表面膜层及其电接触特性.pptx

2020/2/3第三章表面膜层及其电接触特性1内容表面膜层的分类和表面吸附层接触表面的干燥气体腐蚀接触表面的电化学腐蚀接触表面的膜层电阻接触表面的膜层击穿2020/2/3第三章表面膜层及其电接触特性2§、研究触点表面膜层的重要性触点表面膜层不可避免环境污染一个干净的贵金属(Au)表面上,混合着尘土、煤灰、油和水的膜层在几个小时内就可形成;干净的基础金属在空气中,几秒钟内就形成了纳米级的膜层,几小时后增长至十几纳米。打磨过的Cu表面,立即形成3~6纳米厚的氧化膜,室内暴露几天后,膜层变得非常复杂:氧化物、硫化物、硫酸盐、***化物、***盐、煤灰、尘土、油、水和铵盐等。机械沉积摩擦磨损碎屑2020/2/3第三章表面膜层及其电接触特性3一、研究触点表面膜层的重要性表面膜层使接触电阻增加接触电阻R=Rc+Rf表面的膜层通常都是绝缘物质。当污染膜膜厚在(20~30Å)范围内时,可靠隧道效应导电;当膜厚超过此限度值以后,膜层电阻一般随膜厚成指数规律增加;膜层发生电击穿,使电阻值非线性改变,造成接触电阻和电接触故障;高频电路中,接触膜层产生寄生接触电容,使传输信号畸变(幅度减小、波形变化),导致误码,造成故障。2020/2/3第三章表面膜层及其电接触特性4二、膜层的分类按膜层的形成来源可以分为:腐蚀膜:由周围的腐蚀性气体侵袭而成。偏析膜:材料中的一些元素或杂质会偏析到表面上来,被空气中的气体腐蚀。有机膜:对于动态的触点,由于表面吸附有机膜,在元素的催化作用下,产生摩擦聚合物。污染膜:空气中的烟尘、油脂、纤维及加工过程中嵌入表面的工具磨损碎屑造成的。主要讨论无机腐蚀膜。2020/2/3第三章表面膜层及其电接触特性5二、膜层的分类无机膜按其性质可分为:前污染膜:在基体金属上产生,并能发展成污染膜。如化学吸附的单层氧化膜。污染膜:常见的污染膜为氧化物或硫化物。外膜:在金属表面粘附的一层其他物质。如润滑膜、水膜。2020/2/3第三章表面膜层及其电接触特性6二、膜层的分类无机膜按其厚度可分为:吸附膜:只有一个或几个分子层厚,最典型的是单层膜。钝化膜(保护膜):在很薄时就停止生长,能阻止进一步的化学侵蚀。如不锈钢表面生成的钝化膜。污染膜:可见的,能连续生长、加厚。如很多基体金属上形成的污染膜。2020/2/3第三章表面膜层及其电接触特性7三、表面吸附层当清洁的金属置于大气或其他气体中,表面就会很快地吸附一层气体膜,通常只有一~几个分子层厚度。吸附分两种情况:物理吸附它是由于气体与金属表面间的范德华力或极性力所造成;吸附能一般小于10千卡/;贵金属与惰性气体,如:氩、氦气之间的吸附大体属于此种情况,与金属性质关系不明显。化学吸附气体原子在表面金属原子结合成较牢固的键;其吸附能通常大于30千卡/克分子或者说>1ev;与气体种类及金属特性有密切关系。2020/2/3第三章表面膜层及其电接触特性8三、表面吸附层物理吸附和化学吸附的能量曲线化学吸附的能量远大于物理吸附,物理吸附膜一般在化学吸附膜的外边。Ea是吸附能,Ed是脱附能。一般,Ed应大于Ea,因为化合的物质要还原成为气体状态。但实际测试结果是两者非常近似。2020/2/3第三章表面膜层及其电接触特性9物理吸附和化学吸附的能量2020/2/3第三章表面膜层及其电接触特性10三、表面吸附层气体原子在金属表面停留的平均时间脱附能Ed决定气体原子在金属表面所停留的平均时间。,单个吸附原子在固体表面所停留的平均时间(秒);0,吸附原子对表面垂直热振动的周期(秒),一般假定0=10-14~10-12秒;R,气体常数(R=K);T,绝对温度(K)。