 34,0 — — — — 9,0 23.0 — 18,0 — 16,0
Ситалл СТ-38-1 37,0 — — — 21,0 24,5 — — 17,5 — —
Снталл СТ-50-1 60,5 — — 8,5 — 7,5 13,5 — 10,0
КЕРА МИЧЕСКНЕ ПОДЛОЖКИ
417
Рис. 3. Зависимость вязкости стекол от
температуры.
Стекла: /. 2, 3 — натрийкальциепое;
4,5 — боросиликатное; 6, 7 — алюмосили-
катное; 8. 9 -— плавленый кварц, 10, 11 —
свинцово-щелочной боросиликат
экигом, склонностью к растрескиванию
и наличием газовых включений.
Свойства и состав стеклянных под-
ложек приведены в табл. 21 и 22.
КЕРАМИЧЕСКИЕ ПОДЛОЖКИ
Основными керамическими материа-
лами для подложек тонко- и толсто-
пленочных схем являются керамика на
основе окиси алюминия, марки «поли-
кор» и бериллиевая керамика. Послед-
няя обладает хорошими тепловыми
свойствами, что делает ее самым при-
емлемым материалом для мощных схем,
однако по прочности она уступает
керамике иа основе окиси алюминия.
Основным преимуществом керами-
ческих подложек по сравнению со
стеклянными является их высокая
теплопроводность. Теплопроводно, ть
керамики иа основе окиси берпл
лпя в 200—250 раз больше, чем у стек-
ла, однако даже незначительная до-
бавка некоторых примесей (например,
окиси алюминия) резко снижает тепло-
проводность.
К недостаткам следует отвести зна-
чительную шероховатость поверхности,
1 4 I ятип Ю. М. и др
Микронеровности необработанной ке-
рамики достигают нескольких десятых
долей микрометра. Полировка суще-
ственно снижает шероховатость, но
загрязняет поверхность. Многие кера-
мические материалы имеют значитель-
ную пористость.
Керамические материалы ие допус-
кают прокатки и вытягивания из
расплава. Керамика формуется и спе-
кается с требуемыми допусками из
сырья в виде очищенных окисных по-
рошков, разбавленных органическими
компонентами в качестве пластифика-
тов, связок илп смазок.
Формование подложек осуществ-
ляется несколькими способами (рис. 4);
прессованием увлажненного порошка
в форме под давлением 0,056—0,14 Па.
Недостатком метода является наличие
технологических полей и возможность
прессования пластин относительно
небольших размеров из-за выполие-
Помол
Смеши н а к ие
Формование
Прее- Пластинчатое фор- Листо-
сова- мовэние (выдаалива- вое
ине иие, прокатка, штам- литье
I попка)
I____________I
Сушка
Сушка
Штамповка для при-
дания формы
Предварительный низкотемпе-
ратурный отжиг для удале-
ния связки
Высокотемпературное спекание
Глазу рованне 1 кли
I | необ-
Повторный ОТЖИГ J ХОДИ МО
Рис. 4. Процессы изготовления керамиче-
ской подложки
418
МАТЕРИАЛЫ ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
23 Усадка материала и дел ус к и для процессов формования керамики
Процесс формован ня Материал Усадка при спе- кании, % Допуск по толщине
Прессование по- рошка Выдавливание Изостдтичсское прессование Листовое литье 91—99% Л12ОЯ Стеатит 94—98 % окиси бериллия Титанат бария То же Л12ОЭ Стсотит Окись бериллия А1,ОЯ Стелтит. окись бериллия. титанат бария 16 10 16 14 13—14 1G—18 10—12 16-18 18 — 22 — 1 %, но не мс нее —120 мкм
— 0,5 %, но ие ме- нее ^80 мкм %
— 0,5 %, толщина до 0,1 см zb 10 %
ния требований по однородности и
короблению;
нзостатическим прессованием по-
рошков в эластичном контейнере, по-
мещенном в жидкость;
выдавливанием порошков смешан-
ных с органическими пластификато-
рами; недостатком являются значи-
тельные усадки материала; пластины
толщиной до 0,25 см могут выдавли-
ваться через соответствующие валки
до толщины, необходимой для предва-
рительного спекания;
листовым литьем жидких порошков,
доведенных до жидкой консистенции
добавлением жидких органических
связок, пластификаторов и раствори-
телей. Эту массу наносят на несущую
пленку, движущуюся с постоянной
скоростью под металлическим лезвием.
После формования, перед спека-
нием подложки для удаления органи-
ческих связок, смазок и пластифика-
торов, часто необходим предваритель-
ный отжиг при 300—600 °C. Затем осу-
ществляется спекание порошка, при
этом мелкие частицы соединяются ре-
крпсталл! задней н крупные частицы
растут за счет мелких. Чрезмерная ре-
кристаллизация приводит к характер-
ной для керемнческих подложек шеро-
ховатости поверхности При спекании
керамика уменьшается в размерах
на 10—25 % и теряет до 50 % объема
из-за улетучивания связки и рекри-
сталлизации (табл. 23).
Для порошков с высокой темпера-
тур! й спекания применяют также го-
рячее прессование, при котором уп-
лотнение происходит без роста зерен'
Процесс горячего прессования длите-
лен и из-за необходимости подогрева
форм является дорогостоящим. Свой-
ства керамических подложек приве-
дены в табл. 24.
ПОДЛОЖКИ ИЗ СИТАЛЛОВ
В отечественной промышленности
в качестве материалов для подложек
наиболее широко применяются ситал-
лы, являющиеся продуктами рекри-
сталлизации стекол с равномерно рас-
пределенными по объему маленькими
кристаллами, размер которых может
быть порядка 0,01 мкм. Ситаллы имеют
высокие электроизоляционные свой-
ства, механическую прочность, термо-
стойкость, влаго- в газонепроницае-
мость, химическую устойчивость. По
своим характеристикам они прибли-
жаются к керамическим материалам,
однако лишены таких недостатков,
как сложность механической обра-
ботки, шероховатость поверхности и
т. д.
Ситаллы хорошо обрабатываются,
полируются, их можно прессовать,
вытягивать, прокатывать и отливать
центробежным способом.
Сравнительные исследования свойств
тонкопленочных компонентов, изго-
товь ениых на ситалле и других мате-
риалах, показали несомненное преи-
мущество первых. Резисторы, изго-
товленные на ситалле, имеют меиьший
разброс сопротивлений по подложке,
максимальный выход годных конден-
ПОДЛОЖКИ ИЗ СИТАЛЛОВ
419
24 Свойства керамических н ситалловых подложек
чТ RO СТ 1Я хн и о 2,65 1,76 700 Хорошая 1,25 5,2 10’* 8,5 0,005 Низкая
чт ч зо к СО f- « Х(-< ии 2,9 0,98 700 Хорошая 1,31 3,8 10” 7,25—7,5 0,0002 — 0,001 Средняя
Снталл СТ-32-1 3,17 1.47 750 Хорошая 1,045 3.2 10” 10,0 0,0003 — 0,0005 Средняя
Тита- новая керамика 3,5-5,6 0,7—1,51 2,74- 8,22 0,27 — 0,69 1200 Плохая 3,32 — 4,19 0,419 7-10 107-118 108 — 10” 15— Ю> 0.0002 — 0,05 Ни экая
Стеатит 2, 4-2, 8 1.18-1,55 4,7— 6,15 0,59- 0, 89 0.80 53 7.5 1000 От пло- хой до хорошей 4,15- 4,19 0—11,1 83-91 10" — 10” 5,9-6,3 0,0008— 0,0035 Низкая
Окись бериллия 99,6% 2.85 — 2,88 2,06 15,5 1,37 1,05 63 9 1500 Очень хорошая 146,6 1,29 8,0 138 10” 0,7 0.0003 Высокая
Окись бериллия брокерит 98% 2,8 1,72-1,92 15,5 1,05 63 9 1500 Хорошая 104,7 1,42 6,5 138 10 ‘ 6.5 0,0001 Высокая
Окись алюминия 3,7—3,9 3,1—4,47 20,6- 29,4 1,44 — 1,93 0,8- 0,92 310 — 358 >9 1600- 1725 Хорошая 16,67 — 29,3 0,838 7-10 87—134 10”- 10” 9,0—10,0 0, 0006 — 0,0001 Средняя
от 1 о от 3,5—3,8 2,7-3,4 17,15- 27,5 0,7 — 1,93 0,69- 0,92 274-318 >9 1500- 1700 Хорошая 12,57 — 25,1 0,838 6,5-8 71-134 10” — 10” 8,5 —9,5 0,001- 0,0007 Средняя
80—90% 3,3—3,6 2,41 — 3,1 9,8 — 19.0 0,55- 1,52 0,69 — 0.8 214 — 274 >9 1400 — 1500 Хорошая 12,57- 25,1 0,838 6,5-8 71-100 10’"— 10” 7,5-9 0,002 — 0,007 Средняя
Хараитернстика Плотность г/м’ Прочность, 0-1О”’ Па на изгиб на сжатие па растяжение Ударная проч- ность, Н м Модуль упругости, ГПа Твердость по Моосу Максимальная экс- плуатационная тем- пература, °C Стойкость к термо удару Теплопроводность, Вт/(м • К) Удельная теплоем- кость, кДж/(кг-К) Коэффициент ли- нейного термиче- ского расширения а.10«, К"1 Электрическая прочность. кВ/см Объемное удельное сопротивление, Ом-см Диэлектрическая постоянная 8 Диэлектрические потери g в Относительная стоимость
14*
420
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМ ЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
25. Значения размеров Блоков и среднеквадратичных микродеформаций фазы TIO,
для плоскостей [211] и [220]
Температура термооб- работки подложки •с [2ID
Размер блоков фазы, мкм Среднеквадра- тичные микро- деформации Размер блоков фазы, мкм Среднеквадр а тнчные микро- деформации ЙТю-4
20 0,0348 1,22 0,0142 2,35
200 0,0375 1.57 0,01 «3 3,48
400 0,0550 1,46 0,0308 3,45
600 0,0314 1, 12 0,0221 3,0
саторов. Температура деформации си-
талла выше, чем температура раз-
мягчения исходного стекла. Ситалл
выдерживает в воздушной среде рез-
кие перепады температуры от —60° до
-|-700 °C. Он обладает высоким элек-
трическим сопротивлением, которое не-
сколько уменьшается с повышением
температуры. По электрической проч-
ности ситалл не уступает керамике,
а по механической прочности в 2—
3 раза прочнее стекла. Ситалл имеет
малую газоотдачу при высоких тем-
пературах. Свойства ситаллов приве-
дены в табл 24.
Воспроизводимость и стабильность
влектрофизических свойств топких
пленок во многом определяются одно-
родностью и воспроизводимостью
структурных свойств подложки. Срав-
нение и анализ реитгеподифракто-
грамм, полученных от отдельных участ-
ков па одной подложке из ситалла
СТ-50-1, между подложками в одной
партии и между партиями показывают
хорошую воспроизводимость фазового
состава ситалла СТ-50-1. Рентгено-
дифрактометрнчески эта воспроизво-
димость проявляется в воспроизво-
димости одинакового положения, ин-
тенсивности и формы дифракционных
максимумов. Анализ рентгеиодпф-
рактограмм показывает, что в ситалле
СТ 50 I имеются три фазы — аморф-
ная стеклофаза и две кристаллические
фазы, а именно: двуокись титана в фор-
ме рутила Т1О2 и клиноэнстатит
Мд 5 О,
Низкотемпер ату р н а я тер мообр абот-
ка не влияет на изменение фазового
состава ситаллов. При осаждении тон-
ких слоев подложка, как правило,
подвергается нагреву до температур
200—450 °C, и, хотя в объеме подложки
существенных изменений фазового со-
става пе происходит, в поверхностных
слоях имеют место определенные струк-
турные изменения. Чтобы свести к ми-
нимуму структурные изменения в по-
верхностных слоях в процессе осажде-
ния пленок и стабилизировать пара-
метры тонкопленочных элементов ми-
кросхем, необходима предварительная
термостабилизация подложек.
Исследования тонкой структуры об-
ластей когерентного рассеяния
(ОКР) и микродеформаций кристал-
лических фаз, входящих в состав сп-
талла, методами рентгеновской дифрак-
тометрии показывают, что мнкродефор-
мации ситалла имеют тенденцию роста
с увеличением температуры термооб-
работки до 400 °C, а затем происходит
их уменьшение. С увеличением тем-
пературы термообработки наблюдается
рост размеров фазы ТЮ2, причем
наибольшая величина блоков соответ-
ствует температуре 400 °C, а микро-
дсформаций — 200 СС (табл. 25).
По-видимому, указанный ход зави-
симости микродеформаций обусловлен
вязким течением аморфной фазы при
температуре порядка 600 °C и выше,
при которой из-за неоднородного рас-
пределения микродеформаций имеет
место измельчение блоков За опти-
мальную температуру тер.мостабили-
зации ситалловых подложек можно
принять температуру 500—550 С так
как при этой температуре обеспечивает-
ся оптимальное сочетание размеров
блоков и величины микродеформаций
при постоянстве фазового состава си-
талла.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДЛОЖЕК ОГРАНИЧЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ 421
ЛАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДЛОЖЕК
ОГРАНИЧЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ
В ряде случаев в микроэлектронике
могут быть использованы и другие
материалы для изготовления подло-
жек. Это может быть связано, напри-
мер, с необходимостью встраивания
микросхемы в посадочное место при-
бора сложной конфигурации, с приме-
нением бескорпуспой конструкции
микросхемы с выводами, вмонтирован-
ными непосредственно в подложку,
для создания микросхем с повышенной
мощностью рассеяния Наибольший
интерес представляет фотоситалл и
монокристаллические подложки.
Фотоситалл получается, как п дру-
гие епталлы, путем кристаллизации
светочувствительного стекла, состоя-
щего из окиси кремния (75 %), окиси
Лития (11,5 %), окиси алюминия (10 %)
и окиси калия с небольшими добав-
ками азотнокислого серебра н двуокиси
церня. Фотоситалл устойчив к кисло-
там, обладает высокой механической
и термической прочностью Теплопро-
водность его в несколько раз выше,
чем у других ситаллов, температурный
коэффициент линейного расширения
составляет 9 10~с К-1 в диапазоне до
120 °C, удельное объемное сопротивле-
ние 10’—10к Ом м.
Под воздействием ультрафиолетово-
го излучения на фотоенталле прояв-
ляется конфигурация рисунка фото-
шаблона В результате последующей
химической обработки можно полу-
чить подложку любой формы с отвер-
стиями и рисками размером до несколь-
ких десятков микрометров.
Монокристаллические подложки при-
меняются для мощных схем. Полу-
чаются они разрезанием больших кри-
сталлов (слитков) на пластины. Слитки
в большинстве случаев выращиваются
по методу Чохральского либо плавле-
нием в пламени по методу Вернейля.
Кристаллы, выращенные по методу
Вернейля, ограничены в размерах и
содержат большее количество дефектов
в единице объема
Свойства монокристаллических мате-
риалов подложек приведены в табл. 26.
Очистка подложек. Чистота поверх
пости подложек во многом определяет
условия и процесс формирования тон-
ких и толстых пленок, а также их
адгезию. Неполное удаление загрязне-
ний с подложки может привести к за-
корачиванию электрической цепи, кор-
розии материалов, повышенной про-
ницаемости влаги и к локальным от-
слоениям покрытии. Источниками за-
грязнения поверхности могут быть
пыль и металлические частицы из
атмосферы, жидкие химические реак-
тивы, остатки полировочных паст,
пальцы операторов, металлические
пинцеты. Типичными загрязнениями
являются жиры, масла из насосов,
металлические частицы, силиконы, си-
ликаты.
Выбор метода очистки зависит от
природы подложки, вида загрязнении
и степени требуемой чистоты поверх-
ности. Чистота поверхности — это не
постоянный, а переменный критерий,
зависящий от требований, предъяв-
ляемых к микросхеме. Основным кри-
терием чистоты поверхности подложки
является процент выхода годных схем,
величина разброса по подложке по-
верхностного удельного сопротивле-
ния, количество коротких замыканий
в композициях металл — диэлектрик—
металл.
Очистка подложек подразумевает
устранение загрязнений без наруше-
ния поверхности самой подложки.
Поэтому нельзя использовать сильные
химические травители и допускать
попадание абразивных материалов на
поверхность подложки.
Очистка может производиться с по-
мощью химических реакций, термо-
обработки, ионной бомбардировки
Обычно используют комплекс различ-
ных обработок.
Для большинства подложек эффек-
тивна очистка в ультразвуковой ванне
с растворителем. Степень ультразву-
ковой очистки зависит от частоты ко-
лебаний, их мощности, поверхностного
натяжения и вязкости растворителя,
расположения подложки относительно
источника колебаний. Наиболее важ-
ное для очистки свойство раство| и-
теля — поверхностное натяжение чем
оно выше, тем больше энергии высво-
бождается при кавитации Однако
для очистки поверхностей с микро-
трещинами целесообразно применить
растворители с низким поверхпост-
422
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
26 Гройстка монокристаллических по.тложск
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГИС
423
ным натяжением, которые легко про-
никают в микротрещины.
Для очистки поверхности в качестве
растворителей используют галлоидо-
замещенные углеводороды такие, как
трихлорэтилен, перхлорэтилен, хло-
ристый метил и др., имеющие низкую
удельную теплоемкость и легко пере-
гоняющиеся.
Химическая обработка может при-
меняться как самостоятельно, так и в
сочетании с ультразвуковой. Суще-
ственным недостатком химической
очистки подложек является необхо-
димость контролировать чистоту мою-
щего раствора для предотвращения
загрязнения подложки веществами, ра-
нее растворенными в моющем растворе.
Поэтому в качестве растворителей для
заключительных промывок подложек
используется деионизованная вода (в
этом случае чистоту поверхности под-
ложки можно контролировать по ве-
личине удельного сопротивления сте-
кающей воды) и изопропиловый спирт
(парообразный). Обязательным усло-
вием финишной промывки является
постоянное обновление моющей среды.
Хорошие результаты достигаются
при очистке подложек из стекла, сап-
фира, керамики последовательно в
ультразвуковой ваниев растворителе
при температуре 70 “С, промывке в
проточной воде, кипячении в растворе
перекиси водорода, промывке в горя-
чен деионизованной воде, сушке в по-
токе чистого азота прн температуре
ПО—120 °C.
При очистке подложек из ситаллов
ультразвуковая промывка недопусти-
ма из-за возникновения поверхностных
микротрещии В связи с этим основ-
ным методом очистки поверхности си-
таллов является химическая очистка.
Для химической обработки поверх-
ности ситаллов используют растворы
кислот, нейтральные и кислые раство-
ры солей, которые образуют иа поверх-
ности ситалла малорастворимые ве-
щества (гидросиликаты, соли метал-
лов). тормозящие процесс разрушения
поверхностного слоя многофазных по
своей природе ситаллов.
Наиболее оптимальной является
очистка ситалловых подложек в горя-
чих водных растворах перекиси водо-
рода с добавлением аммиака до рН=7.
Высота неровностей при этом не воз-
растает, а даже немного уменьшается.
После кипячения в растворителе под-
ложки промываются в кипящей деиони-
зованной воде, а затем сушатся в по-
токе горячего азота высокой чистоты.
Температура сушки до 300 °C.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ
ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ
ГИБРИДНЫХ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ (ГИС)
Тонкопленочные элементы ГИС и
различных устройств функциональной
микроэлектроники могут создаваться
с помощью большого многообразия
технологических методов, выбор кото-
рых обусловливается назначением, ха-
рактеристиками, конфигурацией эле-
мента, условиями его эксплуатации,
природой исходного материала, нали-
чием в схеме других элементов, соста-
вом имеющегося технологического обо-
рудования. Схематично многообразие
методов изображено на рис 5.
Наибольшее распространение полу-
чили в настоящее время вакуумные
методы формирования тонких пленок—
термическое испарение исходного ма-
териала и катодное распыление
Термическое испарение основано на
нагреве исходного материала или ком-
позиции материалов в вакууме до тем-
пературы, при которой возрастающая
с нагревом кинетическая энергия ато-
мов и молекул вещества становится
достаточной для их отрыва от поверх-
ности и распространения в окружаю-
щем пространстве Это происходит
при температуре, когда давление соб-
ственных паров вещества превышает
на несколько порядков давление оста-
точных газов При этом атомарный
поток распространяется прямолиней-
но, и при соударении с поверхностью
подложки испаряемые атомы и моле-
кулы конденсируются на ней.
Испарение производится из жидкой
либо из твердой (сублимация) фазы.
Степень разрежения в камере дик-
туется требованиями к чистоте фор-
мируемых покрытий, химической стой-
костью испаряемого материала, рас-
стоянием до подложки, которое не
424
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рис. 5. Методы нанесения слоев
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГИС 425
Анодное окисление
7ермическое окисление
Электролитическое осаждение
Химическое осаждение
Метод седиментации
Активационные методы
Гибридных интегральных схем
426
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
должно превышать длину свободного
пробега испаряемых атомов.
Метод термического испарения имеет
разновидности, которые различаются
по способу нагрева испаряемого мате-
риала Наиболее простым является
испарение с резистивного испарителя,
который нагревает испаряемый мате-
риал за счет джоулевого тепла. Метод
применяется для испарения материа-
лов с температурой испарения до
2000—2200 °C. Материал резистивного
испарителя должен иметь температуру
размягчения более высокою, чем тем-
пература испарения материала, не
bctj пять с ним в химпческу ю реак-
цию при высоких температурах. Испа-
ряемый материал не должен диссоции-
ровать при высоких температурах,
сплавы и композиции должны иметь
близкие друг к другу парциальные
давления паров составных материалов
при температуре испарения
«Взрывное» (дискре ное) испарение
применяется в основном для испарения
с резистивного испарителя сплавов
и композиций, а также смеси диэлек-
трических материалов со значительно
различающимися парциальными дав-
лениями паров компонентов. Заклю-
чается он в подаче порошка испаряе-
мого материала на резистивный испа-
ритель, нагретый до температуры,
превышающей на 200—300 С темпе-
ратуру испарения наиболее тугоплав-
кого компонента
Для соблюдения на подложке сте-
хиометрии испаряемого материала
должно выполняться условие соответ-
ствия массы испаряемой частицы по-
рошка количеству материала, необхо-
димого для получения нескольких
моиослоев на подложке. В этом случае
не имеет значения неодиовременность
попадания на подложку различных
атомов. Скорость подачи испаряемого
материала должна быть равна или
меньше скорости испарения, в этом
случае материал не скапливается на
испарителе. Метод требует визуального
контроля процесса испарения.
Нагрев электронной пушкой — ме-
тод нагрева испаряемого материала
кинетической энергией пучка электро-
нов Испаряемый материал помещается
обычно в тигель из тугоплавкого мате-
риала либо из водоохлаждаемой меди.
Иногда испарение производится из
прутка При испарении из водоохла-
ждае.мого тигля и из прутка пучок
электронов должен быть сфокусирован
электростатической либо магнитной си-
стемой в центр испаряемого материала.
Наиболее распространены водоох-
лаждаемые тигли, которые позволяют
избежать взаимодействия испаряемого
материала с материалом испарителя,
а также позволяют испарять самые
тугоплавкие материалы. С помощью
электронно-лучевого нагрева трудно
осуществлять испарение диэлектри-
ческих материалов из-за накопления на
испаряемом материале электрического
заряда. Наличие заряженных частиц,
в том числе и вторичных электронов,
приводит к необходимости принятия
мер предосторожности против попада-
ния их на подложку, что может при-
вести к пробоям по поверхности под-
ложки.
Ла ерный нагрев позволяет испа-
рять любые материалы, в том числе
и сплавы с различными парциальными
давлениями паров компонентов. Од-
нако при лазерном нагреве возможно
разбрызгивание испаряемого материа-
ла Кроме того, должны быть приняты
специальные меры предосторожности
против попадания испаряемых атомов
на вводное окно лазерного луча.
Высокочастотные (индукционные)
испарители обеспечивают требуемую
температуру нагревом вихревыми то-
ками, создаваемыми высокочастотным
полем. Метод пригоден для испарения
материалов с большим удельным сопро-
тивлением. Испаряемый материал по-
мещается в тигель из тугоплавкой
керамики.
Катодное распыление материалов
в отличие от методов термического
испарения осуществляется за счет энер-
гии положительных ионов, образую-
щихся в тлеющем разряде и бомбарди-
рующих катод из распыляемого мате-
риала. С помощью катодного распыле-
ния получаются пленки тугоплавких
материалов, различных сплавов и сме-
сей без нарушения процентного соотно-
шения входящих компонентов
Для количественной характеристики
эффективности катодного распыления
используют коэффициент катодного
распыления RK, равный количеству
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГНС
427
«томов распыляемого материала, вы-
битых одним падающим ионом:
_ F.
*’ “a wij + m2 к (Е) ’
где /а, — коффшшент, } чнтывающий
агрегатное состояние мишени; int —
масса иона инертного газа, т2 — масса
выбитого атома мишени,Е — энергия
иона; л (Е) — средняя длина свобод-
ного । робега нона в материале ми-
шени.
Коэффициент распыления быстро
увеличивается с ростом энергии. На-
блюдаются два пороговых значения
энергии: первый соответствует отрыву
атомов, слабо связанных с поверх-
ностью (находящихся на ступенях,
изломах и т. п.), второй соответствует
энергиям наибольшей связи в решетке.
Средняя длина свободного пробега
в вакууме при 1 Па не превышает не-
скольких миллиметров, поэтому части-
цы испаряемого материала достигают
подложки в результате диффузии. Для
получения чистых слоев осаждаемого
материала большое значение имеет
чистота инертного газа, малое коли-
чество в нем примесей кислорода.
Для получения равномерной по тол-
щине пленки подложка располагается
параллельно катоду. При осаждении
распыляемого материала подложка
практически не нагревается из-за ма-
лой кинетической энергии осаждаемых
атомов.
Существуют различные модификации
катодного распыления. Схематично они
изображены на рис 6.
Схема распыления на постоянном
токе — схема катодного распыления
диодного типа, в которой катодом слу-
жит испаряемый материал, а на зазем-
ленном аноде помещается подложка.
Между электродами поддерживается
высокое напряжение, создающее тлею-
щий разряд. Предварительно в рабо-
чем объеме создается разрежение до
1 3-10~3 1,3-10 4 Па, затем в камеру
напускается соответствующий инерт-
ный газ до давления 10а—1 Па Метод
примег яется в основном для распыле-
ния металлов и сплавов
Схема распыления на переменном то-
ке — схема распыления диодного типа,
в которой вместо постоянного напря-
жения используется переменный ток
промышленной частоты (обычно
13 56 МГц). Эта схема уменьшает ва-
грязнение подложки остаточными га-
Рис. 6. Разновидности катодного и иоиио-
н.тазмсииого распыления материалов.
а — диодная схема распыления постоям-
ным током* б — диодная схема распыления
постоянным током с постоянным смеще-
нием; в — диодная схема распыления на
переменном токе; г — триодная схема рас-
пыления с постоянным потенциалом на ми-
шени; д — триодная схема с разделением
камеры формирования разряда и камеры
распыления; е — система с пушкой для
ионного распыления (К — катод* А —»
ввод; П — подложка М — мишень; Тр —
трансформатор; Э — электроды)
428
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
зами, снимает накопившийся иа под-
ложке заряд Схема наиболее пригодна
для распыления диэлектриков.
Схема распыления на постоянном то-
ке с постоянным смещением — раз-
новидность схемы распыления на по-
стоянном токе, отличающаяся тем, что
на подложку подается отрицатель-
ный по отношению к аноду потенциал
для предотвращения десорбции напы-
ляемых на подложку частиц и для
уменьшения загрязнения подложки
н пленки остаточными газами.
ногокатодная схема — схема, в ко-
торой при одном и том же потенциале
разряда распыляется несколько като-
дов, а образовавшееся из отдельных
компонентов соединение осаждается
на подложке.
Схема с независимым распылением
катодов — схема, в которой поочередно
распыляется несколько катодов, а об-
разующиеся пленки осаждаются па
одну и ту же подложку последова-
тельно.
Эффективность диодных систем ка-
тодного распыления снижается при
давлениях ниже 10"*Па в связи с умень-
шением концентрации ионов рабочею
газа, в то же время для получения
газопенанолнепных пленок целесооб-
разно уменьшить давление в рабочей
камере. С этой целью разработаны
системы с искусственным поддержани-
ем разряда за счет использования либо
термоэмиссионного катода, либо высо-
кочастотного поля, а также миогоэлек-
тродные системы. Для поддержания
высокочастотного разряда и стабили-
зации тлеющего разряда используется
магнитное поле, предотвращающее по-
падание вторичных электронов па под-
ложку. Эта группа схем получила на-
звание ионио-плазменного распыления.
Ионио-п азмениое распыление — ме-
тод получения резистивных, проводя-
щих и диэлектрических пленок, при
котором распыление осуществляется
бомбардировкой материала мишени ио-
нами плазмы газового разряда низкого
давления, формируемого между термо-
катодом и независимым анодом. Отли-
чительной чертой ионно-плазмсниого
распыления является высокий вакуум,
что обеспечивает получение ботее чис-
тых пленок. Электрические цепи раз-
ряда и распыления развязаны.
Триодная схема с постоянным потен-
циалом на мишени — схема ионно-
плазменного распыления, при которой
мишень из распыляемого материала
находится под постоянным отрицатель-
ным потенциалом относительно потен-
циала плазмы. Распыленные атомы
осаждаются на подложку, располо-
женную параллельно мишени.
Схема с изолированным источником
плазмы — схема ионио-плазменного
распыления, при которой плазма гене-
рируется в ионизационной вспомога-
тельной камере, откуда сформирован-
ный сильным магнитным полем узкий
ионный пучок ее диффундирует в глав-
ную распределительную камеру с рас-
положенной в ней мишенью имеющей
потенциал, достаточный для ускоре-
ния ионов до энергий необходимых
для распыления материала мишени.
Магнетронная схема — метод ион-
по-плазмспного распыления, при кото-
ром область газового разряда нахо-
дится в поперечном магнитном поле
обращенного магнетрона (внешний ци-
линдр — катод, внутренний цилиндр
анод), что позволяет усилить иониза-
цию за счет движения электронов по
спиральным траекториям вокруг анода
и сконцентрировать ионы плазмы на
распыляемой мишени.
Тетрадная схема — схема нонно-
плазменпого распыления,в которой
цепь разряда имеет дополнительный
электрод, обеспечивающий гибкость
управления его режимом i стабилиза-
цию процесса
Ионно-плазменное распыление с плаз-
мо-химическим источником типа чРа-
дикалъ — разновидность иопно-плаз-
меиного распыления с изолированным
источником плазмы, при котором в
плазму источника вводится химическое
соединение, участвующее в процессе
формирования физической структуры.
Реактивное распыление предусма-
тривает введение в среду тлеющего раз-
ряда реактивного газа(кислород,окись
углерода и др.), что позволяет полу-
чать пленки с заданными свойствами,
а также пленки соединений основного
материала. Окисление или азотирова-
ние распыпяемого материала происхо-
дит на поверхности мишени либо в про-
цессе формирования пленки. При низ-
ких давлениях более вероятен второй
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГИС
429
27. Температуры и материалы испарителей,
используемые для испарения простых элементов
Испа- ряемое вещество Темпера- тура, СС Материал испарителя Примечание
плавления испарения при 13.3 Па проволока, фольга тигель
Алюми - ни»1 А1 659 1220 W €, BN. TiB2—BN Образует сплавы с W н реагирует с углеродом. Предпочтительно использовать тигли из нитри- дов. Материал испарителя дол- жен хорошо смачиваться
Бари й Ва 710 610 W. Мо. Та, Ni. Fe Металлы Смачивает тугоплавкие металлы без образования окислов
Висмут Bi. Bi2 271 670 W, Mo, Ta Ni Скислы, С, металлы Пары токсичны
Ьор В 21001 -г 100 2000 — с Пленки бора легко загрязня- ются у глеродом
Кадмий Cd 321 265 W. Mo, la, Fe. Ni Окне л ы, металлы Сублимируются Конденсация требует большого перенасыще- ния, приводит в негодность ва- куумную систему
Кальций Са 850 600 W А12Оа —
Углерод С 3700 2600 —- — Испарение иагревом электрон- ной пушкой
Хром Сг 1900 1400 W, Ta Сублимируется. При образова- нии окисла на поверхмости навески испарение становится затруднительным
Кобальт Со 1495 1520 W А12О3, ВеО Образуется сплав с W. Возмож- на сублимация с малой ско- ростью
Медь Си 1084 1260 W, Mo, Ta Mo, С, А13О3 Предпочтительным материалом является высокопроводящий Мо
Галлий Са 30 ИЗО ВеО, А!2О3 Образуют сплавы с туюпллв- кщми материалами. Окисли под- вергаются воздействию при тем- пературе выше 1000 °C
Герма- ний Ge 940 1400 W. Mo, Ta W. с, А1МО, Наиболее чистые пленки полу- чаются при испарении элек- тронной пушкой
Золото Ли 1063 1400 W, Mo Mo. С Реагирует с Та. Тигли нз Мо выдержинают несколько процес- сов испарения
Индий In 156 950 W, Mo Mo, С Хорошо испаряется из лодо чек Мо
Железо Fe 1536 1480 w ВеО, А1,О3. ZrO, Образует сплавы со всеми туго- плавкими металлами. Возможна сублимация с малой скорост г ю
Свинец Fb 328 715 W. Mo, Ni. Fe Металлы Нс смачивает тугоплавкие ме- таллы Токсичен
Магний М14 650 440 W. Mo, Ta. Ni Fe, С Сублимирует
Марга- нец Мп 1244 940 W. Mo. Ta А12О„ Смачивает тугоплавкие металлы
Моли- бден Мо 2620 2530 — — Катодное испарение и испаре- ние электронной пушкой
Никель Ni 1450 1530 W Тугоплавкие ОКИСЛИ Образует сплавы с тугоплав- кими металлами. Предпочти- тельно испарение электронной пушкой
Пал л а дий Р<1 1550 1460 w А1аОэ Образует сплавы с тугоплав- кими металлами. Возможна суб- лимация с малой скоростью
430
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Продолжение г а б л. 27
Нспа ряешое вещество Темпера- тура, °C Материал испарителя Примечание
плавления испарения прн 13,3 Па проволока, фольга тигель
Платина Pt 1770 2100 IV ThO2, ZrOs Образует сплавы с тугоплав- кими металлами. Предпочтите- лен нагрев электронной пушкой
Родий Rh 1966 2040 W ThO2, ZrO, Предпочтителен электронный нагрев
Селен Sex~— Sen {л=1-8) 217 240 Мо, Та Mo, Ta, C, A1,O, Смачивает все материалы нспа рителей. Выводит из строя ва- куумную систему Токсичен
Кремний 1 Si 1410 1350 BeO, ZrO.. ThO„ C Тигли из тугоплавких окнелов разрушаются расплавленными S! и пленки загрязняются SiO Наиболее чистые пленки полу чаются при нагреве электрон ной пушкой
Серс^ро Ar 961 ИЗО Мо, Та Mo, C Не смачивает W. Наиболее долговечны тиглн нз Мо
Стр< н ций Sr 770 540 W. Мо, Та Mo, Ta, C Смачивает все тугоплавкие ме- таллы, не образуя сплавов
1 ант ал Та 3000 3060 — — Катодное и электронно лучевое испарение Последнее предло чтительиее
Теллур Те, 450 375 W, Мо. Та Mo. Ta, C. A1,O, Смачивает все тугоплавкие ме- таллы. не образуя сплавов Загрязняет вакуумную систему Токсичен
Олово 232 1250 W. Та C. AI,O, Смачивает и разрушает Мо
Титан Ti 1700 1750 W, Та C, ThO, Предпочтителен нагрев элек- тронной пушкой
Воль- фрам W 3380 3230 — Испарение электронной пуш кой Катодное распыление
Ванадий V 1920 1850 Мо. W Mo Смачивает Мо, не образуя спла- ва. Слабо реагирует с W. образуя сплав. Сублимирует с малой скоростью
Цинк Zu 420 345 W, Та, N1 Fe. AI2O„ C, Mo Высокие скорости сублимации Смачивает тугоплавкие металлы, не образуя сплавов Осаждение на стенкн приводит в негод- ность вакуумную систему
Цирко- ний Zr 1850 2400 W Смачивает и слабо реагирует с W, образуя сплав Предпо чтительно испарение электрон ной пушкой Катодное распыление. Испаре- ние электронной пушкой
Ниобий Nb 2468 2660 — —
Рений Re Рутений 3180 3170 — Испарение электронной пушкой
2500 2317 — Сублимация
Ru
ИттрнЙ У 1509 1905 W, Мо, Та AI,O„ C Хорошо смачивает тугоплавкие металлы
Неодим 1024 1575 W, Мо Al,O„ C
Nd
Гафний 222/ 2670 W, Мо A1,O,
Hi
Примечание. При нагреве электронной пушкой преимущественно
используются медные водоохлаждаемые тигли.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГИС ф31
28. Температуры испарения и материалы испарителей
неорганических соединений
Испа- ряемое вещество Температура, °C Материал испарителя Примечание
плавления испарения при давле- нии 13,3 Па проволока, фольга тигель
А1,О, 2030 1800 — W, Мо Не разлагается. Температура испарителя 1850—2200 °C
В,О, 450 1700 Pt Мо Температура испарителя 1000— 1300 °C
ВаО 1925 1510 — AI2O3, Pt При распылении из Pt-тигля небольшое разложение
ВеО 2s30 2230 W — Не ризла1астся
СаО 2600 2050 Мо, W ZrO,, Мо Мо, W образуют летучие Оки слы, молибдаты и вольфраматы при 2000 СС
In,О, — 1400 Pt А!,О, Из Pt с небольшим разложением
MgO 2800 1560 Мо, W А1,О, Мо или W образуют летучие ок и слы, молибдаты и вольфра- маты
Sb^Sg 656 450 W, PI При испарении нз W переходит в низкие окнелы. При испаре- нии из Pt испарителя разло- жения нет
SiO 1025 Та. Мо Диссоциация иа S1 и Ож начи- нается при Т > 1250 °C и мо- жет привести к пленкам с недо- статком кислорода. При рас- пылении возможно разбрызги- вание
SiO, 1730 1250 Та, Мо, W А1,О, При нагреве электронной пуш- кой разложения не происходит. Та, Мо, W взаимодействуют с SiOx с образованием летучих окислов. В полупроводниковой технике используется термиче- ское осаждение из газовой фазы
SnOa Разла- гается при В 27 °C W SiO, Плевки, полученные непосред- ственным напылением из W. имеют дефицит кислорода
wo, 1473 1140 W Pt При использовании W нагре- вателя происходит небольшое разложение
ZrO, 2700 Та. W При испарении из Та при 1730 °C образуется летучая ТаО. При испарении нз W образуют плен- ки с дефицитом кислорода
ZnS 1830 1000 Мо, Та Мо Наблюдаются небольшие откло- нения от стехиометрического состава
CdS 1750 670 Та, Мо₽ W С, SiO,, Pt Состав пленок имеет отклоне- ния от стехиометрического со- става, наблюдается обогащение серой
CdSe 1250 660 — Al,О,
Cd Те 1 too 570 Та — Стехиометрический состав зави- сит от температуры подложки
PbS 1112 675 Мо, Fe SiO, Fe или Мо реагируют с обра- зованием летучих сульфидов
Sb,S, 546 550 Мо — —
MKF, 1263 ИЗО Мо Pt Очень малая диссоциация иа элементы
432
МАТЕРИАЛЫ ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Продолжение табл. 28
Испа- ряемое вещество Температура, °C Материал испарителя Примечание
плавлення испарения при давле- нии !3.3 Па проволока, фольга тигель
C.jF, TiO, 14 18 1840 1300 Раз- лага- ется иа низ- кие оки- сли !1рИ натре- не до 20004. Мо Та Реактивное распыление, терми- ческое осаждение из газовой фазы (OC4H,)tTi
механизм, при высоких — первый.
Возможен также механизм образова-
нии соединения в паровой фазе. Реак-
тивное распыление позволяет регули-
ровать состав пленки за счет измене-
ния концентрации реактивного газа.
Установки для термического и ионно-
плазменного испарения делятся на
одноонерациоииые и многоопсрацион-
ныс. В однооперационных установ-
ках, в которых для смены трафарета
необходимо осуществлять разгермети-
зацию рабочей камеры, наносят топкие
пленки одного материала либо мате-
риалов одного функционального назна-
чения например материалов контакт-
ных площадок и т п. Однооперанион-
иые установки удобны в эксплуатации,
они обычно специализируются на рас-
пылении одних и тех же материалов, в
них ослаблены требования к конструк-
ции подколпачных устройств по экра-
нировке одних испарителей от других.
В многооиерационных установках
смена трафаретов осуществляется в ва-
кууме что приводит к значительному
сокращению машинного времени на на-
несение комбинации слоев в едином
технологическом цикле без разгерме-
тизации камеры Для мпогооперацион-
ных установок наиболее сложными
являются проблемы надежного совме-
щения трафаретов различных слоев,
а также взаимной экранировки рабо-
чих зон для распыления различных
материалов.
В табл. 27 и 28 приведены свойства
различных материалов, применяемых
в микроэлектронике, с точки зрения
условий вакуумного распыления. Хи-
мические методы получения тонких
пленок основаны на реакциях между
поверхностью подложки и средой,
дающих тонкий слой вещества иа по-
верхности подложки.
Термическое осаждение из газовой
фазы позволяет получать изоляцион-
ные, проводниковые и полупроводни-
ковые слои. Перенос вещества осу-
ществляется газом-иоентелем. Наибо-
лее часто термическое осаждение из
газовой фазы используется для нане-
сения пленок окиси кремния и полу-
проводниковых плевок па поверхности
кремния или сапфира. Можно получать
этим методом и различные металличе-
ские пленки.
Некоторые вещества сложного со-
става при соприкосновении с нагретой
до опредеделенной температуры по-
верхностью распадаются на составные
части, одна из которых (обычно орга-
нического происхождения) улетучи-
вается, а другая осаждается иа под-
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ
433
ложке. Распад вещества может осу-
ществляться также под действием облу-
чения лазерным лучом, ультрафиоле-
товыми лучами, электронным лучом,
у-кваитами и т. п. Метод получил на-
звание пиролиза.
Электролитическое осаждение осу-
ществляется в специальных ваннах,
заполненных электролитом и содержа-
щих анод и катод (подложка). В ка-
честве катода используют проводящие
материалы, анод выполняют из инерт-
ного по отношению к электролиту ма-
териала пли из материала, из которого
осаждается пленка.
Для формирования окисных пленок
металлов используют также анодное
окисление, при котором химически
активные вещества (металлы) взаимо-
действуют с ионами кислорода, выде-
ляющегося у анода при электролизе.
При этом металл анода не растворяется
как в случае электроосаждения. Меха-
низм роста пленки заключается в пере-
носе попов кислорода через растущий
окненый слой под действием электри-
ческого поля, возникающего в пленке
при приложении к электродам внеш-
него поля.
материалы для
ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ
Тонкопленочные резисторы (ТПР)
являются наиболее распространенны-
ми тонкопленочными элементами гиб-
ридных интегральных схем, формиро-
ванию которых уделяется наибольшее
внимание при производстве гибридных
схем Основными параметрами ТПР,
определяющими выбор их конструкции
и материалов для их изготовления,
являются величина сопротивления, но-
минальная мощность рассеяния вре-
менная и температурная стабильность,
слабая зависимость удельного сопро-
тивления от различных факторов тех-
нологического процесса формиро-
вания.
Взаимосвязь конструктивных и тех-
нологических параметров ТПР уста-
навливается основным уравнением для
их расчета:
„ 1 1
где R — сопротивление резистора, р —
удельное сопротивление материала ре-
зистивной пленки; I — длина рези-
стора; b— ширина резистора; h —
толщина резистивной пленки.
С учетом того, что все резисторы на
подложке формируются в едином тех-
нологическом цикле, можно допу-
стить, что величины р и h имеют незна-
чительный разброс по подложке (на
практике этот разброс не превышает
±5—7 °о). Это позволяет ввести поня-
тие удельного поверхностного сопро-
тивления ро резистивной пленки, ве-
личина которого определяется только
удельным сопротивлением материала
пленки и его толщиной и численно
равна сопротивлению пленочного ре-
зистора в форме квадрата с произволь-
ным размером сторон. Это понятие
специфично для микроэлектроники и
не применяется в других областях
техники. Уравнение для сопротивле-
ния резистора при этом может быть за-
писано в виде
R — Po'y = Pa'V>
где Л' — отношение длины резистора
к его ширине или число квадратов ре-
зистора.
Из выражения для сопротивления
тонкопленочного резистора видно, что
теоретически можно добиться беско-
нечно большого сопротивления даже
в пленках благородных металлов,
уменьшая их толщину. На практике
добиться высокого поверхностного со-
противления пленок высокопроводя-
щих материалов (Au Си Ag) не удает-
ся в связи с физическими законами
образования пленок
Испаряемые атомы металла, сплава,
композиции, попадая па подложку,
не сразу конденсируются на пей.
В зависимости от условий взаимодей-
ствия с поверхностью подложки они
либо отражаются от поверхности под-
ложки, либо мигрируют по поверх-
ности Чем выше температура подлож-
ки, тем больший процент атомов пов-
торно испаряется с поверхности под-
ложки. Адсорбированные атомы во
время поверхностной <1н|>фу ии обра-
зуют вначале двухатомный зародыш
(дуплет) в точках поверхности, спо-
434
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рис. 7 Зависимость поверхностного со
противления (а) и ТКС (б) металлической
пленки от толщины для участков с различ-
ной структурой
собствующих образованию зародышей.
Зародыши, захватывая вновь посту-
пающие атомы, увеличиваются в раз-
мерах преимущественно в плоскости
подложки и в меньшей степени пер-
пендикулярно ей, образуя островки.
Адсорбированные атомы обладают до-
статочно большой поверхностной под-
вижностью, и в результате ярко выра-
женные островки из материала пленки
на подложке образуются спустя дли-
тельное время после образования за-
родышевых центров. В конце концов,
эти островки сливаются и образуют
непрерывную пленку, но это происхо-
дит после того, как средняя толщина
пленки составит несколько атомарных
слоев.
Резистивные пленки толщиной менее
О 01 мкм имеют нестабильные характе-
ристики из-за большого количества
пор и являются нетехиологичными
из-за трудностей в контрольных опе-
рациях.
На рис. 7 приведены типичные зави-
симости поверхностного сопротивления
металлических пленок рц и темпера-
турного коэффициента сопротивления
(ТКС от ее толщины. Следует разли-
чать четыре характерных для прово-
дящих пленок этапов роста: / — обра-
зование и рост островков металла;
II — касание островков между собой;
III — образование проводящей сетки
С дальнейшим уменьшением размера
и числа промежутков между остров-
ками; IV — формирование сплошной
проводящей пленки.
Средняя толщина пленок с островко-
вой структурой зависит от темпера-
туры подложки, температуры испари-
теля, скорости осаждения, поверх-
ностных энергий пленки и подложки.
Эта толщина составляет от нескольких
десятков до нескольких сотен наномет-
ров для тугоплавких металлов W
Мо, Re, Та, для Au она составляет
несколько десятков нанометров.
Проводимость островковой пленки
определяется размером островков и
средним расстоянием между ними,
проводимость основного металла при
этом нс существенна. Транспорт элек-
тронов в островковых пленках осу-
ществляется посредством эмиссий Шот-
ки и туннелированием через зазор
между островками и диэлектрическую
подложку. Для большинства остров-
ковых пленок ТКС имеет отрицатель-
ные значения. Сопротивление таких
пленок очень сильно зависит от изме-
нения расстояния между островками и,
следовательно, от коэффициента ли-
нейного расширения подложки.
Смыкание островковой структуры
приводит к монотонному уменьшению
поверхностного сопротивления, уве-
личивается вклад металлической про-
водимости в общую проводимость
пленки. ТКС переходит из области
отрицательных значений в область
положительных значений.
Проводимость и ТКС сплошных пле-
нок являются характерными для мас-
сивных проводников, однако они в не-
сколько раз меньше из-за влияния
границ и дефектов
Наиболее приемлемыми с технологи-
ческих и надежностных точек зрения
являются тонкопленочные резисторы
с толщиной, превышающей 100 нм.
Помимо уменьшения толщины плен-
ки повышение удельного сопротивле-
ния можно добиться путем использова-
ния ряда явлений в чистых металлах,
сплавах и композициях
МОНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Проводимость массивного материала
связана с временем релаксации с между
двумя актами взаимодействия свобод-
МОНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
435
ных электронов соотношением Зоммер-
фельда-
где е—заряд электрона; п — число
носителей заряда, т * — эффективная
масса носителя заряда
Понятие эффективной массы носи-
теля заряда вводится для учета взаи-
модействия между электронами и элек-
тронов с кристаллической решеткой.
Время релаксации между двумя ак-
тами взаимодействия т должно умень-
шаться в тонкой пленке ввиду бли-
зости границ, а следовательно, удель-
ное сопротивление возрастает.
Уменьшения проводимости можно
добиться путем сокращения числа сво-
бодных носителей заряда и увеличения
эффективной массы электрона, для
чего используются тугоплавкие ме-
таллы (Сг, Та, Мо) и полупроводники.
Однако для чистых полупроводников
характерна экспоненциальная зави-
симость концентрации п носителей за-
ряда от температуры, что приводит
к большим отрицательным значениям
ТКС.
В табл. 29 приведены резистивные
характеристики пленок чистых метал-
лов В мировой практике наибольшее
применение в качестве резистивных
материалов получили ( из чистых ме-
таллов) Сг, Та, Re.
Хром удовлетворяет практически
всем требованиям, предъявляемым к
материалу резистивной пленки— вос-
производимости и стабильности элек-
трических параметров, способности
длительное время работать без отка-
зов иметь высокое удельное сопро-
тивление, низкий ТКС Он достаточно
тугоплавок, имеет стабильную и плот-
ную окисную пленку.
В интегральных схемах прн некото-
рых технологических операциях хром
может служить в качестве и резистив-
ного, и адгезионного слоя. Кроме
того, хром хорошо совместим с любым
проводящим материалом. При испаре-
нии он легко сублимируется, навеска
хрома для испарения используется
однократно вследствие образования на
ией плотной окиси, препятствующей
последующему испарению
Рис 8. Удельное сопротивление пленок
хрома в зависимости от температуры под-
ложки и скорости осаждения (числовые
значения иа графике равны отношениям
удельного сопротивления пленок к удель-
ному сопротивлению массивного мате-
риала, t — температура подложки* ф —
скорость осаждения)
Пленки хрома* как и большинство
резистивных пленок чистых металлов,
состоят из относительно чистых остров-
ков металла в матрице изолирующей
окиси хрома. Обнаружено (рис. 8), что
пленки с минимальным удельным со-
противлением могут быть получены
только при одном сочетании темпера-
туры подложки и скорости осаждения.
Тугоплавкий металл рений приме-
няется для создания тонкопленочных
резисторов с высоким удельным по-
верхностным сопротивлением (до
I(r Ом/СЗ). Резистивные пленки рения
находятся в стадии агломерации, в ко-
торой добавочное сопротивление появ-
ляется вследствие конечного расстоя-
ния между частицами пленки. Туго-
плавкость рения позволяет использо-
вать его даже при толщинах порядка
4 им. Пленки получаются чаще всего
посредством электронно-лучевого разо-
грева гранул рения в вакууме 1 -ь
-4- 6- 10м Па. Осаждение пленок осу-
ществляется при температуре подложки
порядка 350 °C. Пленки рения нуж-
даются в защите от воздействия атмо-
сферы, поэтому их обычно покрывают
защитным диэлектрическим слоем мо-
ноокиси или окиси кремния. Анализ
характеристик резистивных пленок ре-
ния с удельным поверхностным сопро-
436
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
29. Резисторные свойства тонких слоев чистых металлов
Металл О. мкОм- см On. Ом/D ТКС- 10’. K“* — SO — 4-25 "С + 25 г 125 °C ^ОПТ’ Материал контакта подслой проводящий слой
Au Al NI Pl Pd Nb Ta (a-. Ц-фазы) Cr Tl Mo w Re • 2,3 2.69 6,84 9.84 10.8 16 13 — 200 13 55 5,2 5,5 20 ^екомен 5—10 2 — 20 10 — 300 50 • 20—30 20—30 60—500 10— 10- (100— 1000) • 50— 500 300 • 60—100 200—1 coo 100—10 000 ICO—5 000 (300—1000) • дуемая величина 3.9 0,2 3,5 0,25 2.0 2,0 2,5 0.4 2.0 0.1-3,0 0.2 0.8 0.7 1.8 4.0 1,1 0,1 0.3 10- 100 4 — 200 50—1000 20 — 300 20—300 100—12 000 100—100 000 50—5000 50— 1000 200— 10 000 100—10 000 300—10 000 Сг. NICr Au Сг. NICr Al + Ni NICr Co A! Cr. NiCr PI Pd Cu + N i Al + Ni Ta Cu. Al + Ni Al+Ni Al, Cu l-Ni AI + NI Cr Cu+Ni
тивлением 2500 Ом/□, 1000 Ом/□,
250 Ом/О показывает, что максималь-
ное отклонение сопротивлении рези-
сторов от первоначального значения
составляет 0,25 %. Без термообработки
уход резисторов составляет 0,2 % за
5000 ч естественного хранения. Посте
ускоренного старения в течение 100 ч
при температуре ВО °C под нагрузкой,
соответствующей номинальной мощ-
ности рассеяния, рениевые резисто-
ры практически не изменяют своего
номинала. Для улучшения ТКС ре-
ниевых резисторов производится раз-
герметизация камеры яри температуре
подложки порядка 200 °C, однако при
этом для создания прецизионных рези-
сторов требуется их подгонка по номи-
налам сопротивления, так как при
подобной термообработке сопротивле-
ние снижается неконтролируемо на
15—20 % (см. табл. 29).
Резистивные пленки из вольфрама
получаются катодным распылением
вольфрамовой мишени при давлении
аргона порядка 2—5 Па. При малых
скоростях распыления получаются бо-
лее высокоомные пленки с большим
МОНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
437
количеством дефектов и включений.
При увеличении скорости распыления
пленки получаются более плотными
и стабильными во времени Скорость
распыления ограничивается устойчи-
востью разряда. Общая тенденция
изменения ТКС в сторону положитель-
ных значений (рис. 9) объясняется
коалесценцией островков пленки с рос-
том пленки и образованием «мостиков»
между ними, что приводит к преобла-
данию металлической проводимости.
При малых скоростях распыления су-
ществует тенденция к образованию
крупнозернистой пленки с равномер-
ным распределением включений по
кристаллам, приводящая к преобла-
данию рассеяния носителей на упру-
гих колебаниях и дефектах кристалли-
ческой решетки.
Резисторы с рп от 200 до 800 Ом/ □
прн определенных скоростях распы-
ления могут иметь ТКС, близкий к
нулю.
Тантал и его соединения. Универ-
сальность применения тантала объяс-
няется его высоким удельным сопро-
тивлением, возможностью контроли-
руемого изменения электрических па-
раметров путем легирования и окисле-
ния, хорошими защитными свойствами
окисных пленок. Термообработанные
или анодированные пленки тантала
характеризуются высокой стабиль-
ностью электрических свойств и малым
значением ТКС.
Вследствие высокой тугоплавкости
предпочтительным методом получения
танталовых пленок является катодное
распыление, а не напыление в вакууме,
хотя последний метод является наибо-
лее предпочтительным для получения
особо чистых пленок, в частности
сверхпроводящих. Если не применять
специальных мер предосторожности,
пленки тантала содержат различные
примеси. Попытки улучшить однород-
ность и проконтролировать чистоту'
танталовых плевок привели к улучше-
нию процесса катодного распыления
как общего метода получения топких
пленок. Фактически все модификации
катодного и ионно-плазменного распы-
ления разрабатывались первоначально
для танталовой технологии
Структурные исследования тонких
Рис. 9. Зависимости:---------ТКС пле-
нок вольфрама от удельного сопротивле-
ния; * ---------- удельного сопротивле-
ния от толщины пленки.
Скорость напыления. / — 10 мм мин; 2 —*
15 мм/м и в; 5—20 мм/мин
пленок тантала позволили обнаружить
присутствие по крайней мере двух
основных фаз с объемно-центрирован-
ной кубической решеткой а—Та и с тет-
рагональной структурой р—Та. Пер-
вая структура характерна для массив-
ного тантала, вторая встречается толь-
ко в тонких слоях Пленки р—Та
имеют большее удельное сопротивле-
ние и меньший ТКС по сравнению
с а—Та, и с этой точки зрения его
использование в качестве резистивного
материала более предпочтительно Од-
нако в реально получаемых структурах
танталовых пленок обычно присут-
ствуют обе модификации тантала, что
приводит к зависимости электрофизи-
ческих характеристик танталовых пле-
нок от конкретных условий формирова-
ния. Величину поверхностного сопро-
тивления нужно контролировать непо-
средственно, а не косвенно по времени
напыления (табл 30)
Пленки с малой плотностью полу-
чаются при особых режимах распыле-
ния и отличаются от других танталовых
пленок большим количеством пор,
которые уменьшают фактическое сече-
ние проводящего слоя Пористая струк-
тура имеет много областей, в которых
удельное сопротивление гораздо выше
438
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
30 Сравнительные характеристики танталовых пленок
Характеристика Массивный образец Тонкая пленка
«структура 0-структура с малой плотностью
Кристаллическая струк- тура Постоянная решетки Плотность. т/мя Удельное сопротивление. мОм - м Температурный коэффи- циент сопротивления ТКС-10», к-1 Объемно- центриро- ванная а0 = 3,303 16.6 1.3 4-3.8 Объемно- центриро- ванная а0 — 3,31 — 3.33 15,6 2,5—5,0 4-0,54-1,8 Тетраго- нальная а = 5,34. с = 9,94 15,9 18,0—22,0 — 0.14-0.1 Тетраго- нальная или объемно- центриро- ванная 12,1 500 — 0.14-0,1
обычного из за рассеяния в переход-
ных зонах электронов проводимости.
Танталовые пленки малой плотности
имеют настабильные характеристики.
На рис. 10 приведены данные по точ-
ности воспроизведения сопротивления
свеженапыленных пленок, которые
можно достигнуть для различных чис-
тых металлов в зависимости от величи-
ны поверхностного сопротивления. На
рисунке не приведены данные по тан-
талу в связи с большой зависимостью
точности воспроизведения от конкрет-
ных условий.
Сплавы и композиции. Резкого
уменьшения проводил ости металли-
ческой пленки можно добиться путем
Рис 10. Зависимо ть точности воспроиз-
ведения удельного поверхнос него сопро-
нвления Ар/р монометаллн еевнх систем
от удельного поверхно тного сопротивле-
ния р
уменьшения длины свободного пробега
носителей заряда. В частности, суще-
ствует рассеяние электронов проводи-
мости на поверхности пленки (эффект
Фукса—Зондхеймера), обусловливаю-
щее увеличение поверхностного сопро-
тивления при сохранении низкого тем-
пературного коэффициента. Эффект
проявляется при малых толщинах
пленки, подобные пленки легко агло-
мерируются и поэтому имеют ограни-
ченную механическую целостность. Эф-
фект можно использовать для умень-
шения проводимости в совокупности
с другими эффектами.
Тонкие пленки, полученные различ-
ными методами осаждения, имеют боль-
шое количество структурных дефектов
таких как дислокации, границы зерен,
вакансии, примесные атомы и др.
Согласно правилу Матиссена суммар-
ное удельное сопротивление «грязной»
пленки определяется выражением
р' = р (Т) 4- РдСф,
где p (7) — составляющая, зависящая
от температуры и вызванная рассея-
нием электронов иа температурных ко-
лебаниях решетки рдеф - остаточное
сопротивление, вызванное рассеянием
на дефектах структуры и зависящее
от толщины пленки, особенно для ма-
териалов склонных к окислению
Любое изменение концентрации де-
фектов выразится в изменении допол-
нительного сопротивления. Ниже при-
МОНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
439
ведены примерные дополнительные со-
противления (мкОмXсм), обусловлен-
ные дефектами различного типа
...................................
Вакансии ..................... 0,5
Внедрения..................... 1.0
Границы зерен...................40
Равновесные примеси ....*. ISO
В сплавах и твердых растворах на-
личие двух сортов атомов различного
диаметра и массы вызывает существен-
ное нарушение симметрии упаковки
и связанное с ним смещение атомов
и уменьшение длины свободного про-
бега электронов. Вклад примесных
атомов в удельное сопротивление ме-
талла зависит (правило Линде) от места
растворяемого атома в периодической
таблице элементов. Остаточное сопро-
тивление на 1 °6 примеси по этому пра-
вилу
Др = а + b (Z')2,
где 7,' — разность валентностей ато-
мов растворителя и примеси; а и b —
эмпирические константы, зависящие
от природы металла растворителя и
номера ряда, в котором находится
элемент атома примеси в периодиче-
ской таблице.
Рассеяние электронов па наруше-
ниях симметрии упаковки подобного
типа может значительно превышать
рассеяние на тепловых колебаниях
решетки, следствием чего будет резкое
снижение ТКС. Поскольку одновре-
менно со снижением ТКС происходит
существенный рост общего удельного
сопротивления, один из путей получе-
ния резистивных материалов для тон-
копленочных резисторов состоит в со-
здании сплавов с высоким удельным
сопротивлением.
Теоретически этот путь повышения
удельного сопротивления может охва-
тить все необходимые номиналы пле-
ночных резисторов, тем более что пре-
дельным случаем разупорядочения яв-
ляется аморфное (стеклообразное) со-
стояние, в котором реализуется лишь
прыжковая проводимость. Однако со-
здание тонкопленочных резисторов на
основе высокорезистивпых сплавов
имеет важное ограничение, связанное
с тем, что в равновесных условиях
разупарядэчешге сплавов и концентра-
ция введенных дефектов ограничены
и им противостоят тенденция упорядо-
чения сплавов и тенденция к снижению
плотности дефектов за счет их анниги-
ляции.
Стабилизация разупорядочепного со-
стояния может быть достигнута в си-
стемах, содержащих тугоплавкие эле-
менты, для которых характерна высо-
кая энергия активации при переходе
из метастабильного в равновесное со-
стояние, а также элементы, склонные
к стеклообразованию.
В соответствии с этим наиболее ши-
роко в сплавных пленках применяется
кремний Типичным примером являют-
ся сплавы РС3710 и РС3001, характе-
ристики которых приведены в табл. 31
Сплав РС3710 весьма широко приме-
няется в настоящее время в отече-
ственной микроэлектронике, он вклю-
чает в себя 50—56% Si, 36—39% Сг и
8—11% N’i. Сплав РС3001 состоит
из 66—71% Si, 28—32% Сг, 4—6% Fe.
Анализ химического состава пленок
сплавов РС3710 и PC300I показывает,
что вначале при термическом напыле-
нии па подложке осаждаются фракции,
богатые кремнием, и только спустя
2—3 мин восстанавливается соотно-
шение компонентов. Увеличение кон-
центрации Ni до 10 % подавляет эти
явления Наиболее вероятным объяс-
нением этого фактора может служить
предположение о взаимодействии ато-
мов хрома, имеющего более высокое
парциальное давление паров, чем у
кремния, с остаточными масляными
парами и другими органическими сое-
динениями в рабочей камере.
Хромсилицидные сплавы обладают
высокой термостабильностью, измене-
ние 5 % сопротивления А/? не превы-
шает в диапазоне 0—400 °C. Сплавы
РС3710 и РС3001 проявляют сложную
зависимость сопротивления от темпе-
ратуры, изменяя металлическую про-
водимость иа полупроводниковую при
200—300 СС. Сплавы не критичны к
мощности рассеяния, вольт-амперные
характеристики имеют характер, очень
близкий к линейному отказ резистора
при повышенной нагрузке происходит
резко.
Устойчивое применение нашли пле-
ночные резисторы на основе других
двух-трехкомпопентиых силицидных
31 Резистивные свойства тонки» пленок сплавов и микрокомпознций
Материал резистивного слоя Метод формирования Коммутационные слои Удельное сопротивле ине, Ом/d Температур- ный коэффи- циент сопро- тивления ТКС- 10«. К"1 Надежность
NICr (20% Сг, 80% Ni) БрНТГ-20 (40% N1. 20% Мд. 36% Си. 3% Те, 0,2—0,3% Ti) МЛТ-ЗМ PCi004 РС3001 РС3710 Кермет К-20С Кермет К-30С Кермет К-50С Cr-Si (51% Si) РС4 800 Re-W (50% W) Re—W (75% W) Re—Si Ta,N Mo-Si, (67% Si) «Взрывное» испарение. Испарители. W — проволока, фольга Катодное распыление Термическое напыление Испарители: Та, W — проволока, фольга Термическое напыление «Взрывное» испа- рение. Испарители, W — проволока, фоль- га Катодное распыление «Взрывное» испарение Термическое напыление. Испарители: Та, W — проволока, фольга Ионно-плазменное распыление «Взрывное» испарение Термическое напыление. «Взрывное» испа- рение Испарители: Та, W — проволока, фольга То же «Взрывное» испарение «Взрывное» испарение Испарители- Та. W — фольга Термическое напыление с электронно- лучевым нагревом Катодное распыление со смещением Катодное распыление Катодное распыление Реактивное распыление Реактивное распыление Al, Cu —Ni; Al. Си —Nl Си —Al—Ni: Cr—Си —Nl; V —Си —N; Cr-Al; Cr-C.u-Nr V-Cu-Ni; Cr — Au V-Си- Ni; Cr — Au V —Cu —Nr; Cr —An; V —Ai —Ni Cr-AI -Ni; V —Al —Nr; Cr —Au Cr —Ai —Ni; Cr —Au; V-A1-N1 Cr—Al —Nr; Cr — Au V —Al —Ni Cr-AI - Ni; V —Al —Nr Cr—Cu —Ni V-Cu-Ni Ti-Al; V-Al Mo-Al; 3-3 000 30(1 5-1 200 (350—400) * 0,2-10 200 — 500 20 000 40 000 — 50 000 1 000 — 2 000 1 000 300 — 5 000 3 000 • 5 000-10 000 5 000-10 000 500-10 000 3 000 ♦ 100-1 000 6 000 500 5 000 20 000 50—500 2 Й0 + 3,0—3.5 + 1.0-2.0 1,5 5.0 = 1 -2 19 15 — 25 -0,2 -1.8 -2,0 8.0 8.0 + 5 5 + 3,0 0,5-2,0 5,0 0,1 1,9 8.0 1-2 -1,25-0,25 1.0 1,0 0,05-0,1 0,2-0.5 3.0 = 1 0,2 0,15 0,15 0,5 1.0 —2,0 0,1-2,5 0.6 0,3 2,0 1,5 0,1 0,77 за 1800 ч
Продолжение т я б л. 31
Материал резистивного слоя Метод формирования Коммутационные слои Удельное сопротивле- ние. Ом/а Температур- ный коэффи- циент сопро- тивления ТКС- 10*. к-1 Надежность Я • '°
Мо — Si (37% S1) Cr-Sl, (71% Si) Si-Cr (67% Si) Cr—SIO (30% SiO) CrSlj+20% стекля C41-1 CrSi7 + 50% стекла C41-1 Cr —TIN SnOs с легирующи- ми добавками Диборнд циркония Со-Si Ni—Si Многокомпонент- ные сплавы № 1 — 11 Много компонент- ные сплавы X» 12 — 28 Pt— WO, Pt-Та,О, Au —WO, Au —Та,О, • Рекомендуй Термическое напыление с электронно- лучевым иагревом Катодное распыление Реактивное распыление То же » «Взрывное» испарение То же Термическое напыление с последующим прогревом в атмосфере аммиака 10 мин при 900—1200 'С Гидролиз Термическое напыление с термообработкой Реактивное распыление в среде кислорода Катодное распыление в триодной системе «Взрывное» испарение. Испарители- Та, W - фольга, пирографитный Термическое напыление. Испарители W — проволока фольга Термическое напыление и взрывное испа рение Испарители. Та, W — проволока, ьга То же Катодное распыление нз двух источников и атмосфере О, То же » » мая величина. V-A1 Мо—А1; Мо—Au Мо—Al; Мо —Au Мо —Al; Мо—Au Cr—Cu —Ni Сг-Cu-NJ Cr—Cu —Ni Cr—Cu —Nl Ag вожжей ное V-Al; Zr-AI V —Al Cr—Al —Nl Cr— Au Cr — Au V-Cu-Ni V —Cu —Nl Cr-Au Cr —Au 200 — 20 000 150 — 500 200 • 2 000 300—1300 10 — 20 000 1 500 • 6 000 10 000 500 100-5 000 500 * 50-300 20-100 200 — 3 500 350-500 500 — 4 500 10—1 000 1 000—10 000 10-10 000 10-100 000 0,5 -1.25**0,25 -1,5**0,5 2,0 — 1* —0,25 3-4 5-7 Близок к 0 1-2,5 0.2 -4,0 40 2—20 2—20 6.0 4,0-6,0 4.0 —6,0 2.0-4,0 —* 0,75 за 200 ч 0.3 0,4 2-3 0,5 1,0 2.0-3,0 0,5 —2,0 2.0—4.0
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ W ____________________МОНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
442
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рис !!. Зависимость удельного сопротив-
ления р и ТКС термообработанных рези-
сторов в системе S1 — Сг от состава
сплавов (Мо Sis, Сг Si2, Сг—Si, Ге—Si,
МЛТ-ЗМ).
В зависимости от состава исходного
материала и режимов осаждения про-
водящая фаза в тонких пленках этих
сплавов состоит из силицидов металла,
из металла с растворенным в нем крем-
нием или из кремния с растворенным
в нем металлом. У всех пленок наблю-
дается сильная зависимость поверх-
ностного сопротивления и ТКС от тем-
пературы последующей термообработ-
ки, что видно из рис. 11.12. После
термообработки в воздушной среде при
температуре в несколько сотен граду-
сов системы Me—Si по своей структу ре
представляют кристаллы интерметал-
лического соединения равномерно рас-
пределенные вместе с окнслами крем-
ния в поле кремния.
Зависимости электрических харак-
теристик от состава пленки, получен-
ной испарением многокомпонентной
системы металлосилиция, очень слож-
ны и не изучены настолько, чтобы было
можно предсказать их свойства на ос-
нове свойств бинарных систем. Так,
добавка небольших количеств железа
к хромосилицию увеличивает сопро-
тивление пленки после термообработки
и приводит к смещению Т КС в область
отрицательных значений. Однако даль-
нейшее увеличение количества железа
в пленке приводит к усилению метал-
лических свойств и к смещению ТКС
в область положительных значений.
Наиболее изученной тройной систе-
мой металлосилиция являются сплавы
Сг—Si—Fe Один из этих сплавов
МТТ-3 (Si 50—65%, Сг 15—30%, Fe
10—25%) широко применяется для
производства тонкопленочных резисто-
ров с удельным поверхностным сопро-
тивлением пленки 300 Ом/□ при ТКС,
равном МО * К"1. После нанесения
иа подложку пленки из сплавов МЛТ-3,
МЛТ-ЗМ имеют либо аморфное, либо
очень высокодисперсное состояние. По-
сле термообработки на воздухе пленки
обладают кристаллической структу рой,
ТКС 10^'
24
16
В
о
-8
-16
Рис. 12. Зависимость удельного поверх-
ностного сопротивления рл и Г КС пленок
S1—Сг от количества кремния для раэлнч
ных температур прокаливания:
1, 5 — непрокаленные пленки; 2, 3 — про-
каленные при 800 °C; 4 —• прокаленные
при 500 °G
МОНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
443
в которой имеются фазы металлов Сг
и Fe, а также химические соединения
хромистого железа (FeCr), окисла
железа (Fe2Os) и окисла хрома
(Сг2О3). На рис. 13 приведены харак-
теристики тонкопленочного резистора
из сплава МЛТ-ЗМ с удельным поверх-
ностным сопротивлением 300 Ом/□ в
зависимости от температуры подложки
и испарителя.
Помимо систем металлосилиция в ми-
кроэлектронике используются кар-
биды, нитриды хрома, тантала, воль-
фрама, нихром, сплавы на медной
основе для получения низкоомных
резисторов и т. д.
Основными проблемами термова-
куумного напыления нихрома, дли-
тельное время являющегося наиболее
распространенным материалом рези-
стивных пленок, являются значитель-
ная разница в парциальных давлениях
паров никеля н хрома и повышенная
активность сплава ко многим тигель-
ным материалам. При температуре
1300 СС хром испаряется в 8 раз быст-
рее никеля.
Критическая величина толщины
пленки составляет 10 п.м и зависит от
температуры и материала подложки
и скорости напыления. Состав пленки
практически пе влияет на критиче-
скую толщину. Более тонкие пленки
отличаются крайней нестабильностью.
Электронно-микроскопические иссле-
довании нихромовых пленок, изготов-
ленных в самых разных условиях,
показывают, что пленки представляют
структуру, в которой изолированные
зерна никеля распределены внутри
кристаллической решетки окиси хрома
ТКС нихромовых пленок очень
сильно зависит от скорости формирова-
ния плеики. Так, ТКС пленок с удель-
ным сопротивлением р = 100 ч-
-т- 150Om/q имеет максимум при ско-
рости осаждения 1,5 нм/с и становится
отрицательным при скорости меньше
0,1 нм/с.
Лучшая воспроизводимость нихро-
мовых резисторов достигается при тем-
пературе подложки 350 СС с термооб-
работкой прн этой температуре в те-
чение 30 мии. Наилучшие результаты
достигаются прн «взрывном» методе
испарения. Пленки, полученные катод-
ным распылением, имеют значитель-
Рис. 13- Зависимость ТКС и ЛЯ, Я пленок
сплава МЛТ-ЗМ от температуры подложки
{а) и испарителя (б):
1 — при испарении с ленточного испари-
теля; II — при испарении «взрывным» ме-
тодом
ный разброс поверхностного сопро-
тивления по подложке.
Основной вклад в удельное сопро-
тивление пленок двух- и многокомпо-
нентных сплавов дают диэлектрические
прослойки, возникающие в процессе
формирования пленки при взаимодей-
ствии одного из компонентов сплава
либо с остаточным кислородом в ка-
мере, либо с атмосферой во время
термообработки, либо с окнеламн иа
поверхности подложки Прослойки мо-
гут быть как кристаллические, так и
аморфные. Проникновение электронов
через прослойки осуществляется тун-
нелированием, прыжковой проводи-
мостью либо с помощью надбарьерпой
(шоттковской) эмиссией электронов.
Для регулирования процессов обра-
зования диэлектрических прослоек бы-
ло предложено использование керме-
тов — композиций проводящих мате-
риалов (благородных или тугоплавких
металлов) и диэлектриков таких, как
моноокись кремния, пятиокись тан-
тала, окись вольфрама, окись кремния
и т. п Характерной особенностью
систем Сг—SiO является распад ди-
электрика SiO па Si и SiO2 с соотноше-
нием Si/SiO2, равным 50 50 ат. %.
При термообработке кремний может
образовывать с хромом силициды.
444
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рис. 14. Зависимость ТКС пленок Сг—SiO,
осужденных при 200 *С (— —----) и пле-
нок Сг—SiO, прошедших тепловую обра-
ботку в аргоне при 400 ’С от состава (-)
У всех керметных пленок, начиная
с некоторого соотношения проводящей
и диэлектрической фаз, происходит
изменение знака ТКС с положитель-
ного на отрицательный. Для системы
Сг—SiO имеет место аномальное мно-
гократное изменение знака 1 КС. До-
бавка к хрому всего нескольких про-
центов моноокиси кремния переводит
1 КС нз области положительных в об-
Рис. 15. Зависимость ТКС от иоверхпост-
него сопротивления керметных пленок раз-
личных систем
ласть отрицательных значений
(рис. 14).
Замена хрома или моноокиси крем-
ния позволяет улучшить характери-
стики керметных пленок. Пленки Au—
SiO представляют собой аморфную
моноокись кремния, в массе которой
в виде отдельных скоплении рассеяно
золото. В противоположность пленкам
системы Сг—SiO и очень тонким плен-
кам чистых металлов размер частиц
кристаллического золота в этих систе-
мах уменьшается с увеличением тем-
пературы подложки. Они обладают
стабильной величиной поверхностного
сопротивления при нанесении на под-
ложку при температуре последней
выше 250 ’С.
Керметные пленки систем Pt—WO3,
Pt—Та2О5, Au—WO3, Au—Та2Оь обла-
дают значительно большим поверх-
ностным сопротивлением, чем плевки
системы Сг—SiO (рис. 15). Наиболее
интересными для практического при-
менения электрическими характери-
стиками обладают пленки системы
Au—Ta2Os. Выбор Та2Оь в качестве
диэлектрика обусловлен его высокой
диэлектрической постоянной, высо-
кой химической стойкостью, дающей
возможность осаждать его с сохра-
нением стехиометрического состава,
чго обей ечивает образование двух-
фазной микрокомпозпции металл —
диэлектрик без дополнительных хи-
мических соединений. Изменение ди-
электрической фазы от 30 до 70%
соответствует изменению величины
поверхностного сопротивления на
пять порядков. Термообработка на
воздухе в течение 3 ч при температуре
150 °C приводит к изменению сопро-
тивления на 20%. Необратимое изм
пение сопротивления может быть объ-
яснено дальнейшей агрегацией остров-
ков золота, которая приводит к умень-
шению проводящих цепочек
В США запатентован резистивный
сплав на основе одного из благородных
металлов (серебра, циркония, палла-
дия, золота, платины, родия) и двух
металлов из следующей группы (воль-
фрама, молибдена, тантала, рения).
