Главная | Обратная связь

Справочник по радиоматериалам

Материаловедение - наука, занимающаяся изучением состава, структуры, свойств материалов, поведением материалов при различных воздействиях: тепловых, электрических, магнитных и т.д., а также при сочетании этих воздействий.

Материал - это объект обладающий определенным составом, структурой и свойствами, предназначенный для выполнения определенных функций.

Под электрорадиоматериалами понимают применяемые в радиоэлектронике материалы, у которых первостепенное значение имеют их свойства и характеристики в электрических и магнитных полях.

По поведению в электрическом поле эти материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические, по поведению в магнитном поле - на магнитные и немагнитные.

Атом представляет собой систему, состоящую из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны. Внешние электроны могут отрываться от одного атома и присоединяться к другому атому, изменяя число его внешних электронов. Такие электроны называются валентными. Атом, потерявший один или несколько электронов, становится положительно заряженным. Атом, который присоединил к себе свободные электроны, становится отрицательно заряженным. Образовавшиеся таким образом положительные и отрицательные частицы называются ионами.

Связи, благодаря которым происходит объединение атомов в молекулы, называются химическими. Молекула является наименьшей частицей вещества, которая сохраняет его химические свойства. Ковалентные связи возникают между атомами за счет образования устойчивых пар валентных электронов разных атомов. Разновидностью ковалентной связи является донорно-акцепторная связь, которая возникает между атомом, способным отдать электрон (донор), и атомом, способным принять этот электрон (акцептор). Ионные связи обусловлены силами электростатического притяжения между положительными и отрицательными ионами.

Внешние электроны, которые покидают атомы, становясь свободными, называются коллективизированными. Благодаря наличию свободных электронов металлы обладают высокой электро- и теплопроводностью.

Молекулярные связи образуются между отдельными молекулами в результате электростатического притяжения между зарядами противоположных знаков, которые имеются в молекулах.

Вещества с закономерным упорядоченным расположением атомов или молекул в пространстве называют кристаллическими, а вещества с беспорядочным расположением атомов или молекул - аморфными. Кристаллическая решетка представляет собой пространственную сетку, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.

Основные типы кристаллических решеток металлов: кубическая объемно центрированная (ОЦК) (a-железо, хром, вольфрам, ванадий), кубическая гранецентрированная (ГЦК) (g-железо, медь, алюминий) гексагональная плотноупакованная (ГПУ) (бериллий, кадмий, магний). Изменение свойств кристаллов (металлов) в зависимости от направления называют анизотропией.

Точечные несовершенства появляются в результате образования вакансий (атомных дырок) или внедрения атомов в междуузлие. Атомы, вышедшие из узла решетки, называются дислоцированными, а места, где находились атомы, остаются в решетке незаполненными и называются вакансиями.

Линейные несовершенства представляют собой изменения структуры, протяженность которых в одном измерении гораздо больше, чем в двух других. Такие несовершенства называют дислокациями. Дислокации бывают краевыми, винтовыми и смешанными. Поверхностные несовершенства характеризуются значительными изменениями в двух измерениях. Объемные несовершенства кристалла имеют существенные размеры во всех трех измерениях.

Монокристаллические материалы - это однородные анизотропные тела, у которых атомы расположены по всему объему в правильном порядке. Поликристаллические материалы состоят из большого числа сросшихся между собой мелких кристаллических зерен (кристаллитов), которые хаотически ориентированы в разных направлениях. Материалы с искусственно созданной анизотропией называют текстурами. В аморфных веществах атомы и молекулы расположены беспорядочно. В отличие от кристаллических аморфные вещества не имеют строго определенной температуры перехода из твердого состояния в жидкое. Этот переход осуществляется в некотором диапазоне температур.

По назначению материалы, используемые в различных областях электроники, условно подразделяют на конструкционные и электротехнические.

