Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство науки и образования

Кафедра "ИиВТ"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе

Организация и методика производственного обучения по предмету: Материаловедение и электрорадиоматериалы

На тему: Полупроводниковые материалы

Введение

I. В современной технике очень широко применяются металлы и сплавы, а также электротехнические материалы. Современное радиоэлектронное приборостроение достигло такого этапа развития когда важными параметрами приборов зависят не столько от схемных решений, сколько от использованных электрорадиоматериалов и совершенство технологических процессов их изготовления. Предмет материаловедение состоит из пяти разделов. Первый раздел называется общие сведения о металлах и сплавах.

Метал - это твердое вещество.

Сплав - это соединение 2-х и более химических элементов

Компонент - это вещества составляющие сплав.

II. Проводниковые материалы - это материалы которые обладают малым удельным сопротивлением.

III. Диэлектрические материалы

Диэлектрики - это изоляционные материалы.

IV. Полупроводниковые материалы - это материалы которые при работе затрачивают малое количество энергий.

V. Магнитные материалы - обладающие свойствами притягивания.

Конструкционные стали и сплавы

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали).

Углеродистые конструкционные стали

Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества изготавливают следующих марок Ст0, Ст1, Ст2,..., Ст6 (с увеличением номера возрастает содержание углерода). Ст4 - углерода 0.18-0.27%, марганца 0.4-0.7%.

С повышением условного номера марки стали возрастает предел прочности (в) и текучести (0.2) и снижается пластичность (,). Ст3сп имеет в =380490МПа, 0.2 =210250МПа, =2522%.

Качественные углеродистые стали выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. Содержание S<=0.04%, P<=0.0350.04%, а также меньшее содержание неметаллических включений.

Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15,..., 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Низкоуглеродистые стали (С<0.25%) 05кп, 08, 07кп, 10, 10кп обладают высокой прочностью и высокой пластичностью. в =330340МПа, 0.2 =230280МПа, =3331%.

Среднеуглеродистые стали (0.3-0.5% С) 30, 35,..., 55 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях промышленности. Эти стали по сравнению с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности (в =500600МПа, 0.2 =300360МПа, =2116%). В связи с этим их следует применять для изготовления небольших деталей или более крупных, но не требующих сквозной прокаливаемости.

Стали с высоким содержанием углерода (0.6-0.85% С) 60, 65,..., 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Из этих сталей изготавливают пружины и рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные валки и т.д.

Легированные конструкционные стали

Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%).

Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении - легированные стали.

Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент.

Строительные низколегированные стали

Низко легированными называют стали, содержащие не более 0.22% С и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов: до 1.8% Mn, до 1,2% Si, до 0,8% Cr и другие.

К этим сталям относятся стали 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД, 10ХНДП и многие другие. Стали в виде листов, сортового фасонного проката применяют в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном без дополнительной термической обработки. Низколегированные низкоуглеродистые стали хорошо свариваются.

Для изготовления труб большого диаметра применяют сталь 17ГС (0.2 =360МПа, в =520МПа).

Арматурные стали

Для армирования железобетонных конструкций применяют углеродистую или низкоуглеродистую сталь в виде гладких или периодического профиля стержней.

Сталь Ст5сп2 - в =50МПа, 0.2 =300МПа, =19%.

Стали для холодной штамповки

Для обеспечения высокой штампуемости отношение в / 0.2 стали должно быть 0.5-0.65 при не менее 40%. Штампуемость стали тем хуже, чем больше в ней углерода. Кремний, повышая предел текучести, снижает штампуемость, особенно способность стали к вытяжке. Поэтому для холодной штамповки более широко используют холоднокатаные кипящие стали 08кп, 08Фкп (0.02-0.04% V) и 08Ю (0.02-0.07% Al).

Конструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементуемые) легированные стали

Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют низкоуглеродистые (0.15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.

Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое., чувствительна к перегреву, прокаливаемость невелика.

Сталь 20Х - в =800МПа, 0.2 =650МПа, =11%, =40%.

Хромованадиевые стали . Легирование хромистой стали ванадием (0.1-0.2%) улучшает механические свойства (сталь 20ХФ). Кроме того, хромованадиевые стали менее склонны к перегреву. Используют только для изготовления сравнительно небольших деталей.

Типовой учебный план

Типовой учебный план - это документ, предназначенный для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровня подготовки выпускных учебных заведений средне специального образования. Он определяет общий перечень дисциплин, и обязательные объемы времени для их реализации, виды и минимальную продолжительность произведенной практики, примерный перечень учебных кабинетов, лабораторий и мастерских. В учебном плане также предусматривается курсовое проектирование не более чем по трем дисциплинам во весь период обучения. Виды производственной практики и их продолжительность определяется в соответствии с типовой учебной практики по заданной специальности. График учебного процесса носит рекомендательный характер и может быть откорректирован учебным заведением при обязательном соблюдении продолжительности теоретического обучения, экзаменационных сессий, а также сроков проведения зимних и завершающих учебный год летних каникул (см. таблицу 1).

ТАБЛИЦА 1

Наименование

учебного процесса,

учебных дисциплин

Распреде-ление по семестрам

Кол-во контроль-ных

Количество часов

Распределение по курсам и семестрам

Экзаменов

Курсо-вых проект

Тео-рет. зан.

Лаб.прак занятия

Материаловедение

и электрорадио-материалы

Из учебного плана видно, что на предмет "Материаловедение и электрорадиоматериалы" всего отводится 60 часов. Из них 44 - теоретических и 16- практических. Минимальное количество контрольных работ составляет 2 работы. Есть лабораторные занятия. Курсовых, курсового проекта, зачета нет. Предмет "Материаловедение и электрорадиоматериалы" изучается на 2 курсе. В 3семестре обучения 18 недель, в неделю по 2 часа: 18*2=36 часов изучают в 3 семестре. В 4 семестре обучения 12 недель, в неделю по 2 часа: 12*2=24 часа изучают за 4 семестр. Итого за 3 и 4 семестр: 36+24=60 часов, полностью изучают этот предмет на 2 курсе.

Тематический план

Тематический план - является частью учебной программы. Учебная программа - это документ, в котором дается характеристика содержания изучаемого материала по годам обучения и разделам (темам). Тематический план состоит из разделов, в которые входят темы. Тематический план распределяет часы по разделам из общего количества часов. В тематическом плане по предмету "Материаловедение и электрорадиоматериалы" в разделе "Проводниковые материалы" отводится 12 часов.

ТАБЛИЦА 2

Наименование темы

Количество часов

Теоретические занятия

Глава 4. Проводниковые материалы

Материалы высокой проводимости

Сверхпроводники и криопроводники

Электропроводность проводников

Контрольная работа

Календарно-тематический план

Календарно-тематический план - планирующее учетный документ, его целями является определение тематики, тип метода и оснащение уроков по выбранному предмету. Составление календарно-тематического плана является первым шагом создания поурочной систематизации. Исходным документом здесь является учебная программа. Календарно тематический план предусматривает межпредметные связи. При соответствии календарно-тематического плана учебной программе ориентируются на тематический план при составлении поурочного плана. Календарно-тематический план (см. таблицу 3).