Температурный коэффициент сопро-
тивления пленок, нанесенных катод-
ным или ионно-плазменным распыле-
нием, составляет 6-10“6К'1.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНТАКТНЫХ ПЛОЩАДОК
445
Разработан материал на основе ди»
борида циркония, обладающий хоро-
шей адгезией к стеклу, ситаллу, кера-
мике. ТКС пленок с удельным поверх-
ностным сопротивлением 50—300 Ом, □
составляет 2-10“S К“х. Временная ста-
бильность этих пленок в 10 раз выше
нихромовых.
Последовательное напыление пленок
хрома и сплава платина—родий (опти-
мальное содержание родия 5—30%
по массе) позволяет получить резисто-
ры с поверхностным сопротивлением
от 10 до 5кОм/П, ТКС, равным 5Х
ХЮ4 к-1.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНТАКТНЫХ
ПЛОЩАДОК И СИСТЕМЫ
ВНУТРЕННИХ СОЕДИНЕНИЙ
Материалы, используемые для фор-
мирования омических контактов и си-
стемы внутренних соединений, должны
удовлетворять комплексу электриче-
ских и металлургических требований.
Эти требования можно сформулировать
следующим образом.
Материалы контактных площадок и
внутрисхемных соединений должны
обеспечивать величину поверхностного
сопротивления не выше 0,04 Ом/О.
Это означает, что металл должен иметь
удельное сопротивление 4-10~® Ом-см
или меньше для пленок толщиной в
1 мкм. Контакт между материалом
пленки и элементом схемы должен быть
омическим, т. е. переходное сопроти-
вление не должно зависеть от величи-
ны, направления и силы тока.
Пленка должна выдерживать боль-
шие плотности тока. Большинство
современных интегральных схем рас-
считано иа плотности тока порядка
1 т- 3-10? А/cmS. Контактное соедине-
ние должно обладать малым уровнем
шумов, в нем должна отсутствовать
инжекция.
Процесс нанесения материалов дол-
жен быть совместим с современными
методами фотолитографии. При тол-
щине пленок порядка 1 мкм iеобхо-
димо обеспечивать в интегральных
схемах ширину проводящих дорожек
порядка 10 мкм, в гибридных инте-
гральных схемах порядка 100—
200 мкм. Материалы должны легко
взаимодействовать с реактивами, ис-
пользуемыми для травления, и не
взаимодействовать с другими мате-
риалами, применяемыми для форми-
рования элементов схем.
Материалы пленок должны иметь,
по возможности, коэффициент теплового
расширения, близкий к коэффициенту
теплового расширения подложки, вы-
держивать высокотемпературные опе-
рации, например при пайке или свар-
ке, прн герметизации или во время
эксплуатации.
Материал должен не окисляться и не
корродировать, быть стойким к обра-
зованию царапин.
Материалы контактных площадок и
пленочных проводников должны обла-
дать высокой адгезией к диэлектриче-
ской подложке или крем: ню и окиси
кремния, металлургической совмести-
мостью с материалами, применяемыми
для монтажа интегральных и гибрид-
ных интегральных схем.
Величина адгезии является одним
из решающих аргументов при выборе
материала для контактных площадок,
толщины пленки и размеров контакт-
ных площадок. Это обусловлено тем,
что в момент присоединения выводов
материал испытывает большие меха-
нические и термические нагрузки.
Адгезия металлов к диэлектрической
или полупроводниковой подложке оп-
ределяется природой сил взаимодей-
ствия этих материалов и складывается
из сил:
межмолекулярного взаимодействия
Ван-дер-Ваальса, определяющих про-
цесс физической сорбции пленки к под-
ложке. Ван-дер-Ваальсовское взаимо-
действие обеспечивает адгезию не более
2-10® Па (адгезия золота к диэлектри-
ческой подложке, измеренная методом
прямого отрыва);
химического взаимодействия, свя-
занных со значительной энергией акти-
вации и действующих иа малых рас-
стояниях. Величина адгезии, обуслов-
ленная химическим взаимодействием
(например, Сг Та, V и др металлов
с ситаллом и стеклами) повышается
с увеличением температуры испарителя
и подложки и может достигать
5-107 Па, а в ряде случаев превышать
когезионные силы в материале под-
ложки. Увеличение адгезии с увеличе-
нием температуры испарителя объяс-
446
МАТЕРИАЛЫ ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
няется достижением необходимой энер-
гии у большего числа конденсирующих-
ся атомов;
взаимодействия электрических заря-
дов в двойном электрическом слое,
возникающем на границе раздела двух
материалов при различной работе вы-
хода электронов из материала. Вели-
чина адгезии во многих случаях систем
металл—металл пропорциональна раз-
ности работ выхода электронов, коэф-
фициент пропорциональности прибли-
женно равен 3-107 Па на 1 эВ.
В случае значительной взаимной
диффузии материалов превалирующее
значение имеют когезионные силы в пе-
реходном слое.
Для получения надежных контакт-
ных соединений необходимо иметь
адгезию не менее 2,5-10’—3-10’ Па.
Адгезия материала к подложке увели-
чивается прн увеличении шероховато-
сти подложки за счет увеличения фак-
тической площади контактирования
материалов, однако значительно уве-
личивать шероховатость нельзя из-за
увеличения нестабильности резистив-
ных пленочных материалов. Адгезия
уменьшается при наличии па поверх-
ности подложки загрязнений, особенно
органического характера, которые эк-
ранируют материал пленки от мате-
риала подложки.
Адгезионные силы не зависят от
толщины пленки, но с ростом толщины
в пленках накапливаются сжимающие
или растягивающие внутренние на-
пряжения, обусловленные различием
в коэффициентах теплового расшире-
ния материалов подложки и пленки,
а также характером формирования
кристаллической решетки пленки
Внутренние напряжения зависят от
энергии конденсирующихся атомов,
от температуры подложки и скорости
осаждения. Они очень редко равны
нулю и могут достигать значений 10е—
1,5-108 Па. При превышении внутрен-
них напряжений адгезионных сил про-
исходит отслоение пленки от поверх-
ности подложки
Требование хорошей адгезии исклю-
чает возможность применения в одно-
слойных системах металлизации золо-
та, меди и серебра, т. е. почти всех
металлов с высокой электропровод-
ностью, за исключением алюминия.
Алюминий позволяет получить адге-
зию к ситалловым подложкам порядка
1,5-10’—2,0-10’Па. Все металлы, у
которых температура плавления 7ГЛ
больше 1400 °C, а также магний и алю-
миний, обладают хорошей адгезией
к кремнию, причем эти металлы, за
исключением платины и палладия,
обладают также хорошей адгезией
к SiO2. Алюминий, кроме того, ак-
тивно раскисляет поверхность крем-
ния и хорошо травится. Он позволяет
в первом приближении решить всю
проблему коммутации интегральных
и гибридных интегральных схем —
создание омических контактов, пленоч-
ных проводников, внешних выводов
(алюминиевая проволока, присоеди-
няемая тер.мокомпрессией).
В то же время алюминий подвержен
электромиграции, обладает относи-
тельно высокой растворимостью в крем-
нии, что может нарушить структуру
неглубоких переходов. Для обеспече-
ния надежных контактных соединений
в гибридных интегральных схемах
адгезия алюминия к ситалловым и стек-
лянным подложкам недостаточно вы-
сока и стабильна.
Однослойные алюминиевые контакт-
ные площадки и проводники исполь-
зуются ограниченно для схем с малой
степенью интеграции н малой надеж-
ности В связи с тем, что ни один из
элементов периодической таблицы не
удовлетворяет полностью всем требо-
ваниям к материалам контактных пло-
щадок, обычно применяют многослой-
ные системы из нескольких материа-
лов, нижний из которых толщиной
10—20 нм обеспечивает необходимую
адгезию к подложке, верхний толщи-
ной 300—800 нм — высокую прово-
димость, необходимые режимы сварки
или пайки. Во многих случаях приме-
няется третий материал толщиной 30—
50 нм, с низкой проводимостью, однако
с хорошей коррозионной стойкостью
и высокой паяемостью или сваривае-
мостью.
Многослойная система может нано-
ситься либо последовательным напы-
лением с разных испарителей (реже
испарением с одного испарителя) через
соответствующие трафареты, либо на-
пылением сплошного покрытия с по-
следующей фотолитрографией. Послед
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНТАКТНЫХ ПЛОЩАДОК
447
Рис. 16. Бинарные металлические системы с неограниченной растворимостью:
о — металлы, обладающие взаимной растворимостью (тонкие линии относится
к двойным системам, в которых принципиально возможен переход без шрушеиия
гомогенности, толстые — к системам, в которых растворимость существует в широком
диапазоне температур); б — равмытне границ раздела в последовательные (1, 2, 3, 4)
интервалы времени (Л — атомарный процент основного металла)
ний метод имеет в настоящее время
преимущественное распространение,
однако он налагает дополнительное
требование травления всей системы
в одном травителе.
В качестве адгезивного слоя могут
служить переходные металлы Ti, V,
Cr, Zr, Та, Nb Hf и др., в качестве
проводящего слоя Au, Ag, Си, Л1,
в качестве защитного слоя Ni и др.
Металлургическая стабильность та-
кой системы определяется характером
диаграммы фазового равновесия метал-
лов адгезивного и проводящего слоев,
скоростью их взаимной диффузии,
адгезией друг к другу. В частности,
Ag и А1, имеющие примерно равные
работы выхода электронов, не обла-
дают достаточной адгезией друг к дру-
гу.
В многослойной системе металлиза-
ции недопустим непосредственный кон-
такт металлов, взаимодействующих
друг с другом с резким изменением
кристаллической структуры. Так, на-
пример, образование устойчивых нн-
терметаллидов в системе Au—Al (снача-
ла Au2Al, а затем АиА12) приводит
к постепенному разрушению контак-
тов и катастрофическому отказу при-
боров. Своим названием «пурпурная
чума» это явление обязано цвету одного
из иитерметаллндов.
На рис. 16—18 проиллюстрированы
«запрещенные» для контактных пло-
щадок композиции проводящих и адге-
зивных металлов.
В пленочных системах практически
всегда имеет место взаимная диффузия
материалов слоев: поперечная, пер-
пендикулярная поверхности пленки,
и продольная, параллельная поверх-
ности пленки. Поперечной диффузии
свойственны характерные закономер-
ности, связанные с высокой концен-
трацией избыточных вакансий, возни-
кающих в свежеосажденной пленке
и обусловливающих интенсивную диф-
фузию в начальной стадии. В систе-
мах, в которых избыточные вакансии
быстро покидают объем блоков кри-
сталлитов, начальная диффузия на-
блюдается слабо или отсутствует Не-
обходимо, чтобы диффузионные про-
цессы не приводили к резкому изме-
нению симметрии и деформации ре-
шетки, связанными со значительным
ростом внутренних напряжений н от-
слоениями пленки.
Существуют два подхода к выбору
многослойных систем:
подбор материалов, образующих при
непосредственном контакте непрерыв-
ный ряд твердых растворов с высокой
скоростью диффузионного «размытия»
границ (рис. 16) (этот подход обеспе-
чивает высокую межслойную адгезию
пленок);
выбор бинарных композиций с ми-
нимальной скоростью взаимной диф-
448
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рис. 17. Бинарные системы без взаимной растворимости
а — металлы, практически не обладающие взаимной растворимостью: б — размытие
границ раздела в системах, в которых взаимная растворимость отсутствует в последова-
тельные (1, 2, 3, 4) интервалы в eucnii (.4 — атомарный процент основного металла)
фузии, не обладающих взаимной раст-
воримого ю и не образующих проме-
жуточных фаз в температурном режиме
работы схемы
При выборе материала адгезивного
слоя превалирует второй подход (кро-
ме N Сг—Си—Ni).
Примером многослойной системы с
материалами, образующими непрерыв-
ный ряд твердых растворов, являются
koi тактике системы NiCr—Си—Ki. а
также Ti—Pd—Ан Последняя система
(7,5 нм Ti, 30 нм Pd н I мкм Au) яв-
ляется одним из лучших контактов
к резисторам из Ta2N как по уровню
шумов, так и но изменению механиче-
ских характеристик, адгезии, величины
переходного сопротивления.
Примером композиции, подобран-
ной по второму методу, является
большинство двухслойных систем типа
Сг—Au, Ti—Au, Мо—Au, Au—Со,
Рис. 18 Металлы, образующие конгру-
энтно плавящиеся инертметаллические со-
единения (па ребрах графа металлы, об-
ра' ующне иитсрмсталлиды)
V—Ag и др., а также трехслойные ком-
позиции типа Та—Ag—Ni, Ti—Pt—Au
и др.
В табл. 32 приведены основные ха-
рактеристики наиболее широко при-
меняемых композиций материалов для
контактных площадок в гибридных
интегральных схемах, и в табл. 33
характеристики металлов контактных
систем в интегральных схемах. В ре-
зультате все более широкого примене-
ния фотолнтографнческ! х методов
формирования топологического ри-
сунка и определенных трудностей в
травлении нихрома во многих случаях
адгезивный подслой формируется из
хрома илп ванадия, реже из титана
нли циркония.
Двухслойные системы типа хром—
золото, титан—золото (толщина под-
слоя 10 им, золота I мкм) испытывают
существенное старение при повышен-
ных температурах. С увеличением вре-
мени выдержки переходное сопроти-
вление и шумы возрастают в несколько
раз, что указывает па наличие взаим-
ной диффузии с образованием интер-
металлидов и гетерогенной структуры.
При повышенной температуре воз-
можны отслоения пленки контактной
площадки от резисторов из нитридов
тантала.
Система нихром—золото сохраняет
механическую стабильность и хорошую
адгезию, в том числе и прн высоких
(до 250 °C) температурах. Переходное
сопротивление этой системы со вре-
ДИЭЛЕКТРИКИ ДЛЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГИС
449
32. Характеристики материалов дли контактных площадок
п пленочных проводников в гибридных интегральных микросхемах
Материал Толщина слоя, нм р Ом ] Рекомендуемый способ конта ктирован ия
Нихром Зо.пото Нихром Медь Никель Нихром Медь Серебро Ннхром Медь Золото Нихром Алу. мнний Никель 10—30 600-800 Ю —30 600—800 50—60 10 — 30 400—1000 80—100 Ю—30 600—800 50—60 40 — 50 250—350 50—60 0.03—0,04 Пайка микропаяльником или сварка Ультразвуковая сварка импульсным кос- венным нагревом Пайка микропаяльником или сдвоенным электродом, сварка импульсным косвен- ным нагревом Пайка микропаяльником или сварка им- пульсным нагревом Пайка сдвоенным электродом, ультра- звуковая сварка импульсным косвенным нагревом
0,02—0,04
0,1—0,2
меныл также возрастает, однако шумы
при температуре меньше 150 °C систе-
матически уменьшаются, лишь прн
выдержке свыше 100 ч и повышенной
температуре онн начинают расти.
Нарушение механической целост-
ности пленок системы NiCr—Au, Ti—
Au происходит в результате взаимодей-
ствия золота с материалом адгезивного
слоя с образованием интерметаллидов.
Чтобы воспрепятствовать этому взаи-
модействию, в систему NiCr—Au вво-
дится промежуточный слой палладия.
Система Au—Pd относится к системам
с неограниченной растворимостью.
Последнее обусловливает существен-
ное повышение переходного сопроти-
вления в зоне взаимной диффузии,
прилегающей к разделу золото—пал-
ладий. Однако старение, сопровождаю-
щееся увеличением шума и пониже-
нием механической стабильности у этой
системы, значительно меньше, что яви-
лось причиной широкого распростране-
ния ее в качестве контактов к пленоч-
ным резисторам из нитрида тантала.
ДИЭЛЕКТРИКИ для
ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГИБРИДНЫХ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
В тонкопленочных гибридных инте-
гральных схемах диэлектрические ма-
териалы применяются в качестве изо-
ляции в местах пересечения коммута-
15 Пятин Ю. М. и др.
ционных слоев микросхемы, для допол-
нительной защиты резистивных и ем-
костных элементов, в качестве диэлек-
трических слоев в тонкопленочных
конденсаторах.
Диэлектрические материалы должны
обладать хорошей адгезией к материа-
лам подложки, обкладок конденсато-
ров и коммутационных слоев, обеспе-
чивать надежную электрическую изо-
ляцию при минимальной толщине
пленки, обладать малыми электриче-
скими потерями, малым термическим
коэффициентом емкости. В тонкопле-
ночных конденсаторах необходимо ис-
пользовать диэлектрики с высокой
диэлектрической проницаем остью е с
целью уменьшения площади конден-
сатора, при изоляции мест пересече-
ния коммутационных слоев е должно
быть минимальным для уменьшения
паразитных связей в микросхеме. Наи-
более сложной технической задачей
является обеспечение надежной изо
ляции.
Большая часть изоляторов имеет
омическую проводимость ниже
0,1 (МВ-см)*1 и неомическую выше 1
(MB-см) *. Омическая проводимость
в обычных материалах около 20 °C
всегда является несобственной (обу-
словлена примесями, негомогеиностью
и т д.), неомическая проводимость
может быть собственной (является
свойством чистого, гомогенного соеди-
нения).
450
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
33. Свойства и методы получения металлов контактных систем в интегральных схемах
Метод получения | Из газовой фазы: реагенты (температура) So OS «КЗ *2 О Л Л Л ь‘£ Xg Ic^xg Xg^rSio ё । су । i’S= । i7111 izi*71 tT'^T । i 1 pi 'aS 5+!^g ^g&ggs? s °U U£ UnZH.n V Z a> О
Напы- ление в ва- кууме btj о HHHhHHt-ЬЬ t— _ .H ...... .. w fl} Cty fafa flS Hi fa IT) flifl} * 11
у -W 2 . «у 1?]W 22,1 7,1 8.7 7,1 8.3 39,2 7.1 30,8 15,8 16,2 16,8 oil: К =
1-Я 'sOI •« <!1Я 25 6,8 11 30 12 13 — 17 9 14 5.5 4,5 й пушк
кэ-«о ‘eOl-d 2,8 13,0 10,0 7,6 9.7 6,8 1,7 11.0 10,0 2,44 25 5.7 5.6 4 2 ктронно
Силицид "Ё g к • -? <л ь S 35 Ч :J .5 £. «: :: :£ “<я _ = “ |£<135г£ «1 » Э ’ uu I-Z } О-2 > a J Р S Л 55-- К йй_= » В зг r'S 5 £2 Kf-g 2 = o-g = g (JU. UZ У Q.Q. >£н tXSSJS l-N £ " « »«
• Я °тах кремния, Ом* см 1/0,1 10-=/10-’ lO-’/lO-3 1,0/10-’ 10-1/10-= Ю-’/Ю-’, 10-=/lO-=| —» л выделения, ггается омическ :идон. ского расшире: резистивным
и ”, в -1,66 —0,71 — 0,44 — 0,40 -0,27 -0,23 — 0,14 0.23 0,34 0,80 0,84 1.20 1,7 отенциа 1M ДОСТ1 10 СИЛИН термичс пыление
Услов- ная ^ИСП’ °C 1421 1637 1698 538 1454 1402 1521 760 1537 1301 1802 2322 1676 2123 2980 3323 3333 2797 3502 2021 2662 ЭЯ. ический и |рм которс множеств рфициент умное на
Эо r« 'S—aw аиагэнэ и 577 1320 1200 1200 964 232 264 803 830 720 830 370 1470 1300 1385 1389 1410 1400 1330 1360 имальв: ктрохим чение. п :ествует 5 — KOBI рчоваку
rireian 660 1890 1534 321 1495 1453 232 271 1083 960 1552 1769 1063 1900 2420 2500 3180 2625 3380 1725 1852 9 Мнн Эле, •’ Зиа’ ” Суш •ь KTI Т — те
Ме- талл — U. 02’U С — Е— 3 <Ь О К- — L- <UtLUOZt/!COO QS5- bfrj
ДИЭЛЕКТРИКИ ДЛЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГИС
451
Даже при отсутствии дефектов через
пленки диэлектриков протекают зна-
чительно большие токи, чем можно
ожидать исходя из свойств массивного
образца. Механизмы проводимости в
сильных электрических полях можно
подразделить па четыре вида
I) проводимость за счет электронов
в зоне проводимости диэлектрика, ко-
торые попадают туда благодаря тепло-
вой энергии из валентной зоны (при
малой ширине защитной зоны), эмис-
сии Шоттки из металла, термического
возбуждения в зону проводимости
с уровнем захвата в диэлектрике,
2) процессы тупелировання, которые
могут иметь место из металла в зону
проводимости, с примесных уровней
захвата в диэлектрике, между валент-
ной зоной и зоной проводимости, из
валентной зоны в металлический элек-
трод или при очень малых толщинах
непосредственно между двумя метал-
лическими электродами;
3) примесная проводимость, обус-
ловленная перескакиванием электро-
нов из одного центра захвата в другой
без попадания в зону проводимости
(при достаточном количестве центров
величина силы тока может быть до-
вольно большой);
4) проводимость, вызванная про-
странственным зарядом, который обу-
словливает основной импеданс.
Поскольку вышеописанные процессы
обусловлены прохождением электро-
нов через диэлектрик, такая возмож-
ность существует также и для иоиов,
присутствующих в примесях или де-
фектах и перемещающихся в диэлек-
триках под влиянием электрического
поля (ионная проводимость).
Примесная проводимость имеет боль-
шое значение для диэлектрических
пленок химических соединений. Плен-
ки стехиометрического состава слож-
ных диэлектриков трудно получить
напылением вследствие разложения и
более быстрого испарения компонента
диэлектрика с низким давлением па-
ров Например, при нанесении ва
куумным методом пленок CdS атомы Cd
испаряются быстрее атомов S, в ре-
зультате пленки CdS содержат избы
ток атомов кадмия (легко проконтро-
л..роват> по цвету пленки), являющи-
мися донорными центрами. При испа-
15*
рении SiO образуется пленка, содер-
жащая смесь соединений S О и SiOz,
а также свободный Si.
Донорными центрами в пленке л.огут
служить атомы кремния а также вакан-
сии в диэлектрике.
Примесями в пленке могут быть
атомы остаточного газа, захваченные
при формировании пленки, а также
продукты возгонки материала испа-
рителя. Захват одной молекулы оста-
точного газа либо одной частицы из
испарителя на миллион осаждаемых
частиц материала пленки привадит
к появлению примесей с концентра-
цией порядка 101’ см 3.
Другим важным фактором, который
нужно учитывать при рассмотрении
проводимости тонкопленочного диэлек-
трика, является наличие в нем «лову-
шек». Они, в частности, образу ются
иа границах кристаллов, на дефектах
кристаллической решетки. При разме-
рах кристаллитов поридка 10 им кон-
центрация ловушек может достигать
1018 см"3. Дополнительные центры ло-
вушек могут создаваться в пленках
при наличии значительных внутрен-
них напряжений.
При наличии слабых полей туннели-
рование может происходить лишь при
очень малых толщинах пленки, обычно
меньших 3 нм. Подобные плеикн очень
трудно получить без механических
дефектов—мнкропор, являющихся ос-
новной причиной коротких замыканий.
Поэтому в микроэлектронике в основ-
ном используются диэлектрические
пленки толщиной свыше 50 нм, в кото-
рых процессы туннелирования прак-
тически отсутствуют в слабых полях.
В слабых полях большинство мате-
риалов обычно подчиняется закону
Ома и имеет удельную проводимость,
не зависящею от толщины образца
и природы электродов, т. е. определяе-
мую объемными свойствами диэлек-
трика. Наиболее вероятные механизмы
проводимости в большинстве диэлек-
трических пленок, которые находятся
в аморфном состоянии, при температу-
рах, близких к 20 °C — электронно-
примесная и ионная.
В случае примесной проводимости
электроны перемещаются от одной
ловушки к другой, не попадая в зону
проводимости диэлектрика. Необхо-
452
МАТЕРИАЛЫ ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
димым условием для примесной прово-
димости является наличие доноров
и акцепторов. Процесс перескакивания
электронов дополняется при низких
концентрациях примесей туннелирова-
нием электронов с прихесного уровня
в зону проводимости. Для моноокиси
кремния такое примесное туннелиро-
вание считается наиболее важным про-
цессом. Примесями в пленке моноокиси
кремния являются островки кремния
размером порядка 1 нм, заключенные
в матрицу из моно-и двуокиси кремния.
Для более высоких концентраций
примесей расстояния между узлами
уменьшаются и проводимость при-
месь — зона может рассматриваться
как проводимость метал.' .
При миграции примесей или дефек-
тов в материале диэлектрической
пленки возникает ионная проводи-
мость Ионы перемещаются через энер-
гетические барьеры <р на расстояние I
под воздействием приложенного по-
ля Е. При Е < 105 В-см"1 (Ее I С kT)
омическая ионная проводимость
/ = 77гехр [ ir]*
где с — постоянная; / — плотность
тока.
Для Eel ~ kT барьер заметно ис-
кривляется под действием поля, поэ-
тому
/ = С1ех𠧕)].
Для Eel kT количество носителей
тока значительно увеличивается, по-
втому трудно из общей проводимости
выделить электронную и ионную со-
ставляющие. Энергия активации, мень-
шая 0,1 эВ, и высокая подвижность
зарядов обычно характеризуют элек-
тронную проводимость, при энергии
активации, большей 0,6 эВ, и низкой
подвижности зарядов преобладает ион-
ная проводимость. Однако подвиж-
ность электронов иногда может быть
такой же низкой, как и подвижность
ионов.
Проводимость, связанная с туннели-
рованием в сильных полях, обычно
характеризуется слабой температур-
ной зависимостью. Омическая прово-
димость в слабых полях независимо
от электронного или ионного проис-
хождения выражается экспоненциаль-
ной зависимостью от температуры
о= а0 exp [—Q/kT],
где а0 — постоянная; Q — энергия
активации процесса.
В случае несобственной ионной про-
водимости Q — энергия иона, необхо-
димая для перескока. Аналогичное
выражение определяет несобственную
электронную проводимость. Если эле-
ктронная проводимость обусловлена
переходом электронов в зону проводи-
мости, то можно применить элемен-
тарную зонную теорию полу фоводни-
ков, при этом Q ~ Е/2, где Е — шири-
на запрещенной зоны. Собственная
ионная проводимость требует не только
образования, по и перемещения ионов
собственной проводимости. Поэтому
для двойного соединения Q= Q,/2 +
+ QneeecH. W Q — энергия, необхо-
димая для образования дефектной
пары.
При переменном токе на рассмотрен-
ную выше проводимость при постоян-
ном поле накладываются пики прово-
димости переменного тока, обуслов-
ленные релаксационными процессами
По мере увеличения температуры эти
пики смещаются в область более вы-
соких частот. Для большинства диэ-
лектриков потери не зависят от ча-
стоты в диапазоне 100 Гц—10 МГц.
При более низких частотах могут
возникнуть пики потерь, связанные
с эффектами межфазной поляризации,
т. е. с релаксацией заряда на грани-
цах раздела, например кремния и
моио- и двуокиси кремния в пленках
моноокиси кремния.
Кроме того, ионы или электроны
могут скапливаться на одной поверх-
ности пленки, если скорость поступ-
ления превышает скорость их исчез-
новения. При наложении переменного
поля пик потерь будет наблюдаться
вблизи частоты, соответствующей вре-
мени, которое требуется носителю за-
ряда для прохождения с одной сто-
роны пленки на другую. Примерами
являются пленки с адсорбированными
слоями влаги и пористые пленки
окиси алюминия.
ДИЭЛЕКТРИКИ ДЛЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГИС
453
Диэлектрическая проницаемость
диэлектрических материалов мало за-
висит от структуры и тангенса по-
терь материала. Опа обусловливается
свойствами входящих в состав мате-
риала ионов. Не учитывая явлений,
происходящих в электродах, диэлек-
трическая проницаемость диэлект-
рика является величиной, зависящей
от четырех составляющих: eCJt — не-
собственной проводимости, ее — элек-
тронной поляризации, еп— ионной
поляризации, вызванной колебанием
ядра, — обусловленная деформа-
цией иона.
Несобственная диэлектрическая
проницаемость составляет ту часть
диэлектрической проницаемости, ко-
торая не связана с ионами и электро-
нами материа ta. Она, как правило,
бывает меньше 1 %.
Электронная составляющая прово-
димости играет основное значение в
тех случаях, когда ионы имеют малые
размеры и являются относительно
недеформируемыми. Электронная со-
ставляющая проницаемости также до-
минирует, когда в материале имеется
избыток электронов проводимости, как,
например, у кремния или германия.
Многочисленные полимеры, применяе-
мые в микроэлектронике, имеют элек-
тронную составляющую проводимости.
ел играет решающую роль, когда
имеются недеформируемые ионные сое-
динения. Эго справедливо для щелоч-
но-галоидных соединений (рис. 19).
Диэлектрическую проницаемость,
определяемую в основном е,,, обнару-
живают у окислов, поскольку ионы
кнслорсда имеют сравнительно боль-
шие размеры и бывают сильно дефор-
мированными В этом случае диэлек-
трическая проницаемость имеет обрат-
ную зависимость от массы и атомного
номера, т. е. обратно пропорцио-
нальна котчеству электронов в элек-
тронных облаках ионов (рис. 19).
Разброс на графике обусловлен изме-
нением ионного объема. Фактически
доминирует почти во всех аморфных
диэлектриках с е, большей 10.
Температурный коэффициент емко-
сти (ТКЕ) является важным для гиб-
ридных интегральных схем парамет-
ром. Как и в случае с диэлектрической
проницаемостью, ТКЕ зависит от не-
Рис. 19. Зависимость диэлектрической про-
ницаемости е от среднего атомно> о числа
на молекулу окислов А
собственных и собственных состав-
ляющих. Однако для ТКЕ несобствен-
ная составляющая играет решающую
роль.
Несобственное поведение характе-
ризуется высокими потерями (tg б >
> 10“3), при этом ТКЕ пропорцио-
нален тангенсу угла диэлектрических
потерь и увеличивается обратно про-
порционально температуре:
ТКЕ = A tg б — ае,
где а — коэффициент линейного рас-
ширения; для практических целей
А = 0,05±0,01 °C-1.
В связи с тем, что количество при-
месей в диэлектрической пленке весьма
сильно зависит от конкретных усло-
вий формирования пленки, в экспе-
риментальных результатах наблю-
дается значительный разброс.
К случаю собственного поведения
относятся лишь пленки двуокиси
кремния, полученные ВЧ-распыле-
ниями и имеющие tg б <0,001, а
также пленки нитрида кремния, полу-
ченные при 1000 'С за счет реакции
SiCl4 и NII3.
Па рис. 20 приведен ряд эксперимен-
тальных результатов зависимости
ТКЕ от диэлектрической проницае-
мости при tg б >0,001.
Диэлектрические слои являются
одними из ответственных элементов
интегральных микросхем, во многих
случаях они определяют механизм
отказов и надежность микросхем Лю-
бые неоднородности диэлектрических
пленок как в процессе изготовления,
так и во время эксплуатации приводят
к катастрофическим отказам микро-
схем, если они используются в качестве
454
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рис. 20. Зависимость температурною ко-
эффициента емкости от диэлектрической
проницаемости е пленок с большими по-
терями (tfl Л > 0,001)
разделительных слоев или в качестве
маскирующих покрытий.
Почти все химические соединения
(табл 34), обладающие высокой проч-
ностью связи, особенно окислы крем-
ния, тугоплавких металлов, алюми-
ния, щелочных редкоземельных ме-
таллов, являются диэлектриками, при-
годными для использования в инте-
гральных микросхемах. Получение
пленок термодинамически стабильных
соединений возможно с помощью раз-
личных методов вакуумного осажде-
ния и при различных маршрутах хи-
мических реакций.
Одной из важнейших особенностей
этих соединений является их склон-
ность к конденсации в метастабиль-
ном стеклообразном состоянии. Стек-
лообразная структура окислов и ряда
других материалов обладает весьма
высокой устойчивостью. В стеклообраз-
ном материале углы между валент-
ными связями и даже межатомные
расстояния варьируются в значитель*
ных пределах, структурные характе*
ристики носят лишь статистически
усредненный характер.
В стеклах в первом приближении
выполняется правило аддитивности
где р — значение параметра стекла
(коэффициента термического расши-
рения, теплопроводности, темпера-
туры испарения, плотности н т. п.);
pi — молярная доля компонента стек-
ла; pi — значение исследуемого па-
раметра этого компонента.
Состояние переохлажденной жидко-
сти является особенностью агрегат-
ного состояния стекла. Пластичность,
текучесть стекла даже при комнатной
температуре приводят к самоустране-
нию механических напряжений в
пленке. При электротренировке (вы-
жигании небольших проводящих мо-
стиков) температура пленки ниже тем-
пературы плавления, что дает мини-
мальные механические напряжения во-
круг локальной области пробоя ди-
электрика.
Дефекты в диэлектрических плен-
ках можно классифицировать сле-
дующим образом.
1. Механические напряжения, вы-
званные различным характером свя-
зей на границе раздела пленка—под-
ложка (обкладка конденсатора, про-
водник), внутренними или собствен-
ными напряжениями в пленке, свя-
занными с отклонениями от стехио-
метрического состава, изгибом валент-
ных связей в диэлектрике и т. д.
2. Микропоры.
3. Структурные неоднородности
(кристаллиты в стеклообразных плен-
ках окислов н т. п.).
4. Сегрегация примесей и выделе-
ние второй фазы на границах раздела
и в объеме плспок.
Напряжения на границе раздела ге-
нерируют дислокации и вызывают токи
утечки. Дефекты в структуре диэлек-
трических слоев приводят к коротким
замыканиям, пробоям.
Одним из распространенных де-
фектов стеклянных пленок является
образование круглых пор диаметром
1,2—2,0 мкм, которые распределяются
равномерно по поверхности пленки.
Причинами их возникновения могут
быть загрязнения, трещины, царапины
металлического подслоя. При малой
толщине пленки обладают свойством
«самозалечиваться», образуя плот-
ную поверхность.
В табл 34 приведены характеристики
диэлектрических материалов, нсполь-
ДИЭЛЕКТРИКИ ДЛЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГНС
455
34 Характеристики диэлектрических материалов для тонкопленочных схем
456
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Продолжение табл 34
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФОТОЛИТОГРАФИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ 457
вуемых в качестве разделительных
слоев в системах металл—диэлек-
трик—металл, в качестве защитных
покрытий на топкопленочных рези-
сторах и при производстве интеграль-
ных микросхем. Наиболее распростра-
ненными в практике отечественных
предприятий являются моноокись гер-
мания, двуокись кремния и боро- и
алюмосиликатные стекла. В полупро-
водниковых схемах широко исполь-
зуют нитрид кремния. В связи с огра-
ниченным использованием танталовой
технологии понизился интерес к пя-
тпокиси тантала.
МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ФОТОЛИТОГРАФИИ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
Фотолитография — совокупность
фотохимических процессов, основан-
ных на использовании в качестве за-
щитного покрытия рисунка схемы све-
точувствительных полимеров (фоторе-
зистов), изменяющих свои первона-
чальные свойства под действием акти-
ничного излучения и устойчивых к воз-
действию травителей.
В зависимости от характера измене-
ния свойств при облучении фоторе-
зисты делятся на позитивные и нега-
тивные. Позитивные фоторезисты под
действием излучения разрушаются, не-
гативные — образуют нерастворимые
соединения.
К фоторезистам, используемым при
производстве полупроводниковых при-
боров и интегральных схем, предъяв-
ляют следующие основные требования:
высокая светочувствительность, вы-
сокая разрешающая способность, стой-
кость к воздействию агрессивных фак-
торов, стабильность эксплуатацион-
ных свойств во времени.
Фотолитографические процессы
включают в себя множество операций:
от изготовления фотошаблонов до фор-
мирования элементов схем на под-
ложке. В табл. 35 приведены точност-
ные характеристики различных мето-
дов получения рисунка схемы.
Все фотолитографические процессы
состоят из следующих основных one.
раций: формирование фотослоя — на.
35. Характеристики методов получения рисунка
Метод Макси- мальное разреше- ние, мкм Минимальный размер воспро- изводимой структуры при диаметре пла- стин 50 мм, мкм Факторы, ограничи- вающие минимальный размер структуры при диаметре пластин 50 мм
Трафаретное маскирова- ние Контактная фотолитогра- фия (обычный вариант) Контактная фотолитогра- фия с гибким фотошабло- ном Контактная фотолитогра- фия с зазором между шаб лоном и пластиной Проекционная фотолито- графия Последовательная элек- трография: с управлением от ЭВМ с управлением от фото- копира Проекционная электроно- графия Рентгеиолнтография 12 1,25 0,1 10 0,4 0,08 5 0,2 0,05 60 2-3 0,4 15 1,5 0,5 6—10 1 04 Разрешение метода, точ- ность совмещения маски с пластиной Наличие зазора между шаблоном и пластиной, точность совмещения Точность изготовления комплекса шаблонов Разрешение метода Точность перемещения ко- ординатного стола Точность перемещения ко- ординатного стола Разрешение метода Точность совмещения ри- сунка и а фотокатоде и пла- стинке Трудность изготовления маски
458
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
несение и сушка фоторезиста; форми-
рова> не рельефа — совмещение и
экспонирование, проявление фоторе-
виста, задубливаиие; формирование
рельефа в окисле я металле — трав-
ление; удаление фоторезиста.
Подготовка поверхности подложки.
Обработка подложки, улучшающая
адгезию фоторезиста к подложке, мо-
жет производиться как в объеме рас-
творителей, так и в их парах. Окисные
пленки, которые образуются на ме-
таллических слоях на воздухе, уда-
ляются при травлении в кислотах,
растворяющих окислы.
Нанесение фоторезиста. Существует
несколько способов нанесения фото-
резиста на подложку: центрифугиро-
вание, пульверизация, окунание, на-
пыление в электростатическом поле,
накатка валиком
В настоящее время для нанесения
фоторезиста на подложку в основном
используется метод центрифугирова-
ния Толщина пленки зависит от вяз-
кости фоторезиста, скорости вращения
центрифуги и времени центрифуги-
рования.
Сушка фоторезиста должна обеспе-
чить определенную ориентацию моле-
кул фоторезиста и удаление раствори-
теля Осуществляется следующими ме-
тодами: конверсионным, радиацион-
ным, термокомпрессионным
Во время конверсионной сушки теп-
ло к нагреваемому телу подводится от
нагревателя через газовую фазу кон-
версией. Время сушки 16—Зб мин при
температуре 80—100 °C.
При радиационной сушке тепло от
границы фоторезист — подложка рас-
пространяется к поверхности слоя фо-
торезиста. Время сушки 3—7 мин
Термокомпрессиопная сушка осуще-
ствляется под избыточным давлением
(5-Ю5 Па) в среде азота, кислорода
или воздуха.
Совмещение и экспонирование. Экспо-
нирование фоторезиста может осу-
ществляться контактным и проек-
ционным способом В случае исполь-
зования электроиорезнстов и рентге-
норезистов — электронным и рентге-
новским излучением. Совмещение осу-
ществляется базовым и визуальным
методами
Ос овным условием качественного
проведения операции экспонирования
является определение оптимальной
экспозиции. Оптимальная экспозиция
определяется опытным путем и изме-
няется при изменении процесса или
отдельных его операций.
