ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОНТАКТОВ ПРИ КОММУТАЦИИ
ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ
К. Акбаров
Ферганский филиал Ташкентского университета информационных
технологий имени Мухаммада ал-Хорезми
Исследования
электрофизических
свойств
полупроводников
показывают, что сульфид свинца и его твердые растворы обладают высокими
термоэлектрическими и тензометрическими свойствами. Термоэлектрическая
эффективность и коэффициент тензочувствительности полуэлементов
сульфида свинца зависят от технологии изготовления образцов и от
технологии коммутации.
В настоящее время NiSb, Co и Fe используются для коммутации
термоэлементов на основе PbS, поэтому целесообразно проведение
исследований с использованием NiSb, Co и Fe в качестве материалов для
непосредственного изготовления контактов.
В связи с этим были проведены исследования по изучению свойств
полуэлементов из сернистого свинца п-типа с подслоем NiSb, Co и Fe.
Была поставлена задача по изучению совместимости коммутационных
материалов (NiSb, Co, Fe)с сульфидом свинца при рабочих температурах
горячего спая термоэлемента 600, 650 и 700
0
С.
Основной задачей также является разработка технологии коммутации.
Основные требования к технологии изготовления полуэлементов состоят в
следующем: высокое качество коммутационных соединений – отсутствие
переходных сопротивлений и большая механическая прочность, высокая
технологичность в условиях научно-промышленного производства.
Существует ряд технологий изготовления термоэлементов на основе
сульфида свинца. Каждый из этих методов имеет ряд достоинства и
недостатков с точки зрения требований, предъявляемых к технологии
коммутации:
18
- гальванический метод используется для электролитического покрытия
кобальтом образцов в PbS п- и р-типа;
- методы диффузионного сращивания и реактивной диффузионной
сварки. Метод основан на процессе диффузионного сцепления хорошо
подогнанных и чистых поверхностей в твёрдом состоянии. Используя явление
усиления диффузионных процессов при реакции в твёрдом состоянии, можно
разработать разновидность этого метода – реактивное сращивание. Основное
преимущество этих методов заключается в возможности использования
рабочих и коммутационных материалов в наиболее компактном виде, что
обеспечивает максимальные электро-теплопроводящие характеристики.
Главным недостатком является трудоёмкость, связанная с необходимостью
тщательной обработки сращиваемых поверхностей, длительность процесса
сращивания.
- метод совместного прессования. Основным преимуществом этого
способа является то, что в результате простого процесса прессовки получается
готовый образец с контактом. Дальнейший процесс же изготовления
тензорезисторов из этих элементов, предусматривает применение метода
пайки.
Недостатком этого метода является несоответствие оптимальных
режимов прессования электрических и коммутационных материалов (NiSb,
Co, Fe, PbS). Однако несмотря на это, как показывают данные работы
сопротивление коммутации в рабочих режимах не превышает 7%.
Сопоставление обсуждаемых выше способов изготовления элементов,
требований и возможностей производства привели при их разработке на
основе сульфида свинца к изготовлению его следующими методами:
1.
Методом одновременного и совместного прессования порошков;
2.
Гальваническим методом;
3.
Диффузионным сращиванием.
Описываемыми
способами
были
изготовлены
контакты
к
синтезированному и естественному PbS.
Синтез материала для изготовление элементов производился по
известному технологию.
Для увеличения сцепляемости порошков при холодной брикетировке и
некоторой защиты их от окисления при горячем прессовании порошки всех
материалов «парафинируются».
Процесс холодного брикетирования. Для придания исходной формы и
определенной прочности элементу необходимой для быстрого проведения
процесса последующего «горячего» прессования навески порошков,
рассчитанных
из
экспериментально
найденных
удельных
весов
горячепрессованных
образцов
исходных
веществ,
в
нужной
последовательности засыпаются в металлические пресформы и подвергаются
одновременному холодному прессованию.
Процесс «горячего» прессования. Горячее прессование полученного
брикета велось при температуре 400
0
C в течении 3-х минут и при давлении
19
р=6т/см
2
. трехминутная задержка при температуре 400
0
С и давлении р=6т/см
2
обеспечивает спекание порошков и выгорания парафина.
Контроль качества элементов проводился по следующим параметрам: 1
– геометрические размеры; 2 – визуальная целостность; 3 – внутреннее
сопротивление. Визуальный контроль обнаруживает видимые трещины и
сколы.