Разработка урока

Изучая учебную программу, преподаватель внимательно анализирует каждую тему, что дает возможность четко определить содержание обучения, установить межпредметные связи. На основе учебной программы составляется календарно-тематический план и уже на основе календарно-тематического плана составляется поурочный план. При определении цели и содержания урока, вытекающей из учебной программы, определяется содержание записи, умений и навыков, которые учащиеся должны усвоить на данном уроке. Анализируя предыдущие уроки, и устанавливая в какой мере решены их задачи, выясняют причину недочетов, и на основе этого определяют какие изменения необходимо внести в проведения данного урока. Намечают структуру урока и время на каждую ее часть, формируют содержание и характер воспитательной работы во время урока.

План урока

Предмет: Материаловедение и электрорадиоматериалы Группа 636

Тема: Классификация и основные свойства

а) обучающая: Познакомить учащихся с понятиями и основными свойствами проводниковых материалов, рассказать о их предназначений

б) развивающая: Развить интерес к материаловедению и электрорадиоматериалам

в) воспитательная: Выработать потребность в самообразовании

Тип урока: Комбинированный

Метод изложения: поисковый

Наглядные пособия: плакат № 1, ПК

Время: 90 мин.

Ход урока

I . Вводная часть:

Письменный опрос по двум вариантам + 3 уч-ся у доски (приложение1)

II . Основная часть:

1. Сообщение цели новой темы

2. Изложение нового материала время 40 мин.

а) Основные понятия

б) Классификация проводников

в) Сфера применения

3. Ответы на вопросы учащихся время 10 мин.

4. Закрепление нового материала время 20 мин.

Письменный опрос по 2 вариантам + 3 уч-ся у доски (приложение 2)

III . Заключительная часть: время 3 мин.

1. Подведение итогов

2. Задание на дом: стр. 440 ответы на вопросы, самостоятельно рассмотреть темы № 2, 3, 4, 5

3. Заключительное слово преподавателя

Преподаватель

Список литературы

1. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. -- М.: Машиностроение, 1990 г.

2. Технологические процессы машиностроительного производства. Под редакцией С. И. Богодухова, В. А Бондаренко. -- Оренбург: ОГУ, 1996 г.

Приложение 1

ПИСЬМЕННЫЙ ОПРОС по 2-м вариантам

Вариант 1

1 . Что изучает предмет материаловедение.

2. Виды металлов.

3. Классификация металлов

4. Аллотропическое превращение

5 . Свойства металлов

Вариант 2

1. Определение твердости металлов

2. Механические свойства

3. Пластичность

4. Выносливость

5. Технологические свойства

Приложение 2

Письменный опрос

1 - вариант

1. Полупроводниковые материалы

2. Сверхпроводники

3. Криопроводники

4. Характеристики полупроводниковых материалов

5. Упругость материалов

2 - вариант

1. Полупроводниковые материалы.

2. Диэлектрические материалы

3. Пластичность

4. Упругость

5. Сверхпроводники

Приложение 3

Конспект урока на тему " Проводниковые материалы "

Возрастание роли техники и технического знания в жизни общества характеризуется зависимостью науки от научно-технических разработок, усиливающейся технической оснащенностью, созданием новых методов и подходов, основанных на техническом способе решения проблем в разных областях знания, в том числе и военно-техническом знании. Современное понимание технического знания и технической деятельности связывается с традиционным кругом проблем и с новыми направлениями в технике и инженерии, в частности с техникой сложных вычислительных систем, проблемами искусственного интеллекта, системотехникой и др.

Спецификация понятий технического знания обуславливается в первую очередь спецификой предмета отражения технических объектов и технологических процессов. Сравнение объектов технического знания с объектами иного знания показывает их определенную общность, распространяющуюся, в частности, на такие черты, как наличие структурности, системности, организованности и т.д. Такие общие черты отражаются общенаучными понятиями "свойство", "структура", "система", "организация" и т.п. Разумеется, общие черты объектов технического, военно-технического, естественнонаучного и общественно-научного знания отражаются такими философскими категориями "материя", "движение", "причина", "следствие" и др. Общенаучные и философские понятия употребляются и военных и в технических науках, но не выражают их специфики. Вместе с тем они помогают глубже, полнее осмыслить содержание объектов технического, военно-технического знания и отражающих их понятий технических наук.

Вообще философские и общенаучные понятия в технических науках выступают в роли мировоззренческих и методологических средств анализа и интеграции научно-технического знания.

Технический объект - это, несомненно, часть объективной реальности, но часть особая. Его возникновение и существование связаны с социальной формой движения материи, историей человека. Это определяет исторический характер технического объекта. В нем объективируются производственные функции общества, он выступает воплощением знаний людей.

Возникновение техники - это естественноисторический процесс, результат производственной деятельности человека.

Ее исходным моментом являются "органы человека". Усиление, дополнение и замещение рабочих органов - социальная необходимость, реализуемая путем использования природы и воплощения в преобразуемых природных телах трудовых функций.

Формирование техники протекает в процессе изготовления орудий, приспособления природных тел для достижения цели. И ручное рубило, и ствол дерева, выполняющий функцию моста и т.п. - все это средства усиления индивида, повышения эффективности его деятельности. Природный предмет, выполняющий техническую функцию, - это уже в потенции технический объект. В нем зафиксирована целесообразность его устройства и полезность конструктивных улучшений за счет подработки его частей.

Практическое выделение конструкции как целостности свидетельствует об актуальном существовании технического объекта. Ее важнейшими свойствами являются функциональная полезность, необычное для природы сочетание материалов, подчиненность свойств материала отношению между компонентами системы. Техническая конструкция представляет собой соединение компонентов; этот порядок обеспечивает как можно более продолжительное и эффективное функционирование орудия, исключающее его саморазрушение. Компонентом конструкции выступает деталь как исходная и неделимая для нее единица. И, наконец, с помощью технической конструкции способ общественной деятельности достигает технологичности. Технология - это та сторона общественной практики, которая представлена взаимодействием технического средства и преобразуемого объекта, определяется законами материального мира и регулируется техникой.

Техническая практика обнаруживает себя в отношении человека к технике как объекту, к ее частям и их связям.

Эксплуатация, изготовление и конструирование тесно связаны друг с другом и представляют собой своеобразное развитие технической практики. В качестве объекта эксплуатации техника выступает как некоторая материальная и функциональная целостность, сохранение и регулирование которой - непременное условие ее использования. Движущим противоречием эксплуатации является несоответствие между условиями функционирования техники и ее функциональными особенностями. Функциональные особенности предполагают постоянство условий эксплуатации, а условия эксплуатации имеют тенденцию меняться.

Преодоление этого противоречия достигается в технологии, в нахождении типовых технологических операций.

Внутренним противоречием технологии является несоответствие между используемыми природными процессами и потребностями в повышении ее надежности и эффективности. Преодоление этого противоречия достигается в конструировании более совершенной техники, с помощью которой можно использовать более фундаментальные закономерности природы. Техника не пассивна по отношению к технологии, средство влияет на цель.

Новая техника изменяет технологию, технология сама становится средством реализации внутренних достоинств сконструированной техники.

В конструировании с наибольшей полнотой обнаруживается социальная сущность технического объекта. В нем синтезируется конструктивная структура в соответствии с заданной обществом производственной функцией. Техника образует условие развития общества, опосредствует его отношение к природе, является средством разрешения противоречий между человеком и природой. Технический объект - носитель производственных, технологических функций человека. Без технического прогресса невозможно достижение социальной однородности общества и всестороннего развития каждого индивида.

Свойства технического объекта выявляются в технической практике ификсируются в знании приемов эксплуатации, изготовления и совершенствования техники. Эмпирически найденные пропорции между частями технического средства и к формированию "технических предметов", относительно устойчивых сведений о технических устройствах, об их существенных компонентах и свойствах. В виде таких предметов сформировались, например, описания подъемнотранспортных механизмов, часов, важнейших ремесел и материалов.

