Преимущества легированных конструкционных сталей.

Преимущества легированных конструкционных сталей по сравнению с углеродистыми заключаются:

- в возможности улучшения комплекса механических свойств (под комплексом механических свойств понимают сочетание прочности и вязкости. Улучшение комплекса свойств подразумевает получение более высокой прочности при заданной вязкости (или более высокой вязкости при заданной прочности).

- в возможности придания сталям особых свойств: высокой коррозионной стойкости, немагнитности, жаропрочности, жаростойкости и т.д.).

Улучшение комплекса механических свойств легированных сталей по сравнению с углеродистыми обеспечивается:

1) Увеличением прокаливаемости – способности стали закаливаться на мартенсит во внутренних слоях детали, определяющей толщину закаленного слоя (или критический диаметр с заданным количеством мартенсита). Углеродистые стали имеют низкую прокаливаемость вследствие высокой критической скорости закалки V _кр, которая оказывается больше, чем скорость охлаждения V _охл внутренних слоев (рис. 36, а).

Рис. 36. Зависимость толщины закаленного на мартенсит (М) слоя от скорости охлаждения образца V _охл и критической скорости закалки V _кр; _. а) М образуется в поверхностном слое, где V _охл> V _кр1; ; б) М образуется по всему сечению детали, так как V _охл> V _кр2 во всех точках.

Повышение прокаливаемости при легировании связано со снижением V _кр (рис. 36, б) всеми легирующими элементами, кроме Co.

Рост прокаливаемости позволяет:

- увеличить толщину закаленного слоя, что особенно важно для деталей работающих на сжатие-растяжение,

- уменьшить скорость охлаждения при закалке и таким образом снизить уровень остаточных напряжений, появляющихся за счет неравномерности охлаждения,

- существенно упростить технологию термической обработки и конструирование для деталей больших сечений и сложной формы.

Считается, что повышение прокаливаемости является главным достоинством легированных конструкционных сталей, обеспечивающим улучшение комплекса механических свойств.

2) Увеличением прочности и вязкости Ф:

а) В результате термической обработки: частично после нормализации и в полной мере после закалки и высокого отпуска.

Рис. 35. Влияние легирующих элементов на а) предел прочности, б) относительное сужение, (пластичность), в) ударную вязкость Ф в нормализованном состоянии.

В нормализованном состоянии (рис. 35) Cr, Mo, V, W, растворяясь в Ф практически его не упрочняют при малых концентрациях (рис. 35, а), так как имеют с ним одинаковую решетку ОЦК. Введение Si, Ni, Mn упрочняет Ф, имея отличную от Fe_a решетку. Вязкость Ф растет в случае введения Cr, Mn и Ni (рис. 35, в) вследствие увеличения или прочности или пластичности (рис. 35, а, б).

После высокого отпуска упрочнение Ф вызвано задержкой в нем углерода кремнием и карбидообразующими элементами (Cr, Mo, Nb, V, W, Ti). При этом комплексное легирование несколькими элементами усиливает эффект упрочнения.

б) За счет уменьшения размера зерен введением в малых концентрациях карбидо- нитридо- и оксидообразующих элементов, которые в составе тугоплавких высокодисперсных частиц (карбидов, нитридов, оксидов), находящихся на границах зерен А, сдерживают их рост и тем самым способствуют образованию мелких зерен Ф.

3) Увеличением твердости и диспресности (измельченности) карбидной фазы. При легировании происходит, увеличение твердости и стабильности Ц, а также образование специальных более тугоплавких, чем Ц карбидов на основе сильных карбидообразующих легирующих элементов (Mo, W, V, Nb, Ti). Частицы карбидов обладают большей дисперсностью, чем в углеродистой стали, что особенно проявляется после закалки и высокого отпуска.

4) Увеличением отпускной стойкости или теплостойкости - способности термообработанной легированной стали сохранять структуру и свойства в нагретом состоянии.

При легировании теплостойкость растет с повышением устойчивости мартенсита за счет увеличения прочности межатомных связей легирующими элементами, а также с увеличением стабильности карбидов, сохраняющих высокую дисперсность при нагреве. При этом для получения необходимого сочетания прочности и вязкости можно использовать большие температуры отпуска, что позволяет максимально уменьшить опасные остаточные напряжения, возникающие после закалки.

5) Увеличением хладостойкости - способности стали противостоять хрупкому разрушению при понижении температуры за счет смещения порога хладоломкости в область более низких температур.

Снижение температурного порога хладоломкости при легировании обеспечивается:

- уменьшением размера зерен Ф,

- легированием Ni, а также в незначительных концентрациях Mn, Cr, Mo, Al, Cu, Ti, V, Nb,

- использованием стали в улучшенном состоянии (сорбит),

- переходом от ОЦК к ГЦК – решетке, не имеющей порога хладоломкости, за счет легирования Ni совместно с Cr, а также Mn, N.

Повышение сопротивления коррозии сталей прежде всего вызвано легированием Cr в концентрации не менее 12, 5% (стали типа 20Х13, 95Х18). При этом в поверхностном оксидном слое формируется плотная пленка оксида Cr₂O₃, который обеспечивает сталям большую коррозионную стойкость. Дальнейшее повышение коррозионной стойкости связано с получением однофазной и однородной структуры, имеющей ГЦК решетку (сталь типа 12Х18Н10Т). Сопротивление атмосферной коррозии повышается также при легировании Cu, P, Ni, Cr, Si в небольшой концентрации (до ~1%), достаточной для формирования на поверхности деталей защитного слоя из модифицированного оксида железа.

Кроме железа к металлам, применяющимся в технике, как основа конструкционных сплавов, относятся цветные металлы Al, Mg, Be, Cu, Ti,.

В меньшей степени (для получения жаропрочных и жаростойких материалов) применяется Ni, Mo, W, Ta, Nb.

Сплавы на основе цветных металлов подразделяются на деформируемые и литейные.

Деформируемые сплавы используют в виде различного рода полуфабрикатов (проволоки, ленты, листы, плиты, трубы и т.п.), получаемых пластическим деформированием.

Литейные сплавы используют в виде отливок, имеющих форму заготовок или готовых изделий.

Кроме технологии изготовления между сплавами имеются различия в технологии упрочнения.

Различают сплавы неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой. Для сплавов неупрочняемых термической обработкой повышение прочности производится за счет легирования и холодной пластической деформации. Сплавы, упрочняемые термической обработкой, как правило, подвергаются закалке и старению, приводящему к диперсионному упрочнению.