Распределения вдоль длины элементов PbS с подслоем Со показывает,
что на контактах между кобальтом и сульфидом свинца практически нет
переходных сопротивлений: то же самое наблюдается на полуэлементах с
подслоем Fe.
Нами изготовлены и исследованы полуэлементы на основе PbS,
сущность которого заключается в том, что удаётся совместить возможность
использования коммутационных материалов, обладающих высокой
химической инертностью по отношению к термоэлектрическим материалам с
выполнением процесса коммутации при низких температурах. Процесс
коммутации при этом осуществляется методом пайки.
Для нанесения коммутационного подслоя Со к сульфиду свинца,
помимо метода одновременного и совместного прессования, последний
предварительно покрывался с помощью электролитического метода тонким
слоем кобальта толщиной ~13 микрон. Для электролитического осаждения Co
были использованы специальные рецепты. После очистки образцы
отжигались в вакууме при температуре ~250
0
С в течении нескольких часов.
Полученные таким образом полуэлементы сульфида свинца вместе с
кобальтовыми коммутационными пластинками заслуживались припоем Sn с
применением флюса.
Элементы из PbS, изготовленные данной технологией имели низкое
внутреннее сопротивление и высокие показатели.
Кроме того полученных образцов вырезаются тензорезисторы либо
алмазными, либо корундовыми дисками. Далее они подвергаются тонкой
шлифовке и толщина их подводится до 100-130 мк. Следующая операция
связана с изготовлением контактов к тензорезисторам к качество, которых
предъявляются особые требования. Так как исследование пьезоэффектов
сульфида свинца приводится как при малых, так и при больших деформациях
(10
-6
- 10
-3
ст.ед.), то свойства контактов не должна зависеть от деформации и
помимо этого они должны быть отличными. Методом изготовления контактов
совместной прессовкой мы уже говорили. Недостатком этого метода является
большой брак, получающийся при резке тензорезисторов с малой толщиной.
При исследовании одноосной деформации (при сжатии и растяжении)
массивных образцов этот метод дает хорошие результаты.
Для нанесения контактов на сульфид свинца п- и р-типа
электролитическим способом образцы должны быть тщательно обработаны;
электролитическим способом сульфид свинца покрывался Со,Ni и Ag. Очень
удобным оказался метод серебрения, в процессе которого используется
азотнокислое серебро и другие растворы.
20
Полученные серебрением образцы сульфида свинца в дальнейшем
подвергаются отжигу в атмосфере аргона при температуре 250
0
С в течение 3-
4 часов. Пайка вводных проводов производится при подогреве образца до
температуры 200-250
0
С различными припоями.
При измерении тензометрических свойств сульфида свинца в области
высоких температур (100-500
0
С) в большинстве случаев мы пользовались
контактами изготовленными методом термокомпрессии совместно с
электродуговой сваркой. В этом случае контакты получаются омичными и
прочными. Для контактов использовалась платиновая проволока. После
приделывания контактов образцы отжигались в откаченных ампулах при 400
0
С, в течение 10 часов. При изготовлении тензорезисторов, как из
монокристаллических, так и поликристаллических образцов PbS, п- и р-типа
мы выбрали последний метод нанесения контактов. Технологичность,
простота операций, прочность и достаточная омичность и большая
производительность этого метода по сравнению с другими позволяют
применять метод при серийном производстве тензодатчиков из PbS.
Следующий этап заключается наклейкой тензорезисторов на
испытуемый объект, в данном случае на консольные балки разного
сопротивления. Процесс наклейки тензорезисторов является одним из важных
этапов как технологии изготовления, так и исследования их тензометрических
характеристик. Неправильная наклейка тензорезисторов может привести к
следующим неблагоприятным обстоятельствам. При полимеризации могут
образоваться объёмные дефекты в слое связующего, т.е. образуются
«пузырки» которые приводят к неполной передаче деформации испытуемого
объекта, а очень часто приводят к поломке самих тензорезисторов. Неполная
передача деформации сказывается на результатах измерений.
Неправильная полимеризации приводит к большой разнице результатов
измерений при режимах нагрузка – разгрузка, т.е. к большому гистерезису.
Технология наклейки тензорезисторов проводится так, что рабочая часть
консольной балки тщательно очищается и после промывки спиртом наносится
тонкий слой связующего и в течение 8-10 часов полимеризуется при
определенных температурах.
Do'stlaringiz bilan baham: |