Температуре абсолютного

Оксидирование применяют для защиты от коррозии черных и цветных металлов. Оксидные пленки на стальных деталях могут быть получены химическим и электрохимическим способами. Обычно химическое и электрохимическое оксидирование производят в растворе щелочи. Электрохимическое оксидирование ведут при плотности тока (5... 10)-102 А/м2 и температуре электролита 395 К- Время нанесения пленки составляет 10... 30 мин*. Качество пленок при химическом и электрохимическом оксидировании практически одинаково. Толщина их составляет 0,6 ... 0,8 мкм при химическом и 1,5... 3 мкм при электрохимическом оксидировании. Пленки эластичны, но непрочны, их не следует наносить на трущиеся поверхности деталей. Пористость и малая толщина пленки делают ненадежной защиту от коррозии. Защитная способность пленки может быть повышена дополнительной обработкой смазочными маслами или покрытием лаками. Размеры деталей при оксидировании практически не меняются.

Серебряное покрытие на деталях из меди и ее сплавов, а также на медном покрытии производят гальваническим методом в цианистом и бесцианистом электролитах. Состав цианистого электролита: серебро азотнокислое (в пересчете на металл) — 20—30 г/л, калий цианистый (свободный) — 20— 40 г/л, калий углекислый — 20—30 г/л. Процесс серебрения выполняется при рН среды 11 —12, температуре электролита 291—303 К, плотности тока 20—150 А/м2, скорости осажде-

Детали, подлежащие обезжириванию, монтируют на медную проволоку и завешивают на катод. Обезжиривание производят в течение 5—7 мин при температуре электролита 70—80° С и плотности тока 1—5 а/дм2.

Никелирование стальных и коваровых изделий производят при температуре электролита 25—35° С и плотности

Медные изделия никелируют при комнатной температуре электролита и плотности тока 0,5—0,7 а/дм2.

Важнейшей характеристикой аккумулятора является напряжение в процессе разряда. Оно ниже напряжения при разомкнутой цепи вследствие поляризации и внутреннего падения напряжения, зависящих от типа пластин, плотности электролита, тока, температуры и степени заряженности. Эти зависимости могут быть определены только экспериментально. На 27.3 приведены характеристики аккумуляторов типа СН при разряде их продолжительным током от 4 до 40 А и температуре электролита 25 °С. Изменение напряжения в течение первых секунд неустановившегося режима на рисунке не показано. Все кривые лежат ниже горизонтальной прямой, соответствующей напряжению при разомкнутой цепи. Чем больше ток, тем короче разряд и тем ниже лежит характеристика. Постепенное уменьшение напряжения аккумулятора в процессе разряда объясняется проникновением реакции глубже в поры активной массы пластин и увеличением разности концентраций электролита внутри пор и в остальном объеме, следовательно, увеличением поляризации. К концу разряда напряжение снижается быстрее и, если не прервать разряд, напряжение в течение короткого времени снизится до нуля. Во избежание повреждения пластин (коробление, усадка активной массы) разряд аккумулятора должен быть прерван при некотором предельном напряжении, которое тем ниже, чем больше разрядный ток.

27.3. Разрядные характеристики аккумуляторов типа СН при температуре электролита 25 °С:

Характерной величиной для аккумулятора является его емкость, под которой понимают количество электричества, которое аккумулятор способен отдать при определенных условиях разряда, а именно: токе, температуре электролита и конечном напряжении. Емкость аккумулятора зависит от типа пластин, их размеров и числа, а также от плотности

В стандарт США введено понятие коэффициента емкости аккумулятора КТ, представляющего собой отношение номинальной емкости аккумулятора, выраженной в ампер-часах (при стандартизованной продолжительности разряда до конечного напряжения при температуре электролита 25 °С), к току, который может быть обеспечен этим аккумулятором в течение Т минут (при разряде до конечного напряжения при температуре электролита 25 °С). Коэффициент Кт является функцией времени. Зависимость KT(t) дают заводы-изготовители. Она может быть получена опытным путем с использованием разрядных характеристик аккумуляторов с пластинами определенной конструкции и определенных размеров. При отсутствии такой характеристики можно воспользоваться характеристикой, приведенной на 27.9, взятой из [27.1]. За номинальную емкость аккумуляторов принята емкость при 8-часовом разряде до конечного напряжения 1,75 В. Характеристика аккумуляторов типа СН (см. табл. 27.2) практически совпадает с этой характеристикой.

Необходимая емкость аккумуляторов получится равной 573,8 • 1,08 ¦ 1,25 ¦ 1,15 = = 890 А ¦ ч при 8-часовом разряде до конечного напряжения 1,75 В и при температуре электролита 25 °С. Выбираем по табл. 27.2 аккумуляторы типа СН-1008 с номинальной емкостью 1008 А • ч.

