（机械设计及理论专业论文）尘土腐蚀性的研究.pdf

1 e 隶t i | i i j 九学帧f 研究生学位论丈声明 声明 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所旱交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所岁列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学化或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 j ! 献均l 二在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申睛学位论义与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 小八签名 纽龇 日期：拉聋i ：王! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文一i ：作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 n f 向旧家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允询：学位论文被查阅和借 到：1 学校t u 以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制r 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密沦文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属f 保密范围，适用本授权书。 本人签名 导师签名 日期：苎丝：；：i ! 同期：建丛竺：! ：! ! 第1 页共7 2 砸 j 匕泉“ 巳人学坝f 州究生学位论文摘要 尘土腐蚀特性的研究 摘要 电接触元器件广泛而大量地应用于通信及电子工业中，其可靠性关系重大。 由于电接触界面大多暴露在大气环境中而易受大气中的腐蚀性气体 ( s o ! ，h c ，c 11 ，也s 等) 和尘土的污染，使接触表面有绝缘污染物产生而导致接触 电阻非线性增加，甚至造成断路“一“。在中国尘土污染非常严重，尘土是造成电 接触故障的主要原因之一。 电接触科研室先日口的研究结果表明尘土溶液中含有k + ，n a 一，c a ”，m g ”， s o 。，c l ，n o i ，c o ，等水溶性l f 离子和负离子。“。在对失效连接器的分析中发现， 电接触表而上含有大量腐蚀污染物且经常伴随有尘土颗粒存在，而这些腐蚀物中 含柯s i 、a 1 、c a 、s 、c 1 、n i 、c u 等元素成分”“。放在潮湿的环境条件下，沉积 存接触表面的尘土颗粒中所含的盐成分和大气中的腐蚀性气体将溶于吸附在接 触表面的水膜中，使水变成电解液，从而使接触表面产生腐蚀、在接触表面产生 绝缘的腐蚀物而导致电接触失效。长期暴露的研究结果表明：不同镀层上形成的 腐蚀物中经常发现有尘土成分，因此有必要对尘土的腐蚀特性进行研究。 本论文通过实验证实了在不同地方收集的尘土溶液及尘土颗粒会在金属表 面造成腐蚀。并在此基础上研究周围环境温湿度的变化对尘土腐蚀性的影响，结 果表明尘寸：的腐蚀性随温度、湿度的变化而变化且湿度比温度影响程度更大一 些。考虑到实际中接触表面是长时间暴露于大气中，大气中的腐蚀性气体也会对 它产生一定影响，因此本文对尘土腐蚀和大气腐蚀之间的关系做了初步分析。另 外文章最后对影响尘土腐蚀性的湿度的边界条件也做了初步探讨。 【关键词】：电接触尘土尘土溶液腐蚀温湿度 第2 页共7 2 页 北京i u 人学倾1 ：t o t 。究生学位论文 a b s t r a c t t h ep r o p r r t yo fd u s tc o r r o s i o n a b s t r a c t t h ee l e c t r i cc o n t a c tp r o d u c t sa r ew i d e l yu s e di nc o m m u n i c a t i o na n de l e c t r o n i ci n d u s t r y , s o t sr e l i a b i l i t yi sv e r yi m p o r t a n tt h ea p