Проявление заключается в удалении
после экспонирования ненужных уча-
стков фоторезиста с поверхности под-
ложки.
Задубливание защитного рельефа фо-
торезиста основано на испарении
остатков проявителя и дальнейшей
тепловой полимеризации фоторезистов
Температура второй сушки более вы-
сокая, что повышает защитные свой-
ства рельефа.
Травление. Производится травление
участков, незащищенных слоем фото-
резиста. Выбор травителей опреде-
ляется химическими свойствами рас-
творяемого материала.
Удаление фоторезиста. Используют-
ся в основном химические и терми-
ческие способы
Контроль качества фотолитографи-
ческих операций осуществляется на
всех этапах процесса. Контроль гео-
метрических размеров производится
на микроскопах МБС-200, ММИ,
БМИ-1, МССО.
Толщина слоев проверяется с по-
мощью металлографических микроско-
пов МНМ-7, МИН И, МИИ-4.
Растворители для фоторезистов.
Ди.четплформамид (CH3)2NCOH (мо-
лекулярная масса 73,09) — бесцветная
подвижная жидкость со слабым спе-
цифическим запахом. Температура
плавления —61 °C, температура ки-
пения 153 °C при давлении 1030 гПа.
Смешивается с водой, спиртом, ацето-
ном, эфиром, сероуглеродом, галоино-
содержащими и ароматическими сое-
динениями
Дибутилфталат СвН4(СООС4Н9)2 (мо-
лекулярная масса 278,25) — бесцвет-
ная жидкость с тонким фруктовым за-
пахом; температура плавления 35 °C,
температура кипения 330—340 °C.
Четыреххлористый углерод СС14 —
бесцветная негорючая жидкость со
сладковатым запахом. Температура кн
пения 76,75 °C. Плотность 1,593 г/см3.
Трихлорэтилен CtCl3H (молекуляр-
ная масса 131,399) — бесцветная
жидкость с запахом напоминающим
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФОТОЛИТОГРАФИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ 459
запах хлороформа Температура ки-
пения 87,19 °C. Хорошо растворим
в органических растворителях, плохо
в воде. Один из наименее токсичных
хлорсодержащих растворителей. Пре-
дельно допустимая концентрация па-
ров в воздухе 0,05 мг/л. При длитель-
ном хранении на свету постепенно оки-
сляется кислородом воздуха до СОС1,.
Моноэтаноламип 112NCH 2СН 2ОН
(молекулярная масса 61,08) — вязкая
гигроскопичная жидкость, смеши-
вается с водой и спиртами, хорошо
растворима в СНС13, плохо в углево-
дородах и эфире. Температура кипе-
ния 171,1° прн давлении 10’ Па.
Метнлэтилкетон СН3СОСН,СН3 (мо-
лекулярная масса 71,10) — бесцветная
жидкость, по запаху напоминает аце-
тон. Температура кипения 79,57 °C.
Взрывоопасная концентрация паров
в воздухе 1,97—10,2%. С органиче-
скими растворителями смешивается во
всех отношениях. Растворимость прн
20 °C в воде 26,8%.
Диоксан С4НЯО2 — бесцветная про-
зрачная жидкость со слабым приятным
запахом. Ядовита. Легко воспламе-
няется. С водой и обычными органи-
ческими растворителями смешивается
во всех отношениях. Молекулярная
масса 88. Плотность прн 20 °C
1,03 г/см3. Температура затвердевания
10,5—11,5 °C, температура кипения
101,4 °C, температура вспышки 11 °C,
температура самовоспламенения паров
в воздухе 340 °C. Температурные пре-
делы взрываемости насыщенных па-
ров в воздухе: нижний 4 °C, верхний
58 °C.
Толуол С;Н8 — бесцветная жид-
кость с характерным запахом, нерас-
творимая в воде, но растворимая
в ацетоне и смешивающаяся в любых
отношениях со спиртом и эфиром.
С воздухом толуол образует взрыво-
опасные смеси. Оказывает раздражаю-
щее действие на нервную систему. Мо-
лекулярная масса 92,14. Температур-
ный диапазон перегонки при давле-
нии 1030 гПа 109,5—111,0 °C. Плот-
ность при 20 °C 0 866 г/см3. Показа-
тель преломления 1,495. Нелетучий
остаток не превышает 0,001 %, а со-
держание влаги 0 03 %.
Хлорбензол С(|Н.,С1 — бесцветная
прозрачная жидкость с характерным
запахо^ смешивающаяся во всех от-
ношениях со спиртом, этиловым эфи-
ром и бензолом и нерастворимая в воде.
Молекулярная масса 112,56 Плот-
ность при 20 °C 1,1 г/см3 Показатель
преломления 1,52. Температурный пре-
дел, при котором перегоняется 95%,
при давлении 10’ Па 130—133 °C.
Изопропиловый спирт C3HgO — бес-
цветная прозрачная жидкость, смеши-
вающаяся с водой во всех отношениях.
Молекулярная масса 60 6. Темпера-
тура кипения 80—82.5 °C.
М-ксилол CsHi0 — бесцветная про-
зрачная жидкость с характерным бен-
зиновым запахом, хорошо растворяю-
щая смолы, каучук, масло н жиры;
растворяется в спирте и эфире, го-
рюча Молекулярная масса 106,17.
Фоторезисты |9 26J. Фоторезист
ФН-11 — прозрачная жидкость светло-
коричневого цвета, представляющая
собой раствор циклокаучука, фотосшп-
вающего агента в смеси ксилола с толу-
олом и применяемая в процессах
фотолитографии металлов: меди, хрома,
алюминия В качестве фотосшиваю-
щего агента используется 2,6бнс-(4-оцн-
добензоль)-4 метилциклогексанона.
Кинематическая вязкость 7—9х
ХЮ“вм2/с. Разрешающая способность
при толщине пленки фоторезиста
2,5 мкм равна 100 лин./мм Свето-
чувствительность на уровне 0 5 мкм
равна 10 Дж/см2. Величина сухого
остатка не превышает 15 %, а содержа-
ние азота в сухом остатке 1,1 %.
Фоторезист ФН-103—вязкая про-
зрачная жидкость от красновато-жел-
того до темновато-красного цвета, пред-
ставляет собой раствор циклокаучука
в смеси толуола и n-ксилола и содер-
жит в качестве светочувствительной
добавки 2,6-ди-(4-озидобензаль)-4 ме-
тилциклогексапона (ДЦГ). Приме-
няется также в качестве защитного
электроизоляционного слоя микро-
схем. В состав фоторезиста входит
15% циклокаучука, 0,4 % ДЦГ,
56,4 % толуола и 28,2 % икс идола.
Вязкость фоторезиста 11—15-10 ° м2 с.
Показатель преломления 1 5. Плот-
ность 0,85—0,89 г/см3 Разрешающая
способность прн толщине пленки фо-
торезиста 1,5 мкм равна 50 лин/нм.
Фоторезисты ФП-383, ФП-330 —
вязкие прозрачные жидкости оранже-
38 Основные параметры отечественных фоторезистов
Фоторезист Внешний вид раствора Вяз- кость, мПа-с Разрешающая способность (при толщине фоторезиста 1 мкм), лии/мм Кислото- проницае- мость по плот- ности дефектов мм2, не более Стой- кость в прояви- теле, с Поверх- ностное натяже- ние, МН/м
ФП-383 позитивный Оранжевого цвета 59 400 0,5 60 32,3
ФП-330 позитивный То же 59 400 0,75 60 —
ФП-333 позитивный 60 500 0.2 180 28,0
ФП-307 позитивный > 60 500 0,35 90 35,3
ФП-309 позитивный Темно-оранжевого до красно-коричневого цвета 60 400 0,5 — —
ФП-383 позитивный Темно-оранжевый до красно-оранжевого цвета — 200 0,1 720 —
ФП-334 позитивный От оранжевого до коричневого цвета 45 400 0,7 600 —
ФН-106 негативный Желтого цвета 70 200 0,4 — —
ФН 108 негативный Темно-оранжевого цвета 35 400 0,25 — —
ФН-11 негативный Светло-коричневого цвета 7-9 100 — — —
ФП-РН-7 позитивный Темно-коричневого цвета 20-25 500 при тол- щине 0,7 —0,8 мкм 0,5 — —
ФП-617 позитивный Темно-коричневого цвета — 600—700 •** — —
?
37 Режимы обработки отечественных фоторезистов
Фоторезист Сушка Проявитель Задубливание Удаление фоторезиста МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФОТОЛИТОГРАФИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ 461
Тем- пера - тура, СС Вре- мя, мин Темпера- тура, °C Вре- мя, мин Состав Темпе- ратура, °C
ФП-383 ФП-РН-7 ФП-617 ФН-11 ФН-Ик ФН-15 80±5 90 90 90—5 90 100=1=5 15-20 25 20 30 10 30 1. Натрий фосфорнокислый 3-замещ. 8 г, глицерин 300 мл, вода диет. 100 мл 2. Едкий натр 0,1 —0,2 г, вода диет. 100 мл 3. Этаиоламин Едкое кали 0.4 в Вода диет. 100 мл Едкое кали 0,6 г Вода диет 100 мл 1. Уайт-спирит 2. Толуол 100 мл Диоксан 100 мл 1. Уайт-спирит 20 мл, толуол 10 мл 1. Уайт-спирит Толуол 150 150—150 90 130 150 Световое дубление 100 150 150 150 30 20 20 30 30+' 15 20 30 10 10 1 Щелочь концентр. 2. Диметилформамнд моноэта ноламин 3. Целлозольв 4. Кислота серная 3 ч, вода диет. 1 ч 5. Метилэтил кетон 1. Кислота серная 2. Диметилформид диоксан 1 Щелочь конц. 1. Толуол с хлорбензолом 2 Ацет.чтметилеи гликоля с ме- таксилолом I. Толуол 3 ч, ксилол 1 ч 1 Толуол с ьлорбеизолом 66 70 80 горяч. 60 20 20 20 20
ЗЯ. Зависимость режимов обработки пленки от типа стравливаемого материала
Стравливаемый материал Травитель Время травле- ния, мин Фоторезист Время за- дубливания, мин Темпера- тура, °C
А! hno,+h,po4+h,o+ch,cooh 1 ФП-383: 15 150
ФП-РН7 15 130
SIO, HF+NHjF+HjO До 7 ФП-383; 20 150-160
ФП-РН7 30 125-130
SjOj hf+nh.f+h.o Св. 7 ФП-РН7 По 15 между СЛОЯМИ В процессе травления до 150-175
Au K, [Fe(CN)« J+ H,NCSN 11, + Na2S.O, • 5H.0 До 3 ФП-383; 30 150
ФП-РН7 15 130
Cr—Cu —SiCr HCI; HF+ HC1; HNO„-+ H,SO4+ H,PO44-CHSCOOH + H,C До 1 ФП-Р117 По 15 между слои ми 170 180
190
Ni—Cu—Cr H,PO44 HjSO4+ HNO,+ HjO+CH3COOH; KslFe(CN)«J+ KUH До 1 ФП-РН7 15 150
tn
•о
5
=1
•о
5
г
m
I
г
е
гч
со
ГЛ
Л
•о
о
5
я
ГЧ
39. Составы травителей различных номеров для меди
Компонент I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
FeCl, H3SO4 HCI UNO, H.O CrO, (NH4),S,O, H,SO4 H,PO4 CHSCOOH HjOs SnCl. KJ NH40H (20%) —* — — — — — 4 50 мл 450 мл 18.5 мл — — 1 л 1 л 15 мл 1 л (65%) 300 мл — —
160 мл — —
15 мл — 1 0 мл (37%) До 1 л
— 50 мл 50 мл 250 МЛ 250 МЛ 250 МЛ 250 МЛ ИЗ мл — —
70 мл 1000 МЛ 4 50 я До I Л До 1 л До 1 л 50 г — До 1 л
— — — — 450 r *- —
— — 200 г 50 мл -
50 мл 160 мл
50 мл 30 мм — 250 мл 250 мл —
15 мл — — 50 мл
— 50 г 100 г —
— 50 мл
464
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
40. Составы травителей
Стравли- ваемый материал Компоненты травителя Состав Скорость травлення Темпе- ратура травле» пня. °C
Л1 1 Кислота ортофосфорная Изопропиловый спирт Деионизованная вода 60 мл 15 мл 10 мл 0,33 мкм/мин 60_Ь2
2. Кислота ортофосфорная Кис пота азотная Вода диет 80 мл 5 мл 0—20 мл 150— 250 нм/мнн 40
3. Кислота уксусная Кислота ортофосфорная Кислота азотная Вода дистиллированная 45 мл 228 мл 9 мл 15 мл — 60
4. Кислота соляная Вода диет. 10 мл 40 мл — 20±2
5. Кислота ортофосфорная Вода диет. 43 мл 55 мл — 60
6. Хромовый ангидрид Кислота плавиковая Вода диет 35 г 5 мл 500 мл 0,1 мкм/мин 20
NI 1. Кислота азотная Вода диет 10 мл 50 мл — 20
2. Кислота ортофосфорная Кислота азотная Кислота уксусная Вода диет 17 мл 17 мл 6G мл 50 мл — 30
3. Персульфат аммония Серная кислота Вода диет. 50 г 10 мл 100 мл 70
4. Хлорное железо Медь сернокислая Вода диет. 300 г 100 г 1000 мл 1,5 мкм/мин 20
Au 1. Калий бромистый Вром Вода диет. 20 г 20 г 100 мл 20
2. Кислота соляная Кислота азотная 30 мл 10 мл 0,6- — 1 мкм/мин
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФОТОЛИТОГРАФИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ 465
Продолжение табл. 40
Стравли- ваемый материал Компоненты травителя Состав Скорость травления Темпе- ратура травле- ния, °C
Для диэлектрических слоев
I. Кислота фтористоводородная Аммоний фтористый (50%) 50 мл 50 мл 0,00 мкм/мин
SiO 2. Кислота фтористоводородная Аммоний фтористый Перекись водорода Вода диет. 10 мл 20 г 70 мл 50 мл 1,5 мкм/мин 20
3. Кислота азотная Кислота фтористоводородная 50 мл 50 мл —
1. Кислота фтористоводородная Аммонии фтористый Вода диет. 140 мл 389 г До 1000 мл 100 им/мин
S1O, 2. Кислота фтористоводородная (49%) Кислота азотная (70%) Вода диет. 15 мл 10 мл 300 мл 12 нм/мин 20
3. Кислота верная (d =» 1,135) Аммоний фтористый 20 мл 10 г 0,22 мкм/мнн
4 Кислота фтористоводородная Аммоний фтористый Вода днет. 10 мл 30 г 70 мл 0,06 мкм/мин
А1,О3 Кислота фтористоводородная Конц. 1000 нм/мин 00
Fe,O, 1. Кислота серная Кислота соляная 50 мл 50 мл 180 нм/мин
2. Кислота соляная Хлорное железо Калий йодистый Вода диет. 150 мл 14 г 10 г 50 мл — 40
Для материала подслоя
1. Кислота соляная Копи. — 100
NiCr 2. Кислота соляная Кислота азотная Вода диет. 20 мл 20 мл СО мл — 20
466
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Продолжение табл. 40
Стравли- ваемый материал Компоненты травителя Состав Скорость травления Темпе- ратуре травле- ния, °C
NiCr 3. Кислота соляная (1,19) Кислота серная (1,85) Вода диет. 20 мл 20 мл 20 мл — 30—40
4. Едкий натр Натрий углекислый Вода диет. 20 г 50 г До 1000 мл — 20
V 1. Перекись водорода (35%) — 20
2. Кислота азотная Вода диет. 10 мл 100 мл —
3. Кислота азотная Кислота ортофосфорвая Кислота уксусная Вода диет. 10 мл 40 мл 10 мл 40 мл —
Tl 1. Кислота фтористоводородная (48%) Вода диет. 10 мл 90 мл 12 мкм/мнн 32
2. Кислота серная Кислота фтористоводородная Вода диет 65 мл 1 мл 30 мл — 20
3. Кислота ортофосфорная Коиц. — До кипе НИЯ
4. Едкий натр (40%) Кислота фтористоводородная 50 мл 5 мл — 20
SI моио Для кремния и 1. Кислота фтористоводородная Кислота азота я Кислота уксусная германия 20— 10 мл 90—30 мл 10—10 мл 4—8 мкм/мии —
2. Кислота фтористоводородная Кислота азотиая Серебро азотнокислое 10 мл 40 мл 40 мл — —
SI поли 1. Кислота фтористоводородная Кислота азотная Серебро азотнокислое (1 г на 100 мл HtO) 10 мл 40 мл 10 мл — —
2. Пропиленгликоль Вода деионизованная 200 мл 200 мл — —
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФОТОЛИТОГРАФИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ 467
Продолжение табл. 40
Стравли- ваемый материал Компоненты травителя Состав Скорость травления Темпе- ратура травле- ния °C
Ge 1. Кислота фтористоводородная Кислота азотная Перекись водорода Вода диет 10 мл 10 мл 10 мл 4 0 мл 3 мкм/мип —
2 Кислота фтористоводородная Перекись водорода 20 мл 10 мл 12 мкм/мип —
3 Кислота фтористоводородная Кислота азотная Кислота уксусная 15 мл 25 мл 15 мл 0.1 — 0.15 мкм’мин —
4 Кислота фтористоводородная Кислота азотная Кислота уксусная Натрий бихромат 20 мл 4 0 мл 30 мл 10 г 0.5— 0.6 мкм, мин —
Для резистивных с юев
1. Соляная кислота Конц. 130 нм/м и и 20
Сг 2 Соляная кислота Глицерин 50 мл 50 мл 80 км/мнк 80
3 Кислота соляная Вода диет. 62 мл 50 мл — 80
4. Кислота соляная Кислота серная 50 мл 50 мл — 20
5. Кислота серная Кислота соляная Llepnii сернокислый 100 мл 100 мл 200 мл — 20
6. Едкое калн Вода диет. 20 г 100 мл 0.8 мкм/мии 50—60
Та 1. Кислота азотная Натрий фтористый 100 мл 10 (насыщ.) — 20
2. Кислота азотная Кислота фтористоводородная 100 мл 10 мл 120— 300 нм/мин 20
3 Кислота серная Вида диет. 50 мл 50 мл — 20
468
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Продолжение табл. 40
Стравли- ваемый матерная Компоненты травителя Состав Скорость травления Темпе- ратура травле- ния0 °C
Та 4. Кислота азотная Кислота фтористоводородная (48%) Рода днст. 20 мл 10 мл 10 мл — 20
PC-спла- вы. РС-3001 РС-37Ю 1. Кислота азотная Кислота фтористоводородная Вода днст. 14—20 мл 2 — 6 мл 24—10 мл — 20
2. Кислота соляная Кислота фтористоводородная Аммоний фтористый Вода диет. 45 мл 5 мл 2 г 50 мл 20
3. Кислота азотная Кислота фтористоводородная Кислота соляная Вода диет. 15 мл 15 мл 15 мм 55 мл — 20
Кермет 1. Кислота соляная Кислота фтористоводородная Вода днст. 160 мл IG0 мл 80 мл — 80—100
2. Кислота азотная (54%) Этиленгликоль Вода диет. 20 мл 100 мл 80 мл 20
3. Кислота фтористоводородная Кислота азотная Вода диет. 30 мл 100 мл 50 мл — 20
млт-зм 1. Кислота азотная Натрий фтористый Кислота фтористоводородная 100 мл 10 г (нас.) 50 мл — 20
2. Кислота соляная Кислота фтористоводородная Вода днст. 45 мл 5 мл 50 мл 240 нм/мии 20
3. Кислота азотная Кислота фтористоводородная Вода диет. 35 мл 5 мл 60 мл 120 нм/мин 20
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОЛСТЫХ ПЛЕНОК
469
вого цвета, представляющие собой
растворы светочувствительных продук-
тов и иоволачпой смолы в диоксане.
Вязкость при 20 °C равна 5,9 ±
± 0,5- 10~® м?/с. Разрешающая спо-
собность 400 лин/мм. Кислотопропн-
цаемость пленки фоторезиста толщи-
ной 1 мкм характеризуется плотностью
дефектов двуокиси кремния и для
ФП-330 равна 0,75 мм"?, для ФП-383—
0,5 мм-?. Устойчивость в проявителе
(2%-ный раствор трииатрийфосфата)
необлученной пленки фоторезиста 60 с.
В основу фоторезистов входят свето-
чувствительные продукты № 330 и
№ 383, представляющие собой эфи-
ры 1,2-иафтохинопдиазид(2)-5-суль-
фокислоты и различных полифенолов.
Светочувствительные продукты — по-
рошки желтого цвета, содержащие
до 5% азота, 0,5 % влаги и 1,5% не-
растворимых примесей.
Фоторезист ФП-334 — прозрачная
жидкость от оранжевого до коричне-
вого цвета, представляющая собой
25%-ный раствор светочувствитель-
ного и пленкообразующего компонен-
тов в смеси растворителей. Кинемати-
ческая вязкость при 20 °C равна
4 5 ± 0 5- 10*в м2/с. Разрешающая спо-
собность 400 лии'мм. Устойчивость
необлучсиной пленки фоторезиста в
проявителе 10 мин. Кислотопроиицае-
мость плевки фоторезиста толщиной
1 мкм характеризуется плотностью
дефектов двуокиси кремния и не пре-
вышает 0,2 мм-?.
Фоторезист ФП-307 — прозрачная
жидкость оранжевого цвета, представ-
ляющая собой раствор светочувстви-
тельного продукта и иоволачпой смо-
лы № 18 в диоксаие. Вязкость 6 ±
± 1 0- 10"в мг/с. Разрешающая спо-
собность 500 лпп/мм. Кислотопропи-
цаемость пленки фоторезиста толщи-
ной 1 мкм характеризуется плотностью
дефектов двуокиси кремния и не пре-
вышает 0,35 мм ?. Устойчивость не-
облученной пленки фоторезиста в
проявителе (1,5%-ный водный рас-
твор трипатрпйфосфата) равна 90 с.
Фоторезист ФП-333 — вязкая про-
зрачная жидкость бронзового цвета,
представляющая собой 23%-иый рас-
твор светочувствительного н плевко-
образующего компонентов в смеси
растворителей.
Вязкость при 20 °C равна
2,8-10'6 м?/с. Разрешающая способ-
ность при толщине пленки фоторе-
зиста толщиной 0,8 мкм равна 0,2 мм’?,
а устойчивость к 1 %-но.му водному
раствору тринатрийфосфата — 3 мин.
Фоторезист ФП-РН-7 — прозрач-
ная жидкость темно-оранжевого цвета,
представляющая собой раствор свето-
чувствительного ортоиафтохинондиа-
зида и фенолформальдегидных смол
в смеси органических растворителей
Содержание сухого осадка в продукте
20 %. Вязкость при 20 °C равна 2,28-?-
- -2,54-10 8 м2/с. Плотность 0,9 г/см3.
Разрешающая способность при тол-
щине пленки фоторезиста 0,7—0,8 мкм
равна 500 лин/мм. Маскирующее свой-
ство фоторезиста в буферном трави-
теле при толщине пленки 0,7 мкм, опре-
деляемое как плотность проколов в
пленке, не превышает 3 %.
Фоторезист ФП-617 — прозрачная
жидкость темно-коричневого цвета.
Разрешающая способность 600—
700 лин/мм.
В табл. 36—40 приведены основные
параметры и режимы обработки оте-
чественных фоторезистов, рекомен-
дуемые составы травителей наиболее
широко применяемых материалов для
гибридных интегральных схем
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОЛСТЫХ
ПЛЕНОК
Переход от обычных схем к пленоч-
ным связан с существенным измене-
нием типов применяемых материалов
и технологии производства При этом
необходимо учитывать влияние техно-
логических процессов на характерис-
тики элементов схем, природу приме-
няемых материалов и возможные фи-
зико-химические взаимодействия меж-
ду ними на различных этапах изготов-
ления
От пасты (композиции) требуется,
чтобы изготовленные на ее основе
пленки после вжигания обладали за-
данными характеристиками: провод-
ники — высокой проводимостью (т е.
низким удельным сопротивлением), ре-
зисторы — любым номинальным зна-
чением сопротивления в пределах уста-
новленного диапазона, диэлектри-
ки — малой проводимостью.
470
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
,Пасты для толстопленочных провод-
ников. Для изготовления толстопле-
ночных проводников применяют ма-
териалы трех типов: металл (или функ-
циональный материал), стеклофазу, вы-
полняющую роль постоянного свя-
зующего, и смесь органических жидко-
стей. Каждый из этих компонентов
играет свою роль в формировании
свойств композиции. Металл (функ-
циональный материал) обеспечивает
образование проводящих дорожек,
стекло удерживает частицы функцио-
нального материала в состоянии то-
чечных контактов в течение обжига и
адгезирует проводник к подложке,
органические жидкости делают смесь
материалов пригодной для трафарет-
ной печати.
Проводниковые пасты должны обе-
спечивать получение следующих ха-
рактеристик композиции (после
вжигаиня)- 1) высокую удельную про-
водимость во избежание заметного па-
дения напряжения и нагрева; 2) вы-
сокую адгезию пленки с подложкой,
поскольку непосредственно к ней при-
соединяются выводы и навесные эле-
менты; 3) возможность присоединения
к поверхностям проводников монтаж-
ных проводов в навесных элементов;
4) композиция должна быть устойчи-
ва к воздействиям, связанным с вы-
полнением технологических процес-
сов и выдерживать заданные условия
эксплуатации.
Функциональные материалы. Назна-
чение их — создание токопроводящих
дорожек в композиции. Для провод-
никовых паст в качестве функциональ-
ных материалов используются метал-
лы и их сплавы.
При выборе материалов должны при-
ниматься во внимание вопросы эко-
номики, технологии обработки, тре-
бования по стабильности и факторы,
относящиеся к особенностям исполь-
зования проводниковых, резисторных
и других функциональных материалов.
Многие из этих факторов являются
универсальными и относятся ко всем
рассматриваемым материалам. Для
функциональных материалов провод-
никовых паст наиболее важны сле-
дующие свойства: поверхностные ха-
рактеристики порошков химиче-
ская активность, простота приго-
товления, технологическая совмести»
мость.
Удельное сопротивление компози-
ции определяется сопротивлениями
контактов между металлическими ча-
стицами. Контакты между частицами
в проводнике можно разделить на два
типа. Если вжигание пасты проводит-
ся при низкой температуре, то обра-
зуются контакты только точечного
типа. Взаимодействия между металли-
ческими частицами не наблюдается,
и сопротивление контакта является
сложной функцией контактного дав-
ления и состава (фнзико-химнческой
характеристики) находящихся на по-
верхности металлических частиц. При
высокотемпературном обжиге стано-
вятся заметными диффузия и сплавле-
ние металлических частиц, что при-
водит к образованию более или ме-
нее гомогенной проводящей струк-
туры. В этом случае сопротивление
контактов является функцией степени
спечепности и состава металлических
участков поверхности
Физико-химические свойства метал-
лических поверхностей зависят прежде
всего от степени их чистоты. Наиболее
опасными являются окисные или нит-
ридные пленки, которые образуются
при обжиге в результате взаимодей-
ствия металла со стеклом или газовой
средой в печи.
Сопротивление композиции и ее
адгезионные свойства находятся в
сильной зависимости от характеристик
металлических частиц, поэтому функ-
циональные металлы или сплавы дол-
жны обладать крайне низкой хими-
ческой активностью. Практически при-
годными оказываются только благо-
родные металлы — золото, платина,
серебро и палладий.
Функциональные материалы вво-
дятся в пасту в виде мелких частиц
с максимальным диаметром, обычно
не превышающим 5 мкм Закон рас-
пределения размеров и форма частиц
оказывают сильное влияние па мно-
гие важные физические и электриче-
ские свойства В проводниках эти
факторы влияют на поведение пасты
в процессе трафаретной печати, на
характеристики композиции с точки
зрения пригодности для монтажа и
на ее удельное сопротивление
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОЛСТЫХ ПЛЕНОК
471
Вследствие химических взаимодей-
ствий, которые могут иметь место при
изготовлении толстопленочных схем,
необходима совместимость функцио-
нальных материалов с технологиче-
скими процессами.
Постоянное связующее. В качестве
постоянного связующего применяются
легкоплавкие стекла. В проводнико-
вой композиции эти стекла выпол-
няют две функции: удерживают ме-
таллические частицы в контакте и
обеспечивают закрепление компози-
ции на подложке.
Наиболее важными характеристика-
ми при выборе постоянного связую-
щего являются температурная зави-
симость вязкости, поверхностное на-
тяжение, химическая активность и
коэффициент теплового расширения.
Органические добавки. Органиче-
ские добавки вводятся в качестве свя-
зующего и для придания текучести
смеси твердых функциональных ма-
териалов, необходимой дли трафарет-
ной печати.
Существует много органических
жидкостей, отвечающих необходимым
требованиям, в числе которых вода,
органические растворители, терпены
н жидкие смолы. Среди них метиловый,
этиловый, бутиловый, пропиловый и
более высокоосновные спирты, эфиры
этих спиртов, скипидар.
Однокомпонентиые си-
стем ы. Первыми были разработаны
системы типа мелкодисперсное се-
ребро — стеклянная фритта. Эти пасты
и сейчас еще находят некоторое при-
менение в толстопленочных гибрид-
ных схемах. Они являются наиболее
дешевыми и имеют ряд других досто-
инств — обеспечивают простоту изго-
товления, хорошую адгезию, пригод-
ность для монтажа и хорошую паяе-
мость. Существенным недостатком их
является тенденция серебра к мигра-
ция при воздействии электрического
поля во влажной среде.
Золото обычно применяется в тех
случаях, когда схема предназначена
для монтажа кремниевых приборов
с применением золотокремниевон
эвтектики или золотых и алюминиевых
проволочных выводов с помощью
ультразвуковой сварки. Недостат-
ками паст на основе золота являются
высокая стоимость я плохая паяемость.
Можно применять специальные ннднй-
висмутовые припои, но они дают не-
прочные паяные узлы.
Практически все металлы были опро-
бованы в качестве возможных компо-
нентов проводниковых паст. В пастах
используются платина, палладий,
индий, родий, рутений, осмий и дру-
гие металлы.
Многокомпонентные
системы на основе спла-
вов. В целях получения высокока-
чественных недорогих составов для
изготовления толстых пленок разра-
ботаны сплавы различных благород-
ных металлов. Известно очень большое
число многокомпонентных систем, а
в каждой системе — множество соот-
ношений металл—металл и стекло—ме-
талл, с здающих разнообразные свой-
ства.
В системе платина—золото соче-
таются хорошие физические и элек-
трические характеристики платины и
золота.
Система палладий—серебро разра-
ботана в качестве более дешевого за-
менителя системы платина—золото.
Получаемые пленки отличаются вы-
сокой адгезией и хорошей паяемостью.
Система палладий—зоюто приме-
няется в качестве более дешевого за-
менителя системы платина—золото.
Резистивные пасты. В резистивных
пастах функциональные материалы яв-
ляются комбинацией проводников,
изоляторов и полупроводников. В про-
водниках сопротивление композиции
определяется главным образом свой-
ствами контактов между .металличе-
скими частицами. В резистивных ком-
позициях истинная картина механизма
проводимости пеизвес на, но исходя
из величин сопротивления, чувстви-
тельности резисторов к напряжению и
характера температурной зависимости
можно сделать вывод, что контакты
между частицами имеют полупровод-
никовую природу.
Функциональные материалы. Для из-
готовления резисторов пригодно чрез
вычайно большое количес во мате
риалов — благородные металлы и ком-
бинации металлов с окнсламн. Из-за
сложности и индивидуальных осо-
бенностей природы функциональных
472
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
материалов можно дать лишь ограни-
ченное описание различных систем.
В целях классификации системы под-
разделяются на одно- и многокомпо-
нентные.
Од покомпонентные си-
стем ы. Толстопленочные резисторы
на основе смеси мелкодисперсной окиси
таллня н свинцово-боросиликатпого
стекла могут иметь удельное поверх-
ностное сопротивление от 50 до
10' Ом/D Этот диапазон достигается
варьированием содержания окиси тал-
лия от 85 до 25 % по массе.
В других системах в качестве функч
клональных материалов применяются
серебро, золото, палладий, платина,
рений, окись палладия и окись рения
в сочетании с соответствующими стек-
лами. Общим недостатком большин-
ства этих систем является чувстви-
тельность к количественному соотно-
шению компонентов. Так, например,
смесь стеклянная фритта — мелкодис-
персное серебро дает удельное сопро-
тивление пленки I Ом/о при 48 %-ном
содержании серебра и 1-10? Om/q
при 46 %-ном (толщина пленки
25 мкм). Для системы палладии—
стекло рабочим диапазоном является
содержание палладия 33—70 %.
Многокомпонентные
системы Система Pd—PdO—Ag
позволяет получать резисторы с удель-
ным сопротивлением от 1 до 10е Om/q.
Вжигание требует строгого соблюде-
ния режима, поскольку эти пасты
отличаются высокой чувствитель-
ностью к атмосфере печи и темпера-
турному режиму обработки.
Составы типа Pd—Ag разработаны
в порядке совершенствования компози-
ции Pd—PdO—Ag и но сравнению
с ней отличаются более высокой тем-
пературной стабильностью. Система
Pd—Ag критична к режиму вжига-
ния в силу своей большей чувстви-
тельности к температуре и атмосфере
печи по сравнению с системой
Pd—PdO—Ag.
Определены последовательность н
режимы операций технологического
процесса при заданных специальных
технических требованиях к толсто-
пленочным микроэлементам.
1 . Операция термообработки, К. =
= 58,5 ± 0,05 %; Т= 760 ± 5 °C?
<1 = 15,0 ± 0,5 мии.
2 Операция термической стабили-
зации: Т2 = 450 ± 5 °C, Г2 =
= (3X2) ± 0,1 ч.
3 . Операция вакуумтермнческой ста-
билизации: 7'з= 450 ± 5 °C, ts =
= (2Х 2) ± 0,1 ч; р8= 1,33 ± 0,065 Па.
4 Сборочная операция с капсюли-
рованием: 7'1= 450±5°С, pt =
= 1,33 ± 0,065 Па.
Постоянное связующее. Для резисто-
ров используются соответствующие мо-
дификации стекол, применяемых для
проводников. Свинцово-боросиликат-
ные стекла иногда заменяются кад-
миевыми или цинково-боросиликат-
ными. Стекла играют большую роль
в обеспечении стабильности электри-
ческих характеристик резисторов, в
связи с чем их состав приобретает
важное значение
Диэлектрические пасты. Диэлектри-
ческие материалы выполняют в толсто-
пленочных схемах две основные функ-
ции — изоляции в пересечениях и
диэлектрика в конденсаторах. Кроме
того, они используются при защите
конструкций микросхем.
Материалы для пересечения харак-
теризуются несколькими параметрами,
среди которых электрическая проч-
ность, сопротивление изоляции, тан-
генс угла диэлектрических потерь и
диэлектрическая постоянная.
Функциональные материалы. В ряде
случаев в качестве функционального
магериала для пересечений исполь-
зуется стекло. Применяется также
большое количество композиций с со-
ответствующими электрическими свой-
ствами. Выбор композиции обычно
диктуется необходимостью получения
таких характеристик, которыми ие
обладает стекло. Наиболее важными
надо считать характер температурной
зависимости вязкости, совместимость
с составом проводников и тепловое рас-
ширение. Требование совместимости
сводится к тому, чтобы диэлектрики
не вступали в такую реакцию с про-
водниковой композицией, которая мо-
жет тем или иным образом повлиять
на характеристики диэлектриков или
проводников.
В температурной зависимости вяз-
кости стекла следует учитывать два
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОЛСТЫХ ПЛЕНОК
473
фактора — структуру диэлектриче-
ского слоя и вертикальное и боковое
смещение верхнего электрода.
Диэлектрики для конденсаторов бо-
лее сложны, чем материалы для пере-
сечений. Так же, как и резистивные
системы, они содержат функциональ-
ные материалы и постоянное связую-
щее.
Помимо тех электрических свойств,
которые были уже указаны для пе-
ресечений, диэлектрик, предназначен-
ный для конденсаторов, должен обла-
дать более высокой диэлектрической
постоянной.
Известно много керамических ма-
териалов, преимущественно на основе
BaTiO3, с высокой диэлектрической
постоянной. Смешивая частицы этих
материалов со стеклом, можно полу-
чить композицию с диэлектрической
постоянной порядка 1000.
Важным свойством этих функцио-
нальных материалов является их вы-
сокая химическая активность, а диэ-
лектрическая постоянная смеси сильно
зависит от количественного соотно-
шения составляющих ее компонентов.
Чувствительность к воздействию
технологических факторов и совмести-
мость. Проблемы совместимости для
резисторов оказываются более слож-
ными, чем, например, для диэлектри-
ков Многократный обжиг, гермети-
зация и подгонка — все это может
привести к большим временным и
необратимым изменениям важных элек-
трических характеристик. Характер
этих воздействий определяется кон-
кретными условиями производства н
частными технологическими факто-
рами.
В качестве рекомендаций рассмо-
трим конкретный подход н этапы со-
здания толстопленочных микросхем.
Практически пригодными для
использования в качестве функцио-
нальных материалов могут являться
сложные соединения. В основу их
получения положен принцип получе-
ния сложных окислов благородных
металлов реакциями в твердой фазе:
Bi2O3 4-PdOZ^BiPdO4,
Анализ экспериментальных данных
показал, что при стехиометрическом
Рис. 21. Дсрнватограмма композиционной
системы Bl-PdO,
соотношении компонентов, близком
к 1:1, создается реальная возмож-
ность получения стабильного по фа-
зовому составу функционального ком-
позиционного материала.
На рис. 21 приведена дериватогра-
виметрическая кривая сложного окисла
палладия, полученного прн трехкрат-
ном спекании исходных материалов
в течение 10 ± 0,5 ч при температуре
700 ± 20 СС. На рис. 22, а, б показаны
термогравнметрическне зависимости
процесса окисления палладия и окис-
ла висмута (рис. 23), использованных
в качестве элементов композицион-
ной системы.
По указанным кривым могут быть
установлены температурные интер-
валы, в процессе которых не происхо-
дит изменение стабильности фазового
состава компонентов.
Установление технологических фак-
торов (температурно-временного ре-
жима обжига) для композиционного
материала Bi2PdO4 проводится сле-
дующим образом.
474
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рис. 22. Дсриватограчма оксихинолята палладия (ОХ—С, Н,ON) Pd.
а — для массы 0,1 г; б —для массы 0,19 г
Из условия соотношения скоростей
прямой и обратной реакций окисле-
ния-восстановления (рис. 24)
2Pd + О2 2PdO
выбрана оптимальная окрестность точ-
ки А, термический режим окисления
вблизи которой Д7'технгл дает наибо-
лее стабильный фазовый состав ма-
териала. Это подтверждается анали-
вом зависимости скорости нагрева от
от времени выдержки при максималь.
