a

1. 1
Дамжуулагч материалууд
Дамжуулагч материалын шинж чанар
Цахилгаан техникт хамгийн өргөн хэрэглэгддэг материалуудын нэг төрөл нь
дамжуулагч материал юм. Цахилгаан гүйдлийг дамжуулах чадвар нь металлууд,
металл биш хайлшууд, түүнчлэн электролитууд шингэнүүдэд агуулагдсан байх
бөгөөд металлууд нь электроно дамжууламжтай харин электролитүүд нь (хүчил,
шүлт, давсны уусмалууд) нь ионон дамжууламжтай байдаг.
Металлуудын цахилгаан дамжууламжийн физик үндэс
Металлууд нь кристалл орон торт бүтэцтэй байх ба оронт торын зангилаанууд
дээр эерэг цэнэгтэй ионууд байрлаж электронууд нь тэдгээрийг манан мэтээр
бүрхсэн байдалтай байна. Металлуудын атомын электрон бүтэц электронууд
анх энергийн төлөвүүдээр хуваарилагдах байдал, тэдгээрийн бусад энгийн
жижиг хэсгүүд хийгээд кристалын тортой харилцан үйлчлэлцэх үзэгдлийн
талаарх орчин үеийн ойлголтууд нь Оросын эрдэмтэн Я.И.Френкель, Германы
физикч А.Воммерфельд нарын үндэс суурийг нь тавьсан дамжуулагчийн
талаарх квантын онолд суурилагддаг.
Чөлөөт электронууд нь оронт торынхоо дотор U=105 м/c орчим дулааны
дундаж хурдтайгаар эмх замбараагүй шилжин явах ба Е гэсэн хүчлэг бүхий
цахилгаан орноор үйлчлэхэд тэдгээр электронууд эрэмбэлэгдсэн хөдөлгөөнтэй
болж Vдгэсэн дрейфийн хурд хэмээх нэмэлт хурдыг авна. Дреифийн хурдны
улмаас цахилгаан цэнэгүүд зөөгдөх боломжтой болсноор дамжуулагчаар
цахилгаан гүйдэл гүйж эхэлнэ. Энэхүү гүйдлийн нягтын хэмжээ нь дрейфийн
хурд ( Vд ) электроны цэнэг (qe) болон чөлөөт электронуудын концентраци (n)-
иас хамаарна.
j = qe*n*Vд
Бодит нөхцлүүдэд дрейфийн урагшлах хурд нь электронуудын дулааны
хөдөлгөөний хурднаас олон дахин бага (Vд=9) байдаг. Зэс дамжуулагчийн
хувьд гүйдлийн нягт нь j=1 A/мм2 үед дрейфийн хурд нь V=1*10-4 м/с байна.
a=
𝑞 𝑒∗𝐸
𝑚 𝑒
хэмжээний хурдатгалтай хөдөлж байгаа электрон нь Ir гэсэн чөлөөт
замын уртыг туулахдаа оронт торын зангилаанууд дахь ионуудтай ‫ז‬ хугацааны
дотор мөргөлдөнө гэж үзвэл олж авах дрейфийн хурд нь:
Vд=a*ɽ=
𝑞 𝑒 𝐸∗𝐼𝑟
𝑚 𝑒 ∗Ө
Паулын зарчмаар энергийн төлөв бүрт зөвхөн нэг электрон байж болох бөгөөд
харин энергийн түвшин бүрт эсрэг спинтэй хоёроос илүүгүй электрон байх

2. 2
ёстой. Тэгвэл абсолют тэг хэмийн үед кристаллын доторх чөлөөт
электронуудын тэн хагас нь (n/2) нь энергийн төлөвүүдийн электроноор дүүрэх
магадлал нь фермигийн функцээр илэрхийлэгддэг.
F(x)=[1+exp(W-Wr)/kT]-1
Үүнд:
WF- фермигийн энерги буюу абсолют тэг хэмийн үед металлын доторхи
электроны авч болох хамгийн их энергийн хэмжээ
K - Больцманы тогтмол , K=1.3806-23 Дж/𝐾 𝑜
T - Температур , ( хэм)
Энэхүү томьёоноос W=Wr үед Фермигийн энергийн түвшингийн электроноор
дүүргэгдэх магадлал нь 0,5 байх нь тодорхой бөгөөд ихэнх металлуудын хувьд
Фермигийн энерги нь 3-15 эВ хэмжээтэй байдаг. Фермигийн энергийн түвшингээс
доош орших (W<Wr) энергийн түвшингүүд 0,5-аас их магадлалтайгаар электроноор
дүүргэгдсэн байх бол харин Фермигийн түвшингээс дээш орших энергийн
түвшингүүд мөн ийм магадлалтайгаар электрон агуулаагүй байдаг.
Ферми- Диракийн квант статистикийн онолын дагуу металл дахь чөлөөт
электронуудын концентраци нь электроноор дүүргэгдсэн энергийн бүх
төлөвүүдээр интегральчлах n=∫ 𝑁 𝑤
𝑊𝑛
𝑊𝑟
* F(w ) * dW замаар тодорхойлогддог ба энэ нь
дараах байдлаар илэрхийлэгдэнэ.
n=8π/3(2me/ћ∙WF)3/2
Интегральд орж байгаа F(w )-ийг Ферми-Диракцийн функц буюу электроноор дүүрэн
төлөвийн магадлал, N(w ) –г кристаллын нэгж эзэлхүүн дэх энергийн нэгж
интервальд харгалзах энергийн төлөвүүдийн тоо буюу төлөвүүдийн нягт гэдэг.
Металлын цахилгаан дамжууламж нь атомуудын электроны бүтэц ба кристаллын
оронт торын төрлөөс хамаардаг хэмжигдэхүүн нь электронуудын чөлөөт замын
дундаж урт юм. Зарим металлуудын электроны чөлөөт замын урт:

