Materialer med høy motstand, legeringer med høy motstand

For å lage reostater, produksjon av presisjonsmotstander, produksjon av elektriske ovner og forskjellige elektriske varmeapparater, ledere av materialer med høy motstand og lav temperaturkoeffisient for motstand.

Disse materialene i form av bånd og ledninger bør fortrinnsvis ha en motstand på 0,42 til 0,52 ohm * sq.mm / m. Disse materialene inkluderer legeringer basert på nikkel, kobber, mangan og noen andre metaller. Kvikksølv fortjener spesiell oppmerksomhet, siden kvikksølv i sin rene form har en motstand på 0,94 ohm * sq.mm / m.

De karakteristiske egenskapene som kreves av legeringer på individuell basis, bestemmes av det spesifikke formålet til en bestemt enhet der den legeringen skal brukes.

For eksempel krever opprettelsen av nøyaktige motstander legeringer med lav termoelektrisitet indusert ved kontakt av legeringen med kobber. Motstanden bør også holde seg konstant over tid.I ovner og elektriske varmeovner er oksidasjon av legeringen uakseptabel selv ved temperaturer fra 800 til 1100 ° C, det vil si at det er behov for varmebestandige legeringer her.

Alle disse materialene har én ting til felles - de er alle legeringer med høy resistivitet, og det er grunnen til at disse legeringene kalles legeringer med høy elektrisk resistivitet. Materialer med høy elektrisk motstand i denne sammenheng er løsninger av metaller og har en kaotisk struktur, som er grunnen til at de oppfyller kravene til seg selv.

Manganin

Manganiner brukes tradisjonelt for presisjonsmotstand. Manganiner er sammensatt av nikkel, kobber og mangan. Kobber i sammensetningen - fra 84 til 86%, mangan - fra 11 til 13%, nikkel - fra 2 til 3%. Den mest populære av manganinene i dag inneholder 86% kobber, 12% mangan og 2% nikkel.

For å stabilisere manganiner tilsettes litt jern, sølv og aluminium til dem: aluminium - fra 0,2 til 0,5%, jern - fra 0,2 til 0,5%, sølv - 0,1%. Manganiner har en karakteristisk lys oransje farge, deres gjennomsnittlige tetthet er 8,4 g / cm3, og deres smeltepunkt er 960 ° C.

Mangantråd med en diameter på 0,02 til 6 mm (eller en strimmel 0,09 mm tykk) er enten hard eller myk. Glødet myk ledning har en strekkstyrke på 45 til 50 kg / mm2, forlengelsen er fra 10 til 20%, motstanden er fra 0,42 til 0,52 ohm * mm / m.

Egenskaper for solid ledning: strekkstyrke fra 50 til 60 kg / kvm, forlengelse - fra 5 til 9%, motstand - 0,43 - 0,53 ohm * kvm / m. Temperaturkoeffisienten til manganintråder eller bånd varierer fra 3 * 10-5 til 5 * 10-5 1 / ° С, og for stabilisert - opptil 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Disse egenskapene viser at temperaturavhengigheten til den elektriske motstanden til manganin er ekstremt ubetydelig, og dette er en faktor i favør av motstandens konstanthet, noe som er svært viktig for presisjons elektriske måleenheter. Den lave termo-emf er en annen fordel med manganin, og i kontakt med kobberelementer vil den ikke overstige 0,000001 volt per grad.

For å stabilisere de elektriske egenskapene til manganintråden oppvarmes den under vakuum til 400 ° C og holdes ved denne temperaturen i 1 til 2 timer. Tråden holdes deretter ved romtemperatur i lang tid for å oppnå en akseptabel jevnhet på legeringen og oppnå stabile egenskaper.

Under normale driftsforhold kan en slik ledning brukes ved temperaturer opptil 200 ° C - for stabilisert manganin og opptil 60 ° C - for ustabilisert manganin, siden ustabilisert manganin, når det varmes opp fra 60 ° C og over, vil gjennomgå irreversible endringer som vil påvirke egenskapene ... Så det er bedre å ikke varme ustabilisert manganin opp til 60 ° C, og denne temperaturen bør betraktes som den maksimalt tillatte.

I dag produserer industrien både bar mangantråd og tråd i emaljeisolasjon med høy styrke – for fremstilling av spoler, i silkeisolasjon og i tolags mylarisolasjon.

Constantan

Constantan, i motsetning til manganin, inneholder mer nikkel - fra 39 til 41%, mindre kobber - 60-65%, betydelig mindre mangan - 1-2% - det er også en kobber-nikkel-legering. Temperaturkoeffisienten for motstand til konstantan nærmer seg null - dette er hovedfordelen med denne legeringen.

Constantan har en karakteristisk sølv-hvit farge, smeltepunkt 1270 ° C, tetthet i gjennomsnitt ca 8,9 g / cm3.Industrien produserer konstantantråd med en diameter på 0,02 til 5 mm.

Den glødede myke konstantantråden har en strekkstyrke på 45 — 65 kg / kvm, motstanden er fra 0,46 til 0,48 ohm * kvm / m. For hard konstantantråd: strekkstyrke - fra 65 til 70 kg / kvm. mm, motstand — fra 0,48 til 0,52 Ohm * sq.mm / m. Termoelektrisiteten til konstantan koblet til kobber er 0,000039 volt per grad, noe som begrenser bruken av konstantan ved fremstilling av presisjonsmotstander og elektriske måleinstrumenter.

Betydelig, sammenlignet med manganin, tillater termo-EMF bruk av konstantantråd i termoelementer (sammenkoblet med kobber) for å måle temperaturer opp til 300 ° C. Ved temperaturer over 300 ° C vil kobber begynne å oksidere, mens det bør bemerkes , at konstantan vil begynne å oksidere først ved 500 °C.

