сплав на основе меди
Классы МПК: | C22C9/05 с марганцем в качестве следующего основного компонента C22C9/06 с никелем или кобальтом в качестве следующего основного компонента |
Автор(ы): | Бурьян Марина Андреевна (RU), Васильев Алексей Филиппович (RU), Фармаковский Борис Владимирович (RU), Масайло Дмитрий Валерьевич (RU), Кузнецов Павел Алексеевич (RU), Васильева Ольга Вячеславовна (RU), Фармаковская Алина Яновна (RU) |
Патентообладатель(и): | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2013-02-26 публикация патента:
20.08.2014 |
Изобретение относится к прецизионным сплавам на основе меди для получения микро- и нанопроводов, а также тонких пленок и покрытий с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Сплав содержит, мас.%: марганец 18,0-22,0; никель 18,0-25,0; кремний 2,0-4,0; бор 1,5-4,0; германий 2,0-5,0; галлий 3,0-6,0; медь - остальное. Изобретение позволяет расширить рабочие температуры изделий из предложенных сплавов с отрицательным ТКС (не менее -1,0·10-4К) до значений от -196°C до +350°C. 3 пр.
Формула изобретения
Cплав на основе меди, включающий марганец, никель, кремний, бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит германий и галлий при следующем содержании компонентов, мас.%:
Марганец | 18,0-22,0 |
Никель | 18,0-25,0 |
Кремний | 2,0-4,0 |
Бор | 1,5-4,0 |
Германий | 2,0-5,0 |
Галлий | 3,0-6,0 |
Медь | остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к прецизионным сплавам на основе меди для получения микро- и нанопроводов, а также тонких пленок и покрытий с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС).
Такие провода и покрытия используются в качестве термокомпенсаторов при создании миниатюрных датчиков, электросопротивление которых не зависит от температуры. Для этого берутся два провода - один с положительным, другой с отрицательным коэффициентом той же величины. Суммарный ТКС бифилярной системы при этом равен 0.
Известны литые микропровода в стеклянной изоляции с отрицательным ТКС.
Сплав по авторскому свидетельству № 430176 имеет химический состав, %:
Марганец | 10-16 |
Кремний | 0,2-1,5 |
Алюминий | 0,005-0,2 |
Железо | 0,02-0,1 |
Бор | 0,2-0,8 |
Медь | Остальное |
Это позволяет получить отрицательный ТКС, равный -(1,0-1,5)·10-4K-1.
Сплав по авторскому свидетельству № 443087, выбранный в качестве прототипа, имеет состав, вес.%:
Марганец | 18-22 |
Никель | 18-25 |
Кремний | 2,0-4,0 |
Бор | 1,5-4,0 |
Медь | Остальное |
Микропровода из этого сплава имеют отрицательный ТКС -0,5·10-4 K-1.
Недостатком известных сплавов является ограниченный диапазон рабочих температур в отрицательной области - не ниже минус 60°C, а в области положительных температур - не выше 200°C.
Техническим результатом изобретения является расширение рабочих температур микропроводов с отрицательным ТКС (не менее -1,0·10-4К-1) до значений от -196 до+350°C.
Технический результат изобретения достигается тем, что сплав на основе меди для литья микропроводов и получения покрытий с отрицательным коэффициентом сопротивления, включающий марганец, никель, кремний, бор, дополнительно содержит Ge и Ga при следующем содержании компонентов (масс.%):
Марганец | 18-22 |
Никель | 18-25 |
Кремний | 2,0-4,0 |
Бор | 1,5-4,0 |
Германий | 2,0-5,0 |
Галлий | 3,0-6,0 |
Медь | Остальное |
Под интервалом рабочих температур понимается тот диапазон температур, при котором зависимость электросопротивления от температуры носит линейный характер и после нагревания до которых не появляется остаточного сопротивления.
Введение Ge в указанных количествах расширяет диапазон рабочих температур в области положительных значений до 370 - 410°С. При менее чем 2,0% Ge существенного расширения не наблюдается; при значениях более чем 5,0% Ge наладить устойчивого процесса литья микропроводов или получения покрытий не удается.
Расширение интервала отрицательных рабочих температур достигается за счет введения в сплав Ga в количестве от 3,0 до 6,0%. При этом микропровода достигают значений рабочих температур ниже -196°С. При содержании Ga в сплаве менее 3,0% требуемого эффекта не наблюдается. При содержании Ga в сплаве более 6,0% происходит существенное охрупчивание микропровода или отслаивание покрытий от подложки.
Количество Ga взято исходя из возможности образования в сплаве интерметаллических соединений типа GaNi3, являющихся наиболее устойчивым при воздействии отрицательных температур. За счет этого достигаются требуемые качественные характеристики.
Количество Ge взято, исходя из возможности образования в сплаве интерметаллических соединений типа GeNi, являющихся наиболее устойчивыми при воздействии положительных температур. За счет этого достигаются требуемые качественные характеристики.
Микропровода из сплава этого состава имеют следующие характеристики:
ТКС - минус (1,0-1,8)·10-4K-1
Диапазон рабочих температур - от -196°C до +370-410°C
Удельное сопротивление - 0,60-0,62
Диаметр микропроводов - 5-10 мкм
Микропровода диаметром 5-14 мкм имеют нанокристаллическую структуру.
Покрытия, полученные, например, методами сверхзвукового холодного газодинамического или микроплазменного напыления, имеют аналогичные характеристики.
Пример 1. Выплавка сплава состава (масс.%):
Марганец | 18 |
Никель | 18 |
Кремний | 2,0 |
Бор | 1,5 |
Германий | 2,0 |
Галлий | 3,0 |
Медь | Остальное |
Проводится в высокочастотной печи типа ЛП3-37 в алундовых тиглях емкостью 0,5 л. Последовательность введения шихтовых компонентов: (Cu+Ni) (Si+Mn)
(Ge+Ga)
В. Микропровода из этого сплава со стеклом типа пирекс получены на установке ITMF - 3.
Свойства микропроводов следующие:
ТКС-минус 1,0 10-4К -1
Диапазон рабочих температур - от -196°C до +370°C
Удельное сопротивление - 0,60
Диаметр микропроводов - 5 мкм
Структура сплава нанокристаллическая.
Пример 2. Выплавка сплава состава (масс.%):
Марганец | 22 |
Никель | 25 |
Кремний | 4,0 |
Бор | 4,0 |
Германий | 5,0 |
Галлий | 6,0 |
Медь | Остальное |
Проводится в высокочастотной печи типа ЛП3-37 в алундовых тиглях емкостью 0,5 л. Последовательность введения шихтовых компонентов: (Cu+Ni) (Si+Mn)
(Ge+Ga)
В. Микропровода из этого сплава со стеклом типа пирекс получены на установке ITMF-3.
Свойства микропроводов следующие:
ТКС-минус 1,8·10-4К -1
Диапазон рабочих температур - от -196°C до +410°C
Удельное сопротивление - 0,62
Диаметр микропроводов - 10 мкм.
Полученные микропровода диаметром от 10 до 40 мкм имеют нанокристаллическую структуру.
Пример 3. Выплавка сплава состава (масс.%):
Марганец | 18 |
Никель | 18 |
Кремний | 2,0 |
Бор | 1,5 |
Германий | 2,0 |
Галлий | 3,0 |
Медь | Остальное |
Проводится в высокочастотной печи типа ЛП3-37 в алундовых тиглях емкостью 0,5 л. Последовательность введения шихтовых компонентов: (Cu+Ni) (Si+Mn)
(Ge+Ga)
В. После получения слитка производилось дробление на щековой дробилке типа РВ-54 до фракции 5-7 мм. После этого полученные гранулы с помощью универсальной дезинтеграторно-активаторной технологии обрабатывались на установке ДЕЗИ-15 до фракции 60±10 мкм, а затем наносились с помощью установки ДИМЕТ-3 на керамическую подложку из 22ХС в виде дискретных металлических «дорожек» толщиной 100-120 мкм и шириной 5±1 мм.
Нанесенные покрытия методом микроплазменного напыления имеют следующие характеристики:
- ТКС в диапазоне рабочих температур от -196°C до +350°C составляет -(1,2-1,4)·10-4К -1;
- удельное сопротивление 0,58±0,02
- твердость 102±4 НВ, что указывает на высокую износостойкость покрытия.
Полученные покрытия имеют ультрадисперсную структуру.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР № 430176, C22C 9/10, 1974.
2. Авторское свидетельство СССР № 443087, C22C 9/06, 1974.
3. По пути созидания // Сборник исторических очерков о научном вкладе института в развитие отечественной промышленности, под редакцией академика РАН И.В.Горынина. СПБ.: 2009.
Класс C22C9/05 с марганцем в качестве следующего основного компонента
сплав на основе марганца - патент 2325455 (27.05.2008) | |
припой на основе меди - патент 2279957 (20.07.2006) | |
припой на основе меди - патент 2273556 (10.04.2006) |
Класс C22C9/06 с никелем или кобальтом в качестве следующего основного компонента