p e a r a n c eo fi n s u l a t e dc o n t a m i n a t i o no nc o n t a c ts u r f a c e s c a u s ea nn o n i i n e a ri n c r e a s eo fc o n t a c tr e s i s t a n c ea n de v e nt ol e a dc o n t a c tf a i l u r e b e c a u s et h e c o n t a c ts u r f a c e sa r eu s u a l l ye x p o s e di na t m o s p h e r ea n di sa p tt ob ep o l l u t e db yc o r r o s i v eg a s e s ( s u c ha ss 0 2 ，h c i ，c 1 2 ，h 2 se t c ) a n dd u s ti nc h i n at h ed u s tp o l l u t i o ni sv e r yh e a v y ，s ot h ed u s ti s o n eo fp r i m a r yr e a s o n st h a tc a u s e st h ef a i l u r eo f e l e c t r i cc o n t a c t s t h ep r e v i o u ss t u d yo fo u rr e s e a r c hl a bo fe l e c t r i cc o n t a c t ss h o w st h a tt h e r ea r ew a t e r - s o l u b l e c a t i o n sa n da n i o n ss u c ha sk + ，n a 。，c a 2 + ，m 9 2 s 0 4 2 - c i 一，n 0 3 一，c o 。e t ci nd u s ts o l u t i o n f r o mt h e a n a l y s i so ff a il u r ec o n n e c t o r am a s so fc o r r o s i o nc o n t a m i n a t i o nw a sf o u n do nt h ee l e c t r i cc o n t a c t s u r f a c e sa n dd u s to f t e ng o e sw i t hi tt h e s ee l e m e n t ss u c ha ss i ，a i ，c a ，s ，c i ，n i ，c ue t cw e r e f o u n di nt h ec o r r o s i o nc o n t a m i n a t i o n i nh u m i de n v i r o n m e n t t h es a l t st h a te x i s t nt h ed u s t p a r t i c l e sd e p o s i t e do nt h ec o n t a c ts u r f a c e sa n dc o r r o s i v eg a s e si na t m o s p h e r ew i l lb ed i s s o l v e d n t ot h ew a t e ra b s o r b e db yt h ec o n t a c ts u r f a c e s ，w h i c hc a u s e st h ec o r r o s i o no fe l e c t r i cc o n t a c t s u r f a c e sa n dt h ef a i l u r eo fe l e c t r i cc o n t a c t st h er e s u l to fl o n g - t e r me x p o s u r es h o w st h a tt h e e l e m e n t so fd u s ta r eo r e nf o u n di nt h ec o r r o s i o nc o n t a m i n a t i o np r o d u c e do nd i f f e r e n tp l a t i n g a y e r s ，s oi t sn e c e s s a r yt os t u d yt h ep r o p e r t yo fd u s tc o r r o s i o n nt h i st h e s i s ，i ti sv e r i f i e dt h a tt h ed u s ta n dd u s ts o l u t i o nc o l l e c t e df r o md i f f e r e n tp l a c ec a r l c a u s ec o r r o s i o no fm e n t a ls u r f a c e sf u r t h e r m o r e ，t h ee f f e c to ft e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yo nd u s t c o r r o s i o ni ss t u d i e d ；t h er e s u l ts h o w st h a tt h ec o r r o s i o ni n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s i n go f t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y i nf a c t t h ec o n t a c t ss u r f a c e sa r ee x p o s e di na t m o s p h e r ea n dc o r r o s i v e g a s e si na t m o s p h e r ec o u l da f f e c ti t ，s oap r e l i m i n a r ya n a l y s i so ft h er e l a t i o no fd u s tc o r r o s i o na n d a t m o s p h e r ec o r r o s i o na r eo f f e r e di nt h i st h e s i s i na d d i t i o n ，t h eb o u n d a r yc o n d i t i o n so fh u m i d i t y t h a ta f f e c td u s tc o r r o s i o na r ed i s c u s s e db r i e f l yi nt h ee n d 【k e yw o r d s ：e l e c t r i cc o n t a c t sd u s td u s ts o l u t i o nc o r r o s i o n t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y 北京f 1 1 | f 电 学硕士研究生学位论文 绪论 第一章绪论 第一节电接触科学简介 西方经济发达国家早就认识到了电接触的重要影响并在5 0 年代就建立了电 接触理论，并在以后这半个多世纪以来不断的补充完善电接触理论，但局限于当 时的技术背景，经典电接触理论主要是研究直流特别是大电流电路中电接触的影 响，而在当今这个信息社会里，通信系统及计算机系统中的电接触可靠性及其对 信息传输的影响就变得越来越重要了。而我国至今对于电接触这一学科的重要性 还投有得到充分的认识，更不用晚研究其对通信系统及计算机系统中信号传输的 影响了。本章的目的是介绍一些在电接触领域中常用的一些概念、名词和术语， 并介绍经典电接触理论中的一些基本的理论及前人工作中所得到的一些重要结 果，其中包括通信系统中电接触的理论模型以便在分析电接触故障对信号传输影 响时使用。 1 1 1 电接触科学的定义 电接触是一门研究电子可靠性连接的科学。“电接触”简单地说，就是通过 机械接触或其它连接方式以达到顺利的电气连通，是用来描述两个组件因带电接 触l 面，、! l 的一种状态。这两个组件本身被称为接触件。对于电接触最主要的要求 是能够长时间地保持低且稳定的接触电阻。接触件材料应当具有良好的导电性 能。在电子和电力系统中，不仅元件之恻，电路之间，设备之间乃至元件内部之 蒯都需要可靠的电子连接。传统上，称这门学科为电接触学科( s c i e n c e o f e l e c t r i c c o n t a c t s ) 。近年来，电有刁i 少人称之为电子连接与内部连接系统的学科 ( s c i e n c eo fe l e c t r o n i cc o n n e c t i o na n di n t e r c o r m e c t i o ns y s t e m ) 。应用该学科理 论及科研成果所制造的元件如连接器( c o n n e c t o r ) ，继电器( r e l a y ) ，开关( s w i t c h ) ， 键盘( k e y b o a r d ) ，电位器( p o t e n t i a lm e t e r ) ，电刷与导电环( b r u s h s l i pr i n g ) 等称 之为机电元件( e l e c t r o m e c h a n i c a lc o m p o n e n t ) ，取这个名字的原意是指通过机械 连接装置达到电子连接的目的。 连接的类型基本上有以下几种： 北京帅l u 人学硕卜研究生学位论文 绪论 永久连接( p e r m a n e n tc o n n e c t i o n ) ：如焊接( s o l d e r i n g ) ，压接( c r i m p i n g ) 绕接( w r a p p i n g ) 。 半永久连接( s e m i p e r m a n e n tc o n n e c t i o n ) ：如各种插头插座，小丌关，小 继电器等。 电弧连接( c o n n e c t i o nw i t ha r c ) ：如中，大型继电器，断路器( s w i t c h ) 等。 各种电子与电气设备或系统，不管是通信系统，控制系统，测量系统，计算 机系统还是电力传输系统，都是由各种不同的电子或电气元件通过一定的连接方 式或方法，连接到一起而构成部件、设备直到整个系统的。尽管连接的方式各种 各样，如：永久性连接( 固定连接) 包括各种焊接、压接、绕接、铆接等；半永 久性连接( 半固定连接) 包括各种电子、电气的连接器、小型开关及继电器、键 盘、电位器等：滑动连接包括电气及电子的导电环与电刷对，还有电弧连接包括 番种电气、电子的开关、继电器乃至大型断路器等，但其目的只有一个，就是： 通过两个( 或多个) 导体的相互机械接触而将不同的元件连接起来，从而为电信 号或光信号的传输提供一条完整的、稳定无故障的通道。 电接触定义：这种以达到顺利的电气连接为目的的机械接触或连接方式称 为电接触。 对于实际接触的两个导体称为电接触对或电接触付、两个导体上实际接触的 表面称为电接触表面或电接触点( 因为其很小) 或简单的就称为电接触点( 而对 j 二两个导体正在接触时的接触部分，通常也合称为电接触点或触点，实际上包含 了分别在两个导体上的两个触点) 。在不会造成误解的前提下，都简单的统称为 电接制! 。 1 1 2 电接触科学的重要意义 在通信系统及电力传输系统中，存在大量的连接环节，任何一个环节出现故 障都会影响系统的可靠运行。以阿波罗登月飞船为例，该飞船。 ：大约有一百万个 接点，鸶月成功表明这些接点是相当可靠的，但是美国宇航局为此花费了l 亿多 美元。i 习此，要使电接触点可靠不是件容易的事情。它与其他的元件不同，接触 点大多暴露在空气中，而空气中的尘土，腐蚀性气体，湿度，温度等都会南接影 响剑接触点的可靠性。今年研究表明，电接触故障是数字通信系统中高误码率的 主要原因，实际上电接触发生故障相当于在电路系统中加入一个多边的网络，从 第8 页共7 2 页 北京帅i b 人学硕升究生学位论文 绪论 而造成误码，这种误码大多无法用电路方法来消除。 由于接触表面有一定粗糙度，真正的接触点非常小( 大多在微米级范围内) ， 一旦在该处介入灰尘颗粒或腐蚀物质，用宏观方法是无法观察的，只有借助于微 观检测方法，常用的如扫描电子显微镜( 观察形貌) ，x 射线能谱仪，光学显微 镜( 观察形貌) ，三维形貌仪( 检测粗糙度) 等。 由于腐蚀物质大多为绝缘物质，为防止腐蚀接触表面不能用一般金属，常 用耐腐蚀的贵金属，如金、铑、钯等材料做，因此价格也较贵。 检验接触表面的质量通常用微观方法。机电元件( 如连接器) 的质量比较 难以鉴别的另一个原因是时延效应。与其他电子元件不同，其他电子元件如集成 电路用仪器当场鉴别即可，而检验接触点质量却无法做到。比如，镀金质量，有 的镀会层表面微孔甚多，但需要在经过腐蚀后生成一定的腐蚀物质才能形成故 障。故攀别质量有一个时延效应。这也是造成人们优劣不分的一个原因。 山此l j j 见，机电元件从设计上虽然保持一定的传统机械设计方法，但内容 却极其复杂，包括防腐蚀，防灰尘，绝缘等。