Алюминий и его сплавы

Материалы на основе алюминия используются в тех случаях, когда необходимо сочетание малой плотности, достаточной пластичности, хорошей технологичности, коррозионной стойкости.

Температура плавления чистого алюминия 660°С. Кристаллическая решетка ГЦК.

Для алюминия характерны следующие свойства:

- малая плотность (2, 7 г/см3), позволяющая использовать сплавы в конструкциях приборов в тех случаях, когда нет специальных требований к большой прочности и твердости,

- высокая пластичность, характерная для материалов с ГЦК решеткой,

- высокая коррозионная стойкость при температурах меньше 500°С за счет присутствия плотной пленки оксида Al₂O₃,

- слабый парамагнетизм, вызванный участием в создании суммарного магнитного момента электронов электронного газа,

- высокая хладостойкость, так как сплавы с ГЦК решеткой не имеют порога хладоломкости,

- возможность упрочнения термической обработкой некоторых алюминиевых сплавов,

- хорошая теплопроводность, связанная с высокой электропроводностью, облегчающая перераспределение тепла в объеме деталей.

К особенностям алюминия как конструкционного материала следует отнести:

- невысокий модуль упругости (E ~70 ГПа), вынуждающий увеличивать габариты деталей для обеспечения необходимой жесткости, однако удельный модуль упругости (2600 км), позволяет алюминиевым сплавам конкурировать со сталью,

- большой коэффициент теплового расширения (24∙ 10^-61/К),

- необходимость применения защитных атмосфер при получении изделий методом сварки из-за высокой химической активности алюминия,

- относительно низкая прочность, однако удельная прочность некоторых сплавов сопоставима с удельной прочностью сталей.

Сплавы, не упрочняемые термической обработкой

Сплавы алюминия с марганцем.

Марганец вводится в алюминий от 1 до 1, 6%. Сплавы обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо свариваются.

Упрочнение производится с помощью холодной пластической деформации (нагартовки).

Пример промышленного сплава алюминия с марганцем

АМцМ (М - мягкий) - деформируемый сплав, находящийся в отожженном состоянии,

АМцН2 (Н2 - полунагартованный) - деформируемый сплав, упрочненный пластическим деформированием.

Сплавы алюминия с магнием.

Магний вводится в алюминий в количестве до 10, 5%. Растворенный в алюминии магний способствует значительному упрочнению сплавов. В тоже время пластичность остается высокой (30%). Сочетание более высокой, чем у АМц прочности при сопоставимой пластичности обеспечивает широкое применение данных сплавов для коррозионностойких сварных конструкций.

Примеры промышленных сплавов на основе Al-Mg

АМг1 - АМг6 – деформируемые сплавы, содержащие 1, 1, 2, 3, 3, 5, 5, 3, 6, 3% Mg соответственно. По мере увеличения концентрации магния происходит увеличение прочности и некоторое уменьшение пластичности. Сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и свариваемостью.

Сплавы, упрочняемые термической обработкой

Сплавы алюминия с медью (дуралюмины)

Медь является в этих сплавах основным легирующим элементом (4, 0 - 4, 3%). Кроме меди вводятся магний (0, 25-1, 5%), марганец (0, 4-0, 75%), титан (0, 06%), цирконий (0, 15%).

Растворимость меди в алюминии изменяется от 0, 1% при 20°С до 5, 7% при 550°С, поэтому при 20°С сплав состоит из твердого раствора меди, а также других легирующих элементов в алюминии и частиц химических соединений Al₂Cu и A_l2CuMg. В процессе нагрева до температуры однофазного твердого раствора замещения (~510°С) легирующие элементы переходят в твердый раствор, и, после резкого охлаждения, образуется пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в алюминии. Естественное старение обеспечивает сочетание более высокой, чем у сплавов АМг прочности при достаточной пластичности. Сплавы могут подвергаться искусственному старению, которое происходит при повышенной температуре.

Примеры промышленных сплавов Al-Cu

Д1, Д16 (4, 3%Cu, 0, 6%, 0, 6, 1, 5%Mg, 0, 6%Mn) - деформируемые, упрочняемые термической обработкой сплавы. Находит применение для ответственных нагруженных деталей. В сварных конструкциях не используются. Сплав Д16 считается наиболее трещиностойким среди алюминиевых сплавов, особенно после более тщательной очистки от примесей железа и кремния (Д16оч).

Д18 (2, 6%Cu, 0, 35%Mg) - деформируемый сплав, слабо упрочняемый термической обработкой, так как содержит небольшое количество легирующих элементов, поэтому обладает повышенной пластичностью и используется в основном для заклепок.

Сплавы алюминия с магнием и кремнием

Эти сплавы содержат незначительное количество основных легирующих элементов (0, 7-1, 1%Mg, 0, 5-1, 0%Si). При комнатной температуре сплавы состоят из твердого раствора с малой концентрацией легирующих элементов и частиц MgSi, а также частиц Si (при повышенном содержании). После закалки с температур ~530°С и последующего естественного или искусственного старения (160°С, 14 часов) происходит некоторое увеличение прочности.

Сплавы имеют высокую пластичность и коррозионную стойкость, но меньшую чем у дуралюминов прочность. Обладают удовлетворительной свариваемостью и хорошим качеством поверхности после анодирования (окисления в электролите на аноде).

Примеры промышленных сплавов Al-Mg-Si

АВ (0, 7 %Mg. 0, 9%Si, 0, 4%Cu, 0, 25%Mn) - деформируемый, упрочняемый термической обработкой сплав имеет максимальную среди данных сплавов прочность, но пониженную коррозионную стойкость из-за присутствия меди и большого количества кремния.

АД31 (0, 7 %Mg. 0, 5%Si) - деформируемый, упрочняемый термической обработкой, наиболее часто используемый сплав, так как обладает высокой коррозионной стойкостью и хорошей технологичностью, например, при закалке охлаждается на воздухе.

Сплавы алюминия с цинком, магнием и медью

В95 (6%Zn, 2, 3%Mg, 1, 7%Cu, 0, 4%Mn, 0, 18%Cr) - наиболее известный деформируемый сплав данной системы. В нем присутствуют три упрочняющие фазы (MgZn₂, Al_l2Mg₃Zn₃, Al₃CuMg), которые выделяются при термообработке (закалка 420°С, старение 120°С). Марганец и хром, растворяясь в алюминии, повышают температуру рекристаллизации.

Сплавы алюминия с кремнием (силумины)

Данные литейные сплавы содержат от 5 до 21% Si. Кремний растворяется в алюминии при комнатной температуре не более 0, 1%, а при Т =577°С - 1, 65%.