3. 3
Металл Ag Си Аи К Na Li Fe Ni
Оронт
торын
төрөл
ИТТ ИТТ ИТТ ЭТТ ЭТТ ЭТТ ЭТТ ИТТ
Электроны
чөлөөт
замын
дундаж
урт, Ir , мм
57 42 41 37 35 11 22 13.3
ИТТ- ирмэгт төвлөрсөн шоо дөрвөлжин кристаллын тортой буюу металлын
атомууд нь шооны ирмэгүүдийн диагнолиудын дагуу шүргэлцсэн 4
бөмбөлөгийн байрлалтай байдаг. Ийм төрлийн кристаллын оронт тортой
металлууд нь алт (Au), мөнгө (Ag), хөнгөнцагаан (Al), зэс (Cu), кальций (Ca), ү-
төмөр (ү-Fe), никель (Ni), хар тугалга (Pb), пладий (Pd), платина (Pt) зэрэг
болно.
ЭТТ – эзэлхүүн төвлөрсөн шоо дөрвөлжин кристаллын тортой буюу металлын
атомууд нь шооны гол диагнолийн дагуу шүргэлцсэн хоёр бөмбөлгийн
байрлалтай байдаг. Ийм төрлийн кристаллын оронт торын металлууд нь хром
(Cr), калий (K), төмөр (-Fe), литий (Li), молибден (Mo), натрий (Na), тантал (Ta),
вольфрам (W), ванадий (V) зэрэг болно.
Металлуудын хувийн цахилгаан эсэргүүцэл температураас хамаарах нь
Электроны ( ƛ =
ℎ
) долгион нь маш нарийн чанд үелэх цахилгаан оронд энергийн
аливаа сарнилгүйгээр тархдаг. Энэ нь идеаль кристаллын доторх электроны
чөлөөт замын урт нь хязгааргүй (∞) – тэй тэнцүү болж, цахилгаан гүйдэлд үзүүлэх
эсэргүүцэл нь тэг болно. Харин бодит металлуудын хувьд цахилгаан орон
үйлчлэхэд электронуудын тодорхой хэсэг сарниж, цахилгаан эсэргүүцэл үүсдэг
явдал нь дараах 2 үзэгдэлтэй холбоотой. Үүнд:
 Кристаллын оронт торын зангилгаануудын дулааны хэлбэлзлүүдэд (хувийн
цахилгаан дулааны байгуулагч)
 Орон торын бүтцийн хэв гажилт болон хольцууд ( ρүлд –дулааны биш хүчин
зүйлүүдээс үүдэлтэй хувийн цахилгаан эсэргүүцлийн байгуулагч)

4. 4
Металлуудын дамжууламжийн бүсийн электронуудын энергийн хэмжээ 3-15 эВ
хэмжээнд байх ба энергийн ийм утгуудад ƛ=0.3-0.7 мм долгионы урт
харгалздаг. Ийм учир кристаллын оронт торын бүтцэд ямарваа өчүүхэн хэв
гажилт, эвдрэл үүсэх болон нэгэн төрөл байдал алдагдах зэрэг нь цахилгаан
дамжууламжийг бууруулж энэ хэмжээгээр цахилгаан эсэргүүцлийг нэмэгдүүлж,
эцсийн дүндээ энергийн сарнилтыг бий болгодог байна. Иймд бодит
металлуудын хувийн цахилгаан эсэргүүцэл нь:
Ρ=ρшүл+ρүлд
Орчны температурын өөрчлөлтөнд харгалзах металлуудын хувийн цахилгаан
эсэргүүцлийн харьцангуй өөрчлөлтийг хувийн эсэргүүцлийн температурын
коэффициент гэдэг дараах хэмжигдэхүүн харуулна.
Орчны температурын өөрчлөлтөнд харгалзах металлуудын хувийн цахилгаан
эсэргүүцлийн харьцангуй өөрчлөлтийг хувийн эсэргүүцлийн температурын
коэффициент гэдэг дараах хэмжигдэхүүн харуулна
αp=1/p∙d/dT
Металлуудын хувьд αp коэффициентийн утга эерэг байх ба энэ нт температур
ихсэхэд оронт торын зангилаануудын дулааны хэлбэлзлүүдийн амплитуд
нэмэгдэлтэй холбоотой.Металлуудын хувийн цахилгаан эсэргүүцэл
температуртайгаа шууд хамаарлаар өсдөг.
Үүнд: – эхний С температурын үе дэх хувийн эсэргүүцэл;
–төгсгөлийн t°C температурын үе дэх хувийн эсэргүүцэл;
P0-металлын тасалгааны температур (T0=2930K)-ын үе дэх хувийн цахилгаан
эсэргүүцэл, Ом∙м
α – тухайн дамжуулагч материалын эсэргүүцлийн температурын дундаж
коэффициент. Энэ нь дамжуулагчийг нэг градус халаахад түүний эсэргүүцэл
хичнээн хэмжээгээр өөрчлөгдөж болохыг харуулна.
Цахилгаан оронт торын гажилт болон хольцууд хувийн эсэргүүцэлд
нөлөөлөх нь
Үлдэгдэл хувийн цахлгаан эсэргүүцэл(ρүлд)-ийн хэмжээнд хамгийн бодитой нөлөөг
металлын дотор орсон гадны хольцууд үзүүлэх бөгөөд хольцын аливаа

5. 5
элементийн /уг хольц өөрөө цахилгаан дамууламж өндөртэй байсан ч гэсэн/
атомууд нь нийлбэр хувийн эсэргүүцэл (ρ)-ийг нэмэгдүүлдэг.
Бүтцийн гажилтууд гэдэгт оронт торын хоосон зангилаа, зангилаа хооронд
байрласан атомууд, оронт торын суулт ба хагарал, металлын атомын том ширхэгт
ирмэгүүд зэрэг кристаллын тогтоцын хэвийн бус гажилтууд багтах ба эдгээр нь
ρүлд –ийг тодорхой хэмжээгээр нэмэгдүүлнэ.Металлуудын хувийн цахилгаан
эсэргүүцэлд дулааны боловсруулалт тодорхой нөлөө үзүүлдэг. Ганг хатууруулах
явцад кристаллын оронт торын их хэмжээний гажилттай, дотоод механик хүчлэл
ихтэй, тэнцүүргүй бүтэц үүсч, энэ нь кристаллын нийт эзлэхүүнд харгалзах
гажилтын нягтыг огцом өсгөснөөр хувийн цахилгаан эсэргүүцлийг мэдэгдэхүйц
ихэсгэдэг байна. Харин хайлш болон металлуудыг шатаалганд оруулах үед
термодинамикийн тогтвортой тэнцүүр бүхий бүтэц үүсч, дотоод механик хүчдэлүүд
арилснаар гажилтын нягт(хоёр ба түүнээс олон дахин) багасч, ингэснээр ρүлд огцом
буурна.
Уян деформаци нь гажилтын хэмжээг нэмэгдүүлж, цахилгаан дамжууламжийг
бууруулна. Цэвэр металлуудын хувьд энэ бууралт нь хэдхэн хувь хэмжээнд байдаг
тул эдгээрийн цахилгаан дамжууламжийг нь илэрхий алдагдуулахгүйгээр
хатууруулах арга болгон уян деформацийн аргыг хэрэглэнэ.
Металл хайлшуудын хувийн эсэргүүцэл
Хайлшуудын хувийн цахилгаан эсэргүүцэл нь тэдгээрийн найрлагад орж байгаа
аливаа элементийнхээ эсэргүүцлээс үргэлж их байдаг.Хайлшийн цахилгаан
дамжууламжийн өөрчлөгдөх байдал нь төлөвийн диаграммаартодорхойлогдох ба
хайлшийн бүтэц, фаз(бодисын төлөв) зэргээс хүчтэй хамаарна.Хязгаарлагдмал
бус уусгалттай ихэнх хатуу уусмалууд(Au-Ag, Ag-Cu, Cu-Au )-ад хайлшийн
найрлагаас хамаарч хувийн цахилгаан эсэргүүцлийн үлдэгдэл байгуулагч(ρүлд)-ийн
өөрчлөгдөх байдал нь Нордгеймын хуулийн дагуу дараах параболлиг функцээр
дүрслэгддэг
Ρүлд= C∙XA∙XB=C∙XA(1-XA)
XA, XB- хайлш дахь найрлага орцуудын атомын хувь хэсгүүд
С- хайлшийн төрөл орчноос хамаарсан тогтмол

6. 6
Металл нимгэн ялтаснуудын цахилгааан эсэргүүцэл
Гүйцэтгэж байгаа үүргээр нь нимгэн ялтаст металл ялтсуудыг резистив
ялтас(нимгэн ялтсан резистор) ба өндөр дамжууламжтай
ялтас(контактынгадаргуунууд, элемент хоорондын холболтууд, конденсаторууд)
гэж ангилна. Нимгэн ялтсуудыг гаргаж ава аргууд нь:
1.Металлуудыг дулааны ууршилтанд оруулж суурь-тавиур дээр
конденсацилан суулгах
2.Электроны туяагаар ууршуулах
3.Катодын болон ион плазмаар шарж суулгах
4.Лазарийн энергээр шарж суулгах
5.Эпитаксиаль ургуулалтын гэсэн төрлүүдтэй байна.
Нимгэн ялтсан резистор элементүүдийн материалууд
Тусгай суурь тавиур дээр суулгасан металлын нимгэн ялтсууд нь
микроэлектроникт маш өргөн хэрэглэгддэг. Ялтасны зузаан нь хэдхэн микрометр
(мкм)-ээс хэдэн арван манометр (нм)-ын хэмжээнд нимгэн байдаг.
Нимгэн ялтасын гол үзүүлэлт нь өмнөх хэсэгт дурдсан дөрвөлжний эсэргүүцэл R□
бөгөөд хальс зузаан байхын хэрээр энэ эсэргүүцэл их байдаг онцлогтой.
Нимгэн ялтсуудын резисторуудад хэрэглэгддэг үндсэн материалууд нь:
●Цэвэр материалууд (Cr,W,Ta,Re): R□=500-1000 ом
● Нихром Х20Н80 : R□= 50-300 ом
● Нитрид тантал Та2N : R□=200-104 ом , ἀp=0
Радиоманганин нь марганцийг илүү их агуулсан байдаг учраас хувийн цахилгаан
эсэргүүцлийн темпратурын коэффицент (ἀp) тэгтэй тэнцүү болсон хайлш юм.
Радиоманганиныг дулааны нөлөөллийг контенсацлах болон тогтворжуулагч
элементүүдэд хэрэглэх боломжтой.

7. 7
Цахилгаан дамжууламж өндөртэй материалууд
Цахилгаан дамжууламж өндөртэй материалуудад хувийн цахилгаан эсэргүүцэл нь
ρ<0.1мкОм∙м материалууд багтана.Тэдгээрийн янз бүрийн зориулалт бүхий
цахилгаан дамжуулагч утаснууд, цахилгаан контакт, тоноглолууд, багажны гүйдэл
дамжуулагч болгон ашигладаг.
Эдгээр материалуудад тавигдах шаарлагууд нь:
1.Хувийн цахилгаан эсэргүүцэл бага байх
2.Батбэх болон уян хатан чанар хангалттай байх
3.Атмосферийн янз бүрийн нөхцөлд зэврэлтэнд тэсвэртэй байх
4.Гагнагдах чадвар сайнтай байх зэрэг болно.
Жишээ нь:
Зэс дамжуулагч болон түүний хайлшууд
Зэс цахилгаан дамжууламж өндөртэй үндсэн дамжуулагч материал бөгөөд цэвэр
зэсийн хувьд:
P=0.017мкОм∙м байдаг нь дээр дурьдсан шаардлагуудыг бүрэн
хангадаг.Цахилгаан техникийн зориулалттай зэсийг зэсийн сульфидын хүдэрээс
электролизийн аргаар гаргаж авна.
.
Ингэж гаргаж авсан зэсийг авсан зэсийг “катодын зэс” гэж нэрлэдэг.
Зэсийн найрлагад аливаа хольц орсноор түүний цахилгаан дамжууагчийг
бууруулдаг. Зэсийн дотор маш бага бериллий(Be), арсенид(As), төмөр(Fe),
цахиур(Si), фосфор(P)-ын хольцууд орсноор хувийн цахилгаан дамжууламжийг нь
50% хүртэл багасгадаг бол висмут(Bi), хар тугалга(Pb), зэрэг элемент мянганы
нэгж хувиар ороход даралттай дулаан боловсруулалтын үед зэсэнд цууралт
үүсгэдэг аюултай.

8. 8
Хөнгөн цагаан дамжуулагч
Хөнгөн цагаан (Al) нь зэсийн дараа орох цахилгаан дамжууламж өндөртэй металл
бөгөөд дараах онцлогууд нь түүний цахилгаан техникийн өргөн хэрэглээг бий
болгодог.
Үүнд:
1.Цахилгаан дамжууламж өндөр (p=0.028мкОм∙м)
2.Газрын царцасын 7.5%-ийг эзэлж тархсан, олдоц ихтэй
3.Хувийн жин багатай (хөнгөн цагаан нягт 2,7г/см3)
4.Усны уур, далайн болон цэнгэг усанд тэсвэрлэлт өндөртэй.
5. 6-7мкм зузаантай хальс (фольга), түүнчлэн янз бүрийн хөндөн огтлолтой
утас үйлдвэрлэх боломж бүрдүүлсэн уян чанар өндөртэй
Үнэт металлууд:/Мөнгө(Ag), Алт(Au), Платина(Pt), Палладий(Pb)/
Жишээ нь: Алт(Au)
Алт нь дулаан ба цахилгаан дамжуулах /p=0.0225мкОм∙м/ өндөртэй, мөнгөтэй
харьцуулахад зэврэлтэнд илүү тэсвэртэй, исэлддэггүй, хүхэрлэг хальс үүсгэдэггүй
металл юм. Алт нь уян хатан чанар өндөртэй элемент учраас даралттай механик
боловсруулалтанд олон удаа оруулах боломжтой боловч хатуулаг, бат бэх
чанартай материал юм.

9. 9
Хувийн цахилгаан эсэргүүцэл өндөртэй материалууд
Хувийн цахилгаан эсэргүүцэл нь 0.3мкОм∙м-ээс дээшхи материалууд энэ
хамрагдах бөгөөд цахилгаан хэмжүүрийн багажууд, өндөр нарийвчлалтай жижиг
резистор, потенциаметр, реостат болон цахилгаан халаагч төхөөрөмжүүдэд
хэрэглэнэ. Эдгээр материалуудад тавигдах шаардлагууд нь:
-Хувийн цахилгаан эсэргүүцэл өндөртэй, хувийн цахилгаан эсэргүүцлийн
температорын коэффициент аль болох багатай байх
-Цахилгаан хэмжүүрийн багажуудад хэрэглэгддэг материалууд нь зэстэй хос
үүсгэх үедээ дулааны цахилгаан хөдөлгөгч хүч/ДЦХХ/ багатай байх
-Цахилгаан халаагчийн элементүүдэд хэрэглэгддэг материалууд халуун
тэсвэрлэлт өндөртэй байх
-Нарийхан утас, тууз, тууз бэлтгэх боломжтой дээд зэргийн уян, батбэх
сайтай байх
-Өндөр температурт удаан хугацаагаар ажиллахад цахилгаан үзүүлэлтүүдээ
хэвийн хадгалдаг байх зэрэг болно.
Цахилгаан контактын материалууд
Цахилгаан контактууд нь ажлын нөхцлүүдээрээ үл хөдлөх, салах, гулсах гэсэн 3
төрөлд хуваагдана.
Үл хөдлөх контактууд
Үл хөдлөх контактууд нь хавчуурт болон цул гэсэн төрлүүдтэй.
Хавчлуурт/зажимные/ контактууд нь хавчаар, клемм, эргэн/болт/болон шурган
холбоосууд, янз бүрийн штепселийн үүр/розетка/- сэрээ маягийн холбогч гэх мэт
олон төрөл байдаг.Хавчуурт контактуудад тавигдах шаардлагууд нь:
1. Хувийн цахлгаан эсэргүүцэл багатай, хатуулаг өндөртэй биш
материалаар хийгдсэн, шилжих эсэргүүцэл нь аль болох бага бөгөөд
тогтвортой байх.
2.Контактуудын гадаргуу дээр исэлийн үе/хальс/ үүсдэггүй, зэсрэлтэнд
тэсвэртэй материалаар хийгдсэн байх

