Материали с висока устойчивост, сплави с високо съпротивление

За създаването на реостати, производството на прецизни съпротивления, производството на електрически пещи и различни електрически отоплителни устройства често са необходими проводници от материали с високо съпротивление и ниско температурен коефициент на съпротивление.

Тези материали под формата на панделки и жици за предпочитане трябва да имат съпротивление от 0,42 до 0,52 ома * кв.мм / м. Тези материали включват сплави на основата на никел, мед, манган и някои други метали. Живакът заслужава специално внимание, тъй като живакът в чистата си форма има съпротивление от 0,94 ома * кв.мм / м.

Характерните свойства, изисквани от сплавите на индивидуална основа, се определят от специфичното предназначение на конкретно устройство, в което тази сплав ще се използва.

Например, създаването на точни съпротивления изисква сплави с ниска термоедс, индуцирани от контакт на сплавта с мед. Съпротивлението също трябва да остане постоянно с течение на времето. В пещи и електрически нагреватели окисляването на сплавта е неприемливо дори при температури от 800 до 1100 ° C, тоест тук са необходими термоустойчиви сплави.

Всички тези материали имат една обща черта — това са всички сплави с високо съпротивление, поради което тези сплави се наричат ​​сплави с високо електрическо съпротивление. Материалите с високо електрическо съпротивление в този контекст са разтвори на метали и имат хаотична структура, поради което отговарят на изискванията за себе си.

Манганин

Манганините традиционно се използват за прецизно съпротивление. Манганините са съставени от никел, мед и манган. Мед в състава — от 84 до 86%, манган — от 11 до 13%, никел — от 2 до 3%. Най -популярният от манганините днес съдържа 86% мед, 12% манган и 2% никел.

За стабилизиране на манганините към тях се добавят малко желязо, сребро и алуминий: алуминий — от 0,2 до 0,5%, желязо — от 0,2 до 0,5%, сребро — 0,1%. Манганините имат характерен светло оранжев цвят, средната им плътност е 8,4 g / cm3, а точката им на топене е от 960 ° C.

Манганиновата тел с диаметър от 0,02 до 6 мм (или лента с дебелина 0,09 мм) е или твърда, или мека. Отгрятата мека жица има якост на опън от 45 до 50 кг / мм2, удължение е от 10 до 20%, съпротивление е от 0,42 до 0,52 ома * мм / м.

Характеристики на твърдата жица: якост на опън от 50 до 60 кг / кв.мм, удължение — от 5 до 9%, съпротивление — 0,43 — 0,53 ома * кв.мм / м. Температурният коефициент на манганинови проводници или ленти варира от 3 * 10-5 до 5 * 10-5 1 / ° С, а за стабилизирани-до 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Тези характеристики показват, че температурната зависимост на електрическото съпротивление на манганин е изключително незначителна и това е фактор в полза на постоянството на съпротивлението, което е много важно за прецизните електрически измервателни устройства. Ниското термо-emf е друго предимство на манганин и при контакт с медни елементи няма да надвишава 0,000001 волта на градус.

За да се стабилизират електрическите характеристики на манганиновия проводник, той се нагрява под вакуум до 400 ° C и се държи при тази температура за 1 до 2 часа.След това телта се държи при стайна температура за дълго време, за да се постигне приемлива еднородност на сплавта и да се получат стабилни свойства.

При нормални експлоатационни условия такъв проводник може да се използва при температури до 200 ° C — за стабилизиран манганин и до 60 ° C — за нестабилизиран манганин, тъй като нестабилизираният манганин, когато се нагрее от 60 ° C и повече, ще бъде необратим промени, които ще засегнат неговите свойства … Така че е по -добре да не се загрява нестабилизиран манганин до 60 ° C и тази температура трябва да се счита за максимално допустимата.

Днес индустрията произвежда както гола манганинова тел, така и тел в емайлова изолация с висока якост-за производството на намотки, в копринена изолация и в двуслойна изолация от лавсан.

Константан

Константан, за разлика от манганин, съдържа повече никел — от 39 до 41%, по -малко мед — 60-65%, значително по -малко манган — 1-2% — това също е медно -никелова сплав. Температурният коефициент на съпротивление на константан се доближава до нула — това е основното предимство на тази сплав.

Константан има характерен сребристо-бял цвят, точка на топене 1270 ° C, плътност средно около 8,9 g / cm3. Промишлеността произвежда константанова тел с диаметър от 0,02 до 5 мм.

Отгрятата мека константанова тел има якост на опън 45 — 65 кг / кв.мм, нейното съпротивление е от 0,46 до 0,48 ома * кв.мм / м. За твърда константанова тел: якост на опън — от 65 до 70 кг / кв.мм, съпротивление — от 0,48 до 0,52 ома * кв.мм / м. Термоедс на константан, свързан с мед, е 0,000039 волта на градус, което ограничава използването на константан при производството на прецизни резистори и електрически измервателни уреди.

Значителен, в сравнение с манганин, термо-EMF позволява използването на константанов проводник в термодвойки (сдвоени с мед) за измерване на температури до 300 ° C. При температури над 300 ° C медта ще започне да се окислява, докато трябва трябва да се отбележи, че константанът ще започне да се окислява едва при 500 ° C.