Переход к машинной технике, передача рабочих орудий механизмам вызвали в жизни конструирование технических устройств, что потребовало теоретической разработки понятия "машина" и получения различных ее идеализаций (кинематической пары, динамики сил, конструкции) .

На формирование понятий технической науки оказывают влияние закономерности, раскрытые в ходе изучения естественных наук, в частности, теоретической механики. Вместе с тем следует признать, что понятие технической конструкции получает свое выражение внутри технического знания. Исторически оно формируется как система положений о машине, механической совокупности частей и их закономерном отношении, обеспечивающем получение нужного эффекта.

Формирование технических дисциплин происходило различными путями. Технические дисциплины о двигателях основываются на результатах естествознания, на знании законов природы и применении законов физики к технике. Прикладной характер носят техническая кинематика, динамика машин и учение о деталях машин. Эти дисциплины сформировались на базе теоретической механики и начертательной геометрии, что выразилось в создании специального языка.

Технические науки формировались не только путем приложения естествознания к технике, но и путем использования многовекового опыта техники, его осмысления и придания ему логически четкого вида. Таким путем формировались науки о различных типах машин, материаловедение и пр. Проверенные на практике эмпирические данные этих технических дисциплин сохранялись и включались в общую науку о машинах. И до сих пор многие приемы изготовления и эксплуатации техники не получили должного теоретического обоснования.

Формирование технической науки положило конец ремесленному отношению к технике, когда те или иные механизмы совершенствовались по частям в течение многих десятилетий и даже столетий. Понимание того, что машина представляет собой преобразование движения в форму, нужную производству и в своей сущности состоящую из кинематических пар, легло в основу научного конструирования разнообразных технических устройств в XIX в.

Из сказанного видно, что техническая наука исследует свой объект, хотя она способна объяснить функционирование и ремесленных, ручных орудий труда, которые создавались без научного обоснования. Объект технической науки формируется в процессе выделения существенных и необходимых свойств техники, конструирования машины. Машина, ее компоненты, отношения между ними, их композиция, природная основа компонентов и технологический процесс - все это объект технической науки. Объект технической науки является источником научно-технического познания. Его исследование дает, в частности, конструктивные структуры и их элементы. В с структуре фиксируется устойчивость, повторяемость, необходимость,

закономерность композиции элементов машины. По отношению к структуре компонент машины выступает в виде элемента. Мысленное получение элемента структуры связано отвлечением от физической размерности и природной основы компонента. В конечном счете все научно-технические понятия являются отображением технического объекта.

Понятия "технический объект" и "объект технической науки" выполняют различную методологическую функцию в философском анализе техники и научно-технического познания. В понятии "технический объект" фиксируется реально изменяемая в практике сторона объективного мира. Технический объект отображается в философских, общественных, естественных и технических науках, и каждый раз наука вычленяет свойственную ей предметную область. В понятии "объект технической науки" фиксируется предмет технических наук, их отношение к объективной реальности. Главным объектом технических наук является машина, так как с ее помощью организуется технологический процесс и ею он регулируется. Машина облегчает и заменяет труд человека, служит средством достижения цели.

В технической науке прежде всего выделяются исследования элементов, их отношений и технических структур. Для формирования предмета технической науки важно выделить, описать и объяснить технические элементы, их отношения и возможные структуры, в которых материализуются полезные для общества производственные функции. Но на этом техническая наука не кончается. Она включает в себя правила синтеза новых технических структур, расчетные методы и формы проектирования.

Правила и нормы проектирования, графические и аналитические методы расчета сближают техническую науку с техническим творчеством, проектно-конструкторскими работами. Предмет технических наук формируется в непосредственной зависимости от творчества техники. В этом - специфика технических наук, которые представляют собой средство совершенствования техники, переосмысления естественнонаучных данных, открытия технологических методов и изобретения технических конструкций.

В качестве важнейшего фактора технического творчества выступают правила, предусматривающие достижение прочности и надежности технического средства, износостойкости и теплостойкости его деталей и пр. Эти правила образуют рамки конструирования, исключая из него то, что не соответствует выработанным технической наукой критериям функционирования машин. На базе правил и норм инженерной деятельности разрабатываются методы решения задач.

Принципы выступают как предпосылки деятельности, как ее организующее и направляющее начало. Таким образом, в предмет технических наук входят не только закономерности технического объекта, но и закономерности технического проектирования, методы, правила, нормы и принципы проектирования техники.

Методика проведения урока.

Захожу в кабинет №24, здороваюсь с учащимися.

Начинается вводная часть урока.

I . Вводная часть:

1. Организационный момент: проверка по рапортичке время 2 мин.

Проверяю наличие учащихся по рапортичке. На проверку наличия учащихся на уроке отвожу 2 минуты. Затем делаю опрос домашнего задания.

2. Проверка домашнего задания: время 15 мин.

Опрос

Опрос провожу в виде вопросов 10 вопросов. В них входят вопросы по пройденной теме. На тест отвожу 15 минут.

ТЕСТ

1 . Что изучает предмет материаловедение

2. Проводниковые материалы

3. Полупроводниковые материалы

4. Диэлектрические материалы

5. Лаки

6. Компаунды

7. Клей

8. Прочность

9. Упругость

10. Пластичность

Конструкционные стали и сплавы

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали) , конструкций и сооружений (строительные стали) .

Углеродистые конструкционные стали Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества изготавливают следующих марок Ст0, Ст1, Ст2,..., Ст6 (с увеличением номера возрастает содержание углерода) . Ст4 -- углерода 0.18-0.27%, марганца 0.4-0.7%.

Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. Стали отливают в крупные слитки, вследствие чего в них развита ликвация и они содержат сравнительно большое количество неметаллических включений.

С повышением условного номера марки стали возрастает предел прочности (sв) и текучести (s0.2) и снижается пластичность (d, y) . Ст3сп имеет sв=380490МПа, s0.2=210250МПа, d=2522%.

Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепанных и болтовых конструкций.

С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Поэтому стали Ст5 и Ст6 с более высоким содержанием углерода применяют для элементов строительных конструкций, не подвергаемых сварке.

Качественные углеродистые стали выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. Содержание S<=0.04%, P<=0.0350.04%, а также меньшее содержание неметаллических включений.

Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08,10,15,..., 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Низкоуглеродистые стали (С<0.25%) 05кп, 08,07кп, 10,10кп обладают высокой прочностью и высокой пластичностью. sв=330340МПа, s0.2=230280МПа, d=3331%.

Стали без термической обработки используют для малонагруженных деталей, ответственных сварных конструкций, а также для деталей машин, упрочняемых цементацией.

Среднеуглеродистые стали (0.3-0.5% С) 30,35,..., 55 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях промышленности. Эти стали по сравнению с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности (sв=500600МПа, s0.2=300360МПа, d =2116%) . В связи с этим их следует применять для изготовления небольших деталей или более крупных, но не требующих сквозной прокаливаемости.

Стали с высоким содержанием углерода (0.6-0.85% С) 60,65,..., 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Из этих сталей изготавливают пружины и рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные валки и т.д.

Легированные конструкционные стали

Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций.

Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% -- к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%) .

Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении -- легированные стали.

Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к высококачественным, на что указывает в конце марки буква ²А².

Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали Стали имеют высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.