АК12 (АЛ2) - наиболее распространенный сплав содержанием Si - 11, 5%, соответствующий эвтектическому составу. Этот сплав имеет высокую жидкотекучесть, так как для него отсутствует интервал температур кристаллизации. Сплав обладает высокой коррозионной стойкостью и хорошо сваривается.

Алюминиевые сплавы, спеченные из порошков и гранул

Спекание порошков, как известно, происходит при температурах ниже плавления, поэтому общим для сплавов, полученных таким путем, будет однородность состава и строения, которой трудно добиться при кристаллизации из жидкого состояния. Данные сплавы имеют более высокий, чем у обычных сплавов модуль упругости, что является их важным достоинством.

Сплавы типа САП (спеченная алюминиевая пудра) - получают при спекании тщательно измельченного алюминиевого порошка (пудры), которые могут на 6-18% состоять из оксида, покрывающего отдельные частицы алюминия. Присутствие твердого тугоплавкого оксида обеспечивает сплавам высокую твердость и жаропрочность (до 350°С), однако все они имеют низкую пластичность. Модуль упругости E при 18% Al₂O₃ составляет 80 ГПа. Данные сплавы предназначены для изделий, работающих при повышенных температурах.

Магний и его сплавы

Сплавы на основе магния имеют применение при необходимости использования меньшей, чем у других конструкционных материалов плотности при достаточной прочности.

Температура плавления чистого магния 650°С. Кристаллическая решетка ГПУ.

Для магния характерны следующие свойства:

- малая плотность (1, 74 г/см3), позволяющая использовать сплавы в конструкциях корпусов приборов в тех случаях, когда нет специальных требований к большой прочности и твердости,

- низкая пластичность, характерная для металлов с ГПУ решеткой при наличии скольжения только по базисным плоскостям, однако пластичность возрастает при нагреве выше 200°С,

- довольно высокое сопротивление химической коррозии при температурах меньше 450°С за счет присутствия пленки оксида MgO, однако сопротивление коррозии в морской воде очень низкое,

- низкая хладостойкость, так как сплавы с ГПУ решеткой имеют порог хладоломкости,

- возможность упрочнения термической обработкой некоторых магниевых сплавов,

- невысокая теплопроводность, связанная с невысокой электропроводностью,

- хорошая способность поглощать звуковые колебания (демпфирующая способность),

- невысокий модуль упругости (E ~44 ГПа), вынуждающий увеличивать габариты деталей для обеспечения необходимой жесткости, однако удельный модуль упругости (2300 км), позволяет использовать магниевые сплавы в жестких конструкциях,

- относительно высокая удельная прочность (21км),

- большой коэффициент теплового расширения (25∙ 10^-61/К),

- воспламеняется при 623°С.

Примеры магниевых сплавов

МА2-1 (5%Al, 0, 7%Mn, 0, 8%Zn) - наиболее распространенный деформируемый сплав имеет более высокую прочность при достаточной пластичности.

Наиболее часто для литья используются сплавы МЛ5 (9%Al, 0, 5%Mn, 0, 8%Zn) и МЛ6 (10%Al, 0, 5%Mn, 1, 2%Zn). Они термически упрочняются после закалки на воздухе и искусственного старения.

Бериллий и его сплавы

Сплавы на основе бериллия необходимы для обеспечения высокой жесткости при малой плотности, достаточной прочности, стабильности формы и размеров, высокой коррозионной стойкости.

Температура плавления бериллия 1287°С. Кристаллическая решетка ГПУ до 1250°С, выше - ОЦК.

Бериллий обладает следующими свойствами:

- малая плотность (1, 85 г/см3), позволяющая использовать сплавы в конструкциях приборов в тех случаях, когда нет специальных требований к большой прочности и твердости,

- низкая пластичность, характерная для материалов с ГПУ решеткой,

- высокая коррозионная стойкость при температурах меньше 600°С за счет присутствия плотной пленки оксида BeO,

- высокая теплопроводность, связанная с высокой электропроводностью, облегчающая перераспределение тепла в объеме деталей,

К особенностям бериллия как конструкционного материала следует отнести:

- высокий модуль упругости (E ~300 ГПа) и удельный модуль упругости (16600 км), наибольший среди других конструкционных материалов,

- коэффициент теплового расширения близкий к сталям (11·10^-6 1/К),

- токсичность бериллиевой пыли, образующейся при механической обработке,

- необходимость применения защитных атмосфер при получении изделий методом сварки из-за высокой химической активности бериллия.

Сплавы бериллия

Наиболее перспективным для применения является сплав бериллия с алюминием (38%), имеющий достаточную пластичность по сравнению с чистым бериллием за счет большой доли пластичной, алюминиевой фазы, но при этом происходит снижение модуля упругости E до 190 ГПа.

Медь и ее сплавы

Материалы на основе меди используются в тех случаях, когда необходима высокая технологичность (жидкотекучесть, обрабатываемость давлением, резанием, свариваемость, паяемость), хорошая электро- и теплопроводность.

Для меди характерны следующие свойства:

- относительно высокая плотность (8, 9 г/см³), затрудняющая использование в современной технике, требующей уменьшения массы изделий,

- высокая пластичность, характерная для материалов с ГЦК решеткой,

- относительно высокая коррозионная стойкость при низких температурах с образованием на поверхности оксида Cu₂O,

- высокая хладостойкость, так как сплавы с ГЦК решеткой не имеют порога хладоломкости,

- возможность упрочнения термической обработкой некоторых медных сплавов,

- высокая теплопроводность, связанная с высокой электропроводностью, облегчающая перераспределение тепла в объеме деталей,

К особенностям меди как конструкционного материала следует отнести:

- относительно невысокий модуль упругости (E ~120 ГПа), при этом низкий удельный модуль упругости (1340 км) не позволяет медным сплавам конкурировать с другими конструкционными материалами,

- коэффициент теплового расширения – 16·10^-6 1/К.

Медные сплавы

В медь вводятся наиболее часто цинк, алюминий, олово, железо, кремний марганец, никель, бериллий, кадмий. Все легирующие элементы (кроме свинца) в большей или меньшей степени увеличивают прочность, некоторые из них увеличивают пластичность при концентрации: алюминия (до 4%), кремния (до 3%), железа (до 1%).

По виду основных легирующих элементов медные сплавы принято делить на латуни, бронзы и медноникелевые сплавы.

