1 2. Проводниковые материалы

2 Проводниковые материалы - это материалы, хорошо проводящие электрический ток при приложении внешнего электрического поля Е. В качестве проводниковых материалов в технике используется, в основном, два класса проводников. Твердые проводники с электронной проводимостью (проводники первого рода). К ним относятся металлы, сплавы, углеродистые материалы. Жидкие проводники (проводники второго рода). К этому виду проводниковых материалов относятся расплавленные и жидкие металлы (галлий, ртуть), различные электролиты.

3 Правило Матиссена для сплавов Удельное электросопротивление металла со статическими дефектами определяется правилом Матиссена = т + ост, (2.12) где т - составляющая удельного электросопротивления, обусловленная рассеянием электронов на тепловых колебаниях решетки, ост - остаточное электросопротивление, обусловленное рассеянием электронов на точечных и линейных дефектах. При этом величина ост практически не зависит от температуры Т. Поэтому температурная зависимость удельного электросопротивления сплава =f(Т) характеризуется более слабым изменением, чем чистого металла. Температурный коэффициент электросопротивления (ТКС) сплава определяется только относительным изменением составляющей электросопротивления т /, обусловленной рассеянием электронов на тепловых колебаниях решетки, происходящим при изменении температуры Т, и выражается соотношением,1/K

4 В сплавах с ростом концентра- ции примесей удельное электро- сопротивление сплава возра- стает за счет увеличения состав ляющей ост. Соответственно, ТКС сплава с ростом концен- трации дефектов уменьшается.

5 Электросопротивление тонких плёнок Характеристикой электросопротивления тонких пленок с толщиной d более 0,1 мкм является сопротивление квадрата поверхности ( кв ), Ом, (2.14) где d - толщина пленки; - удельное электросопротивление пленки данной толщины, Ом×м.

6 Формулы для расчёта электросопротивления Общее электросопротивление пленочного проводникового элемента рассчитывается по формуле, Ом, где l - длина пленки, мм; b - ширина пленки, мм. Для тонкослойных резисторов величина кв находится в пределах Ом. Сопротивление проволочного резистивного элемента определяется соотношением, Ом, где - удельное сопротивление проводника, Ом·м, l - длина проводника, м; S – плошадь поперечного сечения, м 2.

7 Классификация проводниковых материалов 1. Проводниковые материалы с малым электрическим сопротивлением =( )×10 -6 Ом×м). К ним относятся: материалы для моточных изделий, проводного монтажа, печатных и пленочных проводников; металлы и сплавы для электрических контактов; припои. 2. Проводниковые материалы с удельным электросопротивлением более 0,2×10 -6 Ом×м: высокоомные сплавы и материалы для проволочных резисторов; материалы для пленочных резисторов; сплавы для выводов электровакуумных и полупроводниковых приборов. 3. Сверхпроводящие материалы: чистые металлы; интерметаллические и химические соединения металлов; керамические материалы.

Проводниковые материалы для моточных изделий, проводного и печатного монтажа

9 Чистые металлы для проводников Медь (Cu) плавится при температуре 1083 о С и кристаллизуется в ГЦК решетку. Является наиболее распространенным проводниковым материалом, поскольку имеет малое значение удельного электросопротивления, составляющее (0, ,018)×10 -6 Ом×м. Лучшими проводниковыми свойствами обладает только серебро ( Ag =0,016×10 -6 Ом×м). Медь характеризуется достаточно высокой механической прочностью, сопротивление разрыву достигает МПа. Обладая высокой пластичностью (предел текучести МПа) медь хорошо протягивается в проволоку, прокатывается в листы и ленты.. В результате протяжки из меди получают два вида неизолированной проволоки диаметром 0, мм: МТ, твердая неотожженная, предел текучести МПа, при изгибе несколько пружинит; ММ, мягкая отожженная, предел текучести МПа. Мягкую медную проволоку используют для изготовления обмоточных проводов, жил, кабелей. Алюминий (Al) плавится при температуре 657 о С и кристаллизуется в ГЦК решетку. Удельное электросопротивление алюминия в 1,6 раза выше, чем у меди и составляет 0,0283×10 -6 Ом×м. Однако алюминий в 3,5 раза легче меди. Механические свойства алюминия примерно в 3 раза ниже, чем у меди. Путем протяжки из этого материала получают следующие марки неизолированной алюминиевой проволоки: АТ, твердая, диаметр провода 0,08...1,0 мм; АПТ, полутвердая, диаметр 0, мм; АМ, мягкая, диаметр 0, мм.