При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свойства, особенно сопротивление хрупкому разрушению -- низкий порог хладноломкости, высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К1с.

Хромистые стали 30Х, 38Х, 40Х и 50Х применяют для средненагруженных деталей небольших размеров. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.

Сталь 30Х -- sв=900МПа, s0.2=700МПа, d=12%, y=45%.

Хромомарганцевые стали. Совместное легирование хромом (0.9-1.2%) и марганцем (0.9-1.2%) позволяет получить стали с достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью (40ХГ) . Однако хромомарганцевые стали имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до -60°С) , склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.

Сталь 40ХГТР -- sв=1000МПа, s0.2=800МПа, d=11%, y=45%.

Хромокремнемарганцевые стали. Высоким комплексом свойств обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил) . Стали 20ХГС, 25ХГС и 30ХГС обладают высокой прочностью и хорошей свариваемостью. Стали хромансил применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (самолетостроение) . Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости и обезуглероживанию при нагреве.

Сталь 30ХГС -- sв=1100МПа, s0.2=850МПа, d=10%, y=45%. Хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагрузках.

Сталь 40ХН -- sв=1000МПа, s0.2=800МПа, d=11%, y=45%.

Хромоникелемолибденовые стали. Хромоникелевые стали обладают склонностью к обратимой отпускной хрупкостью, для устранения которой многие детали небольших размеров из этих сталей охлаждают после высокого отпуска в масле, а более крупные детали в воде для устранения этого дефекта стали дополнительно легируют молибденом (40ХН2МА) или вольфрамом.

Сталь 40ХН2МА -- sв=1100МПа, s0.2=950МПа, d=12%, y=50%.

Хромоникелемолибденованадиевые стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этому способствует высокое содержание никеля. Недостатками сталей являются трудность их обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей турбин и компрессорных машин.

Сталь 38ХН3МФА -- sв=1200МПа, s0.2=1100МПа, d=12%, y=50%.

Рессорно-пружинные стали общего назначения

Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения. Они должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, пределом выносливости и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости.

Для пружин малого сечения применяют углеродистые стали 65,70,75,85. Сталь 85 -- s0.2=1100МПа, sв=1150МПа, d=8%, y=30%.

Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали.

Стали 60С2ХФА и 65С2ВА, имеющие высокую прокаливаемость, хорошую прочность и релаксационную стойкость применяют для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор. Сталь 65С2ВА -- s0.2=1700МПа, sв=1900МПа, d=5%, y=20%. Когда упругие элементы работают в условиях сильных динамических нагрузок, применяют сталь с никелем 60С2Н2А.

Для изготовления автомобильных рессор широко применяют сталь 50ХГА, которая по техническим свойствам превосходит кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуется сталь 50ХФА, не склонная к перегреву и обезуглероживанию.

Шарикоподшипниковые стали

Для изготовления тел качения и подшипниковых колец небольших сечений обычно используют высокоуглеродистую хромистую сталь ШХ15 (0.95-1.0% С и 1.3-1.65% Cr) , а больших сечений -- хромомарганцевую сталь ШХ15СГ (0.95-1.05% С, 0.9-1.2% Cr, 0.4-0.65% Si и 1.3-1.65% Mn) , прокаливающуюся на большую глубину. Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляются высокие требования по содержанию неметаллических включений, так как они вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недопустима также карбидная неоднородность.

Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А и 18ХГТ. После газовой цементации, высокого отпуска, закалки и отпуска детали подшипника из стали 20Х2Н4А имеют на поверхности 58-62 HRC и в сердцевине 35-45 HRC.

Износостойкие стали

Для деталей, работающих на износ в условиях абразивного трения и высоких давлений и ударов, применяют высокомарганцевую литую аустенитную сталь 110Г13Л, содержащую 0.9-1.3% С и 11,5-14.5% Mn. Она обладает следующими механическими свойствами: s0.2=250350МПа, sв=8001000МПа, d=3545%, y=4050%.

Сталь 110Г13Л обладает высокой износостойкостью только при ударных нагрузках. При небольших ударных нагрузках в сочетании с абразивным изнашиванием либо при чистом абразивном изнашивании мартенситное превращение не протекает и износостойкость стали 110Г13Л невысокая.

Для изготовления лопастей гидротурбин и гидронасосов, судовых гребных винтов и других деталей, работающих в условиях изнашивания при кавитационной эрозии, применяют стали с нестабильным аустенитом 30Х10Г10,0Х14АГ12 и 0Х14Г12М, испытывающим при эксплуатации частичное мартенситное превращение.

Коррозийно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы

Жаростойкие стали и сплавы. Повышение окалиностойкости достигается введением в сталь главным образом хрома, а также алюминия или кремния, т.е. Элементов, находящихся в твердом растворе и образующих в процессе нагрева защитные пленки оксидов (Cr, Fe) 2O3, (Al, Fe) 2O3.

Для изготовления различного рода высокотемпературных установок, деталей печей и газовых турбин применяют жаростойкие ферритные (12Х17,15Х25Т и др.) и аустенитные (20Х23Н13,12Х25Н16Г7АР, 36Х18Н25С2 и др.) стали,

обладающие жаропрочностью. Сталь 12Х17 -- sв=520МПа, s0.2=350МПа, d=30%, y=75%.

Коррозионно-стойкие стали устойчивы к электрохимической коррозии.

Стали 12Х13 и 20Х13 применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (клапанов гидравлических прессов, предметов домашнего обихода) , а также изделий, испытывающих действие слабо агрессивных сред (атмосферных осадков, водных растворов солей органических кислот) .

Стали 30Х13 и 40Х13 используют для карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов и т.д.

Стали 15Х25Т и 15Х28 используют чаще без термической обработки для изготовления сварных деталей, работающих в более агрессивных средах и не подвергающихся действию ударных нагрузок, при температуре эксплуатации не ниже -20°С.

Подхожу к заключительной части урока, в которой подвожу итоги урока. Выделяю основные моменты темы, подчеркиваю необходимость зучения данной темы. Выдаю домашнее задание. Подвожу итоги урока. Выставляю оценки активным учащимся, для поощрения их потребности самообразования.

III . Заключительная часть: время 3 мин.

1. Подведение итогов

Еще раз выделяю наиболее важную информацию по теме "Классификация и основные свойства проводниковых материалов."

2. Задание на дом: стр. 94 ответить на вопросы, Задача № 3,4,6,8

3. Заключительное слово преподавателя: Прощаюсь с учениками.

Подобные документы

    Ознакомление с типами и дидактическими принципами лекционного занятия. Разработка календарно-тематического плана курса "Наноматериалы и нанотехнологии" для студентов учреждений среднего профессионального образования. Составление планов-конспектов занятий.

    курсовая работа , добавлен 25.09.2010

    Общая характеристика документов планирования в физическом воспитании школьников. Описание основных их разновидностей. Структура учебной программы. Содержание рабочего (тематического) плана. Сущность плана-конспекта урока. Составление расписания занятий.

    презентация , добавлен 11.02.2014

    Изучение краткого конспекта учебного материала по теме "Общие сведения о волокнах" предмета "Материаловедение". Логический, дидактический, психологический и методический анализ учебного материала. Составление структурной схемы, а также плана занятия.

    курсовая работа , добавлен 16.02.2015

    Методика обучения школьников машинной вышивке, необходимый для этого инструментарий и материалы. Анализ учебной прогораммы по теме и разработка перспективно-тематического плана. Составление плана-конспекта и сценария уроков труда по машинной вышивке.