В маркировке медных сплавов первые буквы указывают на вид сплава: Л- латунь, Бр – бронза, МН – медноникелевый сплав. Следующие буквы соответствуют вводимым элементам Кд – кадмий, К – кремний,, Б – бериллий, Н – никель, Мц – марганец, О – олово, Ф – фосфор, Ц – цинк, С – свинец, А – алюминий, Ж – железо. Количество легирующих элементов в процентах указано в деформируемых сплавах в конце в последовательности записанных элементов, для литейных сплавов – после каждого элемента.

В деформируемых латунях первым указывается процентное содержание меди.

Латуни

В качестве основного легирующего элемента в латунях используют цинк. До 39% цинк растворяется в меди, образуя твердый раствор a. При более высокой концентрации цинка возникает фаза малой пластичности и высокой твердости b`- упорядоченный твердый раствор цинка в меди (комнатная температура). С появлением b`- фазы резко увеличивается прочность и снижается пластичность. Основным способом упрочнения латуней является холодная пластическая деформация.

Примеры промышленных латуней

Простые латуни

Л90 (10%Zn) (томпак) - однофазная латунь, имеющая высокую коррозионную стойкость,

Л68 (32%Zn) (патронная) - однофазная латунь, обладающая наиболее высокой пластичностью, что используется при получении изделий холодной штамповкой.

Л63 (37%Zn) - однофазная латунь, наиболее широко используемый сплав, так как содержит без потери пластичности большое количество более дешевого, чем медь цинка.

Л59 (41%Zn) - двухфазная латунь менее технологичная, чем однофазные латуни, так как присутствие b` - фазы уменьшает пластичность.

ЛС59-1 - свинцовая латунь, двухфазный сплав, в котором присадка нерастворимого свинца обеспечивает ломкость стружки. Данная латунь может быть использована в качестве антифрикционного материала.

Бронзы

Все медные сплавы, кроме латуней и медно-никелевых сплавов называют бронзами.

Оловянные бронзы

Максимальная растворимость олова в меди при комнатной температуре составляет около 8%, не изменяясь при нагревании до 800°С. В пределах растворимости олова в меди (a-фаза) прочность и пластичность сплавов увеличивается с ростом концентрации олова. При больших концентрациях образуется соединение между медью и оловом твердая d-фаза (Cu₃₁Sn₈), появление которой уменьшает пластичность сплава.

Оловянные бронзы хорошо паяются, но плохо свариваются.

Примеры промышленных оловянных бронз

БрО3Ц12С5 - литейный сплав, используемый для литых изделий точной и сложной формы.

БрО10Ф1 - литейный сплав, имеющий двухфазную структуру, что позволяет его использовать в качестве антифрикционного материала с мягкой основой и твердыми включениями. Среди антифрикционных материалов обладает наибольшей прочностью

БрОФ6, 5-0, 4 - деформируемый сплав, имеющий однофазную структуру, обладающий (как и все деформируемые бронзы) большей прочностью и гораздо большей пластичностью, чем литейные бронзы. Выпускается в виде лент, проволоки и прутков. Часто используется для изготовления упругих элементов.

Алюминиевые бронзы

В меди при нормальных условиях растворяется около 9% алюминия, образуя a-твердый раствор. При более высокой концентрации образуется твердая, но хрупкая g₂-фаза на основе соединения Cu₉Al_l4.

Алюминиевые бронзы обладают, по сравнению с оловянными, рядом достоинств:

- лучшую жидкотекучесть за счет малого температурного интервала кристаллизации,

- более высокую прочность и пластичность,

- отсутствие дефицитного олова,

- более высокую коррозионную стойкость.

К недостаткам, характерным для данного типа бронз, являются значительная усадка при кристаллизации, сложность пайки.

Примеры алюминиевых бронз

БрА5, БрА7 - деформируемые наиболее пластичные бронзы, используются для упругих элементов.

БРА9Мц2Л - л итейная бронза, присутствие марганца в твердом растворе вызывает повышение и прочности и пластичности.

Кремнистые бронзы

Растворимость кремния в меди при комнатной температуре составляет 3, 5%. В состав кремнистых бронз входит не более 3% кремния, поэтому данные бронзы являются однофазными. Дополнительное введение в твердый раствор никеля и марганца вызывают дальнейший рост прочности и коррозионной стойкости.

Примеры кремнистых бронз

БрКМц3-1 - деформируемая бронза, обладающая высокими пластическими и прочностными свойствами, находясь в однофазном состоянии. Используется для изготовления упругих элементов.

БрКН1-3 - термически упрочняемый сплав, подвергаемый закалке и старению.

Марганцевые бронзы

Марганец растворяется в меди при нормальных условиях до 22%, поэтому данные бронзы являются однофазными. С ростом содержания марганца постепенно растет прочность при малом изменении пластичности.

В технике используется деформируемая бронза БрМц5, главные достоинства которой заключаются в высокой жаропрочности и коррозионной стойкости.

Свинцовые бронзы

Свинец не растворяется в меди, поэтому присутствует в виде мягкой фазы. Данные сплавы используются как антифрикционные.

При содержании свинца 30% (БрС30) формируется медная основа с мягкими включениями свинца, который обеспечивает твердую смазку, выдавливаясь из меди за счет теплового расширения.

Бериллиевые бронзы

Бериллий растворяется в меди в количестве 2, 7% при 864°С и 0, 2% при нормальных условиях. Поэтому бериллиевые бронзы, содержащие около 2% Be, подвергаются дисперсионному упрочнению - закалка с температур 780°С с последующим старением при 300°С. В результате формирования оптимальной структуры когерентных выделений CuBe очень сильно возрастает прочность, но снижается пластичность. Наибольшей пластичностью (δ ~ 50%) данные бронзы обладают в закаленном состоянии. Они применяются для деталей и упругих элементов ответственного назначения, обладают рекордной для медных сплавов прочностью, износостойкостью, высокой электро- и теплопроводностью.

БрБ2 - обладает невысокой технологичностью, так как требует при закалке очень большой скорости охлаждения.

Для титана характерны следующие свойства:

- относительно малая плотность (4, 5 г/см³), обеспечивающая самую высокую среди сплавов удельную прочность и позволяющая использовать титановые сплавы в конструкциях приборов для летательных аппаратов,

- высокая коррозионная стойкость из-за присутствия на поверхности оксида TiO₂ (при температурах меньше 400°С).

- высокая хладостойкость вплоть до температур -269°C (d~15%), обеспеченная пластической деформацией в нескольких плоскостях скольжения дислокаций, а также за счет двойникования,

- возможность упрочнения термической обработкой для некоторых сплавов,

- коэффициент теплового расширения (9, 2∙ 10^-6 1/К), близкий к коэффициенту теплового расширения стекол, что позволяет использовать Ti для спекания со стеклами или в сопряжении с оптическими деталями.

К недостаткам титана как конструкционного материала следует отнести:

- невысокий модуль упругости (E ~120 ГПа), вынуждающий увеличивать габариты деталей для обеспечения необходимой жесткости, однако удельный модуль упругости титана (g~2600 км) соответствует удельному модулю упругости стали,

- высокий коэффициент трения, уменьшаемый нанесением покрытий,

- низкая теплопроводность, связанная с низкой электропроводностью, затрудняющая перераспределение тепла в объеме деталей,

- неудовлетворительная обрабатываемость резанием, вызванная малой теплопроводностью, ухудшающей отвод тепла из зоны резания, и большой химической активностью,

- необходимость применения защитных атмосфер при получении изделий методом литья и сварки из-за высокой химической активности титана.

Полимеры и материалы на их основе

Полимерами называются материалы естественного и искусственного происхождения, состоящие из макромолекул. На их основе получают пластмассы (пластики), резины (эластомеры), герметики и клеи.

В полимере могут содержаться растворенные в нем добавки и нерастворимые наполнители:

- пластифицирующие добавки, понижающие температуру текучести и вязкость полимера при получении изделий, а также снижающие его хрупкость,

- стабилизирующие добавки, замедляющие его старение, приводящее к изменению первоначальной структуры полимера,

- отверждающие добавки, обеспечивающие появление поперечных связей между макромолекулами,

- специальные добавки (например, антистатические) и красители,

- наполнители (частицы, волокна и т.п.), призванные, в основном, улучшить механические свойства.

Основные особенности

полимеров (исключая высокомодульные волокна) без наполнителей в сравнении с металлическими материалами.

1. Небольшой модуль упругости E (до 4 ГПа, для магниевых сплавов 42 ГПа).

2. Сравнительно высокий коэффициент теплового расширения (больше 30∙ 10^-6 К^-1, для магниевых сплавов 26∙ 10^-6 К^-1).

3. Склонность к изменению структуры и свойств во времени (старение) под действием температуры, механических воздействий, электромагнитных излучений, радиации, некоторых агрессивных химических реагентов.

4. Склонность к ползучести – нарастанию деформации во времени при постоянных условиях (температуре и нагрузке).

5. Более высокая, чем у металлов коррозионная стойкость.

6. Относительно невысокая прочность (до 180 МПа, а для литейных магниевых сплавов выше 200 МПа, для сталей более 1000 МПа).

7. Относительно малая плотность (от 0, 9 до 2, 2 г/см³, для магниевых сплавов 1, 74 г/см³, для сталей 7, 9 г/см³).

8. Низкая теплопроводность.

9. Относительно низкая для большинства полимеров теплостойкость.

10. Отсутствие электрической проводимости.

11. Хорошая технологичность.

12. Значительное изменение объема (усадка) при литье.

Полимеры находят применение в тех случаях, когда требуется:

- небольшая масса получаемых изделий,

- относительно низкая стоимость получения готовых деталей (при крупносерийном производстве),

- высокая коррозионная стойкость,

- электроизоляционные свойства.

Пути повышения жесткости и прочности полимеров

Повышение жесткости и прочности полимерных материалов может быть обеспечено:

- ростом молекулярной массы макромолекул, так как при этом увеличивается число контактов между макромолекулами,

- увеличением энергии межмолекулярного взаимодействия за счет сшивки макромолекул ковалентными связями и наличия в боковых группах полярных заместителей или крупных соединений,

- ориентацией макромолекул растяжением в необходимых направлениях,

- ростом кристалличности полимеров,

- введением упрочняющих наполнителей.

Полиэтилен (ПЭ) [—CH₂—CH₂—]_n, ПЭ используется как пластик, из которого изготавливают пленки, трубы, профилированные изделия, высокочастотную изоляцию для проводов и кабеля, емкости, волокна и др. Для увеличения прочности в ПЭ вводятся наполнители, например, в виде коротких стеклянных волокон, сохраняющих возможность формования изделий.

Полипропилен (ПП), [—CH₂—CH(CH₃)—]_n

Из ПП в кристаллическом состоянии изготавливают гибкие волокна и пленки, мало нагруженные корпуса приборов, например, мониторов, точные детали приборов (зубчатые и червячные колеса, втулки подшипников), профилированные изделия, трубы, различную арматуру, контейнеры, и др.

Полистирол (ПС), [—CH₂—CH(C₆H₅)—]_n

Однако для ПС характерна сравнительно низкая рабочая температура (до 70°C) и значительная хрупкость.

ПС используют в качестве высокочастотного диэлектрика, слабо нагруженных корпусов и деталей приборов с антистатическими свойствами. Лучшими эксплуатационными свойствами обладают различные сополимеры стирола. Так повышения прочности (с 2 до 50 МПа) и ударной вязкости добиваются получением привитых сополимеров стирола с 5—10% бутадиенового каучука (ударопрочный полистирол), а также тройных сополимеров акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС-пластик).

Из ударопрочного полистирола и АБС-пластика изготавливают корпуса приборов, обладающие повышенным сопротивлением ударам

Полиамиды (ПА), гетероцепные полимеры, содержащие амидные группировки [—СО—NH—]_n

Благодаря сочетанию свойств ПА широко используют главным образом для производства синтетических волокон, пленок, а также в качестве конструкционного материала для изготовления деталей машин (зубчатых колес, втулок подшипников скольжения и др.).

Фторопласты (Ф), представляют собой карбоцепные фторпроизводных этилена и их сополимеры. Наибольшее значение имеют политетрафторэтилен, и политрифторхлорэтилен— кристаллические полимеры, отличающиеся высокой химической стойкостью, термо- и морозостойкостью, низким коэффициентом трения.

Полиметилметакрилат (ПМ) (стекло органическое) - материал, получаемый полимеризацией метилметакрилата [—CH₂—C(COOCH₃)(CH₃)—]_n. Плотность 1, 18 г/см³

ПМ применяют как конструкционный материал для изготовления деталей приборов и инструментов, линз и призм в оптике, а также для получения полимерных световодов. Как электроизоляционный материал применяется при малых частотах.

Композиционные и материалы

Композиционный материал (КМ) или композит представляет собой естественный или искусственный материал, состоящий из основного компонента (основы, матрицы, связующего) и распределенного в ней второго компонента в виде частиц, отдельных волокон, а также двухмерных или трехмерных сплетений волокон. Обычно второй компонент вводится с целью изменения механических свойств, однако, можно рассматривать как КМ, например, сочетание немагнитной основы и магнитных включений, малопрозрачной основы и оптических прозрачных волокон и т.п.