Industrien produserer både konstantantråd uten isolasjon og vikletråd med høyfast emaljeisolasjon, tråd i tolags silkeisolasjon og tråd i kombinert isolasjon – ett lag emalje og ett lag silke eller lavsan.

I reostater, der spenningen mellom tilstøtende svinger ikke overstiger noen få volt, brukes følgende egenskap til en permanent ledning: hvis ledningen varmes opp til 900 ° C i noen sekunder og deretter avkjøles i luft, vil ledningen bli dekket med en mørkegrå oksidfilm. Denne filmen kan tjene som en slags isolasjon, siden den har dielektriske egenskaper.

Varmebestandige legeringer

I elektriske varmeovner og motstandsovner skal varmeelementene i form av bånd og ledninger kunne fungere over lengre tid ved temperaturer opp til 1200 °C.Verken kobber, aluminium, konstantan eller manganin er egnet for dette, fordi fra 300 ° C begynner de allerede å oksidere sterkt, oksidfilmene fordamper og oksidasjonen fortsetter. Her trengs varmebestandige ledninger.

Varmebestandige ledninger med høy motstand, også motstandsdyktig mot oksidasjon ved oppvarming og med lav temperaturmotstandskoeffisient. Dette handler bare om nichrome og ferronikromer - binære legeringer av nikkel og krom og ternære legeringer av nikkel, krom og jern.

Det er også fechral- og kromal-trippellegeringer av jern, aluminium og krom - de, avhengig av prosentandelen av komponenter som er inkludert i legeringen, varierer i elektriske parametere og varmebestandighet. Alle disse er solide løsninger av metaller med en kaotisk struktur.

Oppvarming av disse varmebestandige legeringene fører til dannelse på overflaten av en tykk beskyttende film av krom- og nikkeloksider, motstandsdyktig mot høye temperaturer opp til 1100 ° C, som pålitelig beskytter disse legeringene mot ytterligere reaksjon med atmosfærisk oksygen. Så båndene og ledningene av varmebestandige legeringer kan fungere i lang tid ved høye temperaturer, selv i luft.

I tillegg til hovedkomponentene inkluderer legeringer: karbon - fra 0,06 til 0,15%, silisium - fra 0,5 til 1,2%, mangan - fra 0,7 til 1,5%, fosfor - 0,35%, svovel - 0,03%.

I dette tilfellet er fosfor, svovel og karbon skadelige urenheter som øker sprøheten, derfor søkes innholdet deres alltid minimalisert eller bedre å elimineres fullstendig. Mangan og silisium bidrar til deoksidering og fjerner oksygen. Nikkel, krom og aluminium, spesielt krom, bidrar til å gi motstand mot temperaturer opp til 1200°C.

Legeringskomponentene tjener til å øke motstanden og redusere motstandstemperaturkoeffisienten, som er akkurat det som trengs av disse legeringene. Hvis krom er mer enn 30%, vil legeringen vise seg å være sprø og hard. For å oppnå en tynn tråd, for eksempel 20 mikron i diameter, trengs ikke mer enn 20% krom i sammensetningen av legeringen.

Disse kravene oppfylles av legeringer av merkene Х20Н80 og Х15Н60. De resterende legeringene er egnet for produksjon av strimler med en tykkelse på 0,2 mm og ledninger med en diameter på 0,2 mm.

Legeringer av typen Fechral - X13104, inneholder jern, noe som gjør dem billigere, men etter flere oppvarmingssykluser blir de sprø, derfor under vedlikehold er det uakseptabelt å deformere de kromale og fechrale spiralene i en avkjølt tilstand, for eksempel hvis vi snakker om en spiral som fungerer lenge i varmeapparatet. For reparasjon bør bare en spiral oppvarmet til 300-400 ° C vrides eller skjøtes. Generelt kan fechral operere ved temperaturer opp til 850 °C, og chromal - opptil 1200 °C.

Nichrome varmeelementer er på sin side designet for kontinuerlig drift ved temperaturer opp til 1100 ° C i stasjonære, litt dynamiske moduser, mens de ikke vil miste hverken styrke eller plastisitet. Men hvis modusen er skarpt dynamisk, det vil si at temperaturen vil endre seg dramatisk mange ganger, med hyppig av- og påkobling av strømmen gjennom spolen, vil de beskyttende oksidfilmene sprekke, oksygen trenger inn i nikromet, og elementet vil til slutt oksidere og ødelegge.

Industrien produserer både blanke ledninger laget av varmebestandige legeringer, og ledninger isolert med emalje og silisium silisiumlakk, beregnet for produksjon av coils.

kvikksølv

Kvikksølv fortjener en spesiell omtale fordi det er det eneste metallet som forblir flytende ved romtemperatur. Oksydasjonstemperaturen til kvikksølv er 356,9 ° C, kvikksølv samhandler nesten ikke med luftgasser. Løsninger av syrer (svovelsyre, saltsyre) og alkalier påvirker ikke kvikksølv, men det er løselig i konsentrerte syrer (svovelsyre, saltsyre, salpetersyre). Sink, nikkel, sølv, kobber, bly, tinn, gull løses opp i kvikksølv.

Tettheten av kvikksølv er 13,55 g / cm3, overgangstemperaturen fra flytende til fast tilstand er -39 ° C, den spesifikke motstanden er fra 0,94 til 0,95 ohm * sq.mm / m, motstandstemperaturkoeffisienten er 0,000990 1 / ° C ... Disse egenskapene gjør det mulig å bruke kvikksølv som væskeledende kontakter for spesielle brytere og releer, samt i kvikksølvlikerettere. Det er viktig å huske at kvikksølv er ekstremt giftig.