    курсовая работа , добавлен 20.08.2009

    Основные принципы обучения, их система, характеристика и способы реализации. Анализ системы принципов дидактики, ее значение в ходе изучения темы "Денежно-кредитная система". Специфика разработки календарно-тематического плана и плана-конспекта урока.

    курсовая работа , добавлен 08.12.2009

    Ознакомление с рекомендациями по составлению разноуровневых заданий с целью контроля качества изучения иностранного языка. Рассмотрение алгоритма написания тематического плана типового урока. Организация самостоятельной и практической работы учащихся.

    учебное пособие , добавлен 15.04.2010

    Проблема организации контроля знаний учащихся и правильной оценки уровня их знаний. Виды контроля. Роль и значение тематического контроля, обеспечивающие эффективность учебного процесса, пути и методы проведения тематического контроля знаний учащихся.

    дипломная работа , добавлен 01.05.2008

    План-конспект урока - основной документ для проведения конкретного урока по теме, его структура. Рекомендации по составлению плана урока и его проведению. Образец плана-урока производственного обучения при изучении теме "Резка" для слесарей-ремонтников.

    методичка , добавлен 24.10.2012

    Разработка урока на тему "Введение в языки программирования" в соответствии с типовым учебным и календарно-тематическим планами обучения предмету "Языки программирования". Алгоритм проведения урока: проверка прошедшего материала, изложение новой темы.

    курсовая работа , добавлен 25.09.2010

    Материально-техническая база и схема руководства учебно-производственного комбината. Изучение календарно-тематического плана учителя технологии. Технологическая карта урока "Сверление отверстий в сплошном металле". План-конспект внеклассного мероприятия.

УРОК 10/10

Тема. Электрический ток в полупроводниках

Цель урока: сформировать представление о свободных носителях электрического заряда в полупроводниках и о природе электрического тока в полупроводниках.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

Контроль знаний

1. Электрический ток в металлах.

2. Электрический ток в электролитах.

3. Закон Фарадея для электролиза.

4. Электрический ток в газах

Демонстрации

Фрагменты видеофильма «Электрический ток в полупроводниках»

Изучение нового материала

1. Носители зарядов в полупроводниках.

2. Примесная проводимость полупроводников.

3. Электронно-дырочный переход.

4. Полупроводниковые диоды и транзисторы.

5. Интегральные микросхемы

Закрепление изученного материала

1. Качественные вопросы.

2. Учимся решать задачи

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Удельные сопротивления полупроводников при комнатной температуре имеют значения, которые находятся в широком интервале, т. е. от 10-3 до 107 Ом·м, и занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками.

Ø Полупроводники - вещества, удельное сопротивление которых очень быстро убывает с повышением температуры.

К полупроводникам относятся многие химические элементы (бор, кремний, германий, фосфор, мышьяк, селен, теллур и др.), огромное количество минералов, сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окружающего нас мира - полупроводники.

За достаточно низких температур и отсутствия внешних воздействий (например, освещения или нагрев) полупроводники не проводят электрический ток: при этих условиях все электроны в полупроводниках являются связанными.

Однако связь электронов со своими атомами в полупроводниках не такой крепкий, как в диэлектриках. И в случае повышения температуры, а так же за яркого освещения некоторые электроны отрываются от своих атомов и становятся свободными зарядами, то есть могут перемещаться по всему образцу.

Благодаря этому в полупроводниках появляются отрицательные носители заряда - свободные электроны.

Ø Проводимость полупроводника, обусловленная движением электронов, называют электронной.

Когда электрон отрывается от атома, положительный заряд этого атома становится некомпенсированным, то есть в этом месте появляется лишний положительный заряд. Этот положительный заряд называют «дыркой». Атом, вблизи которого образовалась дырка, может отобрать связанный электрон у соседнего атома, при этом дырка переместится до соседнего атома, а атом, в свою очередь, может «передать» дырку дальше.

Такое «естафетне» перемещение связанных электронов можно рассматривать как перемещение дырок, то есть положительных зарядов.

Ø Проводимость полупроводника, обусловленная движением дырок, называют дырочной.

Таким образом, различие дырочной проводимости от электронной заключается в том, что электронная проводимость обусловлена перемещением в полупроводниках свободных электронов, а дырочная - перемещением связанных электронов.

Ø В чистом полупроводнике (без примесей) электрический ток создает одинаковое количество свободных электронов и дырок. Такую проводимость называют собственной проводимостью полупроводников.

Если добавить в чистый расплавленный кремний незначительное количество мышьяка (примерно 10-5 %), после твердения образуется обычная кристаллическая решетка кремния, но в некоторых узлах решетки вместо атомов кремния будут находиться атомы мышьяка.

Мышьяк, как известно, пятивалентный элемент. Чотиривалентні электроны образуют парные электронные связи с соседними атомами кремния. Пятом же валентному электрону связи не хватит, при этом он будет слабо связан с атомом Мышьяка, который легко становится свободным. В результате каждый атом примеси даст один свободный электрон.

Ø Примеси, атомы которых легко отдают электроны, называются донорными.

Электроны из атомов кремния могут становиться свободными, образуя дыру, поэтому в кристалле могут одновременно существовать и свободные электроны и дырки. Однако свободных электронов во много раз будет больше, чем дырок.

Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются электроны, называют полупроводниками n -типа.

Если в кремний добавить незначительное количество трехвалентного индия, то характер проводимости полупроводника изменится. Поскольку индий имеет три валентных электрона, то он может установить ковалентная связь только с тремя соседними атомами. Для установки связи с четвертым атомом электрона не хватит. Индий «одолжит» электрон у соседних атомов, в результате каждый атом Индия образует одно вакантное место - дырку.

Ø Примеси, которые «захватывают» электроны атомов кристаллической решетки полупроводников, называются акцепторными.

В случае акцепторной примеси основными носителями заряда при прохождении электрического тока через полупроводник есть дыры. Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются дырки, называют полупроводниками р -типа.

Практически все полупроводники содержат и донорные, и акцепторные примеси. Тип проводимости полупроводника определяет примесь с более высокой концентрацией носителей заряда - электронов и дырок.

Следовательно, через границу раздела полупроводников n -типа и р-типа электрический ток идет только в одном направлении - от полупроводника p -типа к полупроводнику n -типа.

Это используют в устройствах, которые называют диодами.

Полупроводниковые диоды используют для выпрямления переменного тока направлении (такой ток называют переменным), а также для изготовления светодиодов. Полупроводниковые выпрямители имеют высокую надежность и длительный срок использования.

Широко применяют полупроводниковые диоды в радиотехнических устройствах: радиоприемниках, видеомагнитофонах, телевизорах, компьютерах.

Еще более важным применением полупроводников стал транзистор. Он состоит из трех слоев полупроводников: по краям расположены полупроводники одного типа, а между ними - тонкий слой полупроводника другого типа. Широкое применение транзисторов обусловлено тем, что с их помощью можно усиливать электрические сигналы. Поэтому транзистор стал основным элементом многих полупроводниковых приборов.

Полупроводниковые диоды и транзисторы являются «кирпичиками» очень сложных устройств, которые называют интегральными микросхемами.

Микросхемы «работают» сегодня в компьютерах и телевизорах, в мобильных телефонах и искусственных спутниках, в автомобилях, самолетах и даже в стиральных машинах. Интегральную схему изготавливают на пластинке кремния. Размер пластинки - от миллиметра до сантиметра, причем на одной такой пластинке может размещаться до миллиона компонентов - крошечных диодов, транзисторов, резисторов и т. др.