10. 10
Цул металл контактууд нь дамжуулагчуудыг гагнуур болон шаваасаар холбох
байдлаар хийгдэх ба гагнаасан тусгай материалуудыг ашиглана.Гагнаасын
материал /припои/нь гагнуурын явцад шилжих эсэргүүцэл багатай цахилгаан
контакт болон хувирдаг, бат бэх гагнуурын оёдол үүсгэхэд зориулагдсан тусгай
хайлш юм.
Салах контактууд- Цахилгаан ттехникт хэрэглэгддэг контактуудын дотроос
хамгийн чухал контактууд нь ачаалалгүй ба ачаалалтай үед цахилгааан хэлхээг
таслах болон залгахад хэрэглэгддэг контактууд юм. Эдгээрийг ерөнхийд нь салах
контактууд гэдэг нэр томъёогоор авч үзэх ба өндөр хүчдэлтэй, ачааллын гүйдэл
ихтэй цахилгаан хэлхээг таслах контактууд нь найдваржилт өндөртэй /контактууд
салах үед үүсэх цахилгаан нумын үйлчлэлээр контактууд хайлж бие биетэйгээ
гагнагддаггүй байх, контактлах гадаргуунууд түлэгддэггүй байх/ хэлхээ залгаастай
үед контактын шилжих цахилгаан эсэргүүцэл аль болохоор бага байх
шаардлагуудыг хангасан байх ёстой.
Гулсах контактууд-бие биен дээгүүрээ хэлхэээнд таслалт үүсэхгүйгээр гулсдаг
хөдлөх контактууд юм. Гулсах контактуудыг цахилгаан машины сойзнууд/щётка/,
коллекторын ялтасууд, цагирагууд хоорондын контактууд, эсэргүүцлийн
элементүүдийн реохордууд болон хоорондын контактууд байдлаар өргөн
хэрэглэнэ.
Дамжуулагч полимерууд
Полимерууд нь молекулын бүтцээрээ шугаман ба холбоотой полимерууд гэж хоёр
ангилагдах бөгөөд шугаман полимер нь ковалентын холбоотой олон жижиг
молекулуудаас тогтсон нэг хэмжээст гинж хэлбэртэй байдаг бол холбоотой
полимерууд нь энгийн, хоёрлосон, гурвалсан холбоосууд ээлжилсэн гинжин
бүтэцтэй байдаг онцлогтой.

11. 11
Крио болон хэт дамжуулагч материалууд
Крио дамжуулах материалууд<Цахилгаан дамжууламж өндөртэй
материалуудын дотор хувийн цахилгаан эсэргүүцэл нь хөргөх явцад аажмаар
тасралтгүй криогены температур(Т<-1950С)-ын утгуудад хэвийн температурын
үеийнхээсээ хэдэн арав дахин багасдаг дамжуулагчууд байдаг ба эдгээрийг
цахилгаан техникт криодамжуулагчид гэж нэрлэнэ.
Хэт дамжуулагч материалууд-Температурыг бууруулж Кельвиний тэг градуст
ойртуулахад тодорхой
Кадмий агуулсан Хүрэл
Хүрэл нь цагаан тугалга(Sn) хөнгөн цагаан(Al), цахиур(Si), кадмий(Cd),
бериллий(Be) зэрэг элементүүд агуулсан зэсийн хайлш бөгөөд дараах шинж
чанаруудтай.
Хүрлийн олон төрөл дотроос хамгийн өндөр цахилгаан дамжууламжтай (γ=95%
γCu) нь кадмий агуулсан хүрэл юм.Энэ нь шатаалгаар сайжруулсан зэснээс гурав
дахин бат бэх бөгөөд кадмий нь зэсийн дахин талстжих температурыг дээшлүүлж
өгснөөр энэ төрлийн хүрэл нь 2500С хүртэлх температурт бат бөх чанараа
хадгалсаар байдаг давуу талтай. Кадмийд хүрлийг өндөр хурдтай цахилгаан
машины коллекторын ялтас, пүршин контактууд, өндөр бат бэхтэй дамжуулагч
утас болгон өргөн хэрэглэнэ.