Рис 23. Дериватограмма окисла висмута
В1,О3 ₽ 4 для массы 0,41 г
ной температуре обработки /, по ко-
торой определены их допустимые диа-
пазоны изменения.
Индицирование дифрактограмм
(рис. 25) анализом интенсивности J0TH
по высоте пиков над уровнем фона
позволяет определить уточненные тем-
пературно-временные режимы обра-
ботки Bi2PdO4, при которых JOTH стре-
мится к максимуму.
Выбор связующего материала под-
ложки из условий согласования со
свойствами композиционной системы.
В качестве связующего стеклофазы
для микроэлектронных устройств ре-
комендуются легкоплавкие. На
рис. 26, а, б приведены термограммы
наиболее распространенных стекол.
Выбор стеклофазы 278-2 обусловлен,
кроме удовлетворения требований хи-
мической пассивности по отношению
к функциональному материалу в усло-
виях термообработки, стабильностью
фазового состава в диапазоне темпе-
ратур 500—800 °C. Композиционная
система со стеклофазой должна быть
устойчива к многократным термиче-
ским воздействиям, которые характер
ны при создании многослойных тол-
стопленочных схем.
Для реализации методики твердо-
фазной реакции при получении ком-
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОЛСТЫХ ПЛЕНОК
475
позиционной системы порошок стекла
седиментируется в течение 72 ± 0 5 ч
для увеличения его монодисперсиостн.
На рис. 27 показаны полигоны рас-
пределения размеров частиц стекло-
фазы но фракциям I, II, HI, IV
и V.
Практически при изготовлении про-
мышленных микросхем используется
фракция V.
Материал подложки должен обеспе-
чивать высокую прочность, тепло-
проводность, инертность по отноше-
нию к композиционной системе
Для повышения качественных пока-
зателей материалов подложки вво-
дится технологическая операция тер-
мической стабилизации при темпера-
туре 1000 ± 20 “С в течение 20±0,5 ч.
Целесообразность проведения данной
операции обусловлена необходимостью
улучшенного газовыделеиия после про-
ведения высокоскоростного шлифова-
ния рабочей поверхности подложки.
Газовыделение оценивается изме-
нением начальной массы подложки
с точностью не менее 0,001 мг.
Шлифование подложки проводится
для улучшения ее адгезионных свойств
по отношению к композиции.
Рассмотрим результаты экспери-
ментальных исследований свойств
группы синтезированных в настоящее
время сложных окнелов благородных
металлов типа Bi2P<lO4, рекомендуе-
мых для приборостроительного произ-
водства.
Рис. 24 Выбор тсмпсратурно-временного
режим? обжига для композиционного ма-
териала:
а — определение термического режима из
условия соотношения скоростей прямой и
обратной реакции в точках А и Б соответ-
ственио cPd-PdO * cPdO—Pd,
В -» „Я
бр(|—PdO <- cPdO—Pel- 6 — ч-™"""6
скорости нагрева о dt и времени вы-
держки иа процессе окисления Pd (гд >
> vj
Рис 25 Днфрактограмма композиционного материала (В12Р<1О4 — 58 %, стекло 278-2 —
42 %) при Т = 650 СС
475
476
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рис 26. Термограмма связующего—сте-
клофазы:
а — типа 660 А; б — типа 278-2 (279-2)
Одним нз доминирующих перемен-
ных факторов, влияющих на элек-
трические характеристики компози-
цнй, является их состав.
На рис. 28, а приведены зависи-
мости удельного сопротивления квад-
рата толстой пленки, полученной на
основе композиции B^PdOj от со-
держания функционального мате-
риала. Анализ приведенной зависи-
мости показывает, что значения удель-
ного сопротивления растут при по-
вышении температуры измерения от
25 до 200 °C.
Удельное сопротивление толстой
пленки резко увеличивается при со-
Рве. 27. Полигоны распределения разме-
ров частиц исходных материалов по фрак-
циям I II, III, IV, V
держании функционального материала
в диапазоне 70—90%.
Для функциональных материалов
наиболее важны следующие свойства
стабильность характеристик к воз-
действию технологических факторов,
изменяющихся реально в производ-
ственных условиях в некотором допу-
стимом диапазоне
На рис. 28, б показаны зависимости
удельного сопротивления квадрата
толстой пленки от содержания функ-
ционального материала в реальных
условиях, обусловленных уровнем раз-
вития технологии. Точки на рис. 28, б
обозначают номера экспериментов.
Варьируя условия технологической
обработки, можно изменять параметры
толстых пленок. Анализ показал, что
резистивные толстые пленки с высоким
значением удельного сопротивления,
содержащие большее количество стек-
лофазы, имеют более низкий ТКС,
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОЛСТЫХ ПЛЕНОК
477
Рис. 26. Зависимости удельного сопротивления композиционных систем Bl^PdO,:
слева — от концентрации функционального материала н температуры; справа — от кон-
центрации
причем для композиции, имеющей
Bi2PdO4, характерна линейная за-
висимость ТКС от температуры
При повышении содержания стекло-
фазы в композиции удельное сопро-
тивление повышается от 10_? Ом см
при концентрации функционального
материала 10% до значений 104 Ом см
при концентрации 95—100%.
Удельное сопротивление равно
10°—101 Ом-см при содержании функ-
ционального материала 55—65 %
Изменение температурного коэффи-
циента сопротивления толстых пле-
нок на основе Bi2PdO4 позволило
выявить диапазоны ТКС при концен-
трациях функционального материала
52—64 % В диапазоне 52—64 % ТКС
убывает до значений (2—4) 10"4 1/°С
вследствие наличия металлической про-
водимости.
Дальнейшее повышение ТКС до зна-
чений (84-10) 10“4 1/°С объясняется
нарастанием эффекта полупроводни-
ковой проводимости, который с уве-
личением содержания функциональ-
ного материала в композиции подав-
ляется металлическим характером про-
водимости.
Характер изменения термо-ЭДС раз-
личен для композиций о содержанием
функционального материала 25—100%.
При его содержании 90—100% термо-
ЭДС увеличивается от 25 ± 5 мкВ при
температуре 20—25 СС до 50—75 мкВ
при температуре 120 ± 5 СС. При со-
держании функционального материала
25—50 % термо-ЭДС, оставаясь прак-
тически постоянной со значением
25 ± 5 мкВ до температуры 40—
80 °C, меняет знак и достигает 75—
100 мкВ при 120 СС.
Смена знака свидетельствует о кри-
тичности концентрации композиции в
пределах до 50—65 %, а также об
изменении типа проводимости с ме-
таллического на полупроводниковый.
С возрастанием удельного сопро-
тивления до значений 4 Мом/О ТКС
составляет (I ± 0,2) 10'4 1/сС. С уве-
личением температуры ТКС компо-
зиции па основе Bi2PdO4 растет бла-
годаря повышению подвижности но-
сителей.
Активный контроль за изменением
характеристик толстопленочных мик-
росхем при термообработке. Для реше-
ния вопроса регулирования выход-
ных характеристик толстопленочных
микросхем путем воздействия иа фак-
торы технологического процесса, а
также с целью управления процессом
478
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рис. 29 Активный контроль изменения
удельного сопротивления композиционных
систем BI PdOf прн проведении операции
термообработки
производства на основных операциях
необходимо обеспечить контроль за
изменением параметров композиции
от температуры.
Термогравиметрнческий анализ по-
зволяет исследовать функциональные
материалы путем определения харак-
терных температурных точек изме-
нения фазовой структуры. Важно иметь
также данные о рабочих критических
точках температурной стабильности
композициии и на их основе осуще-
ствлять основной контроль факторов
технологического процесса изготовле-
ния толстопленочных микросхем.
Динамическая кривая изменения вы-
ходной характеристики квадрата тол-
стой пленки, изготовленной иа основе
композиции Bi2PdO4 приведена на
рис. 29
При прецизионном измерении кри-
тической температурной зоны для
основных операций технологического
процесса может быть сделан вывод
о необходимости ее ограничения в пре-
делах 755 ± 10 °C.
Влияние технологических факто-
ров на свойства композиции. Диапа-
зоны изменения технологических фак-
торов определены по дериватограм-
мам и уточнены индицирова! нем диф-
рактограмм: тех перату ра обработки
740—790 °C, время 5—40 мин.
Наибольшее влияние технологи-
ческие факторы оказывают на точ-
ность и стабильность характеристик
композиции толстых пленок.
Исследование характеристик компо-
зиции в пределах выявленных диапа-
зонов изменения технологических фак-
торов показало, что воздействие тем-
пературы и времени обработки ока-
зывает существенное влияние на мик-
роструктуру материала, причем по-
вышение температуры обжига и вре-
мени выдержки при максимальной
температуре снижает величину удель-
ного сопротивления.
Такое воздействие приводит к не-
желательной коагуляции частиц функ-
ционального материала, нарушению
изотропности свойств электрических
структур, механизма проводимости
и ее стабильности в толстых плен-
ках в переменных условиях обра-
ботки.
Использование микроструктурного
анализа композиции для исследования
структуры композиции при различ-
ных температурновременных режимах
(750, 755, 800 “С и 15, 30, 45 мин)
показывает тенденцию прогресса коа-
гуляции частиц функционального ма-
териала от размеров 0,5—1,0 мкм
до 2,0—4,0 мкм при проведении опе-
раций с экстремальными значениями
воздействующих факторов.
На рис. 30 показано влияние вре-
мени вжигания пасты Bi2PdOt иа
основе стекла 278-2 иа удельное со-
противление квадрата толстой пленки,
вжигаемой на различных материалах
подложки
Корреляционная зависимость удель-
ного сопротивления и температурного
коэффициента сопротивления (ТКС)
толстой пленки в зависимости от
времени вжигания приведена на
рис. 31.
Материал подложки оказывает за-
МАТЕРИАЛЫ ПЛ Я ТОЛСТЫХ ПЛЕНОК
479
Рис. 30. Влияние времени вжигания
пасты на основе стекяа 278-2 на удель-
ное сопротивление для различных ма-
териалов подложки:
А — боросиликатное стекло; В — фос-
форит; С — AI2Os; D — иэвестково-на-
триевое стекло
меткое влияние на выходные характе
ристики толстых пленок. На рис. 32, а
показано, что ТКС композиции изме-
няется в пределах от —7-10“4 1ЛС
до —1 10“4 1/ С для подложек из сле-
дующих материалов: боросиликатное
стекло А, форстерит В, нзвестково-
натриевое стекло D.
Удельное сопротивление толстой
пленки уменьшается в зависимости от
времени обжига (50, 40, 30 мин) при
температуре 695—725 СС и в зависи-
мости от материала подложки
(рис. 32, 6).
Квазнпостоянными факторами при-
няты: толщина слоя 20 мкм, условия
испытаний — нормальные, электроды
на толстой пленке Pd—Ag.
Критерин согласования. Компози-
ции для толстых пленок являются
основой образования твердотельной
конструкции микросхем. С целью по-
вышения их выходных характеристик
должны быть выявлены и изучены
критерии согласования всех элемен-
тов, составляющих твердотельную кон-
струкцию. К ним можно отнести кри-
терии согласования элементов «функ-
циональный матер нал—стеклофаза—
подложка»; согласованность физико-
химических свойств составляющих;
согласованность допустимых диапа-
зонов изменения факторов последова-
тельных технологических операций
при которых композиции наиболее
стабильны.
Рнс. 31. Корреляционная зависимость удель-
ного сопротивления и ТКС для материалов под-
ложки А В, D
При рассмотрении химической актив-
ности составляющих толстоплеиоч-
пой конструкции следует выявлять
способность к образованию стабиль-
ных по составу и свойствам переход-
ных слоев. Необходимость эта вызвана
следующим. По достижении той или
иной степени завершенности (или рав-
новесного состояния) композиционной
системы в зависимости от факторов
технологического процесса толстые
пленки приобретают некоторый ком
плекс электрических и физических
характеристик. В твердотельной кон-
струкции процессы «замораживаются!,
определяя ее свойства.
Несовершенство твердотельной кон-
струкции, характеризующее разброс
параметров, определяется дестабили-
зирующим характером несогласован-
Рис. 32. Влияние материала подложки*
а — иа ТКС; б — на удельное сопротив-
ление (А — боросиликатное стекло, /i —
форстерит, С — А1аО3, D — известково-
натрисвое стекло)
480
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
ности свойств составляющих толстых
пленок.
Математическое обеспечение для ис-
следования композиций толстых пле-
нок. Для определения влияния неуп-
равляемых факторов технологического
процесса на свойства композиции мо-
жет быть использован корреляцион-
ный анализ. Из числа переменных
факторов выбраны следующие: удель-
ное сопротивление функционального
материала, геометрические размеры
частиц исходных компонентов, термо-
ЭДС проводящего материала, коэф
фициенты, термического расширения
составляющих системы.
При исследовании зависимостей меж-
ду этими факторами и выходными ха-
рактеристиками могут быть приняты
линейные математические модели.
Для определения оптимального со-
гласования характеристик составляю-
щих пленочных систем необходимо рас-
смотреть физикохимические про-
цессы в переходном слое, внутренние
напряжения технологического ха-
рактера, а также исследовать воз-
можности совместной технологической
обработки различных пленочных со-
ставляющих .
Согласование свойств составляю-
щих, исследованное при получении
сложных пленочных систем в толсто-
пленочных элементах с многослойной
разводкой, определило ряд дополни-
тельных требований. Они характе-
ризуются зависимостью основных па
раметров пленочных составляющих не
только от свойств композиционной си
стемы, но и от ряда факторов взаимо-
связи, свойственных составляющим
пленочной системы
В качестве исследуемых факторов и
критериев согласования свойств со-
ставляющих пленочных систем вы-
браны следующие: градиент коэффи-
циента термического расширения меж-
ду составляющими пленочной системы;
содержание переменной фазы в пере-
ходном слое; градиент теплопровод-
ности составляющих; относительный
коэффициент изменения толщин пле-
нок по отношению к толщине под-
ложки коэффициент, учитывающий
шероховатость поверхности подлож-
ки; исходная дисперсность материа-
лов, составляющих рабочие и вспо-
могательные композиционные си-
стемы.
Корреляционный анализ сложных
пленочных систем позволяет опреде-
лить удельный вес каждого из приве-
денных критериев согласования
свойств в совокупном влиянии всех
доминирующих факторов на пара-
метры толстых пленок.
С целью определения последова-
тельности стабилизирующих операций
технологического процесса, а также
для нахождения наиболее рациональ-
ных режимов проведена оптимизация
факторов влияния На стадии проек-
тирования технологических микро-
схем она необходима для получения
заданных точностных и эксплуата-
ционных характеристик.
Определение рациональных техно-
логических режимов обработки яв-
ляется многофакторной задачей. Для
ее решения должен быть поставлен
полный факторный эксперимент с
целью представления результатов в ви-
де экспериментальной полиноминаль-
ной математической модели.
Практические рекомендации. На ос-
новании изложенного подхода к
исследованию толстопленочных эле-
ментов даны некоторые технологи-
ческие рекомендации. Так, например,
рассогласованность свойств составля-
ющих пленочных систем по физиче-
ской группе факторов необходимо
устранять введением во вспомогатель-
ные пленочные составляющие инерт-
ного наполнителя типа А12О3.
Наряду с этим можно сформулиро-
вать важное требование: пленочные
составляющие входящие в состав твер-
дотельной конструкции толстопленоч-
ных микросхем, должны допускать
возможность воздействия единых по-
следовательных технологических воз-
мущений, а получение каждой после-
дующей пленочной системы нс должно
оказывать влияния иа свойства пре-
дыдущей.
Для выполнения этого требования
коэффициенты согласования, получен-
ные при исследовании и рекомендуе-
мые при проектировании производства
сложных толстопленочных микросхем
с многослойной разводкой, должны
иметь следующие значения: по физи-
ческой группе от 0,80 до 0,87, по тех-
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК
481
нологической группе от 1,02 до 1,12.
Приведенные коэффициенты опреде-
ляют наиболее оптимальные по вос-
производимости сочетания характе-
ристик и свойств составляющих пле-
ночных систем.
Микроструктурные, рентгенофазо-
вые, термогравиметрические исследо-
вания синтезированных и используе-
мых в настоящее время сложных
окислов благородных металлов типа
BijPdOa определили рациональность
их использования в приборостроении.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОНКИХ
МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК
Тонкие магнитные пленки представ-
ляют собой твердотельные магнитные
среды, в которых возможно управле-
ние зарождением, перемещением,
фиксацией и аннигиляцией каждого
домена. Они находят применение в ло-
гических и запоминающих системах,
а также в различных магиитно-опти-
ческих устройствах Для управления
перемещением и фиксацией доменов
необходимо чтобы их магнитные поля
выходили во внешнее пространство,
а поэтому толщина пленки должна
быть соизмерима с размерами доменов.
Пленки такой малой толщины не мо-
гут применяться без немагнитных под-
ложек, выполняемых из металлов, стек-
ла, слюды, гранатов и других подхо-
дящих материалов. Пленки наносят
на подложки напылением в вакууме,
электрохимическим осаждением и
эпитаксией. Покрытие подложек мож-
но выполнять и из тонких пластинок,
вырезанных из монокристаллов, ко-
торые прочно укрепляют иа под-
ложке и доводят полировкой до необ-
ходимой толщины.
Все твердотельные магиитные уст-
ройства изготовляют совместно с
управляющими проводниками и фикси-
рующими элементами в виде инте-
гральных магнитных микросхем, т е
конструктивно законченных устройств,
получаемых в едином технологическом
цикле методами группового произ-
водства.
В
магнитном отношении пленки
должны быть анизотропными. Ось
легкого намагничивания обычно распо-
лагают в плоскости пленки или пер-
пендикулярно к ней. Применяется
н наклонное расположение этой оси.
Пленкам с осью легкого намагничи-
вания, лежащей в их плоскости, при-
дают или вид кружков однодомен-
ных размеров, наносимых иа плоскую
поверхность, или поясков, наноси-
мых на проволоку. Оси легкого на-
магничивания у кружков распола-
гают параллельно, а у поясков —
по окружности цилиндра. Запоминаю-
щие устройства из плоских пленок
выполняют в виде печатных плат, а
из проволоки — в виде тканых матриц.
Основным достоинством запоминаю-
щих устройств из плоских пленок
является быстродействие, обусловлен-
ное тем, что процессы перемагничи-
вания протекают не за счет смещения
доменных границ, а за счет поворота
вектора намагниченности, скорость
вращения которого на несколько по-
рядков выше скорости смещения до-
менных границ. Пленкам, наносимым
на плоскую поверхность подложки,
можно придавать вид аппликаций,
наносимых напылением через маску
с отверстиями требуемой формы В ка-
честве материала применяют пермал-
лои (80Ni, 20Fe или 75Ni, 25Fe)
Способ напыления аппликаций на
плоскую подложку представлен иа
рис. 33. В тигле 1, нагреваемом обмот-
кой 2, находится расплав напыляе-
мого металла. Атомы испаряющегося
металла летят в вакууме прямолинейно
и через отверстия в маске 3 попадают
на подложку 4, оседая на ней в виде
пятен требуемой конфигурации. Тол-
щина пятеи в основном определяется
временем напыления. Подложка долж-
на быть тщательно очищена от загряз-
нений неизбежных даже при тщатель-
ном хранении, и отполирована. Под-
ложку необходимо подогревать до тем-
пературы не ниже 300 °C нагревате-
лем 5. Подогрев снимает внутренние
напряжения н улучшает сцепление
пленки с подложкой В рабочей ка-
мере должен поддерживаться вакуум
с остаточным давлением не выше 1 мПа.
Анизотропия магнитных свойств
пленок достигается или путем напыле-
ния в магнитном поле или путем
наклона подложки по отношению к иа-
атомов напыляе-
16 Питии Ю. М. и др.
потока
правлению
482
МАТЕРИАЛЕ!, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рис 33. Установка для напыления
пленочных аппликаций
мого металла. При косом напылении
анизотропия достигает максимума при
угле напыления (угол между траекто-
рией атомов и нормалью к подложке),
равном 60°. При напылении в магнит-
ном поле ось легкого намагничивания
пленки всегда совпадает с направле-
нием поля. Анизотропия, получае-
мая при напылении, не связана не-
посредственно с природной кристал-
лографической анизотропией напы-
ляемого металла.
Пленки с осью легкого намагничи-
вания, перпендикулярной к их по-
верхности, имеют наиболее широкое
Рис. 34. Лабиринтная доменная
структура
применение. В них под воздействием
магнитного поля могут образовываться
полосовые и цилиндрические магнит-
ные домены. В свободном состоянии,
т. е. при отсутствии стороннего маг-
нитного поля, домены имеют вид изви-
листых полос, образующих лабиринт-
ную структуру (рис. 34) чередующейся
полярности (условно показаны как
белые и черные полосы). Каждый по-
лосовой домен пронизывает всю тол-
щину пленки и образует свободные
полюса на обеих ее поверхностях.
Магнитные моменты доменов разного
знака взаимно компенсируются, и ре-
зультирующий магнитный момент
пленки равен нулю. Полосовой до-
менной структуре можно придать упо-
рядоченный вид воздействием импульса
формирующего тока. Под воздействием
формирующего тока домены распро-
страняются вдоль каналов, заданных
его полем. Если пленка выполнена
из материала с высокой коэрцитив-
ностью, то приобретенная структура
«запоминается» и продолжает суще-
ствовать после окончания импульса
формирующего тока. Этим способом
выполняют различные магнитно-опти-
ческие устройства. Так, с помощью
системы проводников (рис. 35, а)
можно на пленках из прозрачных маг-
нетиков получать (рис. 35, б—г) раз-
личные полосовые доменные струк-
туры, часто называемые страйп-струк-
турами. В оптике такие устройства
применяются в качестве дифракцион-
ных решеток. Для формирования маг-
нитного эквивалента зонной пластинке
Френеля формирующему проводнику
придают вид бифиляриой спирали
(рис. 35, д). Полученную спиральную
доменную структуру (рис. 35, е)
используют в качестве магнитоуправ-
ляемой линзы, способной включаться
и выключаться за время порядка 10 ис.
Воздействие на лабиринтную домен-
ную структуру внешнего (стороннего)
магнитного поля, перпендикулярного
к поверхности пленки, приводит
К уменьшению площади доменов, имею-
щих обратную (по отношению к этому
полю) намагниченность. По мере воз-
растания напряженности стороннего
поля домены обратной намагничен-
ности претерпевают разрывы, затем
приобретают форму гантели и, нако-
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК
483
нец, цилиндра. Цилиндрические маг-
нитные домены обладают многими
свойствами постоянных магнитов и,
в частности, могут свободно переме-
щаться в пределах пленки и взаимодей-
ствовать между собой как постоянные
магниты. Если стороннее поле строго
равномерно, то цилиндрические до-
мены, взаимно отталкиваясь, равно-
мерно распределяются в пределах
пленки. При этом минимальное рас-
стояние между соседними доменами
составляет 3—4 их диаметра. Если
стороннее поле имеет сгущения, то
в местах сгущений концентрация до-
менов уменьшается.
По мере возрастания напряженности
стороннего поля диаметры цилиндри-
Рис. ЗБ. Примеры формирования домен-
ных структур заданн й конфигурации:
а — система формирующих проводников;
б —- узкополосая горизонтальная система;
е — узкополосая наклонная система; г —
шнрокополосая наклонная система; д —
бифилярная спираль; е — спиральная по-
лосовая система
ческих доменов начинают сокращаться,
и при некотором критическом значе-
нии стороннего поля наступает не-
устойчивое состояние и домены кол-
лапсируют (исчезают), а пленка ока-
зывается равномерно намагниченной
до насыщения и представляет собой
один гигантский домен.
В пленках из низкокоэрцитивных
материалов цилиндрические домены
могут существовать только при нали-
чии стороннего поля Яст, значения
которого лежат в пределах от Нв. и
До Яколл, где Нэ. н — значение на-
пряженности поля эллиптической не-
стабильности, ниже которого цилин-
дрический домен растекается в поло-
совой, а Яколл — значение напряжен-
ности поля коллапса, выше которого
домен коллапсирует. В пленках из
высококоэрцитивного материала ци-
линдрические домены могут существо-
вать и при Нат = 0 (рис. 36).
Материалы — носители цилиндриче-
ских домеиов — характеризуются ря-
дом параметров, зависящих от физи-
ческих констант и используемых для
оценки пригодности их применения
в различных устройствах. К ним от-
носятся:
1) характеристическая длина I —
условный параметр материала, удоб-
ный для сравнения материалов носи-
телей цилиндрических доменов:
I =
в; ’
где Wr — удельная энергия домен-
ной границы, Дж/м'-; Bs — индук-
ция насыщения, Тл;
2) фактор качества q — отношение
эффективной напряженности Ид поля
анизотропии к намагниченности на-
сыщения Ms:
3) магнитно-оптическая доброт-
ность ф — отношение удельного фа-
радеевского вращения Of к к эффи-
циенту лучепоглощения а
16*
484
МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
В)
Рнс. 36. Стадии перемагничивания пленки граната (YBl)s{FeGa)6Oij.
Исходная структура а — решетка из цилиндрических доменов; б ₽ ла-
биринтная
4) напряженность поля коллапса
Яколл — напряженность внешнего
магнитного поля, при которой су-
ществование домена обратной намаг-
ниченности становится энергетически
невыгодным,
^«олл ~ ( I + ^ - ]/%),
где h—толщина пленки;
5) подвижность доменной границы
G — коэффициент пропорциональ-
ности между скоростью v движения
доменной границы и напряженностью
На продвигающего поля:
В области линейного участка ха-
рактеристики v = f (Яп) подвиж-
ность доменной границы выражается
через параметры материала следую-
щей формулой:
с 4у2Л Ms
L ’
где f — гиромагнитное отношение;
А — постоянная, характеризующая
обменную энергию; L — параметр за-
тухания Ландау—Лифшица
Скорость ц движения цилиндриче-
ского домена определяется формулой
G [ дН 8 \
v —
где d — диаметр домена; х — сме-
щение домена в направлении разре-
жения поля; — коэрцитивность ма-
териала пленки, дШдх—градиент
продвигающего поля;
6) коэрцитивность (задерживающая
напряженность) — значение напря-
жения задерживающего поля Нн, пре-
пятствующего движению доменной гра-
ницы. Коэрцитивность определяется
энергетикой процесса перемещения до-
мена;
7) температура компенсации 7И0МП—
температура, при которой у материа-
лов, имеющих две магнитные подре-
шетки, взаимно компенсируются маг-
нитные моменты этих подрешеток,
что ведет к резкому возрастанию
коэрцитивности и анизотропии пленки,
8) операционный диаметр цилин-
дрического домена — среднее между
значением диаметра растекания dPaCT
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК
485
из-за эллиптической нестабильности
домена и значением диаметра домена
при коллапсе 4К0ЛЛ:
j '-Раст + ^колл
Для увеличения плотности хране-
ния информации часто стремятся
уменьшать операционный диаметр до-
мена Это достигается надлежащим
выбором толщины пленки h и значе-
ния характеристической длины I.
Минимальный диаметр домена при
коллапсе г/колл “ 4/ получается при
h 3,3/, а минимальный диаметр при
растекании домена dPaCT 12/ по-
лучается при толщине пленки й =
= 4,2/. Минимум значения опера-
ционного диаметра d0 — 8/ наступает
при 41. В этом случае напряжен-
ность стороннего поля WfT = Ms,
а диапазон изменения напряженности
этого поля составляет А/7 = 0,09/Hs.
Материалы для пленок, используе-
мых в запоминающих и логических уст-
ройствах. Средой — носителем цилин-
дрических доменов — являются тон-
кие (1—100 мкм) монокристаллические
слои магнитнооднооспых магнети-
ков получаемые из монокристалли-
ческих пластинок ортоферритов, н
эпитаксиальные пленки фсррит-гра-
натов, а также аморфные металличе-
ские пленки из сплавов GdCo, GdFe и
других сплавов, содержащих железо,
кобальт и редкоземельные металлы.
Для увеличения скорости движения
цилиндрических доменов необходимо,
чтобы материал пленки имел малую
коэрцитивность. Параметры гранато-
вых эпитаксиальных пленок можяо
варьировать путем изменения про-
центного содержания отдельных ком-
понентов Однако наличие немагнит-
ной гранатовой подложки наклады-
вает здесь довольно жесткие ограни-
чения, так как постоянные кристал-
лических решеток пленки и подложки
должны быть одинаковыми. Основные
параметры редкоземельных ортофер-
ритов R FeO3 и сложных феррит-
гранатов R3Fe60i2, где R — редко-
земельный элемент, приведены в
табл. 41, а остальные свойства про-
стых редкоземельных гранатов — в
табл. 42. Характеристики термоста-
бильности параметров феррит-грана-
товых пленок представлены в табл 43.
Материалы для пленок, используе-
мых в магнитно-оптических устрой-
ствах. Эти материалы должны быть
прозрачными для электромагнитных
волн в диапазоне X — 0,3-=-1,2 мкм,
т. е. от ультрафиолетового до ближ-
него инфракрасного света, ибо в этом
диапазо! е работает большинство ла-
зеров, оптических устройств и фото-
приемников. Принцип действия боль-
шинства магнитно-оптических уст-
ройств основан на использовании
эффекта Фарадея, поэтому одним из
основных требований, предъявляемых
к прозрачным магнитным материалам,
является требование иметь возможно
большие значения величины 0Г удель-
ного фарадеевского вращения (табл.
44). Второе важное требование за-
ключается в необходимости созда-
вать у материала высокую коэрцитив-
ность для надежного сохранения по-
лученной доменной структуры. К ма-
териалам с высокой магнитно-опти-
ческой добротностью относятся
ортоферриты 14 dPr i FeO3,(SinPr)FeO3
(LaSm) FeO3, YFeO3. Последний
обладает наибольшей термостабиль-
иостью параметров. К материалам
с высокой коэрцитивностью относятся
гранаты, содержащие висмут, напри-
мер гранат Y2Ci7-’c2,36a12OI2, коэр-
цитивность которого может дости-
гать 16 кА/м. Параметры материалов
для магнитно-оптических модулято-
ров и дефлекторов представлены
в табл. 45 и 46.
Получение монокристаллических гра-
натовых пленок. Эпитаксиальные
феррит-гранатовые магнитные пленки
для запоминающихся, логических и
магнитно-оптических устройств полу-
чают методом жидкофазной эпитак-
сии, суть которого заключается в том,
что тщательно очищенную и нагре-
тую до требуемой температуры моно-
кристаллическую подложку погру-
жают на определенное время в пере-
охлажденный раствор — расплав, со-
держащий все компоненты выращи-
ваемой пленки. В этих условиях на
подложке нарастает монокристалли-
ческая пленка требуемого состава
Для правильного протекания про-
цесса необходимо, чтобы параметры
486
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
41 Основные параметры редкоземельных ортоферритов
и сложных феррнтггранатов
Материал В.- мТл dO h 1 Я ь* <? < л О о
МКМ
Орт YFeO, NdFeO, SmFeO, EuFeO, GdFeO» TbFeO, DyFeO, HoFeO> ErFeO, TmFeO3 YbFcO, LuFeO, Sm Er FeO- n0 9 4 e. Sm Tb ,BFeOs Ферри Ег/М‘ь1ре3,»°й О°г,34^0.ввРебО12 Gd(, .96 b0, 16 Eri 3^ 0.6Fe4,5°12 EL2EriG<,0.<Fe4.SO12 Y2GdlAI0,8Fe4.sAs Yl,e Euo ,2Gd0,6 A10.flFe44®I2 оферрип 10,6 6,2 8,4 8.3 S.4 13,7 12,8 0J 8,1 14,0 14,3 11,9 8,3 10,8 т-еранс 13,6 13,7 18,1 19,6 32,8 45,0 1Ы 76 190 152 140 94 43 51 14 152 58 97 190 25 19 та 7,0 7:5 3,0 55 2,5 3.0 76 51 28 51 61 56 41 53 51 58 76 51 46 51 17,0 15.0 11,5 17,1 13,3 19,0 20,2 35,6 23,4 29,9 23,4 11,3 13.7 26.6 31,6 15.4 24,4 34.8 6,5 3,2 1,29 1,54 0,35 0,73 0,21 0,22 1,8 1,1 1.3 1 6 1,1 ,7 1,8 1,7 1,6 2,4 3,9 3,9 0,35 0,30 0,19 0,23 0,08 0,22 0,18 0,36 1 IIIHIIIIIIII
Обозначения; Bs — индукция насыщения; do — операционный дна метр домена, h — толщина пленки; 1 — характеристическая длина; lFp — удель- ная энергия доменной границы; 0 — подвижность доменной границы.
42. Параметры простых редкоземельных гранатов RtFetOlt
Bs. Tc гк L/V. |А/м)*.о
мТл К рад
Sm 167,5 Нет 587 1,2529 76 800 —8.5 + 21,0
Eu 117,2 H 566 1,2498 13 400 + 1.8 + 21,0
Gd 5,6 285 564 1,2471 3 328 -3.1 0
Tb 19.8 248 563 2436 307 200 + 2,0 + 3,3
Dy 3,76 226 563 1,2405 66 400 —5,9 + 2,6
Ho 8,82 49 567 1,2375 272 000 —4,0 —3,4
Y 176,7 Нет 553 1.2376 3 328 —4,9 +2,0
Er 124,1 83 556 1,2347 44 800 —5,2 + 1,4
Tm 139.7 Нет 549 1,2323 7 680 —4.5 + 1.4
Yb 155,5 6 548 1,2302 27 200 — 2 4 — 1.4
Lu 181.5 Н 549 1,2283 3 328 —2,4 -1.4
Обозначении: К — редкоземельный металл, включая иттрий, В& —
индукция насыщения, Тц — температуры компенсации н Кюри соответ-
ственно; а — параметр ристаллической решетки; L — П! раметр аатуха ия
Ландау—Лифшица, у — гиромагнитное отношение; ?-[Ц1] в 7.[юо] — кон.
станты магнитострикции
МАТЕРИАЛЫ ЛЛЛ ТОНКИХ ПЛЕНОК
487
43. Характеристики термостабильности параметров феррит-гранатовых пленок
О и СО xj>iD odd 11 1 О сосО о cd— 1 11 — 0,5 -0,6 — 0,9 CDCOxJ- 0*0 — 1 1 1 0,0 0,0 — 1.5 1 1 1 Обозначения: Т — температура окружающей среды; й — толщина пленки; 1 - характеристическая длина; Нколл — напряженность поля при коллапсе; В* — индукция насыщения; UZr — удельная иергия доменной границы; af, а^, aw и ag — температурные коэффициенты величин 1, Нколл, Bs н UZr.
г01 0^0 см —cd ++ ХГ СОхГ ООО +4-1 О Осо — оад о* о’о* ++I cOoOxr — o*o 4-4-1 —— <d O* CD CD 111 UD xj- QO xr CM Cl 0*0 — 111 COxr xT CO CM r* ocdcd 1 1 1 OQ<£) <D — — O cdcdcd 1 1
10’ о Т OtQ — e’cd +++ ООО — cdcd ++ Ю СО хг — cdcd 4-4-1 О О co nd см* cd ++I — CM IQ cdcdo 11 1 1 1 I
О сГ ООО СО СМ — 111 ООСЧ — О CD 1 1 1 — О Ю 0 1^-0 cdocd 11 1 ОхУЬ~ ем см cd 111 xJ’CMO cdcdo ++ cooo UD xj< oO cdocd 1 1 1 CD — CM CDlQ Ю ООО 111 Xt coo О IQ Ю cdcdo 11
HZp мДж/м’ □Qr-CJ ООО CJOxJ’CM см см — ООО см со со со СМ — 0*0*0 Г-Осч ООО ООО oooo CM CM — ocdcd 1 1 1
Bs‘ мТл ООтГ О CD cd —• — СМ оою — СМО см см см СО <ОЮ «оосч см см см sD CM 00 OO —CM oootft ddd XT xJ-CO coco 'dltQrd o — xJ^xrO tid-eo — — Oom о id toed
ч о X £ $ X О ОСО — ШГч. cdod— см м-о о см о о о со ООО о — см cd ом — CM xj- CM ю oo co dcdd XT о co xT x? CO to xr CO CM CM — 1 1 1
1^0 0 СМ ею со г-оо ОСМ-КГ о coo см ю co ООО odd CM — — <DO 30 cd id CMOO oo cdcd CMCM- cdoud
* X S Ш го 1^ О 30 см — о cd — о ь. о о СО cdocd О ООО L.3 Xj- XT с* cd cd о CO CM Xt о CM — cdcd IDr-OO edocd О О m «Г',-* о cdo ce oo о ОС CD xj- ООО OtQOO О r- xr o' О о
ю со cd о ем ю id Ю CD cd CM cd CO о co CD о
о 0 оюо см о оюо см см о OliOO CM о Otoo см о omo см о O ICO — см о 1 - OtQ О — SMO 1 - оюо — см о 1 -
Материал ем О ю о BJ с, X! О см LU см о со аГ И-_ cd пз □" ш см Ш CM О о ф* и- _o й <o 5" Ш CM О Ю s Ни Ю CD cq о ^M CM О s tb- Ш CO, CM О co « e cd o> Un Ю CM d* E CO CM cT CM eq C co cd ф lu to 8a CM IQ о Э U см 6" со <0 О cd Ии см Ф о
488
МАТЕРИАЛЫ ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
44 Удельное фарадеевское вращение вр ферритов-гранатов
при X = 1,064 мим
Материал eF. rpa- дус/см Материал eF- rpa- дус/см
YbjFenOu TmaFeeOls Er,FesO s Ho,FesO„ Y,FeBO,, Dy>FebOlt Tb,FesOlt Gd,Fe,Ols EuBFetOlt + 12 + 115 + 120 + 135 + 280 +310 + 535 +65 + 167 SmjFejOt, YjPrFe.Ot, Eu2,5Pr0,5Fe5°12 l!PrFe6O11 Pr,Fe,Olg >r2A10.5Fe4.5°12 udPrjCaFeOn EuPrGag .^Fe^^Ojg Gdlt6Prl,5GaFe4°12 + 15 —400 — 125 —573 — 1125 —790 —720 —687 + 450
45 Параметры материалов для магнитно-оптических дефлекторов
Материал X, мкм Л. % п
TmFeO, 0,63 2 6
Sm0.55Tb0.45FeO3 0,63 2 5
Y2BlFe3,8Gal,2°12 0.53 8 10
Y,Fe,O„ 0.63 0,01 20
Обозначения: К — длина иолны; Л — коэффициент дифракции; п — число разрешаемых положений пучка.