10 Обмоточные провода с эмалевой изоляцией В качестве эмалевых покрытий проводов применяются различные электроизоляционные лаки: лак винифлекс (ВЛ-931) представляет собой раствор поливинилформальэтиланевой и резольной фенолоформальдегидной смол в смеси этилцеллозольва и технического хлорбензола (растворитель РВЛ). Лаковое покрытие винифлекс не плавится и не размягчается при нагреве, сохраняя гибкость и эластичность; лак металвин (ВЛ-941) по качеству лакового покрытия превосходит винифлекс, в частности, по устойчивости к воздействию органических растворителей и воды; полиэфирный лак (ПЭ-939, ПЭ-943) получается при взаимодействии глицерина и расплавленной полиэфирной смолы (лавсан). Нагревостойкость проводов с изоляцией этими лаками соответствует 130 оС; полиэфиримидный лак ПАК-1 и полиуретановый лак УЛ-1 обеспечивают более высокую нагревостойкость изоляции - до 155о оС; масляные лаки - лаки на основе высыхающих тунговых и льняных масел. В качестве растворителя используется керосин. Лаковые покрытия имеют высокие электроизоляционные параметры, сравнительно невысокую механическую прочность и стойкость к растворителям. В настоящее время покрытия на основе масляных лаков используются при изготовлении около 5% принятых к производству проводов.

11 Основные характеристики обмоточных проводов Марка провода Характеристика изоляцииДиаметр проволоки, мм Т max, С ПЭВ-1Один слой высокопрочной эмали ВЛ-931 0,02 2,5 105 ПЭВ-2Два слоя высокопрочной эмали ВЛ-931 0,06 2,5 105 ПЭВЛ Высокопрочная эмаль и обмотка из лавсановой нити 0,02 1, ПЭВТЛ-1 Один слой высокопрочной полиуретановой эмали 0,05 1, ПЭТ-155Лак ПЭ-955 на полиэфиримидной основе 0,06 2,5 155 ПСДК Два слоя обмотки из стекловолокна с пропиткой кремнийорганическим лаком 0,5 5,2 180 ПНЭТ Высокопрочная нагревостойкая эмаль на основе полиамидов 0,06 2,5 220

12 Провода с эмалево-волокнистой, пластмассовой и пленочной изоляцией Провода изготавливаются из меди и используются для изготовления обмоток высокочастотных катушек индуктивности, трансформаторов и дросселей, работающих на повышенных частотах. Наибольшее распространение получили следующие марки проводов с эмалево-волокнистой изоляцией: ПЭЛШО - медный круглый, изолированный лаком, с обмоткой шелковыми нитями; ПЭЛО - медный круглый, изолированный лаком, с обмоткой полистирольными нитями; ПЭТВЛО, ПЭЛШКО изолированы нагревостойким лаком с одним слоем обмотки полиэфирными или капроновыми нитями; ПЭВТЛЛО - лудящийся, изолированный полиуретановым лаком и обмоткой полиэфирными нитями. Специальные высокочастотные провода с эмалево-волокнистой изоляцией ("литцендраты") состоят из нескольких проволок (например, типа ПЭЛ), изолированных лаком, с общим покрытием дополнительной волокнистой изоляцией. К таким проводам относятся: ЛЭШО - с обмоткой шелковыми нитями; ЛЭШД - с двухслойной (двойной) шелковой обмоткой; ЛЭЛО и ЛЭЛД - с однослойной и двухслойной обмоткой полиэфирными нитями; ЛЭТЛО - теплостойкий провод.

13 Монтажные провода и кабели Для междублочных соединений используют плоские кабели. Прессованный плоский кабель представляет собой совокупность одинаковых сплющенных медных проводников, запрессованных в гибкий диэлектрик из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) или полиэтилена (рис. 2.3).