Классификация электроматериалов по электрическим свойствам основана на представлениях зонной теории электропроводности твердых тел. Промежуток между валентной зоной и зоной проводимости называют запретной зоной DW. Значение запретной зоны существенно влияет на свойства материалов. Если DW равна или близка к нулю, то электроны могут перейти на свободные уровни благодаря собственной тепловой энергии и увеличить проводимость вещества. Вещества с такой структурой энергетических зон относят к проводникам. Типичными проводниками являются металлы.

Если значение запретной зоны превышает несколько электронвольт (1 эВ - энергия электрона, полученная им при перемещении между двумя точками электрического поля с разностью потенциалов 1В), то для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия. Такие вещества относят к диэлектрикам.

Если значение запретной зоны составляет 0,1...0,3 эВ, то электроны легко переходят из валентной зоны в зону проводимости благодаря внешней энергии. Вещества с управляемой проводимостью относят к полупроводникам.

Электропроводность характеризуется удельной электрической проводимостью g и удельным электрическим сопротивлением r: J = gE = E/r, где J - плотность тока; g - удельная электрическая проводимость, Ом/м; Е - напряженность электрического поля, В/м; r = 1/g - удельное электрическое сопротивление, Ом×м.

Сила взаимодействия вещества с магнитным полем оценивается безразмерной величиной - магнитной восприимчивостью K_м = M/H, где М - намагниченность вещества под действием магнитного поля, А×м^-1; Н - напряженность магнитного поля, А×м^-1

Слабомагнитные материалы незначительно меняют свою намагниченность под действием внешнего намагничивающего поля и характеризуются магнитной восприимчивостью k_м « 1. К слабомагнитным материалам относятся диамагнетики и парамагнетики. После снятия внешнего магнитного поля парамагнетики (алюминий, платина)сохраняют небольшую намагниченность. К сильномагнитным материалам (k_м » 1) относятся ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики.

Розтяг (стиск) – деформація, при якій в поперечному перерізі бруса виникає тільки поздовжнє розтягуюче або стискаюче зусилля. Напруження σ = N/А (сила на площу).

Відносна поздовжня деформація e = Dl/l. Закон Гука s = Еe, де Е – модуль пружності

Для визначення механічних характеристик проводять випробування матеріалів на розтяг, стиск, зсув, кручення, згин, твердість і ін.

При розтязі зразку регіструють силу F , що розтягує, і видовження Δl, на основі яких будується діаграма розтягу в координатах сила – видовження.

Перша ділянка (OА) – зона пружних деформацій, в якій має місце лінійна залежність між навантаженням і видовженням, тобто в межах прямої ОА справедливий закон Гука.

Друга ділянка (АВ) – зона пружних деформацій, в якій залежність між навантаженням і видовженням нелінійна. До точки В деформації залишаються пружними, тобто при знятті навантаження деталь відновляє свої розміри і форму.

Третя ділянка (BC) – ділянка, на якій з’являються пластичні деформації зразка. Цей процес називається текучостю матеріалу. На цій ділянці має місце нелінійна залежність між навантаженням і видовженням зразка. Четверта ділянка (CD) – горизонтальна ділянка, на якій деформації зростають без збільшення навантаження. Ця ділянка називається площадкою текучості.

П'ята ділянка (DK) – зона зміцнення. Якщо зразок навантажити силою, що відповідає, наприклад, точці L діаграми, а потім зняти навантаження, то процес розвантаження відображується прямоюLL΄, параллельною ОА. Зразок при цьому буде мати залишкову деформацію Δl′ост. При повторному навантаженні процес буде проходити по прямій L΄L. При цьому участок, в границях якого справедливий закон Гука, збільшиться (L΄L >ОА). Пружна деформація при цьому складе Δ l.у . Явище зміцнення матеріалу в результаті витяжки матеріалу за границю текучості, називається наклепом.

Шоста ділянка (КR) – місцева текучость. Деформація зразка на цій ділянці характеризується появою шbйки і видовженням зразку за рахунок його потоншення. В точці R відбувається руйнування зразку.

Для виключення залежності діаграми розтягу від розмірів зразка її перебудовують в координатах “напруження – відносна деформація” по формулам: