Подборка образцов ТР (ТР3 Гончаров Е)

Посмотреть архив целиком

Московский энергетический институт

(Технический университет)









Типовой расчёт



Материалы композиционных резисторов. Углеродные токопроводящие композиции, структура и свойства алмаза, графита и сажи.

Фуллерены и фуллериты











Выполнил: ст. гр. Эл-15-04

Гончаров Е.О.


Проверил: преподаватель

Колчин В.В.















Москва

2008

Материалы композиционных резисторов


Несмотря на значительные успехи, достигнутые в развитии и усовершенствовании тонкослойных резисторов, композиционные резисторы до сего времени сохранили широкое применение, в особенности за рубежом.

Резистивным элементом в них являются полупроводящие материалы, получаемые путем механического смешивания порошкообразных полупроводников и металлов с диэлектриками. Особенностью композиционных резистивных материалов является большое удельное объемное сопротивление, которое может достигать 1010 Ом∙см и более, т. е. значений, свойственных диэлектрикам.

Однако, в отличие от диэлектриков, полупроводящие композиции при известных условиях могут быть получены с малой зависимостью сопротивления от температуры и напряжения. Это дает возможность получения высокоомных резисторов при большом сечении резистивного элемента, что обеспечивает их надежность и устойчивость к перегрузкам, в особенности при объемной конструкции.

Наряду с этим следует отметить ряд технологических и принципиальных преимуществ композиционных материалов, а именно:

  1. возможность получения резистивного элемента любой формы в виде массивного тела или в виде однородной пленки на любой по форме и величине поверхности, что не всегда достижимо методом осаждения;

  2. сравнительно простая технология производства, не требующая в большинстве случаев сложного оборудования, дорогостоящих материалов, высокотемпературных или вакуумных процессов;

  3. возможность управления (в определенных пределах) путем изменения состава композиций электрическими свойствами резисторов, в частности, варьирования величины и знака температурного коэффициента.


На основе проводящих композиций базируется главным образом производство печатных резисторов, регулируемых (переменных) резисторов, а в зарубежной промышленности также и постоянных резисторов общего назначения. Только при использовании полупроводящих композиций возможно получение высокомегомных резисторов (до десятков тераом), причем в малых габаритах, а также высокоомных резисторов большой модности для высоких напряжения.

Общим недостатком композиционных резисторов является некоторая зависимость сопротивления от напряжения и сравнительно большой уровень токовых шумов, в особенности для всокоомных резисторов. Одной из причин этого является сравнительно грубая дисперсность проводящих компонентов.

Это же обстоятельство может способствовать заметному старению резисторов при длительной нагрузке (локальные нагревы) и обусловливать наличие дополнительной «внутренней» емкости, ограничивающей использование их при высоких частотах. Частотная зависимость композиционных резисторов может усугубляться диэлектрическими потерями в связующем материале и поверхностным эффектом (большое сечение проводящего элемента).

Резисторы, содержащие органические связующие материалы (смолы), сравнительно легко подвержены воздействию влаги и повышенной температуры. Предельные рабочие температуры не превышают 150. При использовании неорганических связующих (стекло, керамика) хотя и могут быть достигнуты высокая теплостойкость и влагостойкость резисторов, но пределы достижимых величин удельного сопротивления значительно снижаются, увеличиваются нелинейность и токовые шумы. Технология получения композиционных резисторов с неорганическими связующими сравнительно сложна вследствие необходимости применения высокотемпературных процессов, а иногда и особой среды.

Указанные выше особенности композиционных резисторов с органическим связующим не позволяет использовать их в точной и высокочастотной аппаратуре, но не препятствует широкому применению в качестве резисторов общего назначения. Здесь решающим фактором является невысокая стоимость и большая надежность в эксплуатации. Выход из строя композиционных резисторов, в особенности объемной конструкции, возможен только при механическом разрушении тела резистора, что практически исключено в нормальных эксплуатационных условиях.

В физическом смысле композиционный проводник представляет собой гетерогенную систему из двух или нескольких фаз, из которых одна является проводящей.

В качестве компонентов проводящей фазы используются порошкообразные полупроводники с малой энергией активации в мелкодисперсном состоянии, иногда в сочетании с металлами.

Непроводящими компонентами являются:

а) связующие диэлектрические материалы, назначением которых является механическое скрепление композиции в твердое непористое тело;

б) инертные, порошкообразные (большей частью минеральные) наполнители, вводимые для придания композиции требуемой структуры и механических свойств.