因此，电接触科学及其应用是一门 交叉学科，涉及到机械，电子，材料，化学等多门学科，从可靠性角度来讲，用 于通信设备中重要的连接器，要在恶劣的环境中应用，而又要求价格低廉是很困 难的。一位法国通信公司的总裁在8 0 年代末估计说，在通信系统中，仅连接器， 继电器，键盘这三种元件大约占整个通信成本的1 5 一2 0 。仅以连接器为例， 1 9 9 7 年国际市场销售额约为2 4 0 亿美元( 不包括中国) 。 在国外，从j o 年代就开始研究电接触科学。像美国通用电气，通用汽车， 同本的松下等公司都设有机电元件研究所及工厂。专门化的公司更是如此，如美 州的a m p ，l o l e x ，f c i 等公司专门研究生产连接器。同时5 0 年代在美国成立了 h o l m 电接触年会，6 4 年开始成立国际电接触委员会( i n t e r n a t i o n a la d v i s o r y g r o u po ne l e c t r icc o n t a c t ) ，负责每两年一次的国际电接触会议，现历时2 0 届。同本由真野国夫教授领导的日本机电元件研究会每月召开一次学术会议，到 1 9 9 9 年止，己超过5 0 0 次。 苏联与东欧国家由于军备竞赛原因，自7 0 年代开始发展这门科学，现在也 已经达到很高的水平。不论西方国家还是前苏联系统的国家，电接触科学在各国 高等教育和科研中都得到很积极的反应，以同本为例，大约有十几所大学的教授 北京m b 火学琐卜研究生学位论文绪论 从事电接触科研和教学。电接触尽管是一门交叉学科但却是一门独立学科。它有 独立的理论和特殊的研究方法，有独自的工业和研究，教育体系，以及独立的学 术组织。电接触科学是随电子学的发展而发展的。它一直是i e e e 学会中最活跃 的分支学科之一。 可见电接触是一门非常边缘的学科，它的应用非常广泛，涉及强电，弱电 系统，即从家用电器到电晤交换系统。随着微电子和机电元件的进一步向高密度， 小型化发展，刑电接触的性能也提出更高的要求。 1 1 3 影响电接触可靠性的因素 要解决电接触问题，对触点的失效机理进行分析非常很必要的。国际上许多 科学家都对影响电接触可靠性和造成失效的原因进行不断地分析和总结，主要集 中在以下几个方面： ( 1 ) 材料的研究。材料的研究对于电接触性能非常关键。各种接触材料的性能 随时间而变化，受物理应力、电流和环境变化等多种因素的影响，因此选 择高性能的材料对保证连接器长期可靠性是非常重要的。选择电触点材料 时，要综合考虑各种因素，首先要保证其有较好的传导性能，然后再根据 连接器使用的工作环境和可靠性要求来决定。如：在有的情况下，要求连 接器有较强的防腐能力，目前一般采用贵金属，比如用金( a u ) 来作为连 接器表面镀层。 ( 2 ) 加工制造方面的研究。目前在国内生产的连接器所出现的问题中，很大一 部分集中在加工制造方面。如加工工艺的不完善，基底材料质量的缺陷， 电镀环境的不严格，等等。加工制造过程中的过度应力可能造成接触表面 的裂缝或坑穴。冲压成形后电镀的元件，由于应力释放造成电镀表面的微 孔率和缺陷的增加。机械应力还会使触点间正应力衰减，破坏连接器外壳 和配合触点的机械稳定性，以使腐蚀气体进入接触界面导致失效。再有， 如果基底材料不严格，如不能按要求保证连接的压力，则连接器在工作一 段时间以后，会因为弹性松弛的原因而导致连接故障。另外，如果电镀工 艺和环境不完善，则会使连接器表面镀层质量不高，表面粗糙不平，微孔 率高，镀层抗磨性能差，这样一来镀层就往往不能起到应有的防腐降磨作 用。 北京邮电凡学坝 。研究生学位论文绪论 ( 3 ) 环境对电接触的影响方面的研究。接触故障中，由环境因素导致的占了很 大一部分，在我国尤为明显。一般情况下，接触点暴露在大气环境中，空 气中的尘土、腐蚀性气体、温度、湿度、有机气体都会在接触界面上造成 绝缘异物的产生。在非贵金属铝、锡、铜、银表面易发生干腐蚀，多为氧 化、硫化。而在潮湿环境中，空气中的腐蚀气体或尘土溶于水形成电解液 会引发原电池反应，如镀金表面的微孔腐蚀。这些腐蚀产物表面形貌和厚 度都是不均匀的，而实际接触点非常微小( 微米级) ，其电阻或阻抗不仅随 时阳j 变化还随电流、压力、振动而变化，造成瞬间开断，最终造成电接触 故障。例如：在目前的汽车电气故障中，有很大一部分就是由接触不良所 造成的。汽车电气的工作环境较恶劣，温度、尘土、腐蚀性气体、湿度等 因素作用在连接器周围，使连接器接触界面问形成较高的接触电阻，再加 上电流的作用，使得接触点温度很高，该温度通过连线传至其它电子元件， 往往造成元件的烧毁。 