Файл: Смирнов В.И. Теория конструкций контактов в электронной аппаратуре.pdf

железо, медь), образуется соответственно более плотный слой окисла, диффузия ионов металла или атомов кис­

уменьшение скорости роста этих пленок с течением вре­ мени обусловлено их защитным действием. Такие плен­ ки называются пассивирующими.

Процесс окисления весьма чувствителен к побочным, слабо контролируемым факторам. Например, присутст-

13

вне ничтожных следов серы или влаги в окислительной атмосфере или примесей в металле может принципиаль­ но изменить характер роста окисла. Поэтому имеющие­ ся в литературе данные о толщине начальной пленки 1г0, времени ее образования т0 , толщине и времени образо­ вания пассивирующей -пленки /гш тп , а также о законе роста окисного слоя характеризуются значительным раз­ бросом.

В табл. 1.1 приведены эти данные для некоторых ме­ таллов из работ [1, 8—10].

Т а б л и ц а 1.1

Некоторые данные процесса окисления металлов

При прочих равных условиях скорость роста окисла на поверхности металла существенно зависит от давле­ ния воздуха или кислорода. Так, для некоторых метал­ лов [9] параболическая константа роста прямо пропор­ циональна логарифму давления окислительной атмосфе-

14

за такой же промежуток времени.

Структура начального окисного слоя, как правило, воспроизводит структуру нижележащей поверхности, ли­ бо является аморфной [1]. По мере роста пленки, окисел кристаллизуется в собственную решетку, что сопровож­ дается образованием трещин. Для дальнейшего сущест­ венно отметить, что рост окисла на поверхности поли­ кристалла протекает неравномерно, так как энергия активации реакции, зависящая от удельной свободной энергии поверхности, оказывается разной на различных гранях кристаллитов, а у границ кристаллитов, скопле­ ний дислокаций и других дефектов — значительно мень­ ше, чем на неискаженных плоскостях. Кроме того, диф­ фузия атомов металла и кислорода по межзеренным границам протекает значительно легче, чем в совершен­ ную кристаллическую грань. В связи с этим толщина окисла в областях границ зерен обычно в несколько раз больше его толщины на верхних гранях зерен (межкристаллитная коррозия).

Сульфидные пленки потускнения. Сероводородные за­ грязнения почти всегда содержатся в некотором количе­ стве в атмосфере больших городов. Их концентрация особенно высока в районах нефтеперерабатывающих за­ водов, вискозных фабрик и т. п.

Некоторые металлы, нашедшие в конструкциях элек­ трических контактов широкое применение в силу своих хороших электрических и механических свойств (напри­ мер, Ag, Си), реагируя с сероводородными загрязнения­ ми, образуют поверхностные сульфидные пленки (Ag^S, CuS, Cu^S). Сульфидизация не может протекать под действием сухого сероводорода. Ей способствует присут­ ствие паров воды или SOg. Слой сульфида не является защитным и скорость его роста тем больше, чем выше концентрация серы в окружающей среде и чем выше температура.

Сульфидные пленки образуются не только на кон­ тактных элементах, изготовленных из неблагородных металлов. Частичное сульфидное потускнение наблю­ дается и тогда, когда поверхности проводников покрыты защитным слоем золота. Ввиду широкого применения таких покрытий, особенно в контактах, предназначенных

15

Потускнение позолоченных поверхностей. Для улучше­ ния надежности работы контактов на контактные эле­ менты часто осаждают слой золота, обладающий от­ личными антикоррозионными, механическими и электри­ ческими свойствами (см. § 2.6). Обычно покрытие золотом не является идеально сплошным и характери­ зуется наличием сквозных пор, причем пористость слоя является функцией шероховатости базового металла [11]. Характер этой зависимости при различных толщинах по­ крытия представлен на рис. 1.4.

Проникая через поры слоя золота, сероводородные загрязнения реагируют с базовым металлом, создавая соответствующий сульфид. Часто сульфид базового ме­ талла (например, серебра, меди) обладает способностью выползать из пор и распространяться в виде тонкой

санные в работе [11], показали, что дальность / распро­

лов. На рис. 1.5 приведены эти зависимости для контакт­ ных элементов из серебра и бронзы.

Другим механизмом образования на поверхности зо­ лотых покрытий сульфидных пленок может быть диффу-

16