Ўзбекистон республикаси ахборот технологиялари ва коммуникацияларини

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.