12. 12
Ниобий
Менделеевын химийн элементүүдийн үелэх системийн 5 дугаар үеийн 5
дугаар бүлгийн дэд бүлгийн элемент, атомын дугаар-41.Nb (англи Niobium) гэж
тэмдэглэгддэг. Ниобий энгийн бодис нь α-Fe, а = 0,3294 хэлбэрийн шоо
дөрвөлжин, биеийн төвтэй талст сүлжээс бүхий мөнгөлөг саарал өнгийн гялалзсан
металл.
Дэлхий царцдаст агуулагдах нөөцөөр дэлхийд 33 дугаарт жагсдаг, байгальд
дангаар бус танталтай нэгдэл хэлбэрээр оршдог ниобий нь зөөлөн, саарал
өнгөтэй, уян хатан, гөлгөр, нягт багатай, хими, физик шинж чанараар танталтай
төстэй ховор элемент юм. Энэхүү саарал өнгийг хоёр эсвэл түүнээс дээш олон
металлтай холин хайлш гарган авах нь элбэг. Дангаар байхдаа маш уян хатан ч
ган титан зэрэг элемэнттэй холилдоход бат бөх чанар нь нэмэгдээд зөгсөхгүй
хөнгөн зэвэнд идэгддэггүй хайлш болон хувирдаг. Ниобийн хувьд 81 –ээс 113
хүртэл масстай тоо бүхий изотопууд мэдэгдэж байна.

13. 13
Ниобийгийн түүх
Ниобийг Жон Унтропын (Бага Жон Уинтропын ач хүү) Массачусетс мужийн
Британийн музейд 1734 онд хүргүүлсэн ашигт малтмалаас английн эрдэмтэн
Чарлз Хэтчет анх 1801 онд нээсэн. Ашигт малтмалыг колумбит гэж нэрлэсэн
бөгөөд химийн элемент нь дээж авсан улсын нэрээр «колумбий» (Cb) хэмээн
нэртэй болсон.1802 онд А.Г.Экеберг танталыг нээсэн бөгөөд химийн бүхий л шинж
тэмдгээр ниобитэй бараг төстэй байсан тул удаан хугацаанд эдгээр нь ижил
элемент гэж тооцож байсан. Зөвхөн 1844 онд Немцийн химич Генрих Розе энэхүү
элемент нь танталаас ялгаатай гэдгийг тогтоож, Тантал Ниобийгийн охиныг
хүндэтгэж, «Ниобий» хэмээн нэрлэж, элементүүдийн хоорондын ижил төсөөтэй
байдлыг онцолсон. Гэвч зарим орнуудад (АНУ, Англи) элементийн анхны нэр
колумбий нь удаан хадгалагдсан бөгөөд зөвхөн 1950 онд Олон улсын онолын
болон хэрэглээний химийн холбооны шийдвэрээр уг элементийг ниобий хэмээн
нэрлэсэн.Цэвэр ниобийг анх удаа 19 дүгээр зууны сүүлээр францын химич Анри
Муассан цахилгаан, эрчим хүчний аргаар гаргаж авсан. Тэрбээр цахилгаан
зууханд ниобийн ислийг нүүрстөрөгчөөр сэргээсэн байна.
Байгаль дахь тархалт
Ниобийгийн агууламж нь их хэмжээтэйгээс (0.2 г / тн Nb) исгэлэн чулуулаг хүртэл
(24г / тонн Nb) өснө. Ниобийг тантал үргэлж дагалдана. Нибиум ба танталын
ойролцоо химийн шинж чанарууд нь ижил эрдэс бодист хамт олдох нөхцлийг
бүрдүүлдэг ба геологийн ерөнхий үйл явцад оролцдог. Ниобий титан агуулсан
ашигт малтмалын зарим нь титан орлох чадвартай байдаг(сфен, ортит, перовскит,
биотит). Байгаль дахь ниобын орших хэлбэр нь янз бүр байж болох ба тархмал
(галт уулын чулуулагт болон чулуулаг дахь дагалдах эрдсүүдэд) болон эрдэс
бодист агуулагдана. Нийтдээ ниобий агуулагддаг 100 гаруй эрдэс бодис мэдэгдэж
байна. Эдгээрээс зөвхөн цөөн тооных нь үйлдвэрлэлийн ач холбогдолтой байдаг.
Үүнд: колумбит-танталит (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6, пирохлор (Na, Ca, TR, U)2(Nb, Ta,
Ti)2O6(OH, F) (Nb2O5 0 — 63 %), лопарит (Na, Ca, Ce)(Ti, Nb)O3 ((Nb, Ta)2O5 8 —
10 %), заримдаа эвксенит, торолит, ильменорутил тэрчлэн (ильменит, касситерит,
вольфрамит) гэх мэтчилэн холимог хэлбэрийн ниобий агуулсан эрдэс бодисыг
ашигладаг.

14. 14
Зураг 1. Пирохлор
Зураг 2. Лопарит
Шүлтлэг чулуулагт ниобий нь перовскит болон эвдиалит хэлбэрээр тархсан
байдаг. Гаднын үйл явцын үед ниобий, танталын эрдэс бодисын тогтвортой
байдал нь дельвиум-аллювийн шороон ордуудад (колумбитын шороон орд),
заримдаа цаг агаарын царцдасын бокситад хуримтлагдана. Далайн усан дахь
ниобын агууламж нь 1·10−5 мг/л.байна.
Байршил олборлолт
АНУ, Япон, Орос (Колийн хойгт),Бразили, Канадад ниобын ордууд оршдог. АНУ-ын
геологийн төвийн судалснаар дэлхий даяарх ниобийгийн нөөц 4.4 сая тонн юм. Уг
элементийн нөөцөөр Хятад бус Бразил улс тэргүүлдэг. Тийм ч учраас ниобийгийн
томоохон орд газруудтай Бразил улс өнөөг хүртэл олборлолтоороо дэлхийд нэн
тэргүүнд явж байна.