В качестве основы и упрочняющих компонентов используют как металлические, так и неметаллические материалы. Преимущества КМ по сравнению с обычными металлическими и неметаллическими материалами заключаются:

- в получении материалов с высоким удельным модулем упругости E /rg и удельной прочностью s_в/r g,

- в возможности получения деталей с минимальной механической обработкой,

- в создании материалов с заданными свойствами за счет предварительного расчета характеристик, учитывающего свойства и долю компонентов, целенаправленную ориентацию упрочняющего компонента.

Принципы выбора материалов матрицы и упрочняющего компонента:

- компоненты должны иметь взаимодополняющие свойства, например, жесткие и прочные частицы карбида алюминия в пластичной, непрочной алюминиевой матрице,

- отсутствие склонности к активному химическому взаимодействию, которое уменьшают нанесением на волокно барьерных покрытий,

- между матрицей и упрочняющим компонентом предпочтительна оптимальная адгезия (сцепление), появляющаяся за счет: трения, смачивания, небольшого взаимного растворения, химического взаимодействия.

При оптимальной адгезии трещина распространяется вдоль волокна, не уменьшая сечения

Конструкционные керамические материалы представляют собой спеченные композиции на основе ковалентно-ионных соединений (оксидов, карбидов, нитридов и т. п.), имеющие структуру в виде поликристаллических частиц, равномерно размещенных в аморфной основе.

Характерные свойства конструкционной керамики:

- высокая твердость и износостойкость,

- пористость, понижающая трещиностойкость,

- низкая пластичность, связанная с особенностями ковалентных связей,

- малый коэффициент теплового расширения,

- высокая теплостойкость,

- высокая температура плавления (выше 1500°С)

- низкий коэффициент трения,

- высокая коррозионная стойкость,

- относительно низкая плотность (до 6, 9 г/см³),

- изотропность свойств.

Основой конструкционных керамических материалов являются соединения Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, Si₃N₄, SiC с добавками СеО₂, CaO, MgO и других соединений.

Уменьшения хрупкости и увеличения прочности добиваются

- измельчением частиц до субмикронных размеров и повышением размерной однородности исходных порошков за счет чего удается уменьшить пористость изделий,

- использованием в качестве включений соединений, увеличивающих объем при появлении трещины, в частности, включения ZrO₂ претерпевает полиморфное превращение вблизи трещины, сопровождающееся увеличением объема и ее смыканием,

- уменьшением доли аморфной фазы.

Керамические материалы

Конструкционные керамические материалы (табл. 11) представляют собой спеченные композиции на основе ковалентно-ионных соединений (оксидов, карбидов, нитридов и т. п.), имеющие структуру в виде поликристаллических частиц, равномерно размещенных в аморфной основе.

Характерные свойства конструкционной керамики:

- высокая твердость и износостойкость,

- пористость, понижающая трещиностойкость,

- низкая пластичность, связанная с особенностями ковалентных связей,

- малый коэффициент теплового расширения,

- высокая теплостойкость,

- высокая температура плавления (выше 1500°С)

- низкий коэффициент трения,

- высокая коррозионная стойкость,

- относительно низкая плотность (до 6, 9 г/см³),

- изотропность свойств.

Основой конструкционных керамических материалов являются соединения Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, Si₃N₄, SiC с добавками СеО₂, CaO, MgO и других соединений.

Уменьшения хрупкости и увеличения прочности добиваются

- измельчением частиц до субмикронных размеров и повышением размерной однородности исходных порошков за счет чего удается уменьшить пористость изделий,

- использованием в качестве включений соединений, увеличивающих объем при появлении трещины, в частности, включения ZrO₂ претерпевает полиморфное превращение вблизи трещины, сопровождающееся увеличением объема и ее смыканием,

- уменьшением доли аморфной фазы.

Магнитные материалы

В технических устройствах, использующих магнитное поле, нашли применение ферро- и ферримагнетики:

- магнитомягкие, которые легко намагничиваются и размагничиваются с малыми потерями на перемагничивание, имеют малую H_c < 800А/м, высокое значение m,

- магнитотвердые, имеющие высокое значениеB_rи H_c > 4000А/м,

- специализированного назначения.

Свойства материалов указаны в таблице 11.

Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы служат для увеличения концентрации магнитного потока в магнитопроводах трансформаторов, электрических машин, электромагнитов, дросселей, реле и других устройствах, в частности, магнитных экранах.

Кроме малой величины H_c магнитомягкие материалы должны иметь возможно большую величину B_s. Так как магнитопроводы используются не только в постоянных, но и в переменных полях, то важна также минимизация тепловых потерь мощности, возникающая в переменных полях за счет вихревых токов

P ~ f ²·B²·d/ r(Вт/кг),

где P – удельные потери мощности (на единицу массы), f – частота внешнего магнитного поля, B – максимальная индукция в цикле перемагничивания, d – толщина ферромагнетика, r – удельное электрическое сопротивление ферромагнетика.

Для получения минимальных потерь при перемагничивании применяют материалы с максимальным r, к которым относятся в первую очередь ферримагнетики, также используются ферромагнетики в виде тонких слоев (ленты, листы) или частиц, разделенных диэлектриком.

Примеры магнитомягких материалов

В постоянном магнитном поле и при частотах до 3 кГц используют сплавы на основе железа:

1. Железо (до 0, 1% примесей) применяется только в постоянных магнитных полях из-за низкого удельного сопротивления (r~ 0, 1 мкОм·м).

2. Электротехнические стали (от 0 до 5% Si) — основной магнитомягкий материал, применяемый до f = 400 Гц, так как легирование кремнием, входящим в твердый раствор:

· уменьшает магнитную анизотропию и магнитострикцию,

· вызывает увеличение удельного сопротивления до 0, 6 мкОм·м,

· снижает концентрацию кислорода, связывая его в соединение SiO₂, удаляющееся в процессе выплавки,

· способствует формированию графита из углерода, уменьшая его содержание в стали (< 0, 04%C).

Дальнейшее улучшение магнитных свойств электротехнической стали достигается:

· укрупнением зерен поликристалла,

· ориентацией направлений легкого намагничивания отдельных зерен в направлении внешнего поля,

· уменьшением толщины листов с увеличением частоты внешнего поля,

· уменьшением концентрации дефектов – границ зерен, дислокаций, примесей, включений.

