Технология изготовления термопар и наконечников

Спай термоэлемента формируется в процессе спекания. Если в термоэле­менте в качестве одного из электродов служит графит, его в виде готового стержня запрессовывают в дно внешнего колпачкового электрода и такую заго­товку подвергают спеканию. Если внутренний электрод не является графитом, его готовят отдельно и монтируют подобно термоэлементу с графитовым элект­родом. Иногда центральный электрод припекают к дну внешнего электрода в специально подготовленное гнездо, заполняемое уплотняемой засыпкой из материала внешнего электрода.

Как наконечники, так и термоэлектроды термоэлементов и термопар из тугоплавких соединений перед спеканием формируют в виде заготовок, обычно методом мундштучного прессования. Для обеспечения процесса мундштучного прессования применяют пластификаторы, вводимые в состав исходной порошко­вой смеси. В качестве последних при мундштучном прессовании используют крахмальный клейстер, раствор поливинилового спирта в воде, парафин, рас­творы каучука в бензине, парафина в бензине, парафина в бензоле, бакелита в спирте.

В качестве пластификаторов используют также бентонитовые глины и жид­кое стекло, когда неорганические примеси существенно не влияют в готовом спеченном изделии на основные свойства.

В органические пластификаторы вводят обычно компоненты с возможно более низким коксовым числом во избежание образования в спекаемом изделии избыточного активного углерода. Для измерения температур свыше 2000 °С изготавливают термопары из NbC, TaC или HfC, вторым плечом в которых может служить графит или же один из этих карбидов. Термопары из этих со­единений спекают при температурах выше 3000 °С, так как остается высокая остаточная пористость. В этом случае эффективно применение активированного спекания за счет присадок СоС1₂, NaCl, KC1 и др. С их применением темпе­ратура спекания может быть снижена до 2500 °С.

Характеристики термопар и области их применения

Термопары из тугоплавких соединений пока широкого распространения не получили, так как они требуют тарирования каждой термопары.

Наибольшее распространение получили термоэлектрические преобразова­тели на основе термоэлементов, изготовленных из селенидов либо теллуридов некоторых металлов, например Bi₂Te₃, PbTe. Эти вещества используют не в чистом виде, а в виде раствора с добавками, рационально подбираемыми на основании оценки их влияния на концентрацию носителей тока, их подвиж­ность и на уровень поверхности Ферми.

В РТ обычно обеспечивается избыток либо свинца, увеличивающего кон­центрацию носителей р-типа, либо Те, увеличивающего концентрацию носи­телей р-типа.

Названные селениды и теллуриды низкоплавки, поэтому термоэлектриче­ские преобразователи на их основе эксплуатируются при температуре спаев, не превышающей 350 °С.

Для термоэлектрических преобразователей с температурой спая, достигаю­щей 800—1000 °С и выше, эффективны некоторые сульфиды и силициды. Однако они не применяются в чистом виде. Необходимо вводить присадки, оптимизи­рующие свойства этих материалов по всем показателям, определяющим доброт­ность и КПД термоэлементов термоэлектрических преобразователей энергии.

Резисторы для радиоэлектроники

Введение

В радиоэлектронной технике очень большой объем потребления линейных термостабильных резисторов. В электронных и радиотехнических схемах они поглощают электрическую энергию с целью ее регулирования и распределения в необходимых количествах между многочисленными узлами, цепями и элемен­тами.

Мировой объем производства резисторов радиотехнического назначения превысил 30 млрд. шт. в год.

Резисторы по назначению подразделяются на резисторы с постоянным и переменным сопротивлением. По типам они подразделяются на проволочные, тонкопленочные, толстопленочные и объемные. Только непроволочных рези­сторов в СНГ методами порошковой металлургии свыше 70 разновидностей.

К резисторам предъявляется широкий комплекс требований:

1. Допуск по номинальному значению сопротивления, регламентированный ГОСТ 103—74.

2. Температурный коэффициент электросопротивления (ТКС).

3. Номинальная мощность рассеяния W_H0M — допустимая электрическая нагрузка в течение гарантированного срока службы при заданной гарантиро­ванной стабильности электросопротивления. Удельная мощность рассеяния W_HQJV определяется отношением номинальной мощности рассеяния к объему резистора.

4. Предельное рабочее напряжение. Оно определяется уровнем тепловыделения при пропускании тока, за грани­цами которого наступает электрический пробой, а также возможными локаль­ными тепловыделениями, приводящими к очаговому разрушению.