15. 15
Улс орнуулын ниобын олборлолт (тонн) (USGS-ийн дүн)
Улс орон 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Австралия 160 230 290 230 200 200 200 210 208 300 310 400
Бразилия
30
000
22
000
26
000
29
000
29
900
35
000
40
000
57
300
58
000
58
000
58
000
58
000
Канада 2,290 3,200 3,410 3,280 3,400 3,310 4,167 3020 4380 4330 4420 4400
Ардчилсэн
Конго улс
16 50 50 13 52 25 38 40 35 65 54 67
Мозамбик 15 28 5 34 130 34 29 43 56 65 32 76
Нигерия 35 30 30 190 170 40 35 501 45 89 120 98
Руанда 28 120 76 22 63 63 80 70 65 110 100 98
Дэлхийн
хэмжээнд
32600 25600 29900 32800 34000 38700 44500 60400 62900 62900 62900 63000
Бразил улс нийт олборлолтын 90 хувийг дангаар хангадаг. ОХУ, Нигер, Конго,
Мозамбик зэрэг оронд багахан хэмжээний ниобийн нөөц бий.
Ниобын хүдэр нь ихэвчлэн нэгдмэл, металлаар хомс байдаг. Хүдрийн баяжмал нь
Nb2O5 агуулдаг бөгөөд пирохлорын агууламж нь — 37 %-иас багагүй, лопарит —
8 %, колумбит 30—60 % байна. Тэдгээрийн дийлэнхийг хөнгөн цагаан болон
силико дулааны аргаар боловсруулж, Феррониобий (40—60 % Nb) болон
ферротанталниобийг нөхөн сэргээдэг.
Металл ниобийг хүдрийн баяжмалаас нарийн төвөгтэй технологиор 3 үе
шаттай ялгаж авдаг.
1. Баяжмалыг нээх
2. Ниобий болон танталыг ялгах, тэдний химийн цэвэр нэгдлийг гаргаж авах
3. Металл ниобий болон түүний хайлшийг сэргээх, цэвэршүүлэх
Ниобий болон түүний хайлшийг үйлдвэрлэх үндсэн арга нь Nb2O5 болон
аморф нүүрстөрөгчийн холимогоос хөнгөн цагаан, натри, нүүрс усны дулааны
аргаар эхлээд 1800 цельсийн хэмд устөрөгчийн карбидын орчинд гарган авдаг
бөгөөд дараа нь 1800-1900 хэмд агааргүй орчинд карбид болон таван окисын
холимогоос металлыг, ниобийн хайлшийг гаргаж авахын тулд энэхүү холимогт
хайлшийн металлын ислийг нэмдэг: Нөгөө талаар ниобийг агааргүй орчинд өндөр
хэмд Nb2O5 болон аморф нүүрстөрөгчийн холимогоос гаргаж авдаг.

16. 16
Ниобийг натри дулааны аргаар K2NbF7 – ээс натрийгаар, хөнгөн цагаан
дулааны аргаар Nb2O5 –ээс хөнгөн цагаанаар тус тус ялгаж авдаг.
Нунтаг металлургийн аргаар боловсруулсан комплекс (хайлш) нь вакуумд 2300
° C-ийн вакуум шахмалаар саармагжуулсан буюу электрон цацраг ба вакуум
нуман хайлах; өндөр цэвэршилттэй ноибийн нэг талст - цэвэр ноостой болон
электрон цацрагийн бүсэд хайлна.
Хэрэглээ
Ниобийн ашиглалт, үйлдвэрлэл хурдацтай өсөж байгаа бөгөөд түүний галд
тэсвэртэй, дулааны нейтроныг барих шинж чанарууд нь өндөр хэм, хэт халалтад
тэсвэрлэх хайлш үүсгэхэд чухал нөлөөтэй. Мөн зэврэлтээс хамгаалах, электрон
гаралтын бага ажил, хэт халуун болон хүйтэнд тэсвэртэй чанарыг ашиглаж байна.
Ниобий агуулсан хайлш супер болдог гэхэд хилсдэхгүй тул түүнийг цөмийн
үйлдвэрт, тийрэлтэт онгоц, пуужингийн хөдөлгүүр үйлдвэрлэхэд ашиглана. Мөн
ниобий болон титан, цагаан тугалга агуулсан хайлшийг цахилгаан соронзон
резонансын аппарат хийхэд ашигладаг. Ернь ниобийг зүрхний электрон төхөөрөмж
гэх мэт эмнэлгийн олон тоног төхөөрөмж ашиглахад хэрэглэдэг. Түүнчлэн төрөл
бүрийн хайлшийг гүүр, газрын тос дамжуулах хоолой, нисэх онгоц, салхин
цахилгаан станцын турбин, автомашины эд анги, онгоцны хөдөлгүүр, гэх мэт
тоочвол өөр ямар ч элемэнтийг соронзон нэвтрүүлэх чадвараараа урдаа
гишгүүлдэггүй уг элемэнт маш чухал ач холбогдолтой нь тодорхой байна.Ниобийг
хэрэглэх үндсэн салбар: пуужингийн үйлдвэрлэл, сансарын болон нисэх техник,
радиотехник, электрон техник химийн багажны үйлдвэрлэл болон цөмийн энергит
хэрэглэнэ
Металл ниобийн хэрэглээ
Цэвэр ниобий болон түүний хайлшуудаар агаарын хөлгийн эд анги үйлдвэрлэх,
дулаан ялгаруулагч уран болон плутонийн элемэнтүүдийн бүрхүүл, электролитын
конденсаторын эд ангиуд, «халуун» электрон арматур (радар суурилуулах
зорилгоор), хүчтэй генераторын чийдэн (анод, катод, тор зэрэг), химийн аж
үйлдвэрийн салбарт зэврэлтэнд тэсвэртэй тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд
хэрэглэнэ.
Ниобий нь уран, бусад өнгөт металуудтай холилдоно. Жишээлбэл, хөнгөн цагаанд
зөвхөн 0.05% нь ниобийг холивол шүлттэй урвалд огт ордоггүй боловч хэвийн

