Хромсилицидные сплавы и композиции
Повышенным удельным сопротивлением обладают сплавы, которые образуют между компонентами интерметаллические соединения. Среди них особое место занимают силициды – сплавы металлов с кремнием (около 60 металлов) Наиболее высокое сопротивление имеют силициды хрома и железа: CrSi, FeSi2. Именно они используются в качестве высокоомных резистивных материалов.
В технологии микроэлектроники предпочтительно использовать один резистивный материал на всю микросхему. Однако зачастую это невозможно (если разброс номиналов слишком велик). Нередко используют два, реже более двух, материала: в качестве низкоомного – хром, высокоомного – силицид хрома.
Промышленность выпускает около 15 силицидов. Наибольшее распространение получили три из них:
РС3001 30% Cr, 1% Fe, остальное – Si;
РС3710 37% Cr, 10% Ni, остальное – Si;
Сплав №3 17% Cr, 14% Fe, остальное – Si;
Удельное поверхностное сопротивление этих сплавов
Ом/□;
ТКρ<10-4 1/К.
В технологии силицидов большое значение приобретает кислород: кремний относительно легко взаимодействует с кислородом, образует SiO2 – диэлектрическую плёнку на границах зёрен. Это приводит к повышению удельного сопротивления и к существенному изменению ТКρ. Во избежание этого, необходимо быстро изолировать готовые плёнки.
Силицидные сплавы наносят на основание (подложку) методом взрывного испарения: гранула 40-70 мкм силицида падает на нагретый до высокой температуры испаритель и происходит мгновенное испарение.
Если резистивным материалам необходимо работать при повышенной температуре, то нередко используют сплавы на основе меди.
Манганин
86% Cu, 12% Mn, 2% Ni
ρ≤0,48 мкОм∙м
ТКρ в рабочем диапазоне температур (-100…200˚С) составляет 5∙10-6 1/К.
Это сплав с желтоватым оттенком хорошо обрабатываемый механически: можно вытянуть в проволоку диаметром до 0,02 мм.
Для стабилизации параметров его подвергают обжигу после изготовления в вакууме.
Является основным материалом для изготовления катушек стрелочных измерительных приборов, прецизионных проволочных резисторов.
Константан
60% Cu, 40% Ni
ρ ≤ 0,52 мкОм∙м
ТКρ в рабочем диапазоне температур (до 500˚С) составляет - 5∙10-6 1/К.
Содержание никеля соответствует примерно максимуму ρ и минимуму ТКρ.
Хорошо обрабатывается, так же пластичен как манганин.
ТКρ имеет низкое значение и знак «-» (так как не чистый металл, а сплав).
Применяется для изготовления реостатов, как материал в особо нагруженных резисторах
На поверхности константана при нагреве образуется оксидная плёнка, обладающая электроизоляционными свойствами.
Ещё большую рабочую температуру имеют сплавы никеля и хрома – нихромы.
Марка Х20Н80 содержит 20-23% Cr, 75-78% Ni, 1,5% Mn, небольшой процент Fe. Рабочая температура достигает 1100˚С. Область применения – электронагревательные приборы.
Сплавы для термопар
| Копель | 56% Cu, | 44% Ni |
| Алюмель | 95% Ni, | +Al, Si, Mn |
| Хромель | 90% Ni, | 10% Cr |
| Платинородий | 90% Pt, | 10% Rh |
Для различных температур применяются разные пары материалов:
| платинородий-платина | до 1600˚С |
| хромель-алюмель | до 900-1000˚С |
| железо-константан, железо-копель, хромель-копель | до 600˚С |
| медь-константан, медь-копель | до 350˚С |
Температура плавления не является главным фактором применения сплава.
Главными же являются:
1. Изменение параметров сплава, перераспределение компонентов внутри сплава (миграция).
2. Химическая активность.
3. Коэффициент термоэдс (чем он больше для пары, тем ниже температура испарения).
Преимущества использования термопар при измерении температуры: простота; точность, независящая ни от чего, несмотря на то, что состав сплава сильно влияет на коэффициент термоэдс. Любую термопару градуируют, а затем используют эту кривую.
Недостаток – контактный способ измерения (погрешность зависит от размера термопары).