14 Плетеные плоские кабели представляют из себя совокупность проводов, переплетенных связующей изолирующей нитью из лавсана или капрона и предназначены для выполнения фиксированного и гибкого монтажа. Для изготовления плетеных кабелей используют одножильные и многожильные провода диаметром 0,06...0,35 мм: ПЭВТЛК - с полиамидной изоляцией; МГТФ - провод с фторопластовой изоляцией; МГШВ, МШВ - провода с ПВХ изоляцией. Тканые плоские кабели выполнены в виде отрезков ткани, вырабатываемой из электропроводящих и диэлектрических нитей. Таким образом, возможно изготовить кабели, в которых провода выходят из кабеля в точках монтажа для подключения необходимых радиокомпонентов. В качестве электропроводящих нитей используется неизолированная проволока из меди марки ММ, а также самолудящийся провод ПЭВТЛК в полиуретановой и полиимидной изоляции. Диэлектрические нити изготавливают из полиэтилена, стекловолокна или капрона диаметром 0,1...0,25 мм. Полученное изделие называется тканевым устройством коммутации (ТУК), или тканевой объединительной платой (ТОП). Соединение электропроводников в контактных узлах осуществляется через элементарные ячейки сетки с помощью контактной или диффузионной сварки. К недостаткам ТУК относится трудность выявления монтажных точек на поверхности ткани, а также невысокая точность изготовления и низкая ремонтопригодность изделия.

15 Гибкие печатные кабели и шлейфы Гибкие печатные кабели и шлейфы - это кабельные соединения, выполненные методом пленочной технологии на гибких изоляционных подложках и предназначенные для передачи высокочастотных сигналов. В качестве основы используются гибкие диэлектрические пленки толщиной мкм из лавсана, фторопласта или полиимида (рис. 2.4). Нанесение проводников на поверхность диэлектрической основы гибкого печатного кабеля осуществляется в следующей последовательности: сплошное вакуумное осаждение подслоя пленки сплава Cr-Cu толщиной мкм; вытравливание рисунка проводников шлейфа, ширина проводника мкм; гальваническое наращивание на поверхность проводников подслоя проводниковой меди толщиной мкм; электрохимическое наращивание на поверхность проводников защитного слоя из сплавов системы Sn- Bi, Sn-Ni или Sn-Pb; защита поверхности шлейфа слоем полиимидного лака толщиной мкм.

16 Радиочастотные коаксиальные кабели Радиочастотные коаксиальные кабели предназначены для соединения передающих и приемных антенн с радио- или телевизионной станцией, соединения отдельных блоков РЭС, а также для межприборного и внутриприборного монтажа радиотехнических устройств, работающих на частотах свыше МГц. Основные разновидности конструкций коаксиальных кабелей представлены на рис Различают три типа коаксиальных кабелей: РК - радиочастотные коаксиальные кабели (рис. 2.5а); РД - радиочастотные симметричные кабели, двухжильные или из двух коаксиальных пар (рис. 2.5б); РС - радиочастотные кабели со спиральными проводниками, коаксиальные и симметричные (рис. 2.5в). Значения волнового сопротивления выбираются из ряда 50, 75, 100, 150, 200, 300,..., 3200 Ом. Внутренний проводник коаксиального кабеля изготавливается из меди и является одножильным или многожильным (семипроволочным).