环境温度升高导致的热应力对触点可靠性影响也很大。触点附近温度 升高会加速腐蚀，而且会加速基体金属中杂质的扩散和迁徙，在表面形成污染膜， 如铜扩散到会表面在空气中形成绝缘膜，在锡和基底金属间形成的有害的中间相 也是一个扩散的例子；若接点紧靠( 塑料) 封装部件，会促使有机物的分解，结 果使接点环境中充满有机气氛，易于产生摩擦聚合物；另外，温度升高还会加速 应力松弛，直接影响连接器的机械性能；热应力，尤其是有规律的波动导致的相 对运动，产生微动腐蚀。这些最终都造成触点故障的发生。 上面所述的三个方面是造成电接触故障的主要原因。另外，不同的操作条件、 使垌过程中的产物、和一些偶然因素都有可能造成接触故障。当前，在西方尽管 由于使用新型加工设备和更先进的技术工艺，接触失效已大为减少，但是环境污 染仍是造成接触失效的一个主要原因。在我国，由于对电接触科学的不重视，环 境污染是造成故障的直接原因。 很多专家都对电接触的重要性做了详尽的阐述，在电接触现象的研究中，所 涉及的领域非常厂泛，包括物理学，化学，微电子学等等，非常复杂，影响电接触可 靠性的主要因素列于图卜1 中，显然，接触行为受到许多参数的影响和控制电接 触研究的主要目的就是发现导致接触失效的主要因素，并且找到解决这些问题的 第1 i 页共7 2 页 j 匕隶f u 人学帧卜研究生学位论文 绪论 办法 接 触 桃 料 性 能 热学性能：热导率，热胀冷缩 电性能：电阻率，膜层击穿 力学性能：硬度，拉伸强度 化学及物理性能 腐蚀性气体( 0 ：，h , s ，s o 。，c l ：，n o 。) 上不 境 有机气体 气 体 电学状念：放弧，无弧 工 作 机械状态：开关速度，摩擦，冲击 条 件 其他 图卜1影响电接触可靠性的因素 第二节电接触科学基本理论简介 接触电阻理论是电接触学中最基本，也是最重要的一部分内容。电接触领域 所涉及的绝大部分内容，如接触故障、电接触性能、环境对电接触性能的影响等 等都和电接触电阻有密切关系。 电接触最浅显的概念就是当两导体相接触时电子从一个导体流向另一个导 体。由于导体界面的微观粗糙度，实际的接触面积只是名义接触面积的一部分， 因此电流只通过极少数的接触点，从而形成收缩电阻。而导体界面又处于不同的 大气环境中，经常覆盖着氧化层或电化学腐蚀物，从而使接触界面的状念复杂化， 产：生膜层电阻而增加了接触电阻。因此，接触电阻由收缩电阻和膜层电阻两部分 组成。 1 2 1 收缩电阻 当两导体相接触时，接触面若为理想平面，则通过导体内的电流线在接触面处 仍保持平行，4 i 发生畸变现象因此也没有因接触而产生的附加电阻见图2 一l ( a ) 所 第1 2 贞共7 2 页 北京i _ | | i 乜大学硕卜研究生学位论文 示。如果两个导体为理想球面接触时，接触处为一个点，电流线在接近接触点处 弯曲、收缩，并集中于该点内，见图2 1 ( b ) 。与图2 1 ( a ) 相比，图2 1 ( b ) 中的电流线所走的路程明显加长，通过的截面则大大缩小，因而产生了附加电阻， 这个电阻称为接触电阻或收缩电阻( r e ) 。由此可以推论，只要表面不是绝对平 面，电流通过表面，总会出现畸变，因此产生接触电阻。 a 图l 一2 接触电阻示意图 b 根据h o l m 关于球面接触的理论，其接触电阻为： 虬钏。圳，2 l + 砉= 砉十寺2 口， z “z 玎口za 式( 1 - 1 ) 其中，p ，、p2 为两导体的电阻率， a 为点圆半径。当两导体材料相同时， p1 2 p2 2 p ，r c 2 p 2 a 。 实际接触表面不可能是绝对平面，也不可能是绝对球面，从微观角度看，表 面是凹凸不平，比较粗糙的。对于波长很短的微观峰谷的不平度称为粗糙度，波 长很长的宏观不平度则称为波度。实际上是这二者之和。见图2 - 2 所示。 第1 3 页共7 2 页 1 e 京电人学硕【：州究生学位论文 绪论 宏观粗糙度 + 7 l 蔓、= ，。_ _ _ y z 、q a ，y 广 微观粗糙度 肚赡：二二广气令：二一 j 一。4 一 嚼t - 3 表面加工后的实际形貌 最后形成的表面 由于接触面总是在很小范围内进行的，故峰项部分是很重要的，它是接触时 受压变形部分，电是滑动磨损部分。当两个微观粗糙面相接触时，其接触面积并 非整个表面，而是各峰顶之间的接触，电流通过各个接触小面积，因此总的接触 电阻时各个接触电阻的并联值。 