Høj modstand materialer, høj modstand legeringer

Til fremstilling af reostater, fremstilling af præcisionsmodstande, fremstilling af elektriske ovne og forskellige elektriske varmeanordninger, ledere af materialer med høj modstand og lav temperaturkoefficient for modstand.

Disse materialer i form af bånd og ledninger skal helst have en modstand på 0,42 til 0,52 ohm * sq.mm / m. Disse materialer omfatter legeringer baseret på nikkel, kobber, mangan og nogle andre metaller. Kviksølv fortjener særlig opmærksomhed, da kviksølv i sin rene form har en modstand på 0,94 ohm * sq.mm / m.

De karakteristiske egenskaber, der kræves af legeringer på individuel basis, bestemmes af det specifikke formål med en bestemt enhed, hvori den legering vil blive brugt.

For eksempel kræver skabelsen af ​​nøjagtige modstande legeringer med lav termoelektricitet induceret af legeringens kontakt med kobber. Modstanden bør også forblive konstant over tid.I ovne og elektriske varmeapparater er oxidation af legeringen uacceptabel selv ved temperaturer fra 800 til 1100 ° C, det vil sige, at varmebestandige legeringer er nødvendige her.

Alle disse materialer har én ting til fælles - de er alle højresistivitetslegeringer, hvorfor disse legeringer kaldes højelektriske resistivitetslegeringer. Materialer med høj elektrisk modstand er i denne sammenhæng løsninger af metaller og har en kaotisk struktur, hvorfor de opfylder kravene til sig selv.

Manganin

Manganiner bruges traditionelt til præcisionsbestandighed. Manganiner er sammensat af nikkel, kobber og mangan. Kobber i sammensætningen - fra 84 til 86%, mangan - fra 11 til 13%, nikkel - fra 2 til 3%. Den mest populære af manganinerne i dag indeholder 86% kobber, 12% mangan og 2% nikkel.

For at stabilisere manganiner tilsættes lidt 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 orange farve, deres gennemsnitlige tæthed 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 tyk) er enten hård eller blød. Udglødet blød tråd har en trækstyrke på 45 til 50 kg / mm2, forlængelse er fra 10 til 20%, modstand er fra 0,42 til 0,52 ohm * mm / m.

Karakteristika for massiv tråd: trækstyrke fra 50 til 60 kg / sq.mm, forlængelse - fra 5 til 9%, modstand - 0,43 - 0,53 ohm * sq.mm / m. Temperaturkoefficienten for manganintråde eller -bånd varierer fra 3 * 10-5 til 5 * 10-5 1 / ° С, og for stabiliseret - op til 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Disse karakteristika viser, at temperaturafhængigheden af ​​den elektriske modstand af manganin er ekstremt ubetydelig, og dette er en faktor til fordel for modstandens konstanthed, hvilket er meget vigtigt for præcisions elektriske måleapparater. Den lave termo-emf er en anden fordel ved manganin, og i kontakt med kobberelementer vil den ikke overstige 0,000001 volt pr. grad.

For at stabilisere de elektriske egenskaber af manganintråden opvarmes den under vakuum til 400 ° C og holdes ved denne temperatur i 1 til 2 timer. Tråden holdes derefter ved stuetemperatur i lang tid for at opnå en acceptabel ensartethed af legeringen og opnå stabile egenskaber.

Under normale driftsforhold kan en sådan ledning bruges ved temperaturer op til 200 ° C - for stabiliseret manganin og op til 60 ° C - for ustabiliseret manganin, da ustabiliseret manganin, når det opvarmes fra 60 ° C og derover, vil undergå irreversible ændringer som vil påvirke dets egenskaber ... Så det er bedre ikke at varme ustabiliseret manganin op til 60 ° C, og denne temperatur bør betragtes som den maksimalt tilladte.

I dag producerer industrien både bar mangantråd og tråd i emaljeisolering med høj styrke - til fremstilling af spoler, i silkeisolering og i to-lags mylarisolering.

Constantan

Constantan, i modsætning til manganin, indeholder mere nikkel - fra 39 til 41%, mindre kobber - 60-65%, betydeligt mindre mangan - 1-2% - det er også en kobber-nikkel-legering. Temperaturmodstandskoefficienten for konstantan nærmer sig nul - dette er den største fordel ved denne legering.

Constantan har en karakteristisk sølv-hvid farve, smeltepunkt 1270 ° C, densitet i gennemsnit omkring 8,9 g / cm3.Industrien producerer konstantantråd med en diameter på 0,02 til 5 mm.

Den udglødede bløde konstantantråd har en trækstyrke på 45 — 65 kg / sq.mm, dens modstand er fra 0,46 til 0,48 ohm * sq.mm / m. For hård konstantantråd: trækstyrke - fra 65 til 70 kg / sq. mm, modstand — fra 0,48 til 0,52 Ohm * sq.mm / m. Termoelektriciteten af ​​konstantan forbundet med kobber er 0,000039 volt pr. grad, hvilket begrænser brugen af ​​konstantan til fremstilling af præcisionsmodstande og elektriske måleinstrumenter.

I sammenligning med manganin tillader termo-EMF brugen af ​​konstantantråd i termoelementer (parret med kobber) til at måle temperaturer op til 300 ° C. Ved temperaturer over 300 ° C vil kobber begynde at oxidere, mens det skal bemærkes , at konstantan vil først begynde at oxidere ved 500 °C.

Industrien producerer både konstantantråd uden isolering og vikletråd med højstyrke emaljeisolering, tråd i to-lags silkeisolering og tråd i kombineret isolering - et lag emalje og et lag silke eller lavsan.

I rheostater, hvor spændingen mellem tilstødende vindinger ikke overstiger nogle få volt, bruges følgende egenskab for en permanent ledning: hvis ledningen opvarmes til 900 ° C i et par sekunder og derefter afkøles i luft, vil ledningen blive dækket med en mørkegrå oxidfilm. Denne film kan tjene som en slags isolering, da den har dielektriske egenskaber.

Varmebestandige legeringer

I elektriske varmeapparater og modstandsovne skal varmeelementerne i form af bånd og ledninger kunne fungere i længere tid ved temperaturer op til 1200 °C.Hverken kobber, aluminium, konstantan eller manganin er egnede til dette, fordi de allerede fra 300 ° C begynder at oxidere kraftigt, oxidfilmene fordamper derefter, og oxidationen fortsætter. Her er der brug for varmebestandige ledninger.

Varmebestandige ledninger med høj modstand, også modstandsdygtige over for oxidation ved opvarmning og med en lav temperaturmodstandskoefficient. Det her handler kun om nichrome og ferronichromer - binære legeringer af nikkel og krom og ternære legeringer af nikkel, krom og jern.

Der er også fechral og chromal-triple legeringer af jern, aluminium og chrom - de, afhængigt af procentdelen af ​​komponenter inkluderet i legeringen, adskiller sig i elektriske parametre og varmemodstand. Alle disse er solide opløsninger af metaller med en kaotisk struktur.

Opvarmning af disse varmebestandige legeringer fører til dannelsen på deres overflade af en tyk beskyttende film af chrom- og nikkeloxider, modstandsdygtig over for høje temperaturer op til 1100 ° C, hvilket pålideligt beskytter disse legeringer mod yderligere reaktion med atmosfærisk oxygen. Så bånd og ledninger af varmebestandige legeringer kan arbejde i lang tid ved høje temperaturer, selv i luft.

Ud over hovedkomponenterne inkluderer legeringer: kulstof - fra 0,06 til 0,15%, silicium - fra 0,5 til 1,2%, mangan - fra 0,7 til 1,5%, phosphor - 0,35%, svovl - 0,03%.

I dette tilfælde er fosfor, svovl og kulstof skadelige urenheder, der øger skørheden, derfor søges deres indhold altid minimeret eller bedre at blive fuldstændig elimineret. Mangan og silicium bidrager til deoxidation og fjerner ilt. Nikkel, krom og aluminium, især krom, hjælper med at give modstand mod temperaturer op til 1200°C.

Legeringskomponenterne tjener til at øge modstanden og reducere modstandstemperaturkoefficienten, hvilket er præcis, hvad der er nødvendigt for disse legeringer. Hvis krom er mere end 30%, vil legeringen vise sig at være skør og hård. For at opnå en tynd tråd, for eksempel 20 mikron i diameter, er der ikke brug for mere end 20% krom i sammensætningen af ​​legeringen.

Disse krav opfyldes af legeringer af mærkerne Х20Н80 og Х15Н60. De resterende legeringer er velegnede til fremstilling af strimler med en tykkelse på 0,2 mm og ledninger med en diameter på 0,2 mm.

Legeringer af typen Fechral - X13104, indeholder jern, hvilket gør dem billigere, men efter flere opvarmningscyklusser bliver de sprøde, derfor er det under vedligeholdelse uacceptabelt at deformere de kromale og fechrale spiraler i en afkølet tilstand, for eksempel hvis vi taler om en spiral, der virker længe i varmeapparatet. Til reparation bør kun en spiral opvarmet til 300-400 ° C snoes eller splejses. Generelt kan fechral fungere ved temperaturer op til 850 °C og chromal - op til 1200 °C.

Nichrome varmeelementer er til gengæld designet til kontinuerlig drift ved temperaturer op til 1100 ° C i stationære, let dynamiske tilstande, mens de ikke mister hverken styrke eller plasticitet. Men hvis tilstanden er skarpt dynamisk, det vil sige, at temperaturen vil ændre sig dramatisk mange gange, med hyppig til- og frakobling af strømmen gennem spolen, vil de beskyttende oxidfilm revne, ilt vil trænge ind i nichromen, og elementet vil til sidst oxidere og ødelægge.

Industrien producerer både blanke ledninger af varmebestandige legeringer, og ledninger isoleret med emalje og silicium siliciumlak, beregnet til produktion af spoler.

kviksølv

Kviksølv fortjener en særlig omtale, fordi det er det eneste metal, der forbliver flydende ved stuetemperatur. Oxidationstemperaturen for kviksølv er 356,9 ° C, kviksølv interagerer næsten ikke med luftgasser. Opløsninger af syrer (svovlsyre, saltsyre) og baser påvirker ikke kviksølv, men det er opløseligt i koncentrerede syrer (svovlsyre, saltsyre, salpetersyre). Zink, nikkel, sølv, kobber, bly, tin, guld opløses i kviksølv.

Densiteten af ​​kviksølv er 13,55 g / cm3, overgangstemperaturen fra flydende til fast tilstand er -39 ° C, den specifikke modstand er fra 0,94 til 0,95 ohm * sq.mm / m, modstandens temperaturkoefficient er 0,000990 1 / ° C ... Disse egenskaber gør det muligt at bruge kviksølv som væskeledende kontakter til specielle kontakter og relæer samt i kviksølvensrettere. Det er vigtigt at huske, at kviksølv er ekstremt giftigt.