46- Параме ры материалов для магинтно-оптических модуляторов
Материал (eF/Hs)*' (градус/A)* ф = = 20F/a. rpa- К мкм ^mod’ Гц
Дус/дБ
Ортоферриты
YFeO, 23-10» 12 0,63 >10»
Nd0,8PrD,2FeO3 23-10* 14 0,63 ~10»
Гранаты
Y2BIFe3,8Gal,2G13 94- 10* 39- 10» 14 30 0.56 0.76 —
BiFejOj* (Yb. Pr)2,6Bi0»5Fe4GaO12 1560 10» I 15 —
15.6 100 1,15 >10»
(Yb. POg^BlojFeg 8Gdl,2°12 78 100 1.18 >10»
(Yb, Pr)2.1Blo,9Fe3 85Gal,15°12 62,5 100 1.15 >10»
Y3GaQ,76sc0,5Fe3 75O12 1560 100 1,15 До 10"
15,5-10-» 200 1,52 10»
^3₽e3.9^a1.1^12 31-10’» 266-10-* 14 200 1,06 1,52 10» 10»
GdPr2Fe4 kA105O12 бЗб 50 1,06 —
GdPr,Fe.6„ GdPrjFc^^Gap^O^ 2,18 78 1,06 1,06 —
Обозначения: вр — удельное фарадеевское вращение; Hg — напря-
женность поля насыщения; а — коэффициент лучепоглощения; X — длина световоЛ
волны; fmo(j — предельная частота модуляции; ф — ковффнциент магнитно
оптической добротности.
------ . . . . .
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК
489
кристаллической решетки подложки и
наращиваемой пленки были одина-
ковы или достаточно близки, а под-
ложка в процессе наращивания вра-
щалась относительно раствора-рас-
плава. В этих условиях получаются
пленки с очень низкой плотностью
дефектов и даже бездефектные.
Установка для жидкофазной эпи-
таксии (рис. 37) состоит из электри-
ческой печи, тигля с раствором-рас-
плавом, устройства для вращения
тигля, устройства для погружения
подложек н устройства для вращения
подложек в погруженном и вынутом
положении. Подложка может зани-
мать в растворе-расплаве или верти-
кальное (рис. 37, а) или горизонталь-
ное (рис. 37, б) положение. На
рис. 37, в показано наиболее благо-
приятное распределение изменения
температуры ДТ в рабочем прост-
ранстве печи Технологический про-
цесс предусматривает четырехчасо-
вую гомогенизацию при температуре
1300 °C и вращающемся тигле. Затем
следует медленное, в течение часа,
охлаждение раствора-расплава на
20—30 °C до температуры переохлаж-
дения. Затем раствор-расплав выдер-
живается при этой температуре еще
один час до начала погружения пер-
вого комплекта подложек (не больше
20 шт ). Перед погружением комплект
подложек опускают к поверхности
раствора-расплава для выравнивания
температуры. Погружение подложек
совмещают с их вращением в расплаве
для увеличения степени однородности
пленки. Процесс роста пленки зани-
мает менее 10 мин. Подложки с нара-
щенной пленкой вынимают из раство-
ра-расплава и очищают от остатков
центробежным способом, вращая с ча-
стотой до 1000 об/мни.
Для изготовления подложек исполь-
зуют монокристаллы редкоземельных
немагнитных гранатов (табл. 47) Наи-
более употребительны таллиевые ред-
коземельные гранаты R3GasOls (где
R — редкоземельный элемент), в ча-
стности, таллиевый гранат Gd3Ga6Ols.
Монокристаллы немагнитных грана-
тов имеют диаметр до 100 мм при дли-
не, превышающей 200 мм. Заготовки
подложек вырезают, шлифуют и поли-
руют до полного устранения следов
Рис. 37, Схема установок для жидкофазной
эпитаксии:
/ — Pt-экраиы; 2 — термопара; 3 — трех-
зонная печь сопротивления; 4 — подлож-
ка; 5 — труба (А1гОи); 6 — подогреватель;
7, II — теплоизоляция; 8 — Pt-тигель;
9 — расплав; 10 — основание из A’SO3;
12 ~ шток; 13 — температурный профиль
по оси установки
механических повреждений. Толщина
нарушенного поверхностного слоя, ко-
торый необходимо сиять полировкой,
составляет не менее 50 мкм. Оконча-
тельную (финишную) полировку про-
изводят полировальными кругами при
удельном давлении 10—30 кПа и
частоте вращения 50—100об/мин. В ка-
честве абразива используют коллоид-
ную суспензию SiO2 в щелочной среде
Для получения растворов-расплавов
используют различные растворители,
необходимые для предотвращения спон-
танной кристаллизации граната. Рас-
твор-расплав должен содержать Fe2O3
в сверхстехиометрическом количестве
по отношению к составу граната.
Несоблюдение этого условия приводит
к появлению ортоферрита. Наиболее
употребительны свинцово-бариевые
растворители. Раствор-расплав дол-
жен иметь такой состав, чтобы грана-
товая фаза была в расплаве единствен-
ной твердой фазой, ибо только в этом
случае можно выращивать эпитак-
сиальные пленки из многокомпонент-
ных гранатов. Обычно растворитель
занимает до 90 % объема расплава,
так как сильное разбавление обеспе-
чивает получение эпитаксиальных пле-
нок высокого качества.
490
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
47. Материалы для подложек гранатовых эпитаксиальных пленок
Состав Параметр кристал- лической решетки, нм Цвет
GagCaa Ge*Oit YeSoE Al3Ong Y.GeeOj, Dy® Sc^AljOit DyaGaBOls Tba Sc£Al8Olt Tba GaBOts Ybg Sc^GagOig GdsGaeOj2 Gda Scs АЦО12 Eua GabO12 Eu8Sc2 A18OI8 Sm8 GsBOi3 YaScaGa8OI2 DyjScjGajOjj Sms(InGa)eOlt Nd8Ga8O12 Tb8Sc8Ga8Ols GdsSc2GasOi2 Sma Sc2Ga8O22 {°d3-TCM PW-WM (Ga),Oi» у = x — 0,42 1,2250 1.2251 1,2294 1,2306 1,2320 1,2346 1,2349 1,23746 1.2382 1.23951 1,2408 1.24197 1.2436 1.24584 1,24905 1,2498 1,2509 1,25245 1,25668 1,26399 1.2382— 1,2 5 272 Бесцветный
С ветло - желтый
Бесцветный
Прозрачный, краем о ко- ричневый Желтый Бесцветный Светло-желтый Бесцветный Фиолетовый Бесцветный Бесцветный Соломенно-желтый Бесцветный
Получение ортоферритовых и гра-
натовых монокристаллов. Монокри-
сталлы ортоферритов и гранатов полу-
чают двумя основными методами: вы-
ращиванием из расплава и бестигель-
ной зонной плавкой.
Выращивание из расплава проводят
или при радиационном нагреве тигля
(рис. 38) или при комбинированном
радиационном и индукционном на-
греве (рис. 39) В последнем случае
радиационный нагрев является пред-
варительным, необходимым для умень-
шения удельного сопротивления ших-
ты до значения, обеспечивающего даль-
нейший разогрев индуктором. В обоих
случаях в качестве источника излуче-
ния используют ксеноновые дуговые
лампы сверхвысокого давления мощ-
ностью до 10 кВт
При радиационном нагреве в ка
честве тигля используется поликри-
сталлический блок исходного мате-
риала. Малая мощность излучателя
не позволяет получать здесь моно-
кристаллы диаметром больше 20 мм.
При комбинированном нагреве при-
меняют холодный тигель, выполнен-
ный в виде цилиндрической решетки из
водоохлаждаемых медных трубок,
прозрачный для электромагнитного
поля. Для выравнивания температуры
в зоне роста монокристалла тигель
делают вращающимся. Расплавленная
зона заполняет кратер (чашу) в твер-
дой шихте. Радиационный нагрев кро-
ме стартового назначения выполняет
еще функцию поддержания необхо-
димого распределения температуры в
кратере, отвечающего требованию вы-
тягивания монокристалла.
Установка для бестигельной зон-
ной плавки с радиационным нагревом
(рис. 40) включает излучатель, си-
стему зеркал, камеру отжига и кри-
сталлизационную камеру с кварце-
вой трубчатой оболочкой. При выра-
щивании монокристаллов ортоферри-
тов н немагнитных гранатов рекомен-
дуется следующий режим: скорость
роста 10 мм/ч, частота вращения за-
травки 20—50 об/мин, частота вра-
щения (в противоположную сторону)
поликристаллической заготовки 10—
20 об/мин. Температура в камере от-
жига 1500 °C, Давление кислорода
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК
491
Рис. 86. Схема установки для выращива-
ния монокристаллов вытягиванием из рас-
плава при радиационном нагреве тигля:
1 -* эллиптический отражатель; 2 — ниж-
ний шток; 3 — поликристаллическнй блок,
4 — монокристалл
Рис. 3». Схема установки для выращивания
монокристаллов вытягиванием из расплава
при комбинированном нагреве;
/ — сменный редуктор; 2 — привод верх-
него штока; 3 — винтовая пара; 4 —Дни**
гатель вращения верхнего штока; 5 — ма-
гнитная муфта; 6 — эллиптический отра-
жатель; 7 — источник света; 8 — верхний
шток; 9 — кварцевое окно, 10 — затрав-
коДержатель; // — камера; 12 — кварце-
вое окно; 13 — печь отжига; 14 — кри-
сталл; 15 — расплав; 16 — холодный ти-
гель, 17 — привод нижнего штока; 18 —
ВЧ-генератор, 19 -— индуктор; 20 — шпиль-
ка; 21 крышка камеры, 22 = кожух
Рнс. 40. Схема установки бестигельной
зонной плавки для выращивания монокри-
сталлов ортоферригоВ:
/, 12 — эллиптические отражатели; 2 —•
исходный поликристаллическнй стержень;
3 — кварцевая оболочка кристаллизаци-
онной камеры; 4 — расплавленная зона;
5 — кристалл; 6 — ВЧ-индуктор; 7 — пла-
тиновая трубка, 8 — затравка; 9 — зитвор;
10 — койтротражатель; 11 —» ксеноновая
дуговая лампа
492
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
в кристаллизационной камере, доста-
точное для подавления испарения
окислов галлия в немагнитных грана-
тах, содержащих галлий, должно со-
ставлять 2—3 МПа. Максимальный
диаметр выращиваемых кристаллов
определяется здесь условиями под-
держания сто ба жидкости силами
поверхностного натяжения и состав-
ляет —12 мм.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бондаренко Э. А., Гараймович О. А
Температурная зависимость проводимости
композиционных систем. — Электронная
техника, 1974, вып. 8, с. 10—14 (сер. 6
«Материалы»).
2. Борсук В С. Вопросы техноло-
гической подготовки производства тол-
стоплеиочных микроэлементов типовых
приборов. — Стандарты и качество, 1978,
№ 1, с. 15—19.
3- Борсук В. С. Статистический метод
оценки качественных показателей толсто-
пленочных микроэлементов приборов —
В кн.: Вопросы унификации технических
средств приборостроения М ВНИИН
МАШ, 1976 Вып XXVII с 25—32.
4. Борсук В С. Разработка оптималь-
ной номенклатуры контролируемых и нор-
мируемых параметров толстопленочных
микроэлементов приборов — Тезисы до-
кладов па III Всесоюзной научно-техни-
ческой конференции Госстандарта СССР
«Повышение эффективности производства
и качества продукции на основе стандар-
тизации» (г. Горький). М.: Госстандарт,
1977.
5. Борсук В. С. Технологические пути
повышения качественных показателей тол-
стоплеиочиых микроэлементов прибо-
ров. — Тезисы докладов на VII Всесоюз-
ной научно-технической конференции «Тех-
нологические резервы повышения качества
н эффективности приборостроительного
производства» (г. Смоленск) М : НТО
Приборпром, 1976.
6. Бочкарев Б А Бочкарева В А.
Керметные пленки Л i Энергия 1975.
152 с.
7. Владимирский Р А , Гимпель-
сон В Д. Микроэлектронная технология
приборостроения — Приборы и системы
управления, 1980, № 4—6.
8. Гаврилов А Нм Борсук В. С-
Внедрение прогрессивной технологии из-
готовления микроэлектронных устройств —
важнейшее направление повышения ка-
чества и эффективности приборострои-
тельного производства — Тезисы докла-
дов иа VII Всесоюзной научно-техниче-
ской конференции «Технологические ре-
зервы повышения качества и эффектив-
ности приборостроительного пронзводс ва»
(г. Смоленск). М.: НТО Приборпром, 1976.
9. Гимпельсон В. Д., Радионов Ю А
Тонкопленочные микросхемы для прибо-
ростроения и вычислительной техники.
M.J Машиностроение, 1976 328 с,
10. Гимпельсон В Д., Наумова Л. А
Современное состояние н тенденция раз-
вития тонкопленочной технологии. М.1
ЦНИИТЭИприборостроения, 1979, вып. 6,-
49 с.
11. Демнн В В. Прогрессивные ме-
тоды производства микросхем. Львов:
Каменяр 1973. 187 с.
12. Дорфман В О. Микрометаллургия
в микроэлектронике. М. Металлургия#
1978. 272 с.
13. Дунаев А А., Лагутин В» Н Влия-
ние геометрических размеров толстопле-
ночиых резисторов на их номинал — Во-
просы радиоэлектроники. 1973. Вып. 1#
16 с. (сер «Технология производства н
оборудования»)
14. Ефимов И Е., Горбунов Ю, И.,
Козырь И Я. Микроэлектроника. М.:
Высшая школа, 1966. 416 с.
15. Красов В. Г., Колдышев Н. Д.,
Петраускас Г. Б. Пасты в микроэлектро-
нике — Обзоры по электронной технике.
М ЦНИИ «Электроника», Г976. Вып. 2
(365). (сер. 6 «Материалы»).
16. Лазарев В Б., Шаплыгнн Н С.
Исследование взаимодействия с окисламн
элементов V группы — Журнал неорга-
нической химии АН СССР. М 1974
Т. XIX. Ns 9, 28 с.
17 Основы проектирования микро-
электронной ап паратуры/Под ред.
Б, Ф. Высоцкого. М.: Советское радио,
1977. 352 с.
18 Пала¥ннк Л С.. Сорокин В К
Материвловедение в микроэлектронике,
М.: Энергия, 1978. 280 с.
19. Справочник по редким металлам/
Пер. с англ. Под ред. В. Е. Плющева.
М.: Мир, 1965. 385 с.
20. Технология толстых и тонких пле-
нок/Пер. с англ.*. Под ред. А. Рейсмана
и К Роуза М.: Мир, 1972. 350 с.
21. Технология тонких пленок/Пер.
о англ ; Под ред. Л. Майселена, Р. Глэига.
М.: Советское радио, 1977, Т 2. 768 с.
22. Тонкопленочные конденсаторы и
Кезисторы гибридных интегральных схем,
L: ЦНИИТЭИприборостроения, 1977.
Вып. 12, 48 с (сер. «Обмен опытом в при-
боростроен ни»).
23. Турбин Г Б Борсук В С. Мето-
дические вопросы разработки унифици-
рованного ряда толстопленочных микро-
схем для типовых ЭВМ- — Вопросы уни*
фикации технических средств приборо-
строения М Труды В НИИ НМ А Ш, 1976.
Вып. XXVII. 35 с-
24. Хамер Д., Бигрес Дж Технология
толстопленочных гибридных интеграль-
ных схем М.: Мир, 1975. 260 с.
25. Martin W. Poll тег Thick—Film
materials. Electronic Packaging and Pro-
duction, 1975. V. 15, p. 58.
26. Введение в фотолитографню/Под
ред. В. П. Лаврищева М.: Энергия, 1977 г.
Глава 7. ПЛАСТМАССЫ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Пластмасса состоит из связующего
вещества, наполнителя, отвердителя,
пластификатора и смазывающих до-
бавок (часть перечисленных компо-
нентов в отдельные виды пластмасс
не входит). Они способны формоваться
при определенных температуре и дав-
лении.
В качестве связующего вещества
используют искусственные и природ-
ные смолы, синтетические и естествен-
ные высокомолекулярные соединения
или продукты их химической перера-
ботки. По виду связующего вещества
все пластмассы подразделяются на
термопластичные (термообратимые) и
термореактивные (термоиеобратимые).
Наполнитель обеспечивает проч-
ность материала и изменяет его свой-
ства К наиболее распространенным
наполнителям относятся древесная или
минеральная мука, асбестовое, хлоп-
чатобумажное или другое органиче
ское волокно, а также стеклянное во-
локно и различные ткани Краситель
придает пластмассе определенный
устойчивый цвет. Отвердитель (ини-
циатор) ускоряет переход термореак-
тивных смол в неплавкое или нераство-
римое состояние или отверждает не-
которые термопластические смолы
Пластификатор повышает эластич-
ность пластмассы. В качестве пласти-
фикатора применяют эфиры много-
атомных спиртов и многоосновных
кислот. Смазывающие добавки исклю-
чают прилипаемость изделия к стен-
кам пресс-формы и повышают теку-
честь материала при переработке.
Детали, изготовленные из пластмасс,
обладают достаточной механической
прочностью, высокими декоративными
качествами, хорошими изоляционны-
ми свойствами, коррозионной стой-
костью, невысокой стоимостью. Плот-
ность большинства пластмасс лежит
в пределах 1,1—1,8 г/см3.
По назначению все пластмассы мож-
но подразделить на следующие основ-
ные группы а) конструкционные,
обладающие хорошими механически-
ми свойствами (условное обозначе-
ние К); б) электроизоляционные (Э),
имеющие высокие диэлектрические
свойства; в) влагохимстойкие (ВХ),
способные сохранять свои свойства
при длительном воздействии влаги и
химических соединений; г) ударопроч-
ные (У), обладающие высокой сопро-
тивляемостью к ударным нагрузкам;
д) жаростойкие (Ж), сохраняющие
свои свойства при воздействии повы-
шенной температуры; е) фрикцион-
ные (Ф), имеющие в условиях сухого
трения больший коэффициент трения
и малый износ, ж) антифрикционные
1 Данные по применению пластмасс с порошк выми,
волоки стыни и листовыми наполнител мн
Марка Назначение и способ переработки Основные свойства и применение
Фенопласты (ГОСТ Б6В9—79)
02-010-02 03-010-02 к э(гп, лп, кп> Порошки выпускаются черного, корич- невого, красного н табачного цвета Реко- мендуются для изготовления ненагру- женных армированных и неармироваи- ных деталей общетехнического потреб- ления (корпусов приборов, кнопок, ма- ховичков, дисков, патронов, выключа- телей, деталей сигнальной аппаратуры). Температура вксплуатацин от —60 до 4-60 °C
494
ПЛАСТМАССЫ
Продолжение табл. 1
Марка Назначение и способ переработки Основные свойства н применение
Э1-340-02 Э, К, (П, Черный нлн коричневый цвет. Повышен-
Э2-330-02 Сп3-342-О2 ЛП) ные диэлектрические свойства (основа- ния, платы, контактные колодки, кар касы катушек, разъемы и ф. д.). Эксплуа- тация допустима в вреде масла, бензина. Марка Сп3-342-О2 используется для изго» товлеиия плат и панелей, соприкаса- ющихся с серебряными контактами
ЭЗ-340-65 э, ж. Предназначены для изготовления мало-
ЭЗ-340-61 Тр (П) нагруженных рвднотехническнх деталей, работающих при повышенной влажности (тропикостойки)
Bxl-090-34 ВХ, ТР (ГП) Цвет черный илн натуральный желтый. Стоек к воде и кислотным средам; тро- пи костоек
Вх4-080-34 вх, ж. у, ТР (ГП) Применяется для деталей с повышенной водостойкостью, работающих прн удар- ных нагрузках
Ж1-010-40 Ж2-010-60 ж (лп) Цвет темпофиолетовый или черный. По- вышенная жаростойкость. Предназнача- ются для изготовления электроустано- вочкых деталей. Ж1-010-40 тропикостоек
У2-301-07 К. У, АФ Применяются дли изготовления деталей
У4-301-07 (КП. ЛП) повышенной при ударной нагрузке проч° ности (основания, диски шестерен, стой- ки кулачков, рукоятки)- Водостойкость низкая
У5-301-41 к, ж. Для деталей с повышенной тепл ©стой °
Уб-301-41 ф (КП) костью и механической прочностью, а так- же как фрикционный материал
В-4-70 вх, э, Зеленый цвет. Применяется для изгото-
К114-ЗБ ТР (ГП) Ретинакс влення деталей повышенной точности в электрической автоматике, работающих при повышенной влажности н токах высо- кой частоты ГОСТ 10851—73)
А Б Ф (ГП) Применяется для армированных н неар- мироваиных деталей повышенной меха° ни ческой прочности с фрикционными свойствами. Марка А допускает поверх- ностную температуру трения до 1110 °C, скорость скольжения до Б0 м/с и дввле- ние до 2,5 МПа; марка Б соответственно 700 СС, 10 м/с и 1 G МПа
К-236-58 (ТУ 6-05-1625—73) ф (КП) Высокая механическая прочность. Высо- кие фрикционные свойства сохраняет до температуры 600—900 °C
У1-301-07 (Волокнит) (ГОСТ 5689—79) АФ (ГП) Серо-коричневый цвет. Для деталей с по- вышенной прочностью (переключатели, рукоятки, стойки, кулачки, шестерин) и хорошими антифрикционными свой ствамн (направляющие втулки). Темпе- ратура эксплуатации до 100 еС
Гетииакс электротехниче- ский листовой (ГОСТ 2718—74 *) Э (МО) Изготовляется в виде листов Б30Х 700, С50Х930, 930X 1030 и 930X 1430 мм различных толщин Рабочий интервал температур от —65 до +105 °C. Исполь- зуется в качестве электро изоляционно го материала
Гетинакс фольгированный (ГОСТ 10316 — 78Е) Э (МО) Облицован с одной или двух сторон элек- тролитической медиой оксидированной фольгой толщиной 0,035 и 0,05 мм. При- меняется для изготовления печатных плат, устройств микроэлектроники При монтаже допускает пайку
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
495
Продолжение табл. 1
Марка Назначение и способ переработки Основные свойства я применение
Текстолит электротехни- ческий листовой влаго- стойкий ЛТ (ТУ 16-503.149—75) Текстолит конструкцион- ный (ГОСТ 5—78) Текстолит графитирован- ный (ТУ 6-05-486—76) Э, ж. ТР (Шт) К. Э (МО) АФ (МО) Детали электроники, работающие в уело внях повышенной влажности и темпера- туры. Толщина 3,5—50 мм Размер листов не менее 450x500 мм тол- щиной 0,5—70 мм. Применяется как кон- струкционный материал для деталей, ра- ботающих под нагрузкой (шестерни, втул- ки, ролики, прокладки) Выпускается в виде листов и плит тол- щиной 1—50 мм. Обладает хорошими ан- тифрикционными свойствами и износо- устойчивостью
В2, ВЗ, В4. ВЗ Е1 Пресс-мвтериалы КФ-9, КФЮ (ТУ 6-05-1471—71) Аминопласты Э. ТР (П, ЛП) Э. ТР (П, ЛП) э, ж, тр (КП, ЛП) (ГОСТ 9359—80) Отличаются хорошими электроизоляци- онными свойствами. Применяются для изготовления дугостойких деталей Кроме дугостойкости характеризуется по- вышенной прочностью. Используется для деталей коммутационной аппаратуры Повышенные электроизоляционные свой ства„ Применяются для изготовления ар- мированных радиотехнических деталей, работающих при температурах от —СО До 250 °C, а также в тропических усло- виях
Этролы ацетобутират цел- люлозные (ТУ 6-05-1418—71) Этролы ацетопропионат- целлюлозные (ТУ 6 05-274—73) Эт Ж, К(ЛД, П) ж, к (лд, П) ролы Повышенная свето- н теплостойкость Устойчив в тропиках Отличаются повышенной теплостой- костью, прочностью, стабильностью раз- меров
АГ-4С АГ-4 НС (ГОСТ 20437—75) АГ-4В-10 (ТУ 84-438—74) Пресс-м К. Ж, ТР (П, ЛП) к. э. тр (П) атериалы Для высо кона груженных конструкций, радио- н электротехнических изделий, работающих при температуре от — 196 °C до 200 °C. а также в тропическом климате Повышенная прочность Применяется для деталей конструкционного и электротех-
К-214-Б2 (феиолнт РСТ) (ТУ 6-05-1297—76) ВЭП-1 (ТУ 6-05-1140—76) К-81-39, К-81-39А; К-81-39С (ТУ 6-05-1651—73) к. вх, ТР (ГП) ж, к. э (ГП) э. вх, Ж (ГП) Для изделий с повышенной механической прочностью и водохимической стойкостью Высокая термостойкость (до 600 °C). Для деталей радиотехнического и конструк- ционного назначения Повышенная влагостойкость, нагрево- стойкость Применяются для электро- н радиодеталей с повышенной механической прочностью
Фольгированный стекло- текстолит (ГОСТ 10316—78Е) Фольгированные травя- щиеся диэлектрики ФДМТ (ТУ 16-5U3 113—72) Другие 4 Э (МО) Э (МО) материалы Применяется для изготовления печатных плат, работающих при температуре 40 °C с относительной влажностью до 95=±3% Облицован с одной или двух сторон мед- ной электролитической фольгой толщи- ной 35—50 мкм. Толщина 0,5—3 мм Подтравливаются в смеси концентриро- ванных серной н плавиковой кислот. Используются для изготовления много* слойных, печатных плат. Толщина ли- стов 0,1—0,5 мм
496
ПЛАСТМАССЫ
Физико-механические и электроизоляционные свойства пластмасс
Марка Плотность, г/см1 Теплостойкость по Мартенсу. °C Рабочая темпе- ратура, °C Коэффициент теплового ли- нейного расши- рения п-10* Коэффициент теплопроводно- сти, Вт/(м.°С)
02-010-02 03-010-02 Э1-340-02 Э2-330-02 Сп3-342-О2 ЭЗ-340-65 1 ЭЗ-340-61 1 Вх 1-090-34 ВХ4-080-34 У2-301-07 1 У4-301-07 1 У5-301-41 J Уб-301-41 1 В-4-70 К-114-35 К-81-39 ) К-81-39А } К 81-39С ) Ретинене А Ретпнакс Б К 236 58 У1-301-07 (волокнит) Гетииакс электротехнический ли стовой Гетииакс фольгированный Текстолит электротехнический ЛТ Текстолит конструкционный Текстолит графитированный Аминопласты В2, ВЗ, В4 Аминопласт В5 Аминопласт Е1 КФ-9 КФ-Ю Этролы ацетобутиратцеалюлозиые АГ-4С АГ-4 НС АГ-4В-10 Фольгированный стеклотекстолит ФДМТ Фенолнт РСТ (К-214-52) ВЭП-1 1.45 1.4 1.4 1 4 1*4 1.95 1.6 1,75 1.45 1,95 2 1.75—1,90 1,95 2,4—2.7 2,4 —2,7 1.45 1,35—1,45 1,44 — 1,98 1,2—1.35 1,3—1 4 1,3—1,4 1.6 —1,9 1,6—1,85 1.7—2.0 1,5 — 1,65 1,8—2 0 1,16—1.25 1,7-1.9 1,7-1 9 1,6—1,85 3-4,5 1,65 1.7 —1.8 125 130 125 120 130 150 125 115 140 200 140 125 160 150 НО 140 120 130—140 130—150 180 200—250 200—220 280—320 280 140 350 От —60 до 100 От —50 до 100 От —60 до 115 От —60 до 115 От —40 до 110 От —60 до 200 От —40 до 110 От —40 до 130 От —60 до 150 От —60 до 100 От —60 до 65 От —60 до 60 От —60 до 250 От —60 до 130 От —60 до 110 4,5—5,3 4,6—5,3 4,5—5,3 4.3—7 2—5 3—3,5 2,5 3,5 2—5 0.8-2.5 3—3,5 3.3—4,1 3 1 — 14 0.5-1.2 1 — 1.5 0,2 0.21 — 0,23 0,21—0 23 0,21—0,23 0,21—0,23 0,21—0,47 WB 0 21—0 23 0,52 0,0075 0,3 0,37, 0 46 0.46 0,21 —0 23 0,23—0,34 0,29 0,2—0,21 0,31 — 0,6 0,45
АМИНОПЛАСТЫ
497
с порошковыми, волокнистыми и листовыми наполнителями
°р °сж «»н Е НВ эе по- тное ческое вленне, X » 1 «с £ 'S 1 ° у ° к (Л X Is угла риче- герь при 10« Гц
МПа 5 « * о. £Ьф С у гдельнс ое эле) кое с< ленке, И ж ас т Ж Ч О.Я ангенс нале кт КИХ ПО’ астоте
сэ <п иО и к СП е ас Г-1 fct О В*
35 160 60 7000—8000 25—30 10" 10“ 10 0.06
37.5-40 160 70 7500—8000 25—30 10" 10" 13 0,2—0,3
28 150 60 6300 — 8800 20 5.10" 5-10" 13
I 30—53 150 65 8300— 8800 30—35 5.10" 6.10" 15 0,04
1 “ 160 60 —• 5-10" 5-10" 13 г—
I 23—26 110—115 20 6.7-10" 4.8-10" 15—21 0,01
40—41 7.5-10" 1,1-10"
150—170 55-72 7000—9000 30—40 10" 10" 13 0,01 — 0,03
24 120—150 35—45 5600—8400 10" 10U 13 е-»
30-35 100—120 80 6000—8500 25 10" 10’ 4
25 80 85 7000 30 10" 10" 1.7-
2,5
—* 200—220 97 50—65 10"- 2,3-10" 10” 16—33 0,01
50 180—200 90 2300 45 2-10" 10“ 16-22 0,01
1 — <« 50-5-55 от 10" 10" 15 0,03
— 55 —. 35—60 fc-. ,—
57 25—50
31,5 70—85 55 30 м—. •— ы—
30 — 35 100—120 80 6000 25 10" 10« 5 —
98 — 122,5 — 10"—10“ 10"—10" 12—30 0,035—
0.06
80 — — в—« —« 10" 0,038
110 140 150 »— 1-4» 10” 10" 20 —
100 155 150 4000—6500 25 — 35 10"—10" 10"—10" 2-5 0,02-0,08
90 too 150 — —— ——
—. — 50-60 —— — 10"—10" 10" 12—14 —
— по 50 •— 20—50 10" 10“ 12 —
70- — —_ 10» 10" 7
120
—- 30 23 10 10“ 10" 13 0,005
— 19 13
20—40 — 30 — 50 500—1200 40—53 — 10"—10“ 31—36 0,02-0,03
550—670 200 450— 3500 40—45 10" 10"— 13-15 0,05
500 600 3-10"
130 120 »—» 10" 10" 13 0,05
200 10" — 0,025
W— —• —• — 10" 10" 10 0,025
140-170 60 30—32 10" 10" 11 0,03
105 140 •—« 1,2-10" 9-10" — 0,003 —
10" 0,007
17 Пятни Ю. М н др
498
ПЛАСТМАССЫ
3. Данные по применению пластмасс без наполнителя
Марка Назначение и способы переработки Основные свойства и применение
Полиэтилен высокого да- вления ПЭВД (ГОСТ 16337 —77Е) К. Э, АФ, ВХ. (ЯД. Э П, МО, Св) Электроизоляционный материал (трубы, пленки); конструкционный материал (бес- шумные шестерни); трубопроводы для агрессивных жидкостей и газов
Полиэтилен низкого да- вления пэнд (ГОСТ 16338—77) ПЭНД имеет значительно большую жест- кость, чем ПЭВД, большую стойкость к химическим реагентам
Электроизоляционная по- лиэтиленовая пленка ПЭТ (ТУ 6-05-584—75) Э (Св. Ск) Электроизоляционный материал (толщина 0,08—0,25 мм)
Полистирол ПСМД, ПСМ (ГОСТ 20282—74 •) Э. К. ВХ (Э, лд. ЛЮ, П) Электроизоляционный материал (ПСМД) для изготовления электрорадиотсхни- ческнх и приборных деталей
Акрнлоиитрплбутадпен- стирольный пластик СНП (ГОСТ 13077 — 77) К, ВХ (ЛД, П, Э) Для изделий конструкционного н элек- тротехнического назначения
Полистирол оптический и светотехнически й (ТУ 6-05-1728—75) СО (ЛД) Для изготовления оптических деталей и с повышенными электроизоляционными свойствами (ПСМ-О), для светотехниче- ского изделий (11СМ-С). Показатель пре- ломления пр — 1,5. Коэффициент про- пускания £0%
Сополимер стирола опти- ческого назначения (ТУ 6-05-70—77) СО (ЛД. Э) Для изготовления оптических деталей (линз). Марки отличаются показателями преломления (пр = 1,511,570)
Фторопласт-3 (ГОСТ 13744 — 76) Э, К (ЛД, П. Э) Обладает высокой стойкостью к различ- ным химическим средам. Нестоек к ра- диации. Изготовляют основания, панели, каркасы катушек, детали аппаратуры (диафрагмы, прокладки). Показатель пре- ломления пр = 1,43
Фторопласт-4 (ГОСТ 10007—80Е) К. Э. ВХ, АФ (Сп. МО) Обладает высокой химической стойкостью, хорошими механическими свойствами, ма- лым коэффициентом трения, свойством самосмазки Используется для изгото- вления деталей коррозионностойких, с вы- сокими диэлектрическими свойствами, подшипников, деталей для медицинской аппаратуры
Пленка фторопластовая (ГОСТ 24222—80) э Пленочный диэлектрик для изоляции эле- ментов линий задержек Изоляция про- водов
АМИНОПЛАСТЫ
499
Продолжение табл. 3
Марка Назначение и способы переработки Основные свойства и применение
Стержни и профили из фторопласта-4 (ТУ 6-05-535—74) Э, ВХ» АФ (МО) Диаметр или наружный размер 3—50 мм. Используются для изготовления деталей электротехнического, антикоррозионного и антифрикционного назначений
Винипласт листовой (ГОСТ 9639—71 •) К, (МО. Шт. Св, Ф) Конструкционный материал для деталей? работающих при температуре от 0 до 60 СС
Полиметнлметакрилат Л ПТ литьевой (ТУ 6-05-952—74) СО, К (ЯД, Э. П) Для изготовления оптических деталей, футляров и т. п.; zip = 1,49
Дакрил-2М (ТУ 6-01-707—72) СО, К(ЛД, Э, П) Отличается хорошей прозрачностью. Для изготовления оптических деталей (линз, шкал). Коэффициент пропускания 91 — 92%
Стекло органическое кон- струкционное (ГОСТ 15809—70 *) К, On (МО, ф Стекло часовое, глазки приборов, про- зрачные модели. Коэффициент пропуска- ния 90%. Коэффициент преломления за- висит от температуры (для марки СОЛ при 20 °C пр = 1,493)
Стекло органическое све- тотехническое (ГОСТ 9784—75) К. СО (МО, ф) Для изготовления рассеивателей и других светотехнических изделий. Коэффициент пропускания зависит от степени замутне- ния (90—20%). Толщина листов 2—4 мм
Полиамид П-12Б-20 (ТУ 6-05-898—73) У. К (ЛД, МО) Для изготовления конструкционных де- талей (зубчатые колеса, уплотнения н др.) в радиотехнических изделиях, кимофото- прибора.х в т. д.
Литьевые сополимеры по- лиамида (ГОСТ 19459—74) к, (ЛД. мо) Заменители цветных металлов для изго- товления конструкционных деталей
Литьевой лавсан (ТУ 6-05-830-76) ИХ, АФ, Ж (ЛД) Детали радиоэлектроники, работающие в условиях влажной атмосферы н виб- рации
Капрон (смола капроно- вая литьевая) (ТУ 6-06-309—70) К, КФ (ЛД. МО) Применяется как конструкционный анти- фрикционный материал (подшипники, ше- стерни, каркасы)
Капролон В (ТУ 6-05-983—73) К. АФ, ВХ (МО) Применяется как конструкционный анти- фрикционный материал (шестерни, втул- ки и т. д.)
Эп Эпоксидные смолы ЭД (1 ОСТ 10587 76) оксидные смоль и компаунды Для изготовления электроизоляционных, герметизирующих и пропиточных соста- вов, клеев, покрытий
Компаунды порошкообраз- ные Э1! (ТУ 6-05-1420—75) Для герметизации тропикостойкнх, ра- диациоппостойких деталей радио- и элек- тротехнического назначения. Обладают хорошей адгезией
17*
SOO
ПЛАСТМАССЫ
4. Физико-механические и электроизоляциоп
Марка Плотность, г/см-' Теплостойкость по Мартенсу, °C Рабочая темпе- ратура, °C Коэффициент теплового ли- нейного расши- рения п-10“5 Коэффициент теплопроводно- сти. Вт/(м-°С)
Полиэтилен высокого давления 0,9—0,939 От —50 ДО 70 22—55
Полиэтилен низкого давления 0.948— 0.959 От —60 До 100 17—20 •вг
Полиэтиленовая пленка ПЭТ — — —
Полистирол ПСМД, ПСМ 1,05—1,08 78 От —40 до 65 6—8 0,093— 0,14
Пластик СНП 1,14 74 От — 46 ДО 70 8,3 —
Полистирол оптический 1,05—1,08 От —40 до 65 6-7 0,093— 0.139
Фторопласт-3 2.09— 16 — От —195 до 130 6—10 0,23
Фторопласт-4 2,19 —2,20 по От —269 до 260 8—2! (в за ин- ей мост и от тем- пературь’] 0,24
Виинпласт листовой 1,38 05—'0 — 5~15 0,15—0,16
Полиметилмстаирилат ЛПТ 1,18—1,20 88—Sb От —60 до 60 9 0,279
Дакрил 2М 1,19 — — 8 —
Стекло органическое конструкцион- ное 1.18 — От —60 до 00 7,1-7,7 0,181 — 0.186
Стекло органическое светотехниче- ское 1,18-1,20 — 7—8 0,172 — 0 184
П-12Б-20 1,02 — «-•
Литьевые сополимеры полиамида 1,13—1,14 50—60 — 10—12 0,27 — 0.3
Капрой 1,13 — — 14
Капролон В 1,15—1,16 76 От —60 до 60 6,6—9,8 0,27—0.34
Эпоксидные смолы ЭД 1 55»* 1,65 81 — 130 м •Я —
Компаунды ЭП — От —60 ДО 140 3,5-4 0,74
АМИНОПЛАСТЫ
501
иые свойства пластмасс без наполнителя
°р °сж “и Е ни зе по- тное ческое вл ем не, ое объ- электрн- сопротн- Ом* см веская :ть, : угла риче- зтерь на 10е Гц
7 О £ХЬ 3 . & 5! £-°Я х х: с £
МПа ? X « & < о о Д Л И О Ll J Удел1 емкое чес ко влек i * ЕГ Я а, О"" е * Танп ди эле ских часто
10—16 12 12—17 140 — 250 1.4 — 2.5 101° Ю“ —10“ 45-60 (при толщине 1 мм) 0,0002— 0.0003
20—30 20—36 20—38 600 —850 4,5— 5,9 ю” Ю” —10” 45—50 0,0002— 0.0004
14 •—» —» *—• — — 10” 50 0,0007
37—42 100 80 80—90 80 2700 14 — 15 ю« 10” 20—23 0 0003— 0.000*1
40—55 85 86— 100 2300- 2700 12 3-10“ 101» 20 0,03
40—45 90—100 95- 105 — 14—15 — 10” 0,0003
35—45 55—60 (ДО раз- рушения 150—200) 60—80 1160—1500 10—13 10*-« 10” —10” 15—25 0.01
14—35 10-12 14 — 18 700 (при 20 °C) 1800 (при — 60 °C) 3—4 10” 10” —10м 25 (при толщине 4 мм) 200 (при толщине 5—20 мкм) 0,0002
70— 120 80-120 40 — 70 2600—3200 3—16 10“ Ю“—10“ 30 — 45 0,015 — 0,025
40 70 140 2870 17—18 10” 10” 27 0.02 — 0,03
65—70 110—133 117.5 — 10” 22 0.018
71—92 130—150 99- 121 2900—4160 20-25 10”—10” 10“— 2» 10’» 25—40 0.02
54— 60 — — 10—13 ►—• —
39 40—45 — 500 3 — 10”—10” 15 0,05—0,1
60—70 70—120 45— 120 1500—1600 10—12 10”— Ю” 10”- 2-10” 20 0,04 — 0,08
65 НО — 2800 10 — 3-10“ 24 — 28 0,022— 0,025
90—95 100—110 120— 150 2060—2310 13—15 9,9-10“ 3- 10“ б.Ь 10” 4,7-10” 20-21.3 0,022 — 0,032
6а—90 130—200 90— 140 lo- ll.7 •— 10“— 5-10“ 13,5—16.5 0.018— 0,03
- 45 —• — — — 10”—10“ 20—60 0,02
502
ПЛАСТМАССЫ
(АФ), имеющие малый коэффициент
трения и малый износ; з) радиацион-
ностойкие (Р), сохраняющие свои
свойства при действии ионизирующих
излучений; и) тепло- и звукоизоля-
ционные (ТЗ); к) тропикостойкие (ТР),
обладающие хорошей сопротивляе-
мостью к действию повышенной тем-
пературы и влажного воздуха, стой-
кие к грибковой плесени; л) вибро-
стойкие (В), обладающие высокой со-
противляемостью к действию вибра-
ционных нагрузок; м) светотехниче-
ские и оптические (СО), используемые
для изготовления светильников и
оптических детален, цветоустойчивые.