17. 17
нөхцөлд энэ нь уусдаг. 20% -ийн зэс агуулсан ниобий хайлш нь цахилгаан
дамжуулалт өндөртэй, цэвэр зэсээс хоёр дахин хатуу ба хүчтэй байдаг.
Ниобийг криотронуудад- компьютерийн дамжуулах элементүүдэд ашигладаг.
Тэрчлэн нобийг том адроны хурдасгуурт хэрэглэнэ. Өндөр нягтралтай
электролитийн конденсаторыг үйлдвэрлэхэд ниобий болон танталыг ашигладаг.
Тантал нь металл ниобийгаас илүү сайн кондинсаторыг үйлдвэрлэх боломжтой
болгодог. Гэсэн хэдий ч ниобийн ислийн конденсатор нь хамгийн найдвартай,
галд тэсвэртэй.Австри нь мөнгө, ниобийгоос 25 еврогийн үнэтэй металлын
цуглуулгын зоос үйлдвэрлэдэг.
Интерметаллидүүд болон ниобийгийн хайлш
Станнид Nb3Sn (станнид триниобийг ниобий-цагаан тугалганы хайлш гэж мэддэг),
германид Nb3Ge (германийтриниобий), NbN ба ниобий титаны хайлш (ниобий-
титан), цирконий нь хэт туйлшруулагч бодис үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг.
Тиймээс том адроны коллайдерын хэт нарийн соронзон ороомог нь 1200 тонн
ниобий- титаны хайлшаар хийгдсэн.
Ниобий болон тундастай хайлш нь олон тохиолдолд танталыг орлосноор эдийн
засгийн асар их нөлөө үзүүлдэг (Niobium хямд, танталтай харьцуулахад бараг
хоёр дахин хөнгөн). Феррониобийг (0,6 % хүртэл ниобий) зэврэлтээс хамгаалах,
гангийн чанарыг сайжруулах зорилгоор зэвэрдэггүй хром- никелийн ганд хийдэг.
Ниобийг зоос цуглуулах зориулалтаар ашигладаг. Тиймээс Латвийн Банк нь 1
латви зоосонд мөнгөтэй хамт ниобийг хийдэг.
Ниобийн нэгдлийн хэрэглээ :
 Nb2O5 — химийн үйлдвэрлэлийн хурдасгагч
 Рефрактор, шил, тусгай нүдний шил, нитрид, карбид, ниобатын
үйлдвэрлэлд.
 Цахиурын карбид болон уран-235 карбидын хайлшаар Nibium carbide (PP
3480 C) нь хатуу фазын цөмийн тийрэлтэт хөдөлгүүрийн түлшний
элементийн хамгийн чухал бүтцийн материал юм.
 Nb Nitride NbN -ийг 5-10 К-ийн нарийвчлалтай температур, нарийн
дамжуулалт бүхий 0.1 K-ийн дараалалтай хэт нимгэн, хэт нимгэн хальстай
кино үйлдвэрлэхэд хэрэглэнэ.
 Эхний үеийн хэт халаах материал

18. 18
 Идэвхитэй дамжуулагчийн нэг. (шилжилтийн температурын superconducting
9.25 K). ).
 Аж үйлдвэрт хамгийн их хэрэглэдэг дамжуулагч нь NbTi и Nb3Sn.
(шилжилтйн дамжуулагчийн хэм 9.25 К температура сверхпроводящего
перехода 9,25 К).
 Ниобийг соронзон хайлшинд ашигладаг.
 Хайлшны нэмэлт болгон ашиглана.
 Нитрит ниобийг болометрийн дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэнэ.
 Ниобий болон түүний танталтай холимог хайлш нь хэт халсан ууранд
тэсвэрлэх чадвар сайтай, Цези-133 нь хамгийн хямд, өргөн хэрэглэдэг
өндөр хүчин чадал бүхий дулааны үүсгүүрийн бүтээн байгуулалтад
ашиглана.
Ниобийгийн биологийн үүргийн талаар ямар нэгэн мэдээлэл одоогоор байдаггүй
байна. Ниобийгийн металлын тоос нь шатамхай бөгөөд нүд арьсыг
цочрооно.Ниобийгийн зарим нэгдэл нь маш хортойУсан дахь ниобийгийн
зөвшөөрөгдөх дээд хэмжээ 0,01 мг/л.Бие организмд ороход дотоод эрхтнүүдийг
цочроож, дараа нь саажилт үүсгэдэг.

19. 19
Ашигласан материал
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B8%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%
B9
Цахилгаан техникийн материал /Хуудас:/
Технология редких металлов в атомной технике / Г.А.Ягодин Хуудас 308-
310 Получение компактных ниобия и тантала/