Промишлеността произвежда както константанова тел без изолация, така и намотваща тел с високоякостна емайлова изолация, тел в двуслойна копринена изолация и тел в комбинирана изолация-един слой емайл и един слой коприна или лавсан.

В реостати, където напрежението между съседни завои не надвишава няколко волта, се използва следното свойство на постоянен проводник: ако проводникът се нагрява до 900 ° C за няколко секунди и след това се охлажда на въздух, проводникът ще бъде покрит с тъмно сив оксиден филм, този филм може да служи като своеобразна изолация, тъй като има диелектрични свойства.

Топлоустойчиви сплави

В електрическите нагреватели и съпротивителните пещи нагревателните елементи под формата на панделки и проводници трябва да могат да работят за дълги периоди от време при температури до 1200 ° C. Нито мед, нито алуминий, нито константан, нито манганин са подходящи за това, тъй като от 300 ° C те вече започват силно да се окисляват, оксидните филми след това се изпаряват и окисляването продължава. Тук са необходими топлоустойчиви проводници.

Топлоустойчиви проводници с високо съпротивление, също устойчиви на окисляване при нагряване и с нисък температурен коефициент на съпротивление. Тук става въпрос само за нихром и феронихроми — двойни сплави от никел и хром и трикомпонентни сплави от никел, хром и желязо.

Съществуват и фехрални и хромално -тройни сплави от желязо, алуминий и хром — те, в зависимост от процента на компонентите, включени в сплавта, се различават по електрически параметри и топлоустойчивост. Всичко това са твърди разтвори на метали с хаотична структура.

Нагряването на тези топлоустойчиви сплави води до образуването на повърхността им на дебел защитен филм от хромови и никелови оксиди, устойчив на високи температури до 1100 ° C, надеждно предпазващ тези сплави от по-нататъшна реакция с атмосферния кислород. Така че лентите и проводниците от топлоустойчиви сплави могат да работят дълго време при високи температури, дори на въздух.

В допълнение към основните компоненти, сплавите включват: въглерод — от 0,06 до 0,15%, силиций — от 0,5 до 1,2%, манган — от 0,7 до 1,5%, фосфор — 0,35%, сяра — 0,03%.

В този случай фосфорът, сярата и въглеродът са вредни примеси, които увеличават крехкостта, поради което тяхното съдържание винаги се стреми да бъде сведено до минимум или по -добре да бъде напълно елиминирано. Манганът и силицийът допринасят за дезоксидацията, премахват кислорода. Никел, хром и алуминий, особено хром, помагат да се осигури устойчивост на температури до 1200 ° C.

Компонентите на сплавта служат за увеличаване на съпротивлението и намаляване на температурния коефициент на съпротивление, което е точно това, което е необходимо от тези сплави. Ако хромът е повече от 30%, тогава сплавта ще се окаже крехка и твърда. За да се получи тънка тел, например 20 микрона в диаметър, не е необходимо повече от 20% хром в състава на сплавта.

Тези изисквания са изпълнени от сплави от марки Х20Н80 и Х15Н60. Останалите сплави са подходящи за производство на ленти с дебелина 0,2 мм и проводници с диаметър 0,2 мм.

Сплавите от типа Fechral — X13104, съдържат желязо, което ги прави по -евтини, но след няколко цикъла на нагряване те стават крехки, поради което по време на поддръжката е неприемливо да се деформират хромалните и фехралните спирали в охладено състояние, например, ако ние говорят за спирала, която работи дълго време в отоплителното устройство. За ремонт, само спирала, загрята до 300-400 ° C, трябва да бъде усукана или снадена. Като цяло фехралът може да работи при температури до 850 ° C, а хромалният — до 1200 ° C.

Нихромните нагревателни елементи от своя страна са проектирани за непрекъсната работа при температури до 1100 ° C в стационарни слабо динамични режими, като същевременно няма да загубят нито здравина, нито пластичност. Но ако режимът е рязко динамичен, тоест температурата ще се промени драстично много пъти, с често включване и изключване на тока през спиралата, защитните оксидни филми ще се напукат, кислородът ще проникне в нихрома и елементът ще в крайна сметка се окислява и разрушава.

Промишлеността произвежда както голи проводници, изработени от топлоустойчиви сплави, така и проводници в изолация от емайл и силициев силициев лак, предназначени за производството на намотки.

живак

Живакът заслужава специално споменаване, тъй като е единственият метал, който остава течен при стайна температура. Температурата на окисляване на живака е 356,9 ° С, живакът почти не взаимодейства с въздушните газове. Разтвори на киселини (сярна, солна) и алкали не влияят на живака, но той е разтворим в концентрирани киселини (сярна, солна, азотна). Цинк, никел, сребро, мед, олово, калай, злато се разтварят в живак.

Плътността на живака е 13,55 g / cm3, температурата на преход от течно към твърдо състояние е -39 ° С, специфичното съпротивление е от 0,94 до 0,95 ома * кв.мм / м, температурният коефициент на съпротивление е 0,000990 1 / ° С … Тези свойства дават възможност да се използва живак като течно проводими контакти за ключове и релета със специално предназначение, както и в живачни токоизправители. Важно е да запомните, че живакът е изключително токсичен.