www.mexanik.ru

ВВЕДЕНИЕ

В электротехнике и электронике широко применяются различные материалы с заданным уровнем электропроводности, специфическими полупроводниковыми, магнитными, теплофизическими, термомеханическими и химическими свойствами.

Эти материалы используют для изготовления токоподводов, контактов, электродов, резисторов, полупроводниковых элементов, электроизоляторов, эмиттеров, магнитопроводов, постоянных магнитов и других компонентов электротехнических и электронных устройств, широкое применение которых в народном хозяйстве во многом предопределяет техническое перевооружение основных видов производства в нашей стране.

Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года, принятые на XXVI съезде КПСС, предусматривают увеличение производства новых материалов и изделий на основе металлических порошков и тугоплавких соединений.

Кроме того, будет уделено особое внимание разработке и освоению выпуска электротехнического оборудования с меньшим удельным расходом цветных металлов и других материалов. Решение этих задач требует интенсивного внедрения новых материалов со специальными электрофизическими и магнитными свойствами.

Значительная часть металлических и полупроводниковых материалов может быть получена кристаллизацией расплавов с последующей механической и термической обработкой либо осаждением из газовой фазы. Однако во многих случаях наиболее экономичными или вообще единственно возможными оказываются методы и процессы порошковой металлургии и керамической технологии, при которых формирование структуры и получение заданных свойств материалов происходят в результате уплотнения одной или нескольких порошкообразных компонент без плавления наиболее тугоплавкой фазы или вообще без участия жидкой фазы.

Использование порошковой технологии позволяет получать прессованием и спеканием готовые изделия, не требующие последующей механической обработки.

Чрезвычайно важным преимуществом этого метода является возможность создания разнообразных композиционных материалов, в которых сосуществуют структурные составляющие, выполняющие строго определенные функции. Сочетание различных фаз в определенных количественных соотношениях и, с определенным характером их распределения позволяет реализовать в подобных многофазных материалах новые свойства, недостижимые в материалах, получаемых традиционными металлургическими способами.

Методы порошковой металлургии и керамической технологии позволяют широко использовать наиболее тугоплавкие химические соединения и металлы для получения электротехнических материалов при температурах, намного более низких, чем температуры их плавления.

Порошковая технология может дополняться процессами нанесения покрытий, прокатки, экструзии, прессования в магнитном поле, диффузионной сварки, пайки и других методов соединения разнородных материалов, что открывает широкие возможности получения композитов с анизотропными физическими свойствами, а также изделий, имеющих сложную макроструктуру, в которых оптимальным образом совмещены различные по своей природе и функциональной нагрузке материалы. С учетом таких широких возможностей открываются перспективы создания принципиально новых материалов электротехнического назначения с существенно более высокими физическими свойствами и эксплуатационными характеристиками.

Материалы и изделия, получаемые способами порошковой технологии, могут быть разделены на несколько групп в зависимости от их свойств, которые обусловлены способами получения и определяют специфику и целесообразность применения рассматриваемых материалов. Ниже представлена классификация материалов электротехнического назначения по их специфическим свойствам либо в зависимости от технико-экономического эффекта.

Характеристика изделий
Изделия точной формы, не требующие механической обработки после прессования и спекания, что существенно снижает их стоимость и повышает технологичность процесса производства в результате его автоматизации.
Изделия, специфические свойства которых определяются высокой дисперсностью порошков, не рекристаллизующихся при уплотнении.
Изделия из тугоплавких металлов и тугоплавких соединений, получаемых спеканием в твердой фазе.
Изделия из композиционных материалов, получаемые спеканием разнородных по свойствам порошков.
Изделия из спеченных материалов, основная фаза которых плавится инконгруэнтно, диссоциирует или претерпевает при атмосферном давлении фазовые переходы с существенным изменением объема.

Изделия с анизотропной структурой, формирующейся в результате:
прессования в магнитном поле;
совместной прокатки или экструзии разнородных материалов.

Виды материалов и изделий
а. Магнитопроводы из железа, сплавов железо—фосфор, железо—кремний, пермаллоя, супермаллоя, ферритов и других магнитомягких материалов.
б. Постоянные магниты из сплавов альнико и сплавов Fe—Со—Сr и других магнитотвердых материалов.
в. Коллекторные пластины из спеченной меди.
г. Контакты из спеченного серебра.
а. Постоянные магниты из ферритов, из однодоменных микропорошков железа и сплавов железо—кобальт и РЗМ—кобальт.
б. Таблеточные геттеры из микропорошков титана.
а. Изделия из спеченных вольфрама, молибдена, тантала, ниобия.
б. Электронагреватели, электроды, эмиттеры из спеченных тугоплавких соединений.
в. Электроизоляторы из спеченных окислов и неметаллических нитридов.
а. Электрические контакты, электроды, токоподводы из псевдосплавов и керметов.
б. Керамические резисторы и поглотители энергии, содержащие электро­проводные фазы и диэлектрические компоненты.
в. Магнитодиэлектрики.
а. Оптическая керамика из окислов лантаноидов
б. Керамика из неметаллических тугоплавких соединений (SiC, Si3N4, BN, A1N).
а. Постоянные магниты.
б. Биметаллические изделия.