假定各小面积相等，并且都呈圆形( 实际的小丽积可能是多种几何形态的， 如按圆血积计算，其总的结果很近似) ，则有： 以】= 口2 一ak an = 口 式( 1 2 ) 总面积： a = y 万a ；：，2 石a 一2 _ _ j “ 口= 肛扭= 去= 等后= 导后去 式( 1 3 ) 其中，r l 为微观小接触点数，r k 为微观的各点小接触电阻，r c 为总的收缩 电阻。当两个表面相接触时，先是最高的峰顶接触，压力增加后，峰顶由弹性变 形后变为塑性变形，并有更多的峰顶接触。塑性变形后接触面积增大，单位面积 的压力减少，最后塑变停止。 第1 4 贞共7 2 页 北京邮i u 人学坝士研究生学位论叟 前面所有的分析都有一个共同前提，那就是假定各接触点相互间隔很大，彼 此互不影响，但真实接触是密集的，通过接触点各自电流将对周围接触点的电位 r ，= r 。+ r ，= 2 口 + j l ：生+ 卫 2 口 2 胛h - - 2 理 有影响，因此必须考虑彼此影响所增加的电阻值( 此处称为自身电阻r s ) 与因 棚可：影响而造成的电阻值( 称为相互电阻r i ) 相串联，即： 式中，r t 为总接触电阻，a 称为相互电阻的h o l m 半径或点集半径。 格林伍得( g r e e n w o o d ) 从电荷相互影响的角度推算了相互电阻r i 为： 式中，s j 为i 点圆中心到j 点圆中心的距离。 尺j 睾萎，百1 ( 1 - 4 ) 铁木辛科等人对某一密集点群作了繁冗估算，得： 耻等 式( 1 5 ) 而1 6 3 ”0 5 4 0 4 t 1 2 ，与h o l m 所推出的公式基本相同，。也可写成 口：f 三生一 、p l 以。 i = l 、一1 7 式( 1 6 ) 当点数极少时，电流通过各接触点圆，它们相互之问没有影响，此时n 值很大， r i 很小，与r s 相比可以忽略。而当点圆数增大到一定程度，通过接触点圆的电 流划各接触点有相互影响时，r s 与魁均起作用；当点圆数很大，点圆密集时， r s 与r i 相比可以忽略。 12 2 膜层电阻 当清洁的金属置于大气或其他气体中，表面很快会吸附一层气体膜，这种膜层 第15 页共7 2 页 北京f l | ；电人学硕士研究生学位论义绪论 很薄，通常只有1 至几个分子层厚度。吸附有两种情况：一是物理吸附，它是由 于气体与金属表面闻的范德华引力或极性力所造成，其吸附能一般小于l o 千卡 克分子。另一种情况是化学吸附，气体原子在表面与金属原子结合成较牢固的键， 其吸附能通常大于3 0 千卡克分子。 物理吸附对金属性质的关系并不明显，但化学吸附则不然。化学吸附层是很 复杂的，与气体种类及金属特点均有密切的关系。化学吸附层形成之后气体若 继续与盒属作用将形成化合物，化合键能比化学吸附能还要大。在表面膜层达到 一定厚度时，化合物的生成主要依赖扩散，这大多是金属原子通过膜层向表面扩 散，然后与化学吸附层中的气体离子相结合生成化合物，而化学吸附层中的金属 则与新的气体原子结合。少数情况则是气体原子向金属方向扩散。 由于膜层介于接触面之恻，因此膜层电阻 _ 1 ，即生成物体积 金属体积，膜层受到压缩力，但能保持连续性。 如p 相对于x 射线能量的 分布图形式显示出来。能谱数据由计算机进行处理，可获得定性和定量结果。 硅( 锂) 晶体和前置放大器第一级的场效应管( f e t ) 一起放在一个低温恒 温箱里，以限制晶体中锂的迁移和减少电子线路噪声。低温恒温箱是一个通过 冷指与液氮杜瓦瓶相连的真空装置，x 射线经过低温恒温箱顶端的铍窗进入并 打到探测器上，加在硅( 锂) 半导体上的偏压由一个低电流、低纹波因素和高 电压的电源供给。 列能谱图的处理主要包括定性分析和定量分析。定性分析是分析未知样品 的第一步，即鉴别所含的元素。如果不能正确地鉴别样品的元素组成，最后定 量分析的精度就毫无意义。通常能够可靠底鉴别出一个样品的主要成分，但对 于确定次要或微量元素，只有认真地处理谱线干扰、失真和每个元素的谱线系 第2 8 页共7 2 负 北京邮屯大学硕士研究生学位论文螭= 童宴验设辑聂原弹 等问题，才能做到准确无误。为保证定性分析的可靠性，采谱时必须注意两条： 第一，采谱前要对能谱仪的能量刻度进行校正，使仪器的零点和增益值落在正 确值范围内：第二，选择合适的工作条件，以获得一个能量分辨率好、被分析 元素的谱峰有足够计数、无暇峰和杂散辐射干扰或者干扰最小的e d s 谱。定量 分析是通过测量x 射线强度来获取组成样品材料的各种元素的浓度。根据实际 情况，人们寻求并提出了测量未知样品和标准样品的强度比方法，再