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).