Для того, чтобы электрические свойства композиции приближались к свойствам проводящей фазы, необходимо, чтобы непроводящие компоненты не участвовали в общей проводимости, что возможно при соблюдении двух условий:

  1. проводящая фаза должна быть непрерывной;

  2. проводимость непроводящей фазы должна быть значительно меньше общей проводимости композиции.

Последнее условие обеспечивается выбором связующих материалов с достаточно хорошими изоляционными свойствами.

Непрерывность проводящей фазы осуществима в том случае, если ее объемная концентрация в композиции превышает некоторый минимум, при котором возникает вероятность образования непрерывных (хотя и не прямых) цепей из контактирующих частиц проводника, диспергированного в композиции.

Образование такой «цепной» структуры проводника облегчается при вытянутой форме его частиц, в частности при использовании в качестве проводника некоторых видов саж, частицы которых самопроизвольно агрегируются в более или менее вытянутые цепочки (структурируются).

Образование цепной проводящей структуры возможно также при введении в композицию сравнительно крупного непроводящего наполнителя, который, замещая некоторый объем связующего материала, как бы увеличивает относительную концентрацию распределения в нем проводящего компонента и «принудительно» создает цепную структуру при невытянутой форме проводящих зерен.


Углеродные токопроводящие композиции


Преимущественное применение в качестве проводящих компонентов (в особенности в композициях с органическим связующим) имеет углерод в виде сажи и графита. Это обусловлено в первую очередь высокой степенью дисперсности этих материалов и их большим удельным сопротивлением. Помимо этого, сажа и графит являются химически инертными и достаточно теплостойкими веществами.

Заметное окисление наступает только при температуре более 160, причем в отличие от металлов окислы образуются в виде летучих СО и СО2. Сажа и графит не подвержены коррозии при воздействии влаги, которая вызывает только обратимое набухание.

Ценной особенностью некоторых видов саж является их способность структурироваться в цепные комплексы, что способствует получению высокоомных композиций с хорошими электрическими характеристиками. Хотя для проводящих композиций не изготовляется специальных видов саж, многие из них, предназначенные для лакокрасочной и резиновой промышленности, при соответствующей обработке, могут быть использованы для резисторов.

Структура и свойства различных саж оказывают решающее влияние на свойства проводящих композиций.


Основные характеристики и структура саж


Первичная структура. Сажа является продуктом неполного сгорания или термического разложения различных углеродосодержащих веществ и представляет собой мелкодисперсный углерод с незначительным содержанием примесей. Размеры частиц сажи находятся в пределах 10-5-10-6 см, вследствие чего сажу часто называют коллоидным углеродом.

Для получения саж используются газообразные, жидкие и твердые углеводороды. Реакция получения саж аналогична реакции пиролиза при получении пиролитического углерода, но осаждение происходит при более низкой температуре, что приводит к более аморфной структуре и большему содержанию водородных остатков.

Первичные, или «рабочие», частицы сажи представляют собой агрегаты приближенно сферической формы, состоящие из беспорядочно расположенных «пакетов» плоских молекулярных слоев, подобных графитовым слоям. Атомы в каждом слое образуют правильные шестиугольники, размер которых несколько больше чем в графите. Таким образом, структура сажи не может быть отнесена ни к аморфной, ни к кристаллической и часто называется мезаморфной или турбострактной.

Кристаллиты в рабочей частице связаны сильными валентными связями, благодаря чему она не может быть разрушена обычными средствами механического воздействия (размол, вальцевание). Размеры кристаллитов (пакетов) сравнительно мало различаются в различных видах саж. Величина их находится в пределах 20-65 Ǻ, толщина пакетов составляет почти всегда около 60% из длины. В одном кристаллите заключено 100-200 атомов углерода.

Размеры рабочих частиц саж изменяются в значительно больших пределах и, в зависимости от вида сажи и режима ее осаждения, находятся в пределах от 100 до 3000 Ǻ. В рабочей частице саж находится, таким образом, от сотен до миллионов первичных кристаллитов. Размер рабочих частиц саж может быть определен при помощи электронного микроскопа, либо вычислен по величине активной поверхности, определяемой адсорбционным методом. Величина активной удельной поверхности сажи измеряется десятками квадратных метров на грамм.


Графиты


Естественный графит представляет собой природное образование углерода кристаллического строения и различной формой агрегации пластинчатых гексагональных кристаллитов, размер которых находится в пределах 100-10000 Ǻ. Графит может быть получен также искусственным путем, разложением углеводородов при высокой температуре.


Случайные файлы

Файл
20950-1.rtf
23308.rtf
166300.rtf
26961.rtf
28185-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.