Сплошная кривая — при температуре электролита 10 °С; штрн. ховая — при температуре электролита 25 °С

Электрофизические, оптические и другие свойства любых материалов определяются возможными энергетическими состояниями их электронов, которые характеризуются энергетической диаграммой. Рассмотрим энергетическую диаграмму отдельно взятого атома. Из квантовой физики известно, что электроны такого атома могут обладать лишь строго определенными энергиями, т. е. находиться на разрешенных дискретных энергетических уровнях. Разрешенные уровни разделены интервалами энергий — запрещенными зонами, в которых нахождение электронов запрещено. Кроме того, число электронов, обладающих одинаковой энергией (т. е. находящихся на одном энергетическом уровне), также строго ограничено. В невозбужденном состоянии атома (например, при температуре абсолютного нуля) электроны занимают разрешенные уровни с наименьшей

При получении дополнительной энергии (например, при повышении температуры, освещении, приложении электрического поля и т. д.) электроны внешней оболочки теряют жесткую связь с определенным 'атомом и начинают свободно перемещаться в объеме. Такие электроны называются свободными носителями заряда. Свободная зона, на уровнях которой при возбуждении могут находиться электроны, называется зоной проводимости. Зона,, ближайшая к зоне проводимости, называется валентной. При температуре абсолютного нуля она полностью заполнена. При изменении температуры происходит обмен между валентной зоной и зоной проводимости. Все существенные процессы в полупроводниковых приборах можно изучить, рассматривая только две соседние зоны: валентную и зону проводимости.

Рассмотрим наиболее простой случай распределения электронов для идеального беспримесного кристалла полупроводника (собственный полупроводник) при температуре абсолютного нуля (О К). Как отмечалось выше, при этом все энергетические уровни в валентной зоне будут заполнены, а все уровни зоны проводимости окажутся свободными. Это состояние можно охарактеризовать, используя понятия теории вероятности. Мы знаем, что при температуре абсолютного нуля электрон не может при всех условиях находиться в зоне проводимости. Это означает, что все уровни валентной зоны заняты электронами. Другими словами, вероятность того, что все уровни валентной зоны будут заняты электронами, равна 100%, т. е. превращается в достоверность. В теории вероятности достоверное событие обозначается 1. В то же время вероятность, что тот или иной уровень валентной зоны лишится своего электрона и превратится в дырку, равна 0.

Ранее отмечалось, что при температуре абсолютного нуля все электроны находятся в валентной зоне. Объясним это явление с помо1цью функции Ферми—Дирака для Т = 0.

На 2.3 приведена упрощенная модель решетки (а) и зонная энергетическая диаграмма (б) для беспримесного кремния, где между каждыми двумя атомами кремния проведено две связывающие их прямые линии, каждая из которых символизирует собой наличие электрона на общей орбите у этих атомов. Ее принято называть валентной связью. Валентный электрон, находящийся в такой связи, по энергии расположен в валентной зоне. Электроны во всех связях будут присутствовать только при температуре абсолютного нуля. По мере нагревания полупро-

Рассмотрим теперь температурную зависимость проводимости (например, для электронного) полупроводника. Поскольку при температуре абсолютного нуля в полупроводнике отсутствуют свободные носители заряда, то н = 0 и <т„ = 0.

Поскольку и металлы, и полупроводники обладают электронной электропроводностью, то в дальнейшем для понимания физики процессов удобно сравнивать эти две группы между собой. Так, для металлов удельное электрическое сопротивление лежит в более узком диапазоне (р ~ 10~~°—10"° Ом-м), а температурный коэффициент сопротивления положителен и составляет + (0,4— 0,6) %/К, за исключением некоторых специальных сплавов. В отличие от металлов сопротивление большинства чистых полупроводников резко уменьшается с увеличением температуры с коэффициентом -(5—6) %/К. Можно сделать вывод, что при температуре абсолютного нуля металлы могут оказаться в состоянии сверхпроводимости, в то время как полупроводники становятся изоляторами.

В беспримесном полупроводнике (в идеальном кристалле) при температуре абсолютного нуля все ковалентные связи заполнены и свободных электронов нет. Следовательно, такой полупроводник по своим электрическим

Механизм электропроводности полупроводников можно объяснить на основе зонной теории твердого тела. Энергетическая диаграмма полупроводника ( 1.1, б), иллюстрирующая эту теорию, показывает распределение электронов по энергетическим уровням и состоит из трех зон: валентной, запрещенной и зоны проводимости. Лишь те валентные электроны полупроводника, которые обладают энергией зоны проводимости, освобождаются от ковалентной связи с атомами и могут свободно перемещаться в кристалле. При отсутствии же в кристалле примесей атомов других элементов и при температуре абсолютного нуля все валентные электроны участвуют в межатомных связях, иначе говоря находятся на энергетических уровнях валентной зоны и не могут принимать участия в процессе электропроводности.

При температуре абсолютного нуля все валентные электроны в кремнии связаны. При повышении температуры часть валентных электронов приобретает тепловую энергию, достаточную для разрыва кова-лентной связи, т.е. для отрыва от пары атомов кремния. Оторвавшийся электрон способен свободно перемещаться по кристаллу, т.е. становится свободным носителем заряда ( 3). 8 результате образования свободных носителей заряда кристалл кремния приобретает свойство электропроводности.

При температуре абсолютного нуля термогенерация электронно-дырочных пар отсутствует и концентрация свободных носителей заряда равна нулю. С ростом температуры тепловая энергия кристаллической решетки повышается и происходит рост концентрации собственных носителей — электронов п. и дырок pf по экспоненциальному закону: