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功能材料1

第二章导电功能材料导电功能材料是指那些具有导电特性的物质，它包括电阻材料、电热与电光材料、导电与超导材料、半导体材料、介电材料、离子导体和导电高分子材料等。2

第一节固体的导电性一、固体导电理论p自由电子理论（量子自由电子理论）p能带理论p近代电导理论3

二、导电功能材料的分类?导体(电导率??106～10S/m)8?绝缘体(电导率??10－20～10S/m)?半导体(电导率??10－9～10S/m)54

第二节金属导电材料导电材料是指用以传送电流而无或只有很小电能损失的材料。它包括：1.电力工业用的电线、电缆等强电用的导电引线材料2.电子工业中传送弱电流的导体布线材料、导电涂料、导电粘接剂及导电透明材料。5

Ａ、导电引线材料导电引线材料要求：高的导电性、足够的机械强度、不易氧化、不易腐蚀、易加工、可焊接。6

Ｂ、导体布线材料要求：膜电阻小、附着力强、可焊性和抗焊熔性好等。材料：Au、Ag、Cu、Al等电导率高的材料；或使用金属粉和石墨粉与非金属混合的复合导电材料。其电阻率通常比强电用材料高得多，并有厚膜和薄膜之分。7

厚膜布线导体可分为如下二类：①Au、Ag、Pt、Pd等贵金属系采用导体浆料丝网印刷后烧结而成，膜层致密，附着力强，可用非活性焊剂焊接，抗焊熔性好，丝网印刷性好，与多种电阻及介质材料兼容。②Cu、Ni、Al、Cr等贱金属系价格低廉，膜电阻小、可焊性和抗焊熔性好、无离子迁移；但工艺要求高，老化性能较差。8

薄膜布线导体也可分为二类：①单种金属形成的单层薄膜导体（单元膜）有良好的导电性，易于成膜，无需其它金属做底层就可具有良好的附着力、可超声焊和热压焊、成本低，薄膜表面生成的氧化层有利提高多层布线的绝缘性。缺点：铝薄膜表面的氧化层造成焊接困难，焊点易脱开，抗电迁移能力弱。9

②不同金属膜所构成的多层薄膜导体（复合膜）一般包括底层和顶层：底层主要作用是使顶层导体膜牢固附在基片上。常见有Cr、NiCr、Ti等易氧化的金属，以便与基片中的氧形成共价键，厚度约20～50nm；顶层通常为导电性好、抗电迁移能力强、化学稳定性高、可焊性好的Au膜，厚度1000nm；有时为阻止底层和顶层间的互扩散，提高稳定性和抗蚀能力，加入100～300nm阻挡层（如Cu）。10

第三节电阻材料凡利用物质的固有电阻特性来制造不同功能元件的材料都称为电阻材料。它包括：1.调节器、电位器、精密仪器仪表用的精密电阻合金2.加热器用的电阻材料。3.传感器用的电阻合金4.电子工业用的膜电阻材料11

v电阻系数,又叫电阻率,是指电热体当温度在20℃,1m长度的电热体1mm端面所具有的电阻值,其单位：Ω?mm/m。22v电热体的电阻随着温度变化而变化，衡量这个变化程度的叫电阻温度系数。v可按下式计算：v式中?为电热元件在20℃的电阻率；20v?为电阻温度系数，℃-1；vt为电热元件的工作温度，℃。12

一、精密电阻合金特点：①在尽可能宽的温度范围内具有低的电阻温度系数TCR及二次电阻温度系数；②电阻值均匀性好；③良好的加工工艺性能和力学性能；④耐磨性和抗氧化性好。材料：包括锰铜合金、镍铜合金、改良型镍铬电阻合金、贵金属精密电阻合金以及改良型铁铬铝等其它系列精密电阻合金等。13

二、电热器用电阻材料包括工作在1350?C以下的普通中低温电热合金和在1350?C以上使用的贵金属电热合金及陶瓷电热材料。特点：①在高温下具有良好的抗氧化性及稳定性；②具有高的电阻率和低的电阻温度系数；③良好的加工工艺性能；④足够的高温强度；⑤价格低廉。14

2.1电热合金p康铜(Cu-Ni)合金，使用温度500?C以下，具有不大的电阻温度系数和较高的电阻率。pNi基或Fe基电热合金，使用温度900～1300?C。Ni基合金随Cr含量不同，其抗氧化能力不同，w(Cr)为15％以上，其性能良好，NiCr合金综合性能最好；8020Fe基合金的耐热性随Al和Cr的含量增加而增高，且长时间使用永久伸长率较大。15

Ni基及Fe基合金在1000~1300℃范围内，空气中使用最多。它们抗氧化、价格便宜、易加工、电阻大和电阻温度系数小。注意：它们抗氧化因为在高温下由于空气的氧化能生成(致密的）CrO或NiCrO，阻止进一步氧化。42316

2.2电热贵金属①纯金属电热体钨、钼、钽（Mo、W、Ta）共性：在真空或适当气氛下获得更高的温度；电阻系数大，熔点高，抗氧化差(不能在空气中使用)钼：常用温度使用气氛高纯氢,氨分解气,无水酒精蒸汽,真空1600～1700℃∵钼在氧化气氛下生成氧化钼升华，注意:易渗碳变脆，不能处渗碳气氛中钨：2200～