Важными преимуществами интегральных схем является высокое быстродействие и надежность, а также низкая стоимость. Именно благодаря этому на основе интегральных схем и удалось создать сложные, но доступные многим приборы, компьютеры и предметы современной бытовой техники.

ВОПРОСЫ К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Какие вещества можно отнести к полупроводниковым?

2. Движением каких заряженных частиц создается ток в полупроводниках?

3. Почему сопротивление полупроводников очень сильно зависит от наличия примесей?

4. Как образуется p -n -переход? Какое свойство имеет p -n -переход?

5. Почему свободные носители зарядов не могут пройти сквозь p -n -переход полупроводника?

Второй уровень

1. После введения в германий примеси мышьяка концентрация электронов проводимости увеличилась. Как изменилась при этом концентрация дырок?

2. С помощью какого опыта можно убедиться в односторонней проводимости полупроводникового диода?

3. Можно ли получить р-n -переход, выполнив вплавления олова в германий или кремний?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1. Какую проводимость (электронную или дырочную) имеет кремний с примесью галлия? индию? фосфора? сурьмы?

2. Какая проводимость (электронная или дырочная) будет в кремния, если к нему добавить фосфор? бор? алюминий? мышьяк?

3. Как изменится сопротивление образца кремния с примесью фосфора, если ввести в него примесь галлия? Концентрация атомов Фосфора и Галлия одинакова. (Ответ: увеличится)

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

· Полупроводники - вещества, удельное сопротивление которых очень быстро снижается с повышением температуры.

· Проводимость полупроводника, обусловленная движением электронов, называют электронной.

· Проводимость полупроводника, обусловленная движением дырок, называют дырочной.

· Примеси, атомы которых легко отдают электроны, называются донорными.

· Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются электроны, называют полупроводниками n -типа.

· Примеси, которые «захватывают» электроны атомов кристаллической решетки полупроводников, называются акцепторными.

· Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются дырки, называют полупроводниками р-типа.

· Контакт двух полупроводников с различными видами проводимости имеет свойства хорошо проводить ток в одном направлении и значительно хуже в противоположном направлении, то есть имеет одностороннюю проводимость.

Рів1 № 6.5; 6.7; 6.15; 6.17.

Рів2 № 6.16; 6.18; 6.24, 6.25.

Рів3 № 6.26, 6.28; 6.29; 6.30.

3. Д: подготовиться к самостоятельной работе № 4.

Тема: Полупроводники.

Цель и задачи урока:

· Образовательная: сформировать в сознании учащихся первоначальные понятия об электрических свойствах полупроводников.

· Воспитательная: продолжить воспитание культуры умственного труда, развитие качеств личности - настойчивость, целеустремленность, творческую активность, самостоятельность.

· Развивающая: расширить научное мировоззрение учащихся на каждодневно наблюдаемые ими явления.

Оборудование и наглядные пособия:

Источник питания, полупроводниковые диоды, электролампочки, провода соединительные, демонстрационный стенд, электроизмерительный прибор - тестер, информационные плакаты.

Ход урока:

1. Организационный момент: (Задача: создание благоприятного психологического настроя и активация внимания).

2. Подготовка к повторению и обобщению пройденного материала:

Условно-графические обозначения радиоэлементов.

Что такое электрический ток?

Сила тока, единицы измерения.

Класс разбивается на команды и проводится конкурс - кто больше нарисует условно-графических обозначений радиоэлементов и объяснит их назначение.

Сообщение темы и цели занятия.

Полупроводники. Мы должны сформировать первоначальные понятия об электрических свойствах полупроводников.

Объяснение перспективы.

Полупроводники в виде различных электронных приборов присутствуют во всех сторонах нашей жизни. Кто может назвать конкретные применения полупроводников?

(Возможные ответы: светодиодные светофоры, лазерная указка, компьютеры, телевизоры, фотоаппараты, телекамеры, домофоны, стиральные машины, и пр.)

Можно сказать, что изучение и использование полупроводников оказывает существенное влияние на содержание и качество нашей жизни. Рассмотрим по порядку, что собой представляют полупроводники, какими свойствами обладают, и какие полупроводниковые приборы на их основе созданы, какие занимательные опыты можно провести с ними.

3. Основной этап.

Новый материал

Все вещества, встречающиеся в природе, по своим электропроводным свойствам делятся на три группы:

Ш Проводники,

Ш изоляторы (диэлектрики),

Ш полупроводники

фронтальный опрос:

Вопрос: "Почему металлы хорошо проводят электрический ток, а диэлектрики, практически, не проводят?"

Ответ: "в проводниках имеется большое количество свободных электронов, а в диэлектриках их нет.

Вопрос: "Разве в диэлектриках нет электронов?"

Ответ: "Электронов там не меньше чем в металлах, но они связаны с атомами и не могут двигаться по объему образца."

Правильно.

Вопрос электропроводности материала - это вопрос о наличии в нем свободных, т.е. способных передвигаться электрических зарядов. По этому показателю полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

К полупроводникам относится элементы 4 группы таблицы Менделеева, а также некоторые химические соединения. Особенно удобным для использования материалом является кремний (Si). Валентные электроны полупроводника подобно диэлектрику связаны со своими атомами, но эта связь не столь сильна, как в диэлектриках. При комнатной температуре энергии тепловых колебаний достаточно для того, чтобы некоторые из валентных электронов оторвались от своих атомов и стали свободными внутри полупроводникового образца. В результате полупроводниковый образец приобретает т.н. электронную электропроводность.

Уход части валентных электронов от своих атомов порождает второй механизм электропроводности полупроводников, который называется дырочной электропроводностью. Дело в том, что на вакантное место освободившегося электрона может перейти валентный электрон соседнего атома. В результате вакансия, которую назвали дырка, может передвигаться по объему образца и переносить электрический заряд. Фактически движение и эстафетный перенос заряда осуществляют валентные электроны, но введение воображаемой частицы с элементарным положительным зарядом - дырки оказалось очень удобным и прочно вошло в физику полупроводников.

Свободные электроны, покинувшие свои атомы, создают n- проводимость (n - первая буква латинского слова negativus - отрицательный). Дырки создают в полупроводнике р - проводимость (р - первая буква латинского слова positivus- положительный).-дается под запись.

В чистом полупроводнике число свободных электронов и дырок одинаково.

Добавляя примеси, можно получить полупроводник с преобладанием электронной или дырочной проводимостью.

Если в 4-х валентный кристалл кремния добавить 5-ти валентный мышьяк (сурьму) то получим n - проводник.

При добавлении 3-х валентного индия, получим р - проводник.

Ничтожного количества примеси достаточно для изменения концентрации свободных электронов или дырок на несколько порядков. Поэтому свободные носители заряда, образующиеся за счет примеси, называются основными, собственные свободные носители заряда полупроводника - неосновными.

Контакт электронного и дырочного полупроводников (p-n-переход).

Если просто привести в соприкосновение два отдельных полупроводниковых образца с р и n проводимостью, то ток через это соединение на пойдет. Полупроводниковые образцы на воздухе покрываются окисной пленкой, которая является отличным диэлектриком. Контакт электронного и дырочного полупроводников создается внутри единого образца. Для этого, например полупроводник с дырочной электропроводностью на одной из поверхностей легируется донорной примесью. В результате тип электропроводности у поверхности становится электронным, а в глубине сохраняется дырочная проводимость. Следовательно, возникает p-n-переход, схематично изображенный на рисунке.