5. Коэффициент напряжения — относительное изменение сопротивления
резистора, измеренного при напряжениях, соответствующих 10 и 100 % его
номинальной мощности рассеяния.

6. Коэффициент электростарения

7. Коэффициент увлажнения (влагостойкость).

8. Электродвижущая сила шумов, появляющаяся на выводах резистора, небольшая переменная составляющая напряжения, обусловленная флуктуациями контактных поверхностей и, как следствие, беспорядочными контакт­
ными сопротивлениями на границах проводящих частиц или кристаллов —
недостаток, свойственный главным образом непроволочным резисторам. ЭДС шумов для объемных постоянных резисторов не должна превышать 10 мкВ/В, а для переменных — 10 мкВ/В.

9. Сохраняемость резистора — способность сохранять уровень эксплуата­ционных параметров в условиях длительного хранения. Кроме удовлетворения этим специфическим требованиям непроволочные резисторы должны обладать возможно большими электросопротивлением и величиной рассеиваемой мощно­сти, малыми температурным коэффициентом электросопротивления (ТКС), коэффициентом термического расширения (КТР) и высокой термостойкостью.

Токовые шумы резисторов, возникающие вследствие процессов возбужде­ния и рекомбинации носителей тока, и тепловые шумы, связанные с флуктуа-ционными изменениями объемной концентрации электронов в токопроводящем слое, обусловленными тепловым движением, должны быть минимальны.

Объемные резисторы

Объемные резисторы содержат в качестве токопроводящего элемента ком­позиционный материал гетерогенного строения, состоящий из проводящей компоненты, органического или же неорганического связующего, наполнителя, пластификатора и отвердителя.

Регулирование величины ТКС резисторов осуществляют подбором соста­вов проводящей компоненты и керамической связки, существенно отличающихся величиной КТР. При более высоких значениях КТР проводящей компоненты при повышении температуры образуются дополнительные мостики проводимой сти вследствие уменьшения контактных зазоров между частицами проводящей фазы, в результате чего ТКС приобретает отрицательные значения. При обрат­ном соотношении КТР проводника и связки ТКС может стать положительным. Соответствующим подбором состава токопроводящего композита регулируют знак и величину ТКС, вплоть до нулевого его значения.

По такому же принципу конструируют и высокоомные компенсаторы, выбо­ром состава которых удается в них реализовать ТКС или равный нулю в желае­мом интервале температур, или же того или иного знака.

В низкоомных компенсаторах величина и знак ТКС в желаемом интервале температур обеспечиваются рациональным сочетанием металлической и полу­проводниковой составляющих в композите типа сэндвича либо другого строения. Объемные резисторы подразделяют на два типа: СПО и ТВО. Пер­вые — с переменным сопротивлением и вторые — с постоянным сопротив­лением, отличающиеся повышенной теплостойкостью и влагостойкостью. Прин­ципиальное различие этих типов резисторов в том, что резисторы с переменным сопротивлением имеют токопроводящий слой, сохраняющий электрический контакт со средой, в частности со смещаемой щеткой. В резисторах с постоян­ным сопротивлением токопроводящая фаза в смеси с изолирующей керамиче­ской заключена полностью в объеме стеклоэмалевой связки.

Технология изготовления объемных резисторов обоих типов на керамиче­ской связке достаточно близка и сводится к подготовке смеси порошков токопроводящей компоненты, наполнителя с высоким сопротивлением и стеклоэмали и их напрессовке на керамическую основу.

Варьирование фазового и химического составов и технологического режима изготовления позволяет изменять удельное сопротивление резистора в преде­лах 10~²—10¹¹ Ом, обеспечивая требуемое низкое значение ТКС в рабочем ин­тервале температур. Широкое распространение получили объемные резисторы, в которых в качестве проводящей компоненты служит порошковый графит и сажа на органической связке (тип СПО). Дешевизна в изготовлении является их основным преимуществом., Однако они недостаточно термостойки и влаго­стойки, а также имеют сравнительно высокий ТКС.

В графитокерамических резисторах (тип «Керакс»), изготавливаемых мето­дом высокотемпературного спекания, указанные выше недостатки в извест­ной мере устранены. В них з качестве связки и наполнителя используют глину и в технологии — высокотемпературное спекание или горячее прессо­вание.

В объемных резисторах в качестве токопроводящей компоненты кроме угля и графита используют простые и сложные карбиды (Сг₂₃С_б, Мо₂С).