Металлы и сплавы для электрических контактов

18 Проводниковые материалы для токоведущих и упругих элементов контактных устройств Латуни - это сплавы системы Cu-Zn с содержанием % цинка. Цинк кристаллизуется в ГПУ решетку и характеризуется ограниченной растворимостью в меди. Практическое применение нашли сплавы Л85 и Л80, содержашие 15 и 20% Zn, соответственно. Удельное сопротивление латуней =(0,05...0,06)×10 -6 Ом×м, что в 3 раза превышает сопротивление чистой меди. Бронзы характеризуются более высокими упругими свойствами, чем латуни. К бронзам относятся сплавы системы Cu-Sn (3... 6% Sn). Находят также применение алюминиевые бронзы Cu-Al (около 5% Al), а также кремнистые бронзы Cu-Si (1...3% Si). Для улучшения характеристик бронз в них, кроме перечисленных элементов, добавляют в небольшом количестве фосфор, цинк, никель, марганец, железо. Сплавы бронзы в технической документации обозначаются буквами Бр с указанием дополнительных легирующих элементов и их концентрации. При этом пользуются следующими условными обозначениями легирующих элементов: О- олово, А-алюминий, К-кремний, Ф-фосфор, Ц-цинк, Н-никель, Мц-марганец, Ж- железо, Б-бериллий, Т-титан. Широкое практическое применение нашли бронзы марок БрОЦ4-3 (содержит 4% Sn и 3% Zn), БрА7 (7% Al), БрКМц3-1 (3% Si и 1% Mn), БрБ2 (2% Be) - бериллиевая бронза. После термообработки изделия из бронзы имеют в 1,25...1,5 раза более высокий модуль упругости, чем латуни. Однако удельное электрическое сопротивление лент, пружин, токоведущих деталей из бронзы выше, чем у латуни примерно в 2 раза и составляет (0,09...0,27)×10 -6 Ом×м.

19 Материалы для изготовления слаботочных контактов Серебро (Ag). Используется серебро марок Ср ,9. Серебро является полублагородным металлом. Это мягкий материал белого цвета, кристаллизующийся в ГЦК решетку. Температура плавления серебра равна 960,5 о С, удельное электросопротивление составляет 0,016×10-6 Ом×м, плотность 10,5×103 кг/м3. Золото (Au) применяют для покрытий при очень высоких требованиях к надежности электрического контакта. Используется золото марок Зл ,9. Золото пластичный металл желтого цвета, кристаллизуется в ГЦК решетку. Температура плавления золота равна 1063 о С, удельное электросопротивление равно 0,022×10-6 Ом×м, плотность 19,3×103 кг/м3. Сплавы системы золото-серебро, например ЗлСр (60% Au, 40% Ag), а также сплавы системы золото-никель ЗлН95-5 (95% Au, 5% Ni). Палладий (Pd) не относится к благородным металлам, но обладает хорошими электрическими свойствами и в раз дешевле, чем золото. В качестве контактного покрытия используется палладий марок Пд99,7...99,8. Платина (Pt). Платина - это пластичный металл белого цвета, кристаллизующийся в ГЦК решетку. Температура плавления платины составляет 1773 оС, удельное электросопротивление достигает 0,105×10-6 Ом×м, плотность равна 21,4×103 кг/м3. Практическое применение получили сплавы систем Pt-Ni, Pt-Ir и Pt-Rh. Никель, иридий и родий образуют с платиной твердые растворы. Иридий (Ir) - редкий металл, кристаллизующийся в ГЦК решетку, имеет температуру плавления 2410 оС и удельное электросопротивление 0,054×10-6 Ом×м. Плотность иридия 22,4×103 кг/м3, а твердость почти в четыре раза выше, чем у платины. Добавка иридия в платину в количестве % позволяет получить сплавы марок ПлИ-10 (10% Ir) и ПлИ-25 (25% Ir). Родий (Rh) применяется как самостоятельный контактный материал. По своим характеристикам он близок к иридию, но гальванические покрытия из родия обладают исключительной твердостью и износостойкостью. Их твердость в 10 раз выше, чем у серебра или золота.

20 Основные физические параметры контактных материалов МатериалУдельное электрическое сопротивление, 10 –6 Ом мм Поверхностная твердость по Бринелю Н Б, ~ГПА (Н/мм 2 ) Модуль упругости Е, ~ГПА (10 4 Н/мм 2 ) Золото240,185 (185)84 (8,4) Платина1050,5 (500)0,0154 (0,00154) Палладий1070,8 (800)0,0119 (0,00119) Серебро160,25 (250)77 (7,7) Родий450,1 (1000)300 (30) Медь16,72 0,4 1,2 ( ) 112 (11,2) Никель700,73 (730)210 (21) Бронза БрКМц ,7 1,9 ( ) 120 (12) Бронза БрОФ 6,5-0, ,6 2 ( ) (5 10) Бронза БрБ270 3,78 4 ( ) 130 (13) Бронза БрОЦ ,5 1,7 ( ) (9 12) Латунь Л-63741,2 (1200) (9 12)