Многие из пластмасс обладают ха-
рактеристиками нескольких групп.
Кроме того, некоторые свойства яв-
ляются сопутствующими, например
тепло- и звукоизоляционные пласт-
массы относятся к разряду легких.
По виду наполнителей пластмассы
подразделяются на группы: с порош-
ковым, волокнистым и листовым на-
полнителями, без наполнителя и с га-
зовоздушным наполнением.
Способы переработки пластмасс: пря-
мое или компрессионное прессование
(П, КП), горячее прессование (ГП),
литьевое прессование (ЛИ) и литье
под давлением (ЛД), экструзия (Э),
литье (Л), вакуумное и контактное
формование (Ф), механическая обра-
ботка (МО), сварка (Св), штамповка
(Шт), склеивание (Ск), спекание (Сп).
В табл. 1 приводятся данные по
прнмепешпо пластмасс с наполните-
лями, а в табл. 2 их физико-механиче-
ские и электроизоляционные свойства.
К числу наиболее распространенных
относятся термореактивные пласт-
массы с порошковым наполнителем
(пресс-порошки). Они перерабатывают-
ся в изделия путем прямого горячего
или литьевого прессования при тем-
пературе 160—200 °C и давлении 20—
120 МПа. Изделия имеют массу от
нескольких десятых грамма до не-
скольких килограммов
Преимуществами изделий из пресс-
порошков являются высокая термо-
стойкость и хорошие показатели ме-
ханических свойств, а недостатком —
неду гостой кость.
Пресс-порошки иа основе феполо-
фор.мальдегидны.х смол (фенопласты)
наиболее употребительны. Они раз-
деляются на следующие типы: общего
назначения (О), специальные безам-
миачные (Сп), электроизоляционные
(Э), влагохимстойкие (Вх), жаростой-
кие (Ж), ударопрочные (У).
ФЕНОПЛАСТЫ
Изделия из фенопластов практи-
чески не подвержены старению (ме-
ханические и электрические свойства
сохраняются). Коррозионноустойчивы
и не вызывают коррозии запрессован-
ной в них металлической арматуры.
Пресс-материалы К-81-39, К-81-39А,
К-81-39С выполняются на основе эпок-
сидной смолы и минеральных напол-
нителей.
Ретинакс и пресс-материал К-236-58
являются материалами с высокими
фрикционными свойствами, имеют
коэффициенты трепня (без смазки)
0,32 и 0,3 соответственно.
Волокннт представляет собой фе-
нольную композицию с волокнистым
наполнителем (хлопковая целлюлоза)
и характеризуется повышенной удар-
ной прочностью.
Гетинаксы и текстолиты являются
слоистыми пластиками, поставляе-
мыми в виде листов. Изделия -из них
получают механической обработкой.
При их использовании для изготовле-
ния одной из пар трения коэффициент
трения (со смазкой) равен 0,02. Хо-
рошие электроизоляционные свойства
и технология изготовления изделий
(.механическая обработка) являются
критериями, определяющими при-
менимость слоистых пластиков, осо-
бенно в опытном и мелкосерийном
производстве.
АМИНОПЛАСТЫ
Аминопласты по сравнению с фено-
пластами имеют ряд преимуществ: не
имеют запаха, светостойки, окраши-
ваются в любые цвета, обладают вы-
сокой электрической прочностью. Их
недостатки, склонность к растрески-
ванию и повышенное водопоглощение.
АМИНОПЛАСТЫ
503
5. Данные по применению пластмасс с газовоздушным наполнением
Марка Назначение и способы переработки Основные свойства и применение
Пенопласт плиточный ПВХ-1. ПВХ-2 (ТУ 6-05-1179—75) К. ТЗ, ТР (МО, Ск, изгиб в нагре- том состоянии) Жесткая вспененная масса с зам- кнуто-ячеистой структурой. Низ- кий коэффициент теплопроводно- сти. Маслостоек. Грибостоек. Ис- пользуется в качестве теплоизо- ляционного материала и заполни- теля конструкций. Поставляется в виде плит толщиной 40—55 мм
Пенопласт эластичный ПВХ-Э (ТУ 6-05-1158—74) К. ТЗ (МО, Ск, изгиб) Тепло- и звукоизоляционный мате- риал. Хороший амортизатор
Винипор эластичный С (ТУ 6-05 94 -74) К. ТЗ (МО, Ск, изгиб) Мягкий звукопоглощающий и амортизирующий материал
Вспенивающийся поли- стирол (ОСТ 6-05-202—73) ТЗ (вспенивание в форме) Высокие звуко- н теплоиволиру- ющис свойства
Пенопласты ПЭ-5,- ПЭ-6 (ТУ 6-05-215—71) ТЗ, э Тепло-, звуке-, электроизоляцион- ные материалы. Используются для заполнения конструкций и юр- метнзации (фиксации) деталей и узлов
Пенопласты ПЭН-И (ТУ 6-05-5088—77) ТЗ, э Звуке- н теплоизоляционный мате- риал; для защиты от вибрации и герме! изацин 1
Пенополиуретан ППУ-202-l (ТУ 6-05-234-72) э, в Заливка радиотехнических изде- лий с целью виброустойчнвости и электронзоляцпн
Пенополиуретан ППУ-306 (ТУ В-203—71) ж Огнезащнтн ый теплонзол я циои - цый материал ,
Пенопласты иэолан-1 (ТУ 6-05-285—73) Изолап-2 (ТУ 6-05-301—74) Э, ТЗ (заливка) Э, ТЗ (напыление) Повышенная термо- и огнестой- кость, хорошая механическая проч- ность. Применяются в качестве тепло- н электроизоляционного матер»ала
504
ПЛАСТМАССЫ
Физиков«апннеекие и алектроизоляционные свойства пластмасс е газовоздушным наполнением
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Б05
Пресс-материалы КФ 9 и КФ 10
являются композицией на основе
кремнийорганической смолы и фторо-
пласта-4 с минеральным наполните-
лем. Их характеризует высокая теп-
лостойкость, что определяет примени-
мость для изготовления деталей, ра-
ботающих как при низких, так и при
высоких температурах.
Этролы представляют собой термо-
пластическую композицию на основе
эфира целлюлозы.
Стеклопластики АГ-4С, АГ-4НС и
АГ-4В—10 обладают высокими ме-
ханическими и электроизоляционными
характеристиками, влагохимически- и
теплостойки.
Стеклотекстолиты кроме пресс-ма-
териалов поставляются в виде листов
(ГОСТ 12652—74) толщиной 0 35—
50 мм, а также фольгированными.
Фенолит РТС имеет наполнитель
в виде стеклянной рубленой нити.
Пресс-материал ВЭП-1 представляет
собой стеклопластик с волокнистым
наполнителем типа кварца.
В табл. 3 представлены данные по
выбору и применению пластмасс без
наполнителя, а в табл. 4 их физико-
механические и электроизоляционные
свойства.
Этот вид пластмасс термопластичен
и допускает многократную переработ-
ку. Пластмассу поставляют в виде
порошка или гранул, а также в виде
поделочных материалов (листов, пле-
нок, прутков, профилей и фасонных
заготовок), пригодных для последую-
щей механической обработки, сварки,
гибки, склеивания и клепки. Многие
из них хорошо окрашиваются. Сле-
дует отметить применение полимеров
(полиэтилена, фторопласта и поли-
амида) в качестве антикоррозионных
покрытий металлических деталей слож-
ной конфигурации. Покрытия наносят
пламенным или вихревым напылением
и вибрационным способом.
Пластмассы с газовоздушиым напол-
нением (табл. 5 и 6) отличаются ма-
лой плотностью (до 0,02 г/см3), хо-
рошей тепло- и звукоизоляцией.
Используются для герметизации элек-
тронных схем, блоков и модулей,
электроизоляцни проводов и кабелей,
для упаковки электронного оборудо-
вания, приборов точной механики и
оптнкп.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кацнельсон М. Ю., Балаев Г. А.
Пластические массы: Справочник. Л.: Хи-
мия 1978. 384 с.
2. Назаров Г. И Сушкин В В. Тепло-
стойкие пластмассы. М Машиностроение,-
1989. 208 с.
3. Назаров Г. и. Сушкин В. В Дми-
триевская Л. В. Конструкционные пласт-
массы. М.: Машиностроение, 1973. 190 с.
4. Справочник по пластмассам, Под ред.
В. М. Катаева, В. А Попова, Ь И. Са-
жина. М . Химии, 1975. Т I, 448 с. Т. 2,
568 с
5. Технология пластических масс/Под
ред В В. Коршака. М • Химия. 1976.
507 с.
6. Чурабо Д. Д Детали н узлы при-
боров. М.: Машиностроение, 1975. 559 с.
7. Штучный В П. Обработка пласт-
масс резанием М : Машиностроение, 1974.
145 с.
8. Электрические свойства полимеров/
Под ред Ь И. Сажана. Л.: Химия, 1977-
192 с.
Глава 8 МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Оптической средой называется ве-
щество, занимающее определенный
объем и пропускающее оптическое
излучение. К оптическим средам от-
носятся воздух и другие газы, стекла,
кристаллы, жидкости и специальные
среды. Оптические среды являются
материалом, из которого изготовляют
оптические детали: линзы, призмы,
пластины, пленочные покрытия и т д.
Для изготовления оптических де-
талей применяются оптическое бес-
цветное стекло, цветное оптическое
стекло, кварцевое оптическое стекло,
ситаллы кристаллы, пластические мас-
сы и другие материалы.
ОПТИЧЕСКОЕ БЕСЦВЕТНОЕ
СТЕКЛО
Основным материалом для изготов-
ления оптических деталей служит
оптическое бесцветное стекло, которое
в зависимости от химического состава
имеет определенную совокупность
оптических постоянных: показателен
преломления для различных длин
воли и производных от них величин
(средних дисперсий, коэффициентов
дисперсии и относительных частных
дисперсий).
Большое разнообразие стекол с раз-
личными постоянными — необходимое
условие создания высококачественных
оптических приборов.
Показатель преломления пе для
длины волны 546,07 нм принят в ка-
честве основного показателя преломле-
ния (ГОСТ 3514—76, ГОСТ 13659—78,
16]). В каталоге [6] значения показа-
телей преломления для каждой марки
стекла даны для 23 длин волн, соот-
ветствующих спектральным линиям хи-
мических элементов, и 12 длин воли
для излучения лазеров.
При необходимости величину пока-
зателя преломления для излучения
с длиной волны X можно вычислить
по следующей формуле:
и = 4~ 'Ь А^. 4 4-
+ Л5Х-е+Л6?-8, (1)
где X — длина волны, мкм; Д,, Д2> ...
.... Ав — коэффициенты, приводимые
в [6] для каждой марки стекла.
Для диапазона длин воли 0,365—
1,0139 мкм вычисления по этой фор-
муле дают значения показателей пре-
ломления с погрешностью ±1-10^5.
Показатель преломления для воз-
духа в большинстве случаев прини-
мают равным единице, т. е. таким же,
как и для вакуума, хотя он зависит
от температуры t н атмосферного дав-
ления р:
„„-H-O.OOtKMjTL.—Ц-.
+ 273
При нормальном давлении 1013 гПа
и Г =20 °C ив= 1,000274.
Разность показателей преломления
для определенных длин волн назы-
вается средней дисперсией. Для ха-
рактеристики ультрафиолетовой и си-
ней областей спектра служит средняя
дисперсия п/—ng, видимую область
спектра характеризуют средние дис-
персии nF.—пс> и nF—п0, инфра-
красную Пг — «1013,9 И «1013,9—«2249,3
Основной средней дисперсией является
средняя дисперсия nF,—пс,. (Индексы
i, g, г, F, F', С, С, е прн п означают
спектральные линии Фраунгофера).
«э—1
Отношение вида V, = ----------
«1 — «2
называется коэффициентом дисперсии.
ОПТИЧЕСКОЕ БЕСЦВЕТНОЕ СТЕКЛО
507
Основным коэффициентом дисперсии
(числом Лббе) является значение
пе — 1
Vg —- ' •
"f' — пС‘
Оптическое бесцветное стекло в за-
висимости от значений показателя
преломления пе и коэффициента дис-
персии vL. разделяется на следующие
типы: ЛК — легкий крон; ФК —фос-
фатный крои; ТФК — тяжелый фос-
фатный крон; К — крон; БК — бари-
товый крон; ТК — тяжелый крон;
СТК—сверхтяжелый крои; ОК —
особый (с особым ходом дисперсии)
крон; КФ — кронфлнит; БФ — бари-
товый флиит; 1БФ — тяжелый ба-
ритовый флинт; ЛФ — легкий флиит;
Ф — флиит; ТФ — тяжелый флинт;
СТФ — сверхтяжелый флинт; ОФ —
особый (с особым ходом дисперсии)
флинт.
Эти стекла представлены иа коорди-
натном иоле диаграммы «показатель
преломления пе — коэффициент дис-
персии (рис. 1). Стекла типов ОК
и ОФ могут находиться иа любом
участке поля диаграммы, занимаемом
соответственно кронами или флин-
тами.
Из рис. 1 следует, что кроновые
стекла имеют большие коэффициенты
и относительно меньшие показатели
преломления по сравнению с флин-
тами.
Относительной частной дисперсией
&п
называют отношение----------- или
нл, — пс.
Ап .
-------, где Ал является частной
ПЕ ~ НС
дисперсией, например, Ап = nF—пг).
В [6] значения относительных част-
ных дисперсий для каждой марки стек-
ла приводятся для 24 участков спектра.
Кроме приведенных оптических по-
стоянных при расчете и создании опти-
ческих систем встречается необходи-
мость использования других характе-
ристик оптического стекла. К таким
характеристикам относится, напри-
мер, Рабе /, к = Д«абс, ?УД t — темпе-
ратурный коэффициент, или измене-
ние абсолютного показателя преломле-
ния стекла при повышении темпера-
Рис. I. Координатное поле диаграммы <ио^
казатсль преломления пе коэффициент
дисперсии vF>
туры па 1 СС для длины волны К.
Показатели преломления стекол воз-
растают с повышением температуры
окружающей среды.
Важной оптической характеристикой
стекла является его спектральное про-
пускание. При прохождении излуче-
ния через границу раздела сред и их
толщин имеют .место потери в виде
отражения части потока иа прелом-
ляющих поверхностях, поглощения
части потока па отражающих поверх-
ностях, поглощения и светорассеяния
в толще оптической среды. Эти по-
тери оцениваются коэффициентами от-
ражения рд, поглощения «х и свето-
рассеяния О/.
Коэффициент пропускания свя-
зан с коэффициентами потерь зави-
симостью
Р>. + + °К + ТЛ = I-
При учете конкретных условий
эксплуатации оптических приборов
следует при выборе марок оптического
стекла учитывать нх устойчивость
к влажной атмосфере и слабокислым
водным растворам, к ионизирующему
излучению, температурный коэффи-
циент линейного расширения, тепло-
проводность, удельную теплоемкость,
плотность, модуль упругости и модуль
сдвига, электрические и магнитные
свойства.
При расчете оптических систем сле-
дует учитывать, что оптическое стекло
508
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
1. Характеристики оптических стекол
марок К8 н Ф1
Стекло пе ve пр - пС'
К8 Ф1 1,518294 1,616878 63,87 36.69 0,008115 0,016814
2. Показатели преломления
X, им Обо- зна- чение липин спек- тра п
К8 Ф1
3G3 0 i 1,53582 1.65782
401 66 ft 1,52982 1,64269
435,83 £ 1,526266 1,634312
479,99 F' 1.522408 1,625647
486.13 F 1.521955 1 624657
546.07 е 1,518294 1 616878
587 56 d 1,516373 1 6 2945
589.29 D 1,516300 1,612800
643.85 С 1,514292 1 608833
656,27 С 1,513895 1,608067
706.52 Г 1,51246 1.60537
768,2 1,51100 1,60273
852 1 1,50937 1,59994
1013 9 В— 1,50687 1,59609
128.6 — 1.50536 1.59404
1395.1 —- 1,50210 1,59021
1529.6 1.50045 1.58850
1813 1 1.49674 1,58493
1970 1 1,49419 1.58289
2249 3 » 1,49008 1,57899
2325.4 — 1,48878 1.57785
3. Показатели преломления
для длин воли лазера
X, ни п
К8 Ф1
488,0 1,52181 1,62436
514 1.52009 1.62066
520,8 1. 51968 1,61979
530.0 1,51916 1,61868
568,2 1.51722 1.61467
632,8 1.51466 1,60955
647.1 1,51419 1,60863
694,3 1,51279 1.60597
890 1,50872 1,59889
1060.0 1,50625 1,59522
4. Коэффициенты дисперсии
Параметр K8 Ф1
nh — 1
55.5 27,3
t п( - ng n—l
63.87 36,69
V ’e nF.-nc> ”/ — 1
V “ 64,07 36,95
wd nF-nC
VD nF-nc 64,05 36,94
v1529,6 ~ _ n1529,6~1 ”1013,9 — ”2249.3 29,8 34,4
б. Относительные частные дисперсии
An K8 Ф1
e < L c 1 fa. c e < U c 1 e" e <1 L c 1 fa. c c < CJ c 1 fa. e
i—h 0,739 0,744 0,900 0.912
h—g 0.4379 0,4409 0,498 0.5050
g-F 0,5312 0,5349 0.5742 0,5820
g-F' 0.4755 0,4787 0,5153 0.5223
F—e 0,4511 0,4542 0,4626 0.4689
F—D 0,6968 0,7016 0,7052 0,7147
F’—e 0,5069 0.510-1 0,5215 0. 28t-
d—D 0.0090 0,0091 0,0086 0,0087
D-C 0,2964 0.2984 0,2815 0,2853
e-C 0.4931 0,4965 0,4785 0,4849
e—C 0,5421 0.5458 0,52-10 0,5311
C'—r 0,225 0,227 0,206 0,209
C—r 0,176 0, 177 0,160 0,163
r — 852,1 0,381 0.384 0,323 0,327
852.1 — 1013,9 0.308 0,310 0,229 0,232
1013,9 — 1128,6 0.186 0,187 0,122 0,124
1128,6- 1395,1 0,401 0,404 0,227 0,230
1395.1- 1529 6 0,204 0,205 0,102 0,104
1529.6— 0,457 0.460 0,212 0,215
1813.1 — 1970,1 0,277 0,279 0,122 0,123
1970,1 — 2249,3 0,544 0,548 0,232 0,235
2249.3— 2325,4 0.161 0.162 0,068 0,068
1
ОПТИЧЕСКОЕ БЕСЦВЕТНОЕ СТЕКЛО
509
в. Средние дисперсии
Ьп К8 Ф1
nl~ng пр' — "С' пР~пС пг ~ ПЮ13.9 "1013.9 — "2249.3 0.00955 0.008115 0,008060 0,00560 0,01679 0,02351 0.016814 0,016590 0,00928 0,01710
7. Коэффициенты формулы дисперсии (1)
А1 К8 Ф1
At Az At А, 2.2699804 -9.8250605- IO*3 1,1017203-10-» 7,6606834-10"1 1.1616952-10-* 5,8130900-10-’ 2,5344898 — 8,9233727. 10-’ 2,2149725-10-’ 6.9286357-I0-* -6,1831815-10-» 3.0937650.10-’
8 Коэффициенты внутреннего пропускания
при толщине слоя d
К нм К8 Ф1
т прн d = 10 мм ин 001 —Р udu 1 т при d = 10 мм т при d~ 100 мм
300 0,047 _-
320 0,501 — —• —
340 0,850 0,376
360 0.967 — 0.810 —
380 0.975 —» 0,917 —
400 0,992 0.921 0,977 0,793
420 0.991 0,914 0,984 0,854
440 0,990 0 903 0,986 0 872
460 0,992 0,921 0,989 0,808
480 0,993 0,931 0.991 0,919
500 0,994 0,94 5 0 993 0.934
520 0,995 0.956, 0.995 0,951
540 0,996 0,958 0 996 0,958
560 0,996 0.958 0,996 0,960
580 0.995 0.954 0 996 0,960
600 0,994 0,945 0,995 0,956
620 0.993 0 936 0 995 0.949
640 0,992 0 927 0,994 0.942
660 0.993 0.931 0,994 0,942
680 0.994 0 943 0,995 0 951
700 0,995 0,949 0,996 0,960
750 0 995 0 949 0,998 0.976
800 0.995 0,949 0 998 0.982
900 0 994 0,945 0,998 0,980
1000 0.993 0,936 0,998 0,978
1050 0.993 Q 935 0 998 0.979
1100 0,993 0 934 0 998 0,980
1200 0.993 0.933 0.998 0 978
1300 0,992 0,926 0,997 0,973
1400 0.967 0,717 0.994 0 940
1500 0 987 0,881 0,996 0.962
8. Термооптические постоянные
Сте- кло Температурное изменение показателя преломления среднее в пределах температур
От —60 до 20 СС От 20 до 120 ?С
F’ С С F' е С‘
К8 Ф1 9 39 6 30,6 3 23 24 62 21 52,5 18 44
Термооптнческая постоянная V (t, М‘10’, К"1
К8 Ф1 — 14 23,4 — 19 13 —25 0 — 10 42 -15 29 — 22 16
Термометрическая постоянная U' (7. >.)• 10’, К*1
К8 Ф1 44 83.2 41 73.9 38 65,8 64 108,6 60 98,5 57 89,6
10. Теплотехнические характеристики
Стекло Температурный коэффициент линейного расширения С4(/)-10’. К-*
От —20 до 20 ’С От 0 до 30 °C От 20 до 120 °C | I От 20 до 300 °C
К8 68 71 76 84
Ф1 70 72 75 79
И. Удельная теплоемкость С,
теплопроводность Л
и температуропроводность а
Сте- кло С, Дж/(кг-К) £ а-10’, м1/с, при 20 °C
К8 710 1 08 0,61
Ф1 522 0.81 0 43
510
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
12. Электрические и магнитные свойства
Стекло Диэлектрическая проницаемость е (A 1) Тангенс угла диэлектрических потерь tg 6 (А 0* Ю* Удельное объемное электрическое сопротивление р. Ом* см Магнито- оптичес- кая по- стоянная рад/м
10» Гц 10‘» Гц 10» Гц 1О‘“ Гц 150 °C 300 °C Для Л=546 нм
К8 6,7 6,3 30 80 6-10“ 3-1 О' 0,070
Ф1 7,2 — 30 — — 0,161
13. Механические характеристики
Стекло Плот- ность, г/см3 Оптический коэффициент напряжения При К = 550 нм В*10*\ Па-» Модуль упруго- сти Па Модуль сдвига G-107. Па Коэффи- циент попереч- ной де- форма- ции Ц Относитель- ная твер- дость по со- шлнфовывв нню (отно- сительно Кб)
К8 2.52 2.70 8065 зззб 0.209 1.0
Ф1 3.57 2.96 5557 2275 0,221 0.5
14 Радиационно-оптическая устойчивость
Начальная оп- тическая плот- ность £)0» см"1 Доза ионизи- рующего излуче- ния, Кл/кг Приращение опти- ческой плотности А£>, см-1
К8 Ф1
0,039 2,58 (25,8) 0.035 (0,21) —
0,050 2,58 (25.8) — 0,10 (0.6)
15. Температура отжига и спекания,
соответствующая вязкостям K)12i0i5
н 109±0.7 Па.с
Стекло Температура отжига, °C Температура спекания, °C
К8 540 630
Ф1 455 565
разделяется на категории и классы по
следующим показателям качества:
отклонению показателя преломле-
ния пе, например стекло 1 й катего-
рии имеет предельное отклонение
Дпг = ±2» КГ*, а стекло 5-й кате-
гории ±20* 10"*;
отклонению средней дисперсии
«f,—Ис,;
однородности показателя преломле-
ния и средней дисперсии для партии
ваготовок;
дво й н ому лучепр еломлен ию;
показателю ослабления (светопогло-
щения) — величине, обратной расстоя-
нию, на котором поток излучения
источника А (ГОСТ 7721—76) ослаб-
ляется в результате поглощения и
рассеяния в стекле в 10 раз;
бессвильности;
пузырности;
оптической однородности — по-
стоянству показателя преломления по
объему стекла.
Подробное описание всех характе-
ристик оптического бесцветного стекла
ОПТИЧЕСКОЕ БЕСЦВЕТНОЕ СТЕКЛО
511
1в. Предпочтительные марки стекол
Стекло Показатель преломления Средняя дисперсия
"D пС’ пр—"С
ЛК6 1,4721 1,4704 0,00708 0,00704
ЛК7 1.4 816 1,4828 0.00732 0.00728
К8. К108 1.5183 1,5163 0,00812 0,00806
к юо 1,5237 1,5215 0,00882 0.00875
БК6, БК106 1,5121 1,5399 0,00913 0,00905
БК8, БКЮ8 1.8489 1,5467 0.00877 0,00871
БКЮ. БКП0 1.5713 1,5688 0,01024 0,01015
ТК2. ТК102 1,5749 1,5724 0,01005 0,00996
TKI4 ТК114 1,6155 1 6130 0,01020 0,01012
ТКЮ, ТК1Ю 1,6152 1,6126 0.01059 0.01050
ТК20, ТК120 1.6247 1,6220 0,01107 0,01097
TK2I, TK121 1,6600 1,6568 0,01299 0,01285
ТК23 1.5915 1,5891 0.00970 0.00962
КФ4 1,5203 1.5181 0.00686 0,00879
БФ12, БФ112 1,6298 1,6259 0,01622 0.01601
БФ16 1,6744 1,6709 0,01435 0,01419
БФ24 1,6386 1,6344 0,01750 0,01726
ЛФ5, ЛФЮ5 1,5783 1,5749 0,01409 0,01392
Ф1 1.6169 1,6128 0.0168! 0.0! С69
ФЮ1 1.6179 1.6138 0,01681 0,01659
Ф104 1.6290 1,6247 0,01762 0.01738
Ф6 1,6170 1,6031 0.01611 0.01590
ТФ1, ТФ101 1,6522 1,6475 0.01940 0,01912
ТФЗ 1,7232 1,7172 0,02469 0,02431
ТФ5, ТФ105 1.7617 1 7550 0,02788 0,02743
и их значений для конкретных марок
помещено в ГОСТ 3514—76.
ГОСТ 13659—78, [6]. В табл. 1—15
даны характеристики наиболее упо-
требительных стекол К8 и Ф1.
В ГОСТ 3514—76 рекомендуется
использовать следующие марки сте-
кол (табл. 16). Стекла серии 100 —
малотемнеющие под воздействием иони-
зирующего излучения, с нумерацией
марок от 100 до 199.
В ГОСТ 3514—76 представлены 95
марок оптического стекла, в
ГОСТ 13659—78 — 63 марки а в
[6| — 108 отечественных марок и 114
марок стекла, изготавливаемого в
ГДР.
Оптическое стекло поставляется в
виде блоков, имеющих форму парал-
лелепипедов с произвольными разме-
рами, и в виде заготовок (прессован-
ные заготовки, круглые шайбы и
призмы) с размерами по заказу по-
требителя.
В паспорте на оптическое стекло
указываются обозначение марки стек-
ла, номер варки, показатель прелом-
ления пе (nDj и категория по показа-
телю преломления, коэффициент дис-
персии vg (yD) и категория но коэф-
фициенту дисперсии; пе—пс,, nF,—пе,
ng—пр,, пе—п.р Пр,—пс,; класс одно-
родности партии по показателю пре-
ломления; показатель светопоглоще-
ипя и категория по светопоглощению;
характеристика коротковолновой гра-
ницы пропускания X (т = 0,5) и
X (т = 0,8); категория по двойному
лучепреломлению; класс бессвнль-
ности; группа и класс пузырности;
категория оптической однородно-
сти.
Стекла К8 и БКЮ, являющиеся
беспузырными, химически устойчи-
выми, прозрачными и простыми по
составу, используются для изготов-
ления отражательных призм, предмет-
ных, покровных и защитных стекол;
для изготовления зеркал исполь-
зуются стекла К8 и ЛК7. Сетки, по-
лучаемые фотографическим путем, де-
лаются из К8, а получаемые травле-
нием— нз БКЮ.
512
МАТЕРИАЛЫ ал Я ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Для объективов больших габаритов
(коллиматоров н астрономических при-
боров) используются стекла К8, Ф1,
ТК16, а для сложных фотообъекти-
вов и окуляров — разные марки, обе-
спечивающие заданное качество изоб-
ражения.
ЦВЕТНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ
СТЕКЛО
Для изготовления светофильтров
обычно применяют цветное оптическое
стекло (ГОСТ 9411—75), получаемое
17. Переход от оптической плотности £>^ или от показателей
поглощения - к коэффициентам пропускания
,00 ,01 .02 ,03 .04 .05 .06 .07 ,08 .09
0,0 0.1 0.2 0.3 0,4 0.5 0,6 0,7 0,8 0.9 1.0 1.000 0,794 0.631 0,501 0.398 0.316 0,251 0.199 0,158 0,126 0.100 0,977 0,776 0.617 0.490 0,389 0,309 0,245 0,195 0,155 0,123 0,098 0,955 0.759 0,603 0.479 0,380 0.302 0,240 0.191 0,151 0.120 0.095 0,933 0.741 0,589 0 468 0.371 0.295 0,234 0,186 0.148 0.117 0 093 0,912 0,724 0 575 0,457 0,363 0.288 0,229 0,182 0,145 0,115 0,091 0,891 0.708 0,562 0.447 0,355 0.282 0,224 0.178 0,141 0,112 0.089 0,871 0,692 0,549 0,437 0,347 0,275 0.219 0,174 0.138 0,110 0,087 0,851 0,676 0,537 0,427 0.339 0,269 0,214 0 170 0,135 0,107 0,085 0,832 0,661 0,525 0,417 0,331 0,263 0,209 0.166 0,132 0,105 0,083 0,813 0,646 0,513 0 407 0,324 0,257 0,204 0,162 0,129 0,102 0,081
П р > м е н вертикальной J а и и е. Значение находят на пересечении горизонтальной строк (например, для = 0,53 находим — 0.295)
18. Показатель поглощения Ку слоя
Длина ВОЛНЫ X, НМ УФС1 УФС6 ФС6 СС2 СС4 СЗС7 СЗС22 СЗС24 ЗС1
240 0 320 >3 >3 >3 >3 >3
280 0 025 1.740 0,570 2.732 >3 >3 >3 0,400
320 0.004 0,130 0,084 0,152 0,682 0,752 >3 0,041 >—
350 0.005 0,035 0,032 0,040 0.163 0,086 0,492 0,009 —
380 0,035 0,104 0,023 0.015 0,050 0.026 0,046 0.004 4,800
420 0.720 >3 0,082 0,010 0,055 0.011 0,009 0,01! 1,950
450 1.070 >3 0.300 0.025 0,150 0,009 0.007 0,011 0.770
480 1,330 >3 0.950 0,079 0.491 0.010 0,007 0,009 0,330
520 2,300 >3 1.750 0,244 1,340 0,034 0,028 0,010 0.150
550 2,500 >3 1 550 0,220 1.270 0,079 0,116 0,010 0,210
580 3,500 >3 2,200 0,330 1,862 0.155 0,371 0,013 0,420
620 3,000 >3 3,100 0,370 2,102 0,280 1,093 0,028 0.840
650 1 750 >3 3 400 0.384 2,102 0 389 1,990 0,047 1,120
680 0.360 2.920 2,700 0,180 1,010 0 484 >3 0,072 1,290
720 0,080 0.410 0 430 0,009 0,049 0,570 >3 0,116 1,410
750 0,110 0.300 0,067 0,000 0.008 0.611 >3 0.160 1.420
780 0,155 0,470 0,014 0,000 0,005 0,620 >3 0.220 1,430
840 0 220 0,780 0,014 0.000 0,008 0.597 >3 0.340 1,390
920 0,265 0.940 0,029 0,002 0,016 0,500 >3 0,540 1,220
1000 0,230 0.990 0.064 0,005 0,037 0.389 >3 0,750 0,990
1200 0 400 1,510 0.380 0,050 0.267 0 212 >3 0 960 0,500
1400 0,490 1,410 0,550 0,047 0,357 0 112 2,050 1,010 0,410
1800 0,430 1.580 0.530 0,043 0,370 0,028 0,450 0.700 0,220
2400 0,230 1.840 0,170 0,000 0.048 0.006 0,155 0,680 0,080
3000 1.100 0,530 0,370 0,134 0,241 0,112 1,930 0,770 0,110
ЦВЕТНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО
513
введением в состав бесцветного опти-
ческого стекла красителей.
Спектральная характеристика сте-
кол выражается численными значе-
ниями показателя поглощения К\ Для
различных длин воли и спектраль-
ными кривыми коэффициента про-
пускания и оптической плотностью
D}, которые связаны между- собой сле-
дующей зависимостью:
= — <64 = ^d, (2)
где К}, — показатель поглощения, рав-
ный оптической плотности для тол-
щины стекла 1 мм d — толщина све-
тофильтра в миллиметрах.
При учете потерь на отражение от
двух поверхностей светофильтра общее
значение коэффициента пропускания
для данной длины волны Л будет сле-
дующим:
где р — коэффициент отражения.
Оптическая плотность светофильтра
с учетом потерь на отражение
= — 1g = —• 1g —
- 2 lg (1 - p) = DK + Dp, (3)
где Dp — поправка на отражение,
являющаяся постоянной для данной
марки стекла (зависит от его показа-
теля преломления).
Выполнять расчеты по переходу от
оптической плотности D^ или от по-
казателей поглощения К к к коэффи-
циентам пропускания т^ и обратно
можно с помощью табл 17.
Марки цветного оптического стекла
(ГОСТ 9411—75) следующие: ультра-
фиолетовые стекла (УФС), фиолетовые
(ФС), синие (СС), сине-зеленые (СЗС),
зеленые (ЗС), желто-зеленые (ЖЗС),
желтые (ЖС), оранжевые (ОС), крас-
ные (КС), инфракрасные (ИКС), пур-
пурные (ПС), нейтральные (НС), тем-
ные (ТС) и бесцветные (БС). Название
цветного стекла соответствует участку
спектра, в котором коэффициент про-
пускания имеет наибольшее значение.
Светофильтры из нейтрального стекла
почти равномерно ослабляют световой
поток, из бесцветного стекла — про-
пускают не только видимое, но ультра-
фиолетовое и инфракрасное излучение.
Оптическое цветное неорганическое
стекло, предназначенное для изготов-
ления светофильтров, поставляется в
стекла толщиной 1 мм по маркам
ЖЗС6 ЖЗС12 ЖЗС17 J ОС5 иксе НС1 НС2 НС8 нею тсю
>3 >3 >3 >3 >3 >3 >3 >3 >3
>3 >3 >3 >3 —- >3 >3 >3 >3 >3
1,050 >3 1,770 — 0,950 >3 >3 >3 >3
>3 >3 >3 1 240 — 0.100 0,291 0,747 2,300 0,410
>3 >3 >3 1,170 — 0,011 0,080 0,443 1,319 0,150
1.210 >3 >3 1,160 — 0,050 0,140 0,288 0.930 0.430
0.490 2,330 >3 0.900 —— 0,081 0,290 0.271 0.875 0,670
0.180 1,270 2,320 0,610 —— 0,073 0,240 0,260 0,850 0,520
0,056 0,660 1,500 0,360 — 0.071 0,232 0,274 0,875 0,390
0,038 0,620 1,430 0,230 ——w 0,070 0,224 0,258 0,854 0.370
0.050 0,800 1,550 0,150 tototo 0.072 0,232 0,269 0 881 0,310
0,094 1,350 2,133 0 100 to—« 0,079 0 250 0 272 0.875 0,330
0,110 1.660 2,430 0.080 5,700 0,076 0,252 0,274 0,862 0,290
0,092 1.690 2,180 0,070 4,900 0.043 0,128 0,264 0,810 0,150
0,070 1,690 1,880 0,063 3,700 0,030 0,070 0.250 0,735 0.100
0,050 1.630 1.790 0,060 2,750 0,020 0.060 0,265 0,744 0,120
0,029 1,590 1,870 0,060 2,000 0,024 0,065 0,291 0.784 0,120
0,014 1.520 1.840 0,060 0 990 0.038 0,095 0,349 0.870 0,210
0 010 1,380 1.640 0,060 0,320 0.044 0,110 0,4 24 0.985 0,260
0,010 1,200 1,480 0,060 0, 4 0,050 0.120 0,487 1 100 0,280
0,010 0.730 0,960 0 056 0.022 0,040 0,134 0.512 1.060 0,270
0,010 0,440 0,600 0,050 0,017 0.040 0,100 0,363 0.710 0,200
0,010 0,220 0,420 0,032 0,009 0,040 0.090 0,235 0,460 0 180
0 010 0 160 0,350 0,030 0 013 0.040 0,080 0 151 0.260 0.150
0,110 0.210 0,550 0.150 0,090 0.130 0,220 0,618 0.630 0,230
514
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
19. Показатели преломления
и величины поправок на о гражеиие
Стекло Показатель преломления nD Поправка на отражение
УФС1 1.540 0,040
УФСБ 1.520 0.038
ФС6 1.495 0,035
СС2 1.520 0,038
СС4 1,520 0,038
ЗС7 1.514 0,037
СЗС22 1,535 0,040
СЗС2» 1.516 0.037
3CII 1,550 0,041
ЖЗС6 1,522 0.038
ЖЗС12 1,527 0,039
ЖЗС17 1,527 0,039
ОС5 1.523 0,038
11КС6 1,541 0,040
ПО 1,521 0,038
НС2 1.523 0,038
НС8 1,503 0.036
нею 1,509 0.037
тсю 1,523 0,038
заготовках размером (диаметр или
наибольшая сторона) не более 250 мм
и не более 360 мм для стекла, окрашен-
ного сульфоселенидамн или сульфи-
да н металлов.
