Materijali visoke otpornosti, legure visoke otpornosti

Za izradu reostata, proizvodnju preciznih otpornika, proizvodnju električnih peći i raznih električnih uređaja za grijanje, vodiče od materijala s visokim i niskim otporom. temperaturni koeficijent otpora.

Ovi materijali u obliku vrpci i žica trebali bi po mogućnosti imati otpor od 0,42 do 0,52 ohma * sq.mm / m. Ovi materijali uključuju legure na bazi nikla, bakra, mangana i nekih drugih metala. Živa zaslužuje posebnu pozornost, budući da živa u svom čistom obliku ima otpor od 0,94 ohma * sq.mm / m.

Karakteristična svojstva koja se zahtijevaju od legura na individualnoj osnovi određena su specifičnom namjenom pojedinog uređaja u kojem će se ta legura koristiti.

Na primjer, stvaranje preciznih otpornika zahtijeva legure s niskom termoelektričnošću induciranom kontaktom legure s bakrom. Otpor također treba ostati konstantan tijekom vremena.U pećima i električnim grijačima oksidacija legure je neprihvatljiva čak i na temperaturama od 800 do 1100 ° C, odnosno ovdje su potrebne legure otporne na toplinu.

Svi ovi materijali imaju jednu zajedničku stvar — svi su legure visokog otpora, zbog čega se te legure nazivaju legurama visokog električnog otpora. Materijali s visokim električnim otporom u ovom kontekstu su otopine metala i imaju kaotičnu strukturu, zbog čega ispunjavaju zahtjeve za sebe.

Manganin

Manganini se tradicionalno koriste za preciznu otpornost. Manganini se sastoje od nikla, bakra i mangana. Bakar u sastavu — od 84 do 86%, mangan — od 11 do 13%, nikal — od 2 do 3%. Najpopularniji manganin danas sadrži 86% bakra, 12% mangana i 2% nikla.

Za stabilizaciju manganina dodaje im se malo željeza, srebra i aluminija: aluminij — od 0,2 do 0,5%, željezo — od 0,2 do 0,5%, srebro — 0,1%. Manganini imaju karakterističnu svijetlonarančastu boju, prosječna im je gustoća 8,4 g/cm3, a talište im je 960 °C.

Manganska žica promjera od 0,02 do 6 mm (ili traka debljine 0,09 mm) je tvrda ili mekana. Žarena mekana žica ima vlačnu čvrstoću od 45 do 50 kg / mm2, istezanje je od 10 do 20%, otpor je od 0,42 do 0,52 ohm * mm / m.

Karakteristike čvrste žice: vlačna čvrstoća od 50 do 60 kg / sq.mm, istezanje - od 5 do 9%, otpor - 0,43 - 0,53 ohm * sq.mm / m. Temperaturni koeficijent manganinskih žica ili traka varira od 3 * 10-5 do 5 * 10-5 1 / ° S, a za stabilizirane - do 1,5 * 10-5 1 / ° S.

Ove karakteristike pokazuju da je temperaturna ovisnost električnog otpora manganina izrazito beznačajna, a to ide u prilog postojanosti otpora, što je vrlo važno za precizne električne mjerne uređaje. Niska termo-emf je još jedna prednost manganina, au kontaktu s elementima bakra neće prijeći 0,000001 volta po stupnju.

Kako bi se stabilizirale električne karakteristike manganinske žice, ona se zagrijava pod vakuumom na 400 ° C i drži na toj temperaturi 1 do 2 sata. Žica se zatim dugo drži na sobnoj temperaturi kako bi se postigla prihvatljiva jednolikost legure i dobiti stabilna svojstva.

U normalnim radnim uvjetima takva se žica može koristiti na temperaturama do 200 ° C — za stabilizirani manganin i do 60 ° C — za nestabilizirani manganin, budući da će nestabilizirani manganin, kada se zagrije od 60 ° C i više, doživjeti nepovratne promjene ., što će utjecati na njegova svojstva ... Stoga je bolje ne zagrijavati nestabilizirani manganin do 60 ° C, a ovu temperaturu treba smatrati maksimalno dopuštenom.

Danas industrija proizvodi golu mangansku žicu i žicu u emajliranoj izolaciji visoke čvrstoće - za proizvodnju zavojnica, u svilenoj izolaciji i dvoslojnoj izolaciji od milara.

Constantan

Constantan, za razliku od manganina, sadrži više nikla - od 39 do 41%, manje bakra - 60-65%, znatno manje mangana - 1-2% - također je legura bakra i nikla. Temperaturni koeficijent otpora konstantana približava se nuli - to je glavna prednost ove legure.

Konstantan ima karakterističnu