Припои и флюсы ПОС-61 (Т пл =190 о С), содержит 61% олова и 0,8% сурьмы, применяется для пайки выводов радиокомпонентов и полупроводниковых приборов; ПОС-40 (Т пл = о С), содержит 40% олова и 1,5...2% сурьмы, используется для пайки токопроводящих деталей, проводов, наконечников; ПОСК (Т пл =145 о С), содержит 50% олова и 18% кадмия, применяется для пайки деталей, чувствительных к перегреву; ПСрОС-3-58 (Т пл =190 о С), содержит 3% серебра и 58% олова, применяется для лужения (поверхностного покрытия) пассивной части (проводников) интегральных схем, предварительно покрытой золотом или серебром Припои делят на две группы - мягкие, с температурой плавления ниже 300 oС и твердые, с температурой плавления выше 300 o С. Временное сопротивление разрыву мягких припоев составляет величину МПа, а для твердых припоев эта величина больше и равна МПа. Следовательно, механическая прочность твердых припоев выше, чем мягких.

Проводниковые материалы с высоким электрическим сопротивлением

23 Проволочные высокоомные материалы Манганин марки МНМц3-12 содержит 3% Ni, 12% Mn, остальное медь. Удельное электросопротивление манганина равно (0,4...0,5)×10 -6 Ом×м, а ТКС=(0,01..0,1)× /K. Увеличение содержания марганца в манганине до % ведет к повышению удельного электросопротивления до 2×10 -6 Ом×м, а ТКС становится отрицательным и уменьшается до минус 1× /К. На основе манганина выпускается манганиновый провод диаметром от 0,02 до 1,00 мм. Провода выпускаются с эмалевой изоляцией (ПЭВМТ, ПЭММ, ПЭМТ, ПЭМС) и с дополнительной изоляцией шелком (ПЭШОММ, ПЭШОМТ). Константан марки МНМц40-1,5 содержит 40% Ni и 1,5% Mn, остальное медь. Удельное электросопротивление константана составляет (0,45...0,52)×10 -6 Ом×м, а ТКС равен (-0,2...+0,6)× /К. Выпускаются эмалированные провода из твердых и мягких сортов константана марок ПЭВКТ, ПЭВКМ, ПЭКМ, ПЭКТ, провoда с эмалево-волокнистой изоляцией марок ПЭШОКМ, ПЭШОКб, нагревостойкий провод со стеклоизоляцией марки ПОЖКМ. Нихромы. Нихромовая проволока используется для изготовления гасящих резисторов и нагревательных элементов. Наиболее распространен нихром марки Х20Н80, содержащий 20% Cr и 80% Ni. Удельное электросопротивление нихрома 1,1×10 -6 Ом×м, а ТКС выше, чем у манганина и константана и составляет 0,9× /К. Выпускаются нихромовые провода с эмалевой изоляцией марок ПЭВНХ, ПЭНХ, ПЭТНХ, жаростойкие со стеклоизоляцией марки ПЭЖ-НХ диаметром 0,02...1,2 мм.

24 Высокоомные материалы для плёночных резисторов

25 Материалы для тонкоплёночных резисторов Кремниевые резистивные сплавы марки РС - это измельченные в порошок сплавы системы Si-Cr-Ni-Fe. Выпускаются сплавы марок РС-4800, РС-3710, РС-3001, РС-1714, РС-1004 и др. В обозначении сплава две первых цифры указывают номинальное содержание основного легирующего компонента в процентах - хрома или никеля. Две последние цифры обозначают содержание в процентах другого легирующего элемента, обычно железа. Например, сплав РС-4800 содержит 48% Cr, остальное Si (52%), в сплаве РС-1714 содержится 17% Cr, 14% Fe, 69% Si, а сплав РС содержит 10% Ni, 4% Fe, 86% Si. Температура плавления кремниевых резистивных сплавов достигает С. Резистивные пленки в зависимости от состава характеризуются широким диапазоном значений удельного электрического сопротивления квадрата поверхности Ом при значении ТКС=2× /К. Удельная мощность рассеяния полученных резистивных элементов достигает 5 Вт/см 2. Металлосилицидные сплавы марки МЛТ представляют собой многокомпонентные сплавы системы Si-SiO 2 -Fe-Cr-Ni-Al-W и содержат % Si. Выпускается 12 марок этого сплава, отличающихся составом и электрическими характеристиками изготовленных из них резисторов. Например, для напыления тонкопленочных резисторов интегральных схем широко применяется сплав МЛТ-3М. Предельные значения параметров изготовленных резисторов: кв = Ом, ТКС=(1,2...2,4)× /К, Руд

26 Материалы для толстоплёночных резисторов Распространенным материалом для толстопленочных резисторов является смесь порошков чистых металлов Ag и Pd и их окислов AgO-PdO. Исходная паста содержит также стекло марки 660а и органическое связующее. В процессе отжига происходит частичное окисление Pd до PdO, а также образование твердого раствора Ag-Pd. Сформированные на подложке в результате отжига паст толстопленочные резистивные элементы имеют сложную структуру. Она состоит из стеклообразной фазы, содержащей хорошо проводящие зерна оксидов AgO, PdO и сплава AgPd. Электропроводящие зерна имеют аморфную структуру с размером частиц 0, мкм. Условное обозначение марок серебропалладиевых паст на основе стекла 660а состоит из букв ПР (паста резистивная) и числа через дефис, представляющего код сопротивления квадрата поверхности полученного резистора. Например, паста марки ПР-5 характеризуется rкв=5 Ом, пасты ПР-6К и ПР-1М имеют rкв, равные 6 кОм и 1 МОм, соответственно. Значение ТКС серебропалладиевых композиционных паст равно (-3,5...+9)×10-4 1/К. Высокая стоимость серебропалладиевых паст привела к тому, что были найдены более дешевые заменители серебра и палладия, являющиеся компонентами паст для изготовления толстопленочных резисторов. Композиционные толстопленочные резисторы на основе рутениевых паст системы Ru-RuO, а также RuPb-RuBi обладают более стабильным электросопротивлением, имеют меньшее значение ТКС равное (1,5...2,5)×10-4 1/К. Обозначение марок рутениевых резистивных паст осуществляется с помощью цифрового кода, начинающегося с цифры 5. Последующие две цифры обозначают порядок величины электросопротивления, последняя цифра представляет мантиссу значения электросопротивления. Например, резисторы, изготовленные на основе паст марок 5045 и 5061 имеют удельное электросопротивление 5×104 Ом/кв и 1×106 Ом/кв, соответственно. Разработана также рецептура резистивных паст на основе дешевых полупроводниковых оксидов SnO2+SbO5 (rкв= Ом, ТКС=( )×10-4 1/К), In2O3+Sb2O3 (rкв= Ом, ТКС=(9...13)×10-4 1/К), Te2O3 (rкв=0, Ом, ТКС=-( )×10-4 1/К). В качестве проводниковых паст в толстопленочных ИС используются Ag-Pd пасты марок ПП-1, ПП-3 (rкв=0,05 Ом) с высоким содержанием дисперсного серебра, пасты на основе меди (ПМП, rкв=0,01 Ом), пасты на основе алюминия (АП-2, rкв=0,03 Ом). Особенностью проводниковых паст является повышенная температура вжигания, достигающая оС

27 Материалы для выводов электровакуумных и полупроводниковых приборов Применяют сплавы, имеющие температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), близкий к ТКЛР стекла или керамики. Это необходимо для предотвращения растрескивания изоляторов при нагреве (охлаждении) электровакуумного прибора во время эксплуатации и хранения. Для подобных целей часто применяют сплавы системы Fe-Cr-Ni, например, 42Н6Х (42% Ni, 6% Cr). Сплав 42Н6Х характеризуется температурой плавления Т пл = 1400 о С, удельным электросопротивлением 0,9×10 -6 Ом×м и ТКЛР=9,1× /К, что соответствует ТКЛР свинцового стекла. Для изготовления выводов также применяют сплавы, называемые коваром и платинитом. Ковар - это сплав системы Fe-Ni-Co марки 29Н18К (29% Ni, 18% Co). Ковар имеет Т пл =1450 о С, =0,49×10 -6 Ом×м и ТКЛР=4,8× /К, что близко к ТКЛР тугоплавких стекол и керамики. Платинит - сплав системы Fe-Ni марки 43Н (43% Ni). Выпускается в виде проволоки марки П (с боратным покрытием) и ПМ (без боратного покрытия) диаметром 0,3...0,5 мм, представляющей собой сердечник, запрессованный в оболочку из меди. Используется для изготовления спаев со стеклами. Свое название платинит получил от платины, поскольку ТКЛР платины почти в точности соответствует ТКЛР платинита ((8...9)× /К).

Сверхпроводящие материалы

29 Классификация сверхпроводников 1. Наиболее известными сверхпроводниками являются олово (Т сп = =3,72 К), свинец (Т сп =7,2 К), ниобий (Т сп =9,2 К). У остальных металлов сверхпроводимость наблюдается или при охлаждении под очень высоким давлением - до Па, или в тонких пленках этих материалов. 2.Широкий класс сверхпроводников представляют сплавы, интерметаллические соединения и химические соединения металлов. Таких сверхпроводников известно более Наиболее известными из них являются соединение V 3 Ga (Т сп =14,8 К), станнид ниобия Nb 3 Sn (Т сп =18,0 К), германид ниобия Nb 3 Ge (Т сп =23,3 К). 3. Разработаны сверхпроводящие керамические материалы сложных химических составов на основе редкоземельных металлов, обладающих сверхпроводимостью при сравнительно высоких температурах, приближающихся к температуре жидкого азота. К ним относятся материалы La 1,8 Sr 0,2 CuO 4 (Т сп =36 К), La 1-x Ba x Cu y O 3-y (Т сп =56 К), YBa 2 Cu 3 O 6,5 (Т сп =82 К). В настоящее время налажен выпуск сверхпроводящих материалов в виде проволоки и лент, а также полуфабрикатов для изготовления на их основе тонких пленок методом пленочной микроэлектроники.

30 Природа сверхпроводимости

31 Эффект Мейсснера Это эффект вытеснения постоянного магнитного поля из объема сверхпроводника, При этом глубина проникновения магнитного поля в сверхпроводник составляет всего 1×10 -7 м. В свою очередь, магнитная проницаемость сверхпроводника становится равной нулю. Сверхпроводимость разрушается при превышении плотности тока в сверхпроводнике величины, равной критической. Критическая плотность тока J кр для различных сверхпроводников составляет 3× ×10 9 А/м 2. Аналогичный эффект дает увеличение напряженности внешнего постоянного магнитного поля, которое наводит ЭДС индукции и, как следствие, ток в сверхпроводнике. Если этот ток превышает критический, то сверхпроводимость также разрушается. Величина критического магнитного поля H кр, при котором разрушается сверхпроводимость, составляет А/м.

32 Виды сверхпроводников По отношению к влиянию магнитного поля различают две группы сверхпроводников. Сверхпроводники первого рода теряют свойство сверхпроводимости уже при слабых магнитных полях, достигающих А/м, и, соответственно, небольших критических плотностях тока. К сверхпроводникам первого рода относятся почти все чистые сверхпроводящие металлы. Сверхпроводники второго рода сохраняют сверхпроводящее состояние при более высоких внешних магнитных полях, достигающих 1×10 7 А/м. К сверхпроводникам второго рода относятся ниобий, ванадий, а также все сверхпроводящие сплавы и соединения. Сверхпроводник первого рода можно перевести в сверхпроводник второго рода путем создания в нем дефектов за счет деформации, или изготавливая его в виде тонкой пленки. Сверхпроводники с большой концентрацией дефектов называют жесткими. В таких сверхпроводниках наряду со сверхпроводящим состоянием присутствует и обычное проводящее. В технике низких температур наиболее широкое применение нашли жесткие сверхпроводники второго рода.

33