Представленные выше сведения позволяют определить следующие основные преимущества порошковой технологии:
1. Возможность улучшения технико-экономических показателей производства вследствие исключения операций механической обработки; снижения количества отходов материалов при производстве изделий; автоматизации процесса производства; снижения температур термообработки и связанного с ним упрощения термического оборудования благодаря использованию высокодисперсных порошков, обладающих повышенной спекаемостью.

2. Повышение или получение новых свойств и эксплуатационных характеристик материалов и изделий сочетанием разнородных по свойствам фазовых составляющих; формированием специфических ультрадисперсных и анизотропных структур.

Перспективность и целесообразность применения спеченных материалов в электротехнике и электронике подтверждена многочисленными положительными результатами разработок и исследований свойств и технологических характеристик изделий, получаемых методами порошковой технологии.

В настоящем справочнике собраны и классифицированы данные о различных металлических, псевдосплавных, керамико-металлических и керамических материалах со специальными электрофизическими и магнитными свойствами, получаемых методами порошковой технологии.

В справочнике не рассмотрены те группы неорганических материалов, которые получают в основном методами кристаллизации расплавов (проводниковые сплавы, полупроводники и сверхпроводящие материалы).

Следует отметить, что изданная до настоящего времени справочная литература не отражает современного состояния проблемы использования спеченных материалов в электротехнике и электронике. В вышедших ранее справочниках по электротехническим материалам в небольшом объеме представлены сведения о спеченных магнитных, электроконтактных и электроизоляционных материалах в основном отечественного производства, как правило, по результатам публикаций 10—15-летней давности (см., например, «Справочник по электротехническим материалам», тт. 1—3. Под ред. Ю. В. Корицкого, В. В. Пасынкова, Б. М. Тареева. М.: Энергия, 1976). В таких справочниках практически отсутствует информация по материалам со специальными электрофизическими свойствами на основе бескислородных тугоплавких соединений (карбиды, бориды, нитриды, силициды).

В предлагаемом читателю справочнике использована новая, ранее не обобщенная информация, полученная из научных статей, обзоров, проспектов фирм, отечественных и зарубежных стандартов о свойствах и областях применения спеченных материалов, а также о конструктивных особенностях и номенклатуре изделий, изготовленных из этих материалов.

В связи с тем что порошковая технология позволяет реализовать уникальные структурные состояния материалов, во многих случаях определяющие качественно новые их свойства, авторы считают необходимым изложить физические принципы и технологические особенности получения спеченных материалов, а также методы управления их структурой и свойствами.

Такого рода информация даст возможность читателю не только использовать данные о физических свойствах, но и оценить технико-экономические аспекты производства тех или иных материалов применительно к определенной отрасли промышленности.

Отдельная глава справочника посвящена свойствам металлов и соединений, являющихся основой спеченных материалов. В этой главе особое внимание уделено характеристикам порошков, поскольку свойства спеченных изделий во многом определяются дисперсностью, химическим и фазовым составом, конфигурацией частиц порошка и тесно связанными с этими факторами удельной поверхностью, насыпной массой, текучестью, прессуемостью и пр.

Несмотря на то что многие виды и марки порошков не стандартизованы, мы постарались обобщить известную нам информацию и сравнить физические свойства и эксплуатационные характеристики порошков металлов и тугоплавких соединений, производимых в различных организациях и фирмах.

Необходимо подчеркнуть, что в ряде случаев порошки можно рассматривать как готовые материалы, свойства которых определяются дисперсностью и формой частиц, например магнитоабразивные материалы, магнитные смазки и наполнители магнитных муфт, геттеры и пр. Большая часть справочника посвящена описанию свойств, характеристик изделий, полученных методами порошковой технологии, их областей применения. Эти сведения обобщены в семи главах.

Авторы справочника сочли необходимым предпослать указанной части специальную главу, в которой дан обзор современных методов измерения электро­физических и магнитных свойств материалов. При этом особое внимание уделено тем методикам, особенности которых определяются специфическими строением и свойствами порошковых материалов. В этой главе даны рекомендации относительно выбора оптимальных методов измерения вышеуказанных свойств спеченных материалов.

В последующих главах излагаются сведения о спеченных материалах и изделиях, причем содержание этих глав продиктовано стремлением классифицировать материалы по принципу специфики их применения.

Предлагаемое издание рассчитано на научных сотрудников и инженерно-технических работников, занимающихся разработкой материалов и конструированием электротехнической и электронной аппаратуры. Поэтому в справочнике основное внимание уделено свойствам, характеристикам изделий и областям применения спеченных материалов, а также вопросам их технологии.

Привлечение сведений из каталогов зарубежных фирм позволит читателю получить информацию о наличии или отсутствии аналогов среди отечественных и зарубежных спеченных материалов, что даст возможность принимать решения о замене отдельных деталей или узлов в импортной аппаратуре отечественными изделиями. С другой стороны, представленная в справочнике информация позволит сделать выводы о необходимости использования в отдельных случаях зарубежных материалов или необходимости проведения в СССР разработок, направленных на повышение свойств отечественных материалов и изделий.

Книга снабжена поисково-справочным аппаратом, включающим список использованной литературы (по главам), и предметный указатель.

Назад, на страницу описания