Тепловое движение дырок в р-области и свободных электронов в n-области будет приводить к их преимущественному перемещению из областей большой концентрации в области с меньшими концентрациями. Этот процесс называется диффузией (под запись). В результате дырки из р-области устремятся в n-область, а свободные электроны - из n-области в р. Т.е. возникает направленное движение заряженных частиц, которое является электрическим током. Поскольку данный ток обусловлен диффузией, он называется диффузионным. При этом перешедшие в р-область электроны оказываются захваченными атомами акцепторной примеси, а перешедшие в n-область дырки есть не что иное, как валентные электроны донорной примеси

Примыкающая к границе перехода сторона р-области заряжается отрицательно, а n-области - положительно. Все эти процессы происходят еще при создании перехода. В результате на переходе возникает т.н. контактная разность потенциалов, которая действует против диффузионного тока и уменьшает его почти до нуля.

Электронно-дырочный переход в электрической цепи.

Поставим следующий опыт, Включим электронно-дырочный переход последовательно в простую цепь, которая состоит их источника постоянной ЭДС и лампочки.

Когда плюсовая клемма источника ЭДС подключена к р-области, а минусовая через лампочку - к n, в цепи течет сильный ток, о котором свидетельствует свечение лампочки. При обратной полярности включения перехода тока в цепи нет. Этот опыт говорит о том, что переход обладает односторонней проводимостью. Определим механизм этого эффекта.

В первом случае, когда положительный полюс источника подсоединен к р-области, и минус - к n-области, напряжение внешнего источника противоположно по полярности контактному напряжению. Следовательно, суммарное напряжение на переходе уменьшается, в сравнении с равновесным состоянием. Противодействие этого напряжения диффузионному току уменьшается, и этот ток сильно увеличивается.

Во втором случае внешнее напряжение совпадает по полярности с контактным. При этом суммарное напряжение увеличивается, что приводит к ослаблению диффузионного тока. Поскольку этот ток и без того был ослаблен почти до нуля контактным напряжением, он остается практически нулевым.

Таким образом, односторонняя проводимость p-n-перехода обусловлена однонаправленностью диффузионного тока через переход. Что же касается дрейфового тока, то он всегда близок к нулю, так как определяется очень малыми концентрациями неосновных носителей в р и n областях.

Полярность внешнего напряжения на переходе, при которой он пропускает ток, и сам ток в этом случае называются прямыми, притивополжная полярность напряжения и ток - обратными.

Односторонняя проводимость p-n-перехода отражается в его условных обозначениях. Во всех случаях изображается контакт и стрелка, показывающая направление пропускания тока - от р-области к n (под запись).

Закрепление материала. Фронтальный опрос.

1. Какие материалы относятся к полупроводникам?

2. Поясните механизм собственной электропроводности полупроводников?

3. Каким образом примесь увеличивает электропроводность полупроводника.

4. Поясните механизм образования электронной примесной электропроводности.

5. Поясните механизм образования дырочной примесной электропроводности.

6. Что такое p-n-перход, как его изготавливают,

7. Объясните одностороннюю проводимость p-n-перехода.

Домашнее задание: повторить пройденный материал. Подумать над решением следующей задачи:


Люстра имеет две лампочки. Обычно для независимого их включения и выключения используется три провода, идущих от выключателей к люстре. Можно ли, используя одностороннюю электропроводность p-n-переходов, обойтись только двумя проводами, если собрать цепь, показанную на рисунке.

(Ответ: Да можно, выключатель А управляет лампочкой а, выключатель Б - лампочкой б)

Демонстрация изменения сопротивления полупроводника при освещении

Установку собирают с фоторезистором по рисунку. Замыкают ключ и замечают показание гальванометра (2--4дел.). Включают электрическую лампу, находящуюся на расстоянии 0,5м от фоторезистора, и медленно ее приближают к фоторезистору, следят за показанием гальванометра. Обращают внимание учащихся, что при освещении возрастает проводимость, а значит, уменьшается сопротивление.

Разделы: Физика , Конкурс «Презентация к уроку»

Презентация к уроку






























Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Урок в 10-м классе.

Тема: р- и n - типов. Полупроводниковый диод. Транзисторы».

Цели:

  • образовательные : сформировать представление о свободных носителях электрического заряда в полупроводниках при наличии примесей с точки зрения электронной теории и опираясь на эти знания выяснить физическую сущность p-n-перехода; научить учащихся объяснять работу полупроводниковых приборов, опираясь на знания о физической сущности p-n-перехода;
  • развивающие : развивать физическое мышление учащихся, умение самостоятельно формулировать выводы, расширять познавательный интерес, по­знавательную активность;
  • воспитательные : продолжить формирование научного мировоззрения школьников.

Оборудование: презентация по теме: «Полупроводники. Электрический ток через контакт полупроводников р- и n - типов. Полупроводниковый диод. Транзистор», мультимедийный проектор.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Изучение нового материала.

Слайд 1.

Слайд 2. Полупроводник – вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры, а это значит, что электрическая проводимость (1/R) увеличивается.

Наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений.

Слайд 3.

Механизм проводимости у полупроводников

Слайд 4.

Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние Слайд 5. электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями.

При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и они ведут себя как диэлектрики.

Полупроводники чистые (без примесей)

Если полупроводник чистый(без примесей), то он обладает собственной проводимостью, которая невелика.

Собственная проводимость бывает двух видов:

Слайд 6. 1) электронная (проводимость "n " – типа)

При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны – сопротивление уменьшается.

Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности электрического поля.

Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов.

Слайд 7.

2) дырочная (проводимость " p" – типа)

При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами и образуются места с недостающим электроном – "дырка".

Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение "дырки" равноценно перемещению положительного заряда.

Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля.

Кроме нагревания, разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением (фотопроводимость) и действием сильных электрических полей. Поэтому полупроводники обладают ещё и дырочной проводимостью.

Общая проводимость чистого полупроводника складывается из проводимостей "p" и "n" -типов и называется электронно-дырочной проводимостью.

Полупроводники при наличии примесей

У таких полупроводников существует собственная + примесная проводимость.

Наличие примесей проводимость сильно увеличивает.

При изменении концентрации примесей изменяется число носителей электрического тока – электронов и дырок.

Возможность управления током лежит в основе широкого применения полупроводников.

Существуют:

Слайд 8. 1) донорные примеси (отдающие) – являются дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике.

Слайд 9. Это проводники " n " – типа , т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда – электроны, а неосновной – дырки.

Такой полупроводник обладает электронной примесной проводимостью. Например – мышьяк.

Слайд 10. 2) акцепторные примеси (принимающие) – создают "дырки" , забирая в себя электроны.

Это полупроводники " p "- типа , т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда – дырки, а неосновной – электроны.

Такой полупроводник обладает дырочной примесной проводимостью . Слайд 11. Например – индий. Слайд 12.

Рассмотрим, какие физические процессы происходят при контакте двух полупроводников с различным типом проводимости, или, как говорят, в р-n-переходе.

Слайд 13-16.

Электрические свойства "p-n" перехода

"p-n" переход (или электронно-дырочный переход) – область контакта двух полупроводников, где происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот).

В кристалле полупроводника введением примесей можно создать такие области. В зоне контакта двух полупроводников с различными проводимостями будет проходить взаимная диффузия. электронов и дырок и образуется запирающий электрический слой. Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с другими областями полупроводника.

Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя.