Предпочтительными марками (со-
гласно ГОСТ 9411—75) являются
ультрафиолетовое стекло УФС1, УФС6;
фиолетовое стекло ФС6; синее стекло
СС2, СС4; сине зеленое стекло СЗС7,
СЗС22 СЗС21, зеленое стекло ЗС11;
желто-зеленое стекло ЖЗС6, ЖЗС12,
ЖЗС17; оранжевое стекло ОС5, ОС13,
ОС17; красное стекло КС11, КС15;
КС18; инфракрасное стекло ИКС6;
нейтральное стекло НС1, НС2, НС8,
I1C10; темное стекло ТС10.
В табл. 18 представлены значения
показателя поглощения К}, слоя цвет-
ного оптического стекла толщиной
1 мм для различных марок в зави-
симости от длины волны л. Пользуясь
табл. 18 и 19, подсчитывают коэффи-
циент пропускания светофильтра
толщиной d [см. формулу (2)1
Для учета потерь иа отражение
согласно (3) используется табл. 19.
На рис. 2—6 представлены спек-
тральные кривые коэффициента про-
пускания т^ ряда марок цветного
оптического стекла для указанных на
кривых толщин в миллиметрах.
Па этих кривых можно отметить
предельные длины воли ХПР, для ко-
торых т,. в 2 раза меньше ттах- Эти
длины волн определяют интервал про-
пускания В табл. 20 указаны области
применения светофильтров.
КВАРЦЕВОЕ ОПТИЧЕСКОЕ
СТЕКЛО
Кварцевым оптическим стеклом на-
зывают стекло, получаемое плавле-
нием чистых природных разновидно-
стей кремнезема (SiO2), а также вы-
сокотемпературной переработкой ле-
тучих кремннйсодсржащих соедине-
ний.
Кварцевое стекло обладает рядом
ценных физико-химических свойств:
прозрачностью в широком диапазоне
ультрафиолетового, видимого и инфра-
красного излучений, термостойкостью,
химической и радиационной устойчи-
востью, малым коэффициентом ли-
нейного расширения, что позволяет
его использовать для изготовления
конденсоров, объективов, призм и окон
спектральных и других приборов, ра-
ботающих в ультрафиолетовом и
инфракрасном участках спектра, точ-
ных зеркал и концевых отражателей,
оптических систем для лазеров, обо-
лочек источников света, защитных
стекол приборов, работающих при
высокой температуре и при ее резких
изменениях.
По ГОСТ 15130—79 «Стекло опти-
ческое кварцевое» изготовляются сле-
дующие марки: КУ1 — стекло с вы-
сокой прозрачностью в области спек-
тра от 170 до 250 нм, нелюи инссцирую-
щее; КУ2 — стекло, характеризую-
щееся заметным поглощением в интер-
вале длин волн от 170 до 250 нм и
слабой фиолетово-голубой люминес-
ценцией; КВ — стекло, прозрачное в
видимой области спектра; КВ-Р —
кварцевое стекло, устойчивое к у-ра-
диации, КИ — стекло, прозрачное в
инфракрасной обла гги спектра (без
заметной полосы поглощения при дли-
не вотиы 2720 нм).
КВАРЦЕВОЕ ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО
515
%
00
го
Облас/пи спектра и Опины волн, нм
Видимая
ООО
80
60
улыпра-
<рио. етовая
300
S00 600 700
инфракрасная
800 1000 1S00 2700
1мм У<РС1
77 L Склонно к значитем - /
7 1 ной соляризации г 5мм
П 1 1
г ^Zz j 1^*—**
80
60
00
го
80
60
оо
го
Рис. 2, Спектральные кривые коэффициента пропускания т для цветного оптического
стекла
516
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕН
СЗС22 >—S \.2мм
[ \\
5мм \\ г\
// \\ /\
— zd
С5 •>^2 мм
Змн^^
|||^
Рис. 3. Спектральные кривые коэффициента пропускании дли цветного оптического
стекла
КВАРЦЕВОЕ ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО
517
9»
Ультра-
/рислетойал
300
Области спектра и Олины волн, нм
видимая
МО
500 600 700
Инфракрасная
800 ЮОО 1500 2700
оо
зо
го
ю
г
,1 мм
/Zmm
оо
зо
го
*о
413011
iMM^j
гмм ’
80
ВО
00
го
005
7мм
к 5мм
80
60
00
Z0
)
0013 !нмр
К
80
60
00
го
0017 1мм
300 000 500 600 700 800 1000 1500 3000
Рис. 4. Спектральные кривые коэффициента пропускания т^ для цветного оптического
стекла
618
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 5, Спектральные кривые коэффициента пропускания для цветного оптического
стекла
КВАРЦЕВОЕ ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО
519
Рис. 6. Спектральные кривые коэффициента пропускания т- для цветного оптического
стекла
Рис. 7. Спектральные кривые коэффициента
пропускания для кварцевого оптиче-
ского стекла:
I — КУ1, 2 — КУ2; 3 — КВ; 4 — КВ-Р;
5 — КИ
Для стекол этих марок характе-
ристики приведены ниже.
Показатель преломления:
п ..............1.460078
.....•••••* 1.458404
n, а. = 365 нм)..... 1,474539
1 1970,1 ........... 1.43852
Коэффициент дисперсии:
v .................... 68,00
VD ........................
Плотность, г/см’ ......... _2,21
Модуль упругости, МПа . . • 74 300
Коэффициент линсЛного расши-
рения az-!0’, 1/°С, для темпе-
ратуры, °C:
от +20 ДО —60......... 2.0
от +20 до +120 .... 5,2
Спектральные кривые пропускания
кварцевого оптического стекла при-
ведены на рис. 7.
Заготовки из оптического кварце-
вого стекла изготовляются в виде
дисков или пластин, размеры которых
520
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
20. Области применения светофильтров
Стекло Область применения )
УФС1 У ФСС ФС6 СС2 Люминесцентный анализ; выделение области 240—400 нм Люминесцентный анализ; выделение области 320—390 нм Выделение областей 290—460 им и 720—1200 им Белый сигнальный для источника света с цветовой температурой 1900—2100 К
СС4 СЗС7 СЗС16 ЗСЗ ЖЗС5 ЖЗС12 ОС5 ОС13 OCI7 КСИ КС 15 НС1 НС8 тез БСЗ Выделение области 340—470 нм Цветное освещение Теплозащитное — термически устойчивое Зеленый сигнальный светлый; цветное освещение Фотография; цветное освещение Светофильтр для дальномеров Желтый сигнальный; наблюдательные приборы Фотография Наблюдательные приборы Красный сигнальный светлый Светофильтр для оптических пирометров; фотография Защитные очкн от яркого света Фотометрия, спектрофотометрия Защитные очки при электросварке Пропускающий ультрафиолетовое излучение до 270 нм
согласовываются с потребителем. Под-
робные характеристики оптического
кварцевого стекла приведены в 16].
ОПТИЧЕСКИЕ СТЕКЛА
ДЛЯ ВОЛОКОННОЙ ОПТИКИ
Для изготовления волоконно-опти-
ческих деталей применяются следую-
щие марки стекол: ТК16, Ф8, ВС586
и ВС682 (для сердцевины); В0488
и В0513 (для оболочки) 16]. Эти
стекла могут использоваться в раз-
личных сочетаниях. Их свойства пред-
ставлены в табл. 21 Коэффициенты
внутреннего пропускания тд, для тол-
щины 10 и 100 мм — в табл. 22.
СВЕТОРАССЕИВАЮЩЕЕ
(МОЛОЧНОЕ) СТЕКЛО
Пр {меняют для изготовления де-
талей, диффузно рассеивающих про-
ходящий или отраженный поток излу-
чения. Рассеяние света происходит
на мельчайших частицах «глушащего»
вещества (фторосодержащих соеди-
нений). Значения коэффициентов про-
пускания, отражения и поглощения:
т = 0,2-0,55; р = 0,44-0,7; а =
= 0,044-0,3. Толщина пластин 3—
5 мм.
СИТАЛЛЫ
Для изготовления оптических де-
талей все чаще применяют мелкокри-
сталлический материал с малым тем-
пературным коэффициентом линейного
расширения — ситалл. Размеры кри-
сталлов для преломляющих оптиче-
X
ских деталей пе превышают —.
В табл. 23 приведены характеристики
оптических сигаллов.
СО115М (астроситалл) используется
для изготовления астрозеркал, дета-
лей оптических гироскопов, подста-
вок интерферометров; СО156 имеет
повышенную прозрачность, из него
изготовляют пробные стекла, детали
измерительной техники, СО21—для
изготовления обтекателей, защитных
экранов и смотровых люков.
Специфические материалы для опти-
ческих деталей кристаллы ]5], пласт
массы [3, 8, 10], жидкости [7], мате-
риалы для просветляющих и повы-
шающих отражение покрытий [4],
оптические клеи (ГОСТ 14887—80),
[7, 9], бальзам (ГОСТ 2290—76), опти-
ческая керамика [1]
Оптические кристаллические ма-
териалы обладают хорошей прозрач-
ностью в ультрафиолетовой части
спектра и особенно в инфракрасной.
Например, фтористый кальций прозра-
ОПТИЧ. СТЕКЛА для ВОЛОКОННОЙ оптики
521
21 Свойства стекол для волоконной оптики
Характеристики ТК16 Ф8 ВС586 ВС682 В0488 Е0513
Показатель преломления; 1.5893 1.6855 1,4898 1,5150
пе 1,6152 1,6291
nd 1,6127 1,6250 1,5859 1,6824 1,4881 1.В131
Средняя дисперсия (nF-nc) -10‘ 1050 1757 1422 1298 745 795
Плотность, г/см3 Коэффициент линейного рас- ширения а^-10’, 1/°С, в ин- 3,56 3,61 3,29 4,14 2.29 2.48
тервале температур, °C; 20—120 72 101 83 74 51 65
20—300 77 108 87 79 52 73
Температура, °C, при! lg»l = 7 1g ») = 9 !g т) = 14 (i) — вязкость, Па-с) 740 570 645 710 680 693
720 490 570 665 620 630
630 395 455 595 520 560
Модуль упругости, МПа 81 800 54 800 60 800 88 900 75 700 81 300
Коэффициент поперечной деформацни 0,267 0,231 0,220 0,283 0,219 0,210
22. Коэффициенты внутреннего пропускания
для толщины 10 мм (в числителе) и 100 мм (в знаменателе)
Длине волны А, нм ТК16 Ф8 ВС586 ВС682 В0488 В0513
320 0.399/— 0,035/— 0,10/— 6,413/— 0,857/0.213 —
340 0,774/0,077 0.713/0,034 0,815/0,129 0,758/0,063 0,957/0,64 I 0,887/0,303
360 0.934/0,505 0.958/0,650 0,977/0,793 0,931/0,491 0,990/0,904 0 968 0 723
380 0,989/0,895 0,991/0.912 0,992/0.925 0,991/0.910 0,990/0,901 0.978 0 799
400 0.992/0.921 0.996/0.965 0.997) 0,973 0,992/0,927 0.997/0,975 0,994/0,943
420 0.995/0,952 0,998/0,979 0,998 0.977 0,995/0.948 0,996/0,959 0,992/0,925
440 0,996/0,959 0,998/0,978 0.998/0,977 0,995/0,953 0.996/0,939 0,992/0,919
460 0.997/0,966 0.998/0,982 0.998/0.980 0.996/0.962 0,997/0,968 0,993/0,93/
480 0,997/0,974 0,998/0,983 0,998/0 982 0 997/0,971 0.997/0,975 0,994/0,945
500 0,998/0,980 0,999/0,987 0.998/0,984 0,998/0,980 0,998/0,982 0,996. 0.956
520 0.998/0,978 0,999/0.989 0,999/0.986 0,998/0,984 0,999/0.986 0,998 0,977
540 0,998/0,981 0,999/0.990 0,999,0,986 0,999/0,986 0,999/0,991 0.997 0,969
560 0.998,0.978 0,999/0,990 0,999 0,986 0,998/0,984 0.999/0,991 0,996. 0,965
580 0,998/0,977 0,999/0.990 0,998/0.984 0.998/0,982 0,999/0,989 0.996'0.960
600 0,998/0.976 0,999/0,989 0,999/0,986 0.999/0,991 0,999/0,989 0,996,0.956
620 0,997/0,975 0,999/0.986 0,999/0.986 0,998/0,980 0.999/0.989 0.994 0.947
640 0.997/0,972 0,998/0,985 0 998/0,982 0,998/0,977 0,999/0.986 0,995, 0 949
660 0,997/0,973 0.999/0.986 0,998/0,984 0,998/0,982 0,999/0,986 0.995 0,954
680 0.997/0.973 0,999/0,989 0.998/0,984 0,998/0,982 0,999/0,989 0,996 0.962
700 0,998/0,977 0,999/0,992 0,999/0,989 0,998/0,984 0,999, 0.989 0,997/0,969
750 0.997/0,975 0.999/0,993 0,999/0.995 0,999/0.987 0,999/0,993 ——
800 0,997/0,969 0 999/0,994 0,999/0,993 0.999/0,989 0,999/0.993 0,997/0.973
850 —. 0,999/0,994 0.999/0.993 0 999/0,986 0,999/0,995 —
900 0,996/0,965 0,999/0.993 0,999/0,993 0,999/0,986 0,999/0,993 0,997/0,971
950 —— 0,999/0,992 0,999/0,989 0,999/0,986 0,999/0,923 —
1000 0.991/0,91 0.999/0.991 0,999/0.991 0.999/0,986 0,999/0,998 0,997/0,965
1050 0,996/0,960 0,999/0,991 0,999/0.993 0,999/0.986 0,999/0,999 —
1100 0.995/0,950 0.999/0,990 0,999/0.989 0,998/0,982 0.999/0,999 0,997/0.969
522
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
23. Характеристики оптических ситаллов
X а р вктеристнка СО115М СО156 С.О21
Показатель преломления пр 1,535*5-10“’ 1,545*2-10-’ 1,553*2-10-’
Средняя дисперсия пр—ng 0,0102*3-10“* 0,0104*2-10“* 0,0108*2-10“*
Температуре, °C (при кото- рой температурный коэффи- циент линейного расширения равен 0^1.5-10-7 1/°С) 25*20 25*20 220*50
Термостойкость. °C 500*50 350*50 650*50
24 Показатели преломления жидкостей при t — 20 °C
Жидкость "° Жидкость nD
Воде дистиллированная Этиловый спирт Четырех хлористый углерод Бензол Сероуглерод Монобромнафталин Йодистый метилен 1.33299 1 361 1 460 1,500 1.620 1.650 1,7275 Масло: терпинтиновое парафиновое оливковое коричное кедровое гвоздичное анисовое 1,470 1.440 1.467 1.585—1.619 1,504 — 1,516 1.532—1.544 1.547—1.553
чен в области 0,18—10 мкм, германий
хорошо пропускает излучение в диа-
пазонах длин волн 2—15 мкм и 40—
60 мкм.
Для изготовления неответственных
оптических деталей (луп, линз, видо-
искателей, линз Френеля и т. п.)
используются следующие полимеры
(органические стекла): пол «метилме-
такрилат, полиэтилен, фторопласты,
полистирол и т. д. Достоинствами
полимеров являются невысокая стои-
мость материала и изготовления при
массовом производстве (прессование
и литье), низкая плотность и малая
хрупкость. Однако они имеют большой
температурный коэффициент линей-
ного расширения [а( » (7004-200) X
X 10'* 1/ С], невысокую оптическую
однородность, низкую твердость,
склонность к естественному старению
и способность накапливать статиче-
ское электричество.
Показатель преломления полимеров
лежит в пределах 1.49—1,58, а коэф-
фициент дисперсии в пределах 57,6—
29,9 соответственно.
Жидкости (вода, бензол, керосин)
применяют как оптические среды с
особыми оптическими постоянными.
Монобромнафталин, кедровое масло
и др. используют в качестве предмет-
ной среды (иммерсии) в микроскопах,
в рефрактометрах и т. п.
Показатели преломления некоторых
жидкостей при t — 20 °C приведены
в табл. 24.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I. Волынец Ф. К. Способы изготов-
ления, структура и физико-химические
свойства оптической керамики. — Оптпко-
механнческая промышленность, 1973, № 9^
с. 48—61.
2. Каталог цветного стекла. 1967.
3. Кацнельсон М- К) , Балаев Г А.
Пластические массы. Свойств» и примене-
вне: Справочник. Л.: Химия, 1978. 381 с.
4. Крылова Т. Н. Интерференцион-
ные покрытия Л.: Машиностроение. 1973.
224 с.
5. Оптические материалы для инфра-
красной техники. М.: Наука, 1965. 335 с.
Авт.: Е. М. Воронкова, Б. Н. Гречушни-
ков, 1 И. Дистлер, И. П. Попов.
6. Оптическое стекло. Каталог СССР—
ГДР. М.: Машприборпнторг; Народное
предприятие Йенский завод оптического
стекла.
7. Справочник конструктора оптико-
механических приборов/*! 1 од ред.
М. Я Кругера. В. А. Панова. Л.: Маши-
ностроение, 1980. 742 с.
8. Справочник по пластмассам'Иод
ред. В. М. Катаева, В. А. Попова,
Б И. Сажина. М Химия 1975. Т 1.
448 с.; Т. 2, 568 с.
9. Технология оптических деталей/Под
ред. М. Н Семибратова. М.: Машинострое-
ние, 1978. 415 с.
10. Торбин И. Д-, Даминов Ю. Ф.
Оптические детали из полимеров — Опти-
ке механическая промышленность, 1974/
Ав 10, с. 72—79.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Адгезия 445
Альни ковкие 113, 114 — Магнитные
свойства 114 — Сортамент 114 — Со-
став 1,14
— литые 23, 100, 101, 103— 107 —
Состав 98, 101 — Термообработка 104,
106, НО — Физические свойства 104,
107
— металлокерамические 108, 109 —
Магнитные свойства 109 — Физиче-
ские свойства 109
Альнико ковкие — Магнитные свой-
ства 114 — Химический состав 114
— литые 13, 23, 100, 104—107, НО —
Кривые размагничивания 61—73, 114—
Марки зарубежных фирм 37—41 —
Термообработка 104, 106, НО— Физи-
ческие свойства 104, 107 — Химиче-
ский состав 98
— металлокерамические 73—78, 108
Альсиферы 170, 174, 175, 188
Аминопласты 495—499
Алюмель 256—260
Алюминий проводниковый 244
Антиферромагнетики 7
Аустенит 360
Бериллий 348—Свойства 340—343
Бисмаиоль 127, 128
Бор 350
Бронза алюминиевая 383
— безоловянная литейная 384
— безоловянная, обрабатываемая дав-
лением 385—389
— бериллиевая 388
— кадмиевая 389
— кремннево-маргаицсвая 389
— кремнистая 388
— марганцевая 389
— оловянная литейная 375, 382
— оловянная, обрабатываемая давле-
нием 375, 383
— хромовая 389
Вако 23, 28, 45, ПО, 111, 118 — Кри-
вая размагничивания 115 — Магнит-
ные свойства 115 — Сортамент 115 —
Химический состав 115
Ванадии 353 — Свойства 340—343
Викаллой — См. Вако
Винипласт 501
Вольфрам 292, 293, 303
Восприимчивость магнитная — Опре-
деление 6
Гадолиний 19, 340—343, 356
Галлий 341—344
Гафний 281—284, 340—343, 351
Германий — Коэффициент преломле-
ния 406
— Механическая обработка 406
— Область применения 346
— Примеси 403
— Свободный пробег электрона 405
— Физико-механические свойства
340-343, 402
— Химические свойства 346
— Химическое травление 406
Гетинакс 498, 499
Гольмий 19, 340—343, 357
ГОСТ 5-78 495
ГОСТ 123—78 101, 102
ГОСТ 380—71 366, 367 •
ГОСТ 492—73 249, 400
ГОСТ 493—79 384
ГОСТ 503—71 335, 337, 370—373
ГОСТ 613—80 382
ГОСТ 849—70 101, 102
ГОСТ 859—78 102, 244 , 380
ГОСТ 880—77 267
ГОСТ 1050—74 368—370
ГОСТ 1133—71 233
ГОСТ 1173—77 246
ГОСТ 1790—77 260
ГОСТ 1791—67 Ж9
ГОСТ 2112—79 246
ГОСТ 2169—69 102
ГОСТ 2284—79 374
ГОСТ 2290—76 520
ГОСТ 2590—71 233
ГОСТ 2101—71 233
ГОСТ 2718—74 495
ГОСТ 2771—57 259
ГОСТ 3514-76 506, 511
ГОСТ 3836—73 132
ГОСТ 4405—75 233
ГОСТ 4543—71 376—379
ГОСТ 4960—75 108
ГОСТ 5017—74 383
524
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
ГОСТ 5189—75 253
ГОСТ 5307—77 251, 252
ГОСТ 5689—79 494
ГОСТ 5949—75 170
ГОСТ 6323—79 268
ГОСТ 6835—72 285, 294
ГОСТ 6836—72 296, 298
ГОСТ 7019—80 268
ГОСТ 7417—75 233
ГОСТ 9359—80 495
ГОСТ 9411—75 512—514
ГОСТ 9444—74 326
ГОСТ 9639—71 501
ГОСТ 9721—71 108
ГОСТ 9722—79 108
ГОСТ 9784—75 501
ГОСТ 10007—80Е 500
ГОСТ 10155—75 247, 250, 251
ГОСТ 10316—78Е 495, 496
ГОСТ 10349—75 268
ГОСТ 10533—63 335—337
ГОСТ 10587—76 501
ГОСТ 10851—73 494
ГОСТ 10994—74 29. 115, 170, 188, 318
ГОСТ 11036—75 132
ГОСТ 11069—74 101, 102
ГОСТ 12559—76 29
ГОСТ 13077—77 500
ГОСТ 13596—68, 26, 27
ГОСТ 13659—78 501, 506
ГОСТ 13744—76 500
ГОСТ 14887—80 520
ГОСТ 15130—79 514
ГОСТ 15467—79 414
ГОСТ 15527—70 390, 391, 394, 395
ГОСТ 15809—70 501
ГОСТ 16100—70 102
ГОСТ 16337—77Е 500
ГОСТ 16338—77 500
ГОСТ 16512—80 268
ГОСТ 17089—72 50, 97, 99 104, 224,
228, 229, 232, 234, 235
ГОСТ 17711—72 398, 399
ГОСТ 17809—72 26, 27
ГОСТ 18175—78 385
ГОСТ 18903—73 263
ГОСТ 18905—73 262
ГОСТ 19351—74 298
ГОСТ 19459—74 501
ГОСТ 20282—74 500
ГОСТ 21427 1—75 234, 235
ГОСТ 21427 2—75 233
ГОСТ 21427 3—75 233, 234, 236
ГОСТ 21559—76 28, 29, 50, 240
ГОСТ 24222—80 500
ГОСТ 24842—81 264
Гранаты редкоземельные 486, 488, 490
Графит 304, 360
Дакрил 501 —503
Диамагнетики — Понятие 6
Дисперсия основная средняя 506
— относительная частная 507, 508
— средняя 506, 509
Диспрозий 19, 340, 343, 357
Добротность магнитно-твердого мате-
риала — Оценка 79
Домен 7, 10
Европий 340—343, 356
Железо Армко — См. Железо техни-
ческое
Железо техническое 19, 131, 362
Золото 281—284, 299
Зона насыщения 13, 14
Изолан 497, 504
Инвар 314, 331, 334
Индий 281—284, 341—345
Иридий 302
Иттрий 340—343, 357
Испарение «взрывное» 426
— высокочастотное 426
Испарители — Материал 429—432
Кальмаллой 223
Кадмий 281—284
Кермет 440, 444
Кобальт 19, 304
Комоль 23, 28, 45, ПО, 111, 116, 119
Компаунды 501 —503
Компенсатор 222
Константан т 248, 249, 255, 259
Контакты — Нагрев 274 — Примеси
281 — Сопротивление переходное 271—
Факторы износа 280
— серебряные 285
— скользящие 305
Копель 256—258, 260
Коэффициент внутреннего пропуска-
ния 509
— возврата 17
— дисперсии 506, 508
— емкости температурный 453
— старения 131
Кремний 402—406 — Примеси 403 —
Свободный пробег электронов 405
Кремния карбид 407
Кривая размагничивания — Аппрокси-
мация 30, 46, 47
Крои 508, 509 — Показатели прелом-
ления 508
Куиико 23, 45, НО—Кривая разма-
гничивания 116 — Магнитные свой-
ства 117
— Параметры характеристики раз-
магничивания 28
— Технологические свойства 111
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
525
— Химический состав 117
Куиифе 23, 45 — Кривая размагничи-
вания 116
— Магнитные свойства 117
— Параметры характеристики разма-
гничивания 28
— Технологические свойства 111
— Химический состав 117
Лаитан 340—343, 354
Латунь литейная 398, 399
— обрабатываемая давлением 389—
393, 394, 397
Легирующие элементы — физико-ме-
ханические свойства 341—343
Легкие элементы — Физико-механиче-
ские свойства 340—343
Ледебурит 360
Ленты нз жаростойких сплавов 266,
267
— константановые 253
— стальные холоднокатаные из низ-
коуглеродистой стали 370 — 373
— стальные холоднокатаные из угле-
родистой конструкционной стали 374
Литий 340—343, 348
Магнитопласты 24, 128, 129
— с металлическим связующим 95
— с полимерным связующим 94
— Магнитоэласты 30, 128, 129
Магниты для электрических машин 106
— нз РЗМ — Марки зарубежных фирм
41—43 — Физические свойства 87
Манганин 247—249
Материалы диэлектрические для тонко-
пленочных схем 455, 456
— композиционные магннтно-твердые
30, 43—45
— металлокерамические контактные
306—311
— магнитно-мягкие — Классификация
130 — Коэрцитивная сила 15
— магнитно-твердые — Классифика-
ция 22, 23 — Удельная энергия 21
Медь 246, 283, 284, 292, 293, 302,
375, 381 — Марки 380 — Физико-ме-
ханические свойства 281, 282, 381 —
Химический состав 380
Мельхиор 256
Металлы магнитострикционные 216
— чистые — Резисторные свойства 436
Микросхемы 413
Молибден 281—284, 292, 293, 303
Монокристаллы ор оферритовые и гра-
натовые 490 491
Нагрев лазерный 426
— электронной пушкой 426
Нейзильбер 256
Неодим 340—343, 355
Никель 19, 292, 293, 304, 400
Ниобий 340—343, 352
Нихром 28, ПО, 111, 255—257
Ортоферриты 486, 488, 490
Осаждение термическое из газовой
фазы 432
— электролитическое 433
Осмий 302
Палладий — Свойства 288, 289, 299,
300
Парамагнетики 6
Пасты диэлектрические 472
— для толстопленочных проводников
470
— резистивные 471
Пенопласт 497
Пенополиуретан 497
Перлит
Пермаллой — Магнитные свойства 156,
160, 170, 176—189 — Механические
свойства 159 — Сортамент 159—169—
Термообработка 171—17, — Техноло-
гические свойства 156—159
— высокоиикелевый 157
— иизконикелевый 156, 157
Петля гистерезиса — Построение 15,
16
— прямоугольная 18, 19
— смещенная 17, 18
Петля магнитного возврата — Аппрок-
симация 47
Платина — Свойства 288, 289, 300, 301
Платииакс 28, 111
Пластмассы без наполнителя 500—503
— с газовоздушным наполнением 497,
504
— с порошковыми, волокнистыми и
листовыми наполнителями 498, 499
Пленки — Требования к материалу
445
— для логических и запоминающих
устройств 485
— для магнитно-акустических ус-
тройств 485
— монокристаллические гранатовые
485
— феррит-гранатовые 487
Площадки контактные 449
Подвесы 330
Подложки — Подготовка к поверхно-
сти 458 — Требования к материалам 414
— керамические 417—419
— монокристаллические 421
— ситалловые 419
— стеклянные 416
Показатель преломления 506, 508
526
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Полистирол 500
Полиэтилен 502, 503
I Полупроводники многоэлементиые 410
I — окисные 409
— трехэлементные 410
Празеодим 340—343 355
Пресс-материалы 495
Провода алюминиевые эмалированные
I. 269
I — медные — Механические свойства
I 246 — Размеры 245
I — монтажные и обмоточные 268
— обмоточные с волокнистой изоля-
I пией 269
I — эмалированные 269
Проволока вольфрамовая 263, 264
— из сплавов высокого электриче-
I ского сопротивления 267
— иридиевая 297, 298
— константановая 251, 252
— манганиновая неизолированная 250,
251
— молибденовая 262, 263
— нихромовая 267, 268
— отожженная дли компенсационных
проводов 259
— родиевая 297, 298
— термоэлектродная 260
Прометий 340—343, 356
Проницаемость диэлектрическая 453
Радий 340—343, 354
Радиоактивные элементы 340—343
Распыление ионно-плазменное 428
— катодное 426
— на переменном токе 427
— иа постоянном токе 427, 428
— реактивное 428
Рассеянные элементы 340 — 343
Растяжки нз бериллиевой бронзы 326,
328
— из коба.тьт-никель-хромового сплава
326, 330
— из оловянио-цинковой бронзы 326,
327
— из платиново-серсбряиого сплава
326, 329
Редкоземельные материалы — Кривые
размагничивания 48
— Металлокерамический метод 89—91
— Металлопластический метод 92
— Механическая обработка 96, 97
— Область применения 82
— Соединения с кобальтом 83, 84, 86
— Способ напыления 95, 97
— Температурный коэффициент 87
— Фпзико-мехаиические свойства
340—343
Рений 303. 304
Ретинакс 494, 498, 499
Родий 302
Ртуть 304
Рубидий 340—343, 349
Рутений 292, 293, 302
Рэлея зона 13, 14
Самарий 340—343, 356
Свинец 281—284
Селен 340—343, 346, 347, 407
Серебро 285, 290 — Марки 269
— Физико механические свойства 281,
282, 297
— Электротехнические свойства 283,
284
Сильманоль 117
Система магнитная — Математическая
модель 226—232
— Расчет температурной стабильности
237, 238
— Расчет технологической точности
224—226
Ситаллы 416, 520
Скандий 340—343, 357
Смолы эпоксидные 501—503
Соединения интерметаллические 24 —
Физические свойства 20 — Характе-
ристика размагничивания 28
— типа AnBvl и A1” Bv 408
— AgCl и NaCl 409
Сплавы Fe—С — Диаграмма состояния
360
— деформируемые 23, 28
— для прецизионных сопротивлений
247—249
— для технических сопротивлений 255,
256
— для тонких пленок 440, 441
— жаростойкие, 261, 262, 265
— железокобальтовые — Магнитные
свойства 213 — Потери на перемагни-
чивание 214 — Сортамент 212 — Физи-
ческие свойства 215
— золото — никель 286, 287
— золото—платина 286, 287, 299
— золото—цирконий 299
Сплавы ковкие — Параметры харак-
теристики размагничивания 45 — При-
менение 112 — Технологические свой-
ства 111 — См под их названиями:
Хромко, Вако, Платинакс и т. д-
— ванаднй-кобальтовые 120
—для магнитной записи 121, 122
— для постоянных магнитов 110, 113
— для роторов гистерезисных двига-
телей 118
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
527
— иа основе драгоценных металлов 117
— платинокобальтовые 118
Сплавы литые — Механическая обра-
ботка 103 — Обозначение элементов
99 — Получение направленной кри-
сталлизации 102 — Способы литья
101 — Термообработка 104 — Харак-
теристики размагничивания 27
— с высокой коэрцитивной силой 107
— с высокой магнитной энергией 107
Сплавы магнитострикционные 210
— металлокерамические — Способы
изготовления 108 — Размеры магни-
тов 109 — Характеристика размагни-
чивания 27
— на основе благородных металлов
высокоомные 254
— на основе золота 294, 295
— на основе никеля 253
— немагнитные коррозиониостойкие
с высокими магнитными свойствами 333
— палладий—иридий 300
— палладий—медь 300
— палладий—никель 300
— палладий—серебро 290, 291
— палладий—серебро—кобальт 300
— платина—вольфрам 302
— платина—иридий 288, 289, 301
— платина—медь 288, 289
— платина—молибден 302
— платина—никель 301
— платина—осмий 301
— платина—палладий—рутений 302
— платина—родий 301
— платина—рутений 301
— с высокими упругими свойствами
323, 324
— с заданным коэффициентом тепло-
вого расширения 314—318, 331, 332
— с заданными упругими свойствами
320, 321, 325
— с малым коэффициентом модуля
упругости 322
— с малым коэффициентом теплового
расширения 314—317
— с особыми упругими свойствами
320—324
— серебро—вольфрам 306, 307
— серебро—золото 285—287
— серебро—кадмий 290, 291, 298
— серебро—кадмий—никель 298
— серебро—кремний 299
— серебро—медь 292, 293, 296, 298
— серебро—молибден 306, 307
— серебро—никель 306, 307
— серебро—палладий 296 , 298
— серебро—палладий—медь 297
— серебро—платина 290, 291, 296, 298
— термомагнитиые 222
— термоэлектронные 255, 258
— трудиодеформируемые 23
Сталь — Классификация 363 — При-
меси 362, 363
— аустенитного класса 365
— высококачественная 365
— карбидного класса 365
— качественная 365—367
— конструкционная 376—379
— легированная 363
— мартенситного класса 365
— перлитного класса 365
— углеродистая 363
— углеродистая высококачественная
370
— углеродистая качественная 368, 369
— ферритного класса 365
Сталь электротехническая легирован-
ная тонколистовая — Кривые намагни-
чивания 138—155 — Магнитные свой-
ства 135—137 — Марки 233 — Петля
гистерезиса 140, 141, 143, 144, 148—
151— Сортамент 234 — Удельные
потери 1313—155
— горячекатаная 136
— холоднокатаная 135, 136
Сталь электротехническая нелегиро-
ваниая — Магнитные свойства 132 —
11римеси 233
Стекла оптические бесцветные 511
— для волоконной оптики 520 521
— кварцевые 514, 519
— цветные 512—514
Стекла органические 501—503
— светорассеивающие 520
Стеклотекстолит 498, 499
— фольгированный 496
Супериивар 331, 334
Супермендюр — Кривая намагничива-
ния 215 — Магнитные свойства 213 —
Сортамент 212 — Термообработка 212
Схемы интегральные 450 — Методы по-
лучения рисунка 457
— гибридные — Методы изготовления
пассивной части 414 — Методы нане-
сения слоев 424, 425
Таллий 340 345
Тантал 281 284 , 340—343 , 355
Текстолит 495
Теллур 340—343, 347, 407
Тербий 19
Терма злой 222, 223
Термобнметалл — Активный слой 338,
339 — Группы 335, 337
— Коэффициент чувствительности 335
528
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
— Материалы 334, 335
— Пассивный слой 338, 339
— Рекомендуемая температура 335
— Свойства 338, 339
— Термообработка 337
— Требования 319
— Удельный изгиб 335
— Химический состав 336
Термопары 260
Торий 340—343, 353
Травители — Режимы обработки плен-
ки 462
— для алюминия 464
— для германии 466
— для золота 464
— для кремния 466
— для меди 463
— для никеля 464
— для резистивных слоев 467
Тулий 19 340 343 352
Углерод 281—284
Упорядочение магнитное 8 •
Фенопласты 494, 496
Ферримагнетики 8
Ферриты — Кривые размагничивания
49—60 — Обозначение 192—Точка
Кюрн 20 — Характеристики 24
— зарубежных фирм 31—36
магнитно мягкие — Магнитные свой-
ства 192—195— Относительный тем-
пературный коэффициент начальной
магнитной проницаемости 199 —
Удельное сопротивление 190
— магнитострикционные 218—220
— магнитотвердые — Марки 123 —
Параметры характеристики раз-
магничивания 29 — Свойства 124 —
Технология производства 121, 123—125
— марганец-цинковые 196, 197, 1S9
— никель-цинковые 197, 199
— с прямоугольной петлей гистере-
зиса — Магнитные свойства 201, 202
— Расчетные характеристики 204—
211
Феррит гранаты 486
Ферромагнетики 7, 11 — Типы реше-
ток 12
Фехраль 255
Флинт 508, 509 — Коэффициенты вну-
треннего пропускания 509 — Коэф-
фициенты дисперсии 508, 509 — Меха-
нические характеристики 510 — Пока-
затели преломления 508
Фотолитография 457 — Нанесение фо-
торезиста на подложку 458 — После-
довательность процессов фотолитогра-
фии 457, 458
Фоторезисты — Марки 459, 469 —
Обработка 461 — Параметры 460 —
Растворители 458 — Травление 458
Фотоситаллы 421
Фриттииг 276
Фторопласт 500, 502, 503
Хром 435
Хромво 119, 120
Хромель 255—260
Хромко 28, 110—113
Цезий 340, — 343, 349
Цементит 360
Церий 340—343, 354
Цикл гистерезисный предельный 15
Цинк 281—284
Цирконий 340—343, 350, 351
Эрбий 19 340—343, 357
Этролы 495
ИВ № 2497
Юрий Михайлович Пятин,
Лина Марковна Чернявская,
Руслан Аркадьевич Владимирский и др.
МАТЕРИАЛЫ В ПРИБОРОСТРОЕНИИ
И АВТОМАТИКЕ
Редактор Г. И Сидорова
Художественный редактор С. С. Водчиц
Технический редактор Н В Тимофее! ко
Корректоры А П Озерова,
Н И Шарунина
Оформление художника В, И. Столярова
Сдано в набор 06.07.81 Подписано в пе-
чать 21.05.82. Т-09317. Формат 60Х901/,,.
Бумага типографская № 2. Гарнитура
литературная. Печать высокая. Усл
печ. л. 33,0. Уч.-изд л. 44,5.
Тираж 30 000 экз. Заказ 625. Нева 2 р. 50 к.
Ордена Трудового Красного Знамени
издательство «Машиностроение:», 107076,
Москва, Б-76, Стромынский пер., д 4,
Ленинградская типография № 6 ордена
Трудового Красного Знамени гЛенинград-
ского объединения «Техническая книга»
им. Евгении Соколовой
Союзполнграфпрома прн Государственном
комитете СССР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли
193144, г. Ленинград, ул. Моисеенко, 10.