Однако введение кремния несколько уменьшает индукцию насыщения и сильно снижает пластичность, что затрудняет получение тонких листов и лент.

4. Пермаллои — железо-никелевые сплавы типа 79НМ (79% Ni, 1% Mo, ост. Fe), 50Н (50% Ni, ост. Fe) с большой магнитной проницаемостью в слабых полях (начальной магнитной проницаемостью). Они применяются, в частности, в малогабаритных и маломощных силовых и импульсных трансформаторах электронных и радиоустройств, магнитных экранах, головках звукозаписи, работающих при частотах до 25кГц.

Высокое значение начальной магнитной проницаемости и малая коэрцитивная сила сплавов объясняется минимальными значениями магнитной анизотропии и магнитострикции.

Достаточно высокое удельное сопротивление (до ~ 1 мкОм∙ м) и возможность получения очень тонкой фольги (до 0, 0015 мм) позволяют добиться у пермаллоев более низких потерь мощности на вихревые токи, чем у электротехнических сталей, и применять их при более высоких частотах. При пластической деформации пермаллоя резко ухудшается магнитная проницаемость, поэтому после деформации проводят операцию отжига для устранения дефектов.

Магнитотвердые материалы используются для изготовления постоянных магнитов, а также как магнитные среды (носители) для записи и сохранения информации.

Для создания высокой магнитной твердости используются следующие параметры структурно-фазового состояния:

- высокая концентрация дефектов (дислокаций, границ зерен, включений), задерживающих смещение междоменных границ,

- большое значение энергии магнитной анизотропии,

- присутствие однодоменных частиц, ориентированных в заданном направлении.

Примеры магнитотвердых материалов

ЕХ5К5 (C~1%, Cr~5%, Co~5%, ост. Fe) – закаленная на мартенсит сталь. Магнитная твердость достигается задержкой доменных границ. Имеет незначительное применение в случаях, когда нет ограничений по габаритам магнитов и в качестве магнитополутвердого материала.

52К10Ф (Co~52%, V~10%, ост. Fe) (викаллой) – деформируемый сплав дисперсионно твердеющий сплав, приобретающий магнитную твердость после закалки, холодной пластической деформации (до 70%) и старения, становясь магнитноанизотропным. При старении выделяются магнитные частицы, в немагнитной матрице. Обладает высокой пластичностью, используется для небольших магнитов сложной формы и тонких сечений, а также лент и проволок.

ЮНДК 18 (Al~10%, Ni~19%, Cu~4%, Co~18%, ост. Fe) – типичный сплав системы ЮНДК, магнитная твердость которого возникает при охлаждении с высоких температур со скоростью, обеспечивающей получение одинаково ориентированных длинных и тонких (диаметром ~ 20нм) однодоменных частиц сильномагнитной фазы (твердого раствора Co в Fe). Эффект ориентации в заданном направлении усиливается использованием в процессе охлаждения сильного магнитного поля. Сплавы имеют низкую пластичность, поэтому изделия получают методом литья или спекания порошков из этих сплавов (маркировка ММК).

6БИ240, 24СА190 – магнитотвердые ферриты бария и стронция с большими значениями энергии магнитной анизотропии. Первые числа в маркировке — максимальное значение удельной магнитной энергии (B ∙ H) в кВт/кг, далее БИ – бариевый изотропный, СА – стронциевый анизотропный, далее 240, 190 (кА/м) – значение коэрцитивной силы (большая H_c позволяет использовать магнит в открытых магнитных системах). Получают спеканием в сильном магнитном поле.

КС37 – типичный сплав системы Co-Sm, содержащий 37% Co, основой которого является соединение SmCo₅ в виде порошка, спеченного в сильном магнитном поле.

Магнитные порошки для носителей магнитной записи — материалы, призванные обеспечить большую плотность записи информации, что достигается их большой магнитной твердостью.

Магнитная твердость формируется за счет анизотропии однодоменных частиц порошков, имеющих размеры менее 0, 5мкм, наносимых на диэлектрическую, немагнитную основу.

Для облегчения процесса записи частицы расположены осями легкого намагничивания в направлении намагничивающего поля.

Порошкиγ – Fe₂O₃, CrO₂, Fe – являются типичными материалами для продольной записи информации, так как имеют форму иголок, лежащих в плоскости основы.

Порошок BaFe₁₂O₁₉ — состоит из частиц с формой гексагональных пластин, располагаемых параллельно основе. При этом оси легкого намагничивания ориентированы перпендикулярно основе, что обеспечивает максимально высокую плотность записи.

Порошки имеют высокую коэрцитивную силу H_c ~ 20­360 кА/м

Диэлектрики используются:

- для обеспечения емкости конденсаторов,

- для электрической изоляции проводников и установочных элементов (изоляторов радио- и электроустройств, катушек индуктивности, ламповых панелей, подложек (оснований) интегральных схем и т. п,),

- для создания функциональных элементов электрических устройств, использующих связь поляризации с внешними факторами (температура, давление, электрическое, магнитное и электромагнитное поле).

Многие диэлектрические материалы могут использоваться как пассивные и как активные компоненты электрических устройств. Для пассивных компонентов, таких как электрическая изоляция и обычные конденсаторы, характерно обеспечение постоянства свойств при действии внешних факторов. При изготовлении активных компонентов используют влияние внешних факторов для управления электрическими свойствами функциональных элементов, например, изменения емкости конденсаторов под влиянием внешнего электрического поля.

Диэлектрики для конденсаторов

Общие требования, предъявляемые к диэлектрикам, используемым в конденсаторах:

- высокая диэлектрическая проницаемость,

- высокая электрическая прочность,

- малые потери за счет сквозной проводимости,

- малое значение тангенса угла диэлектрических потерь,

- высокая стабильность свойств при изменении температуры и частоты,

- стабильность структуры и свойств во времени,

- заданный коэффициент теплового расширения, как правило, малый или близкий к коэффициенту расширения соприкасающихся металлических компонентов,

- хорошая технологичность, например, при получении тонких диэлектрических слоев, металлизации, упрочнения и т.д.

В качестве диэлектрика в конденсаторах используется стекло, керамика, слюда, оксидные слои, воздух, специальные газы, вакуум.

Диэлектрики для электроизоляторов

Для электроизоляторов используют диэлектрики, которые должны обладать следующими свойствами:

- высокое удельное сопротивление,

- небольшая диэлектрическая проницаемость,

- малые диэлектрические потери,

- достаточная нагрево- и хладостойкость,

- малая гигроскопичность,

- хорошая технологичность,

- стабильность свойств,

- сопротивление воздействию полей, излучений и химических веществ,

- необходимая механическая и электрическая прочность.

Полупроводниковые материалы

Находящие применение полупроводники должны отвечать следующим требованиям:

1. Возможность получения достаточно больших заготовок для изготовления приборов.

2. Возможность обеспечения тщательной очистки от нежелательных примесей.

3. Высокая степень бездефектности.

4. Заданная ширина запрещенной зоны.

5. Возможность введения легирующих элементов в микродозах и их заданное распределение в объеме.

6. Достаточно высокая подвижность носителей заряда.

7. Возможность применения при изготовлении приборов современных микро- и нанотехнологий.

Примеры используемых полупроводниковых материалов

Свойства полупроводниковых материалов представлены в табл.16.

Германий - ковалентный кристалл с решеткой типа алмаза. Имеет относительно невысокую ширину запрещенной зоны, что ограничивает его применение как примесного полупроводника температурой +70°С. Допустимая концентрация вредных примесей должна составлять не более 10^-11%. В качестве донорной примеси обычно используется Sb, а акцепторной - Ga, с малой энергией ионизации (~0, 01эВ), поэтому все примесные атомы при комнатной температуре ионизированы и концентрация подвижных примесных носителей заряда максимальна. Имеет относительно невысокую температуру плавления, что позволяет использовать небольшие температуры для плавления и легирования.

При низкой концентрации примесей (10¹⁹м^-3) реализуется собственная проводимость, так как концентрация собственная носителей заряда оказывается существенно выше, чем примесных.

Повышение концентрации примесей до 10²¹м^-3 способствует пропорциональному росту проводимости, еще не сказываясь на уменьшении подвижности.

При высокой концентрации примесей (более 10²²м^-3) подвижность уменьшается за счет рассеяния на ионах примесей, что вызывает более медленный рост проводимости.

Монокристаллические германий с одновременной очисткой от нежелательных примесей получают путем зонной плавки поликристаллического германия.

Германий применяется для изготовления диодов и биполярных транзисторов с относительно небольшим значением обратного напряжения на p-n переходе. Высокая подвижность зарядов позволяет эффективно использовать германий в датчиках Холла.

На основе германия изготавливают фотодиоды, но малая ширина запрещенной зоны ограничивает его использование ИК-областью излучений.

Кремний, также как и германий, имеет ковалентные связи и кристаллическую решетку типа алмаза.

Допустимая концентрация вредных примесей должна составлять не более 10^-11%. Концентрация собственных носителей при нормальных условиях составляет 10¹⁶ 1/м³. Кремний наиболее часто легируется акцепторными примесями - Al, B и донорным P.

Кремний является основой полупроводниковой техники, так как обладает рядом достоинств:

- большая распространенность в природе,

- достаточная ширина запрещенной зоны, чтобы повысить температуры работы приборов до 200°С,

- возможность получения выращенных (эпитаксиальных) слоев на поверхности пластин кремния или другого материала (подложки) для получения p-n - переходов, резистивных участков, диэлектриков и контактов с металлами,

- хорошие защитные и диэлектрические свойства пленок оксида кремния SiO₂, позволяющие создавать интегральные микросхемы, путем образования в оксиде методом травления специальных окон для легирования примесями.

Диоды и транзисторы на основе кремния могут иметь обратные напряжения до 1500 В.

Кремниевые фотоприемники имеют спектр чувствительности от 0, 3 до 1, 1 мкм, что согласуется со спектром излучения полупроводниковых источников света, и могут использоваться в паре с ними.

Полупроводники A^IIIB^V (A^IIB^VI)

Соединения между элементами III (II) и V(VI) групп периодической таблицы элементов имеют ковалентно-ионный характер межатомной связи, так как электронные пары смещены к атомам элементов с большей электроотрицательностью (V(VI) групп), поэтому в узлах решетки находятся отрицательные ионы атомов V (VI) группы и положительные ионы атомов III(II) группы. Ширина запрещенной зоны в данных соединениях уменьшается по мере роста сумм атомных масс элементов, так как уменьшается энергия межатомной связи. Подвижность носителей заряда увеличивается по мере увеличения масс ионов и ограничена взаимодействием носителей с колеблющимися ионами решетки.

Примеры полупроводников A^IIIB^V

GaAs - арсенид галлия, обладает достаточно большой шириной запрещенной зоны (1, 4эВ) и высокой подвижностью носителей заряда. Основная донорная примесь - Te, акцепторная - Zn, имеющие мелкие уровни в запрещенной зоне. Вредной примесью является кислород, захватывающий подвижные носители.

Арсенид галлия является основным соединением для изготовления светодиодов и полупроводниковых лазеров в ИК- диапазоне. Изготавливаются также генераторы СВЧ -колебаний с частотой 100 ГГц, фотоэлементы для солнечных батарей. Твердые растворы AlGaAs – используют для изготовления красных светодиодов.

GaP - фосфид галлия, имеющий большую ширину запрещенной зоны (2, 25 эВ), является базовым материалом для свето- и фотодиодов видимого диапазона (желто-зеленый цвет) (в твердых растворах, в частности, AlGaInP) и, благодаря высокой радиационной стойкости, для изготовления солнечных батарей. Легируется акцептором- Zn и донорами - Te и S.

GaN, InGaN – нитриды с еще большей шириной запрещенной зоны (3, 5 эВ). Основной современный материал для изготовления ярких светодиодов в диапазоне от УФ до желтого цвета.

InSb - антимонид индия с малой шириной запрещенной зоны (0, 17 эВ), очень высокой подвижностью электронов и фоточувствительностью. Используется для изготовления детекторов излучения в дальней ИК-области спектра (при охлаждении), фоторезисторов, датчиков Холла, термоэлектрических генераторов, лазеров. Технологически удобен, так как имеет низкую температуру плавления.

Примеры полупроводников A^IIB^VI

ZnS - сульфид цинка имеет ширину запрещенной зоны (3, 7 эВ), соответствующую УФ-области спектра. Является основой многих фото- и электролюминофоров за счет размещения в запрещенной зоне примесных уровней энергии, обеспечивающих люминесценцию. Спектр излучения определяется активирующими примесями Cu, Ag, Mn.

CdS - сульфид кадмия имеет ширину запрещенной зоны (2, 53 эВ), соответствующую видимой части спектра. Используется для создания фоторезисторов, чувствительных в видимой части спектра.

Соединения типа A^IVB^VI, в частности, PbS являются узкозонными полупроводниками (0, 39 эВ) и находят применение при изготовлении детекторов в ИК - области излучения в составе фоторезисторов.