При прямом (пропускном) направлении внешнего электрического поля электрический ток проходит через границу двух полупроводников.

Т.к. электроны и дырки движутся навстречу друг другу к границе раздела, то электроны, переходя границу, заполняют дырки. Толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются.

Пропускной режим р-n перехода:

При запирающем (обратном) направлении внешнего электрического поля электрический ток через область контакта двух полупроводников проходить не будет.

Т.к. электроны и дырки перемещаются от границы в противоположные стороны, то запирающий слой утолщается, его сопротивление увеличивается.

Запирающий режим р-n перехода :

Таким образом, электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью.

Полупроводниковые диоды

Полупроводник с одним "p-n" переходом называется полупроводниковым диодом.

– Ребята, запишите новую тему: «Полупроводниковый диод».
– Какой там ещё идиот?», – с улыбкой переспросил Васечкин.
– Не идиот, а диод! – ответил учитель, – Диод, значит имеющий два электрода, анод и катод. Вам ясно?
– А у Достоевского есть такое произведение – «Идиот», – настаивал Васечкин.
– Да, есть, ну и что? Вы на уроке физики, а не литературы! Прошу больше не путать диод с идиотом!

Слайд 17–21.

При наложении эл.поля в одном направлении сопротивление полупроводника велико, в обратном – сопротивление мало.

Полупроводниковые диоды основные элементы выпрямителей переменного тока.

Слайд 22–25.

Транзисторами называют полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.

Полупроводниковые транзисторы – также используются свойства" р-n "переходов, - транзисторы используются в схемотехнике радиоэлектронных приборов.

В большую «семью» полупроводниковых приборов, называемых транзисторами, входят два вида: биполярные и полевые. Первые из них, чтобы как – то отличить их от вторых, часто называют обычными транзисторами. Биполярные транзисторы используются наиболее широко. Именно с них мы пожалуй и начнем. Термин «транзистор» образован из двух английских слов: transfer – преобразователь и resistor – сопротивление. В упрощенном виде биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис. 1), которые образуют два р – n перехода. Две крайние области обладают электропроводностью одного типа, средняя – электропроводностью другого типа. У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 1, а), то такой прибор называют транзистором структуры p – n – р. У транзистора структуры n – p – n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними – область с дырочной электропроводностью (рис. 1, б).

При подаче на базу транзистора типа n-p-n положительного напряжения он открывается, т. е. сопротивление между эмиттером и коллектором уменьшается, а при подаче отрицательного, наоборот – закрывается и чем сильнее сила тока, тем сильнее он открывается или закрывается. Для транзисторов структуры p-n-p все наоборот.

Основой биполярного транзистора (рис. 1) служит небольшая пластинка германия или кремния, обладающая электронной или дырочной электропроводимостью, то есть n-типа или p-типа. На поверхности обеих сторон пластинки наплавляют шарики примесных элементов. При нагревании до строго определенной температуры происходи диффузия (проникновение) примесных элементов в толщу пластинки полупроводника. В результате в толще пластинки возникают две области, противоположные ей по электропроводимости. Пластинка германия или кремния p-типа и созданные в ней области n-типа образуют транзистор структуры n-p-n (рис. 1,а), а пластинка n-типа и созданные в ней области p-типа - транзистор структуры p-n-p (рис. 1,б).

Независимо от структуры транзистора его пластинку исходного полупроводника называют базой (Б), противоположную ей по электропроводимости область меньшего объема - эмиттером (Э), а другую такую же область большего объема - коллектором (К). Эти три электрода образуют два p-n перехода: между базой и коллектором - коллекторный, а между базой и эмиттером - эмиттерный. Каждый из них по своим электрическим свойствам аналогичен p-n переходам полупроводниковых диодов и открывается при таких же прямых напряжениях на них.

Условные графические обозначения транзисторов разных структур отличаются лишь тем, что стрелка, символизирующая эмиттер и направление тока через эмиттерный переход, у транзистора структуры p-n-p обращена к базе, а у транзистора n-p-n - от базы.

Слайд 26–29.

III. Первичное закрепление.

  1. Какие вещества называются полупроводниками?
  2. Какую проводимость называют электронной?
  3. Какая проводимость наблюдается ещё у полупроводников?
  4. О каких примесях теперь вам известно?
  5. В чем заключается пропускной режим p-n- перехода.
  6. В чем заключается запирающий режим p-n- перехода.
  7. Какие полупроводниковые приборы вам известны?
  8. Где и для чего используют полупроводниковые приборы?

IV. Закрепление изученного

  1. Как меняется удельное сопротивление полупроводников: при нагревании? При освещении?
  2. Будет ли кремний сверхпроводящим, если его охладить до температуры, близкой к абсолютному нулю? (нет, с понижением температуры сопротивление кремния увеличивается).

План конспект урока трудового обучения.

Класс 9

Тема раздела: Электротехника и основы электроники. (3 часа)
Тема урока №27: Полупроводниковые приборы.

Цель: Ознакомить с полупроводниковыми приборами.

Ход урока:
 1. Организационная часть 3 мин.
 а) Приветствие.
б) Выявление отсутствующих.
в) Повторение пройденного материала.
г) Объявление темы урока. Запись темы урока в тетрадях.
д) Доведение до учащихся целей и плана урока.

2.Повторение пройденного материала -7 мин.

    Что относится к основным видам электромонтажных работ?

    Что представляют собой проводниковые материалы?

    Применение проводниковых материалов?

3.Изучение нового материала 10 мин.

Полупроводниковыми приборами называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводниковых материалов

К полупроводниковым приборам относятся :

-Интегральные схемы (микросхемы)

Полупроводниковые диоды (в том числе варикапы, стабилитроны, диоды Шоттки),

Тиристоры, фототиристоры,

Транзисторы,

Приборы с зарядовой связью,

Полупроводниковые СВЧ-приборы (диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды),

Оптоэлектронные приборы (фоторезисторы, фотодиоды, солнечные элементы, детекторы ядерных излучений, светодиоды, полупроводниковые лазеры, электролюминесцентные излучатели),

Терморезисторы, датчики Холла.

Основными материалами для производства полупроводниковых приборов являются кремний (Si), карбид кремния (SiС), соединения галлия и индия.

Электропроводность полупроводников зависит от наличия примесей и внешних энергетических воздействий (температуры, излучения, давления и т.д.). Протекание тока обуславливают два типа носителей заряда – электроны и дырки. В зависимости от химического состава различают чистые и примесные полупроводники.

Полупроводники

4.Практическая работа 18 мин.
Один из способов такой проверки - измерение омметром сопротивления между выводами эмиттера и коллектора при соединении базы с коллектором и при соединении базы с эмиттером. При этом источник коллекторного питания отключается от схемы. При исправном транзисторе в первом случае омметр покажет малое сопротивление, во втором - порядка нескольких сотен тысяч или десятков тысяч ОМ.

Полупроводниковый диод - полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.

Тестирование полупроводниковых диодов

При тестировании диодов с помощью АММ следует использовать нижние пре- делы измерений. При проверке исправного диода сопротивление в прямом направ лении составит несколько сотен Ом, в обратном направлении - бесконечно большое сопротивление. При неисправности диода АММ покажет в обоих направ лениях сопротивление близкое к 0 или разрыв при пробое диода. Сопротивление переходов в прямом и обратном направлениях для германиевых и кремниевых диодов различное.

5. Итог урока 2 мин.
6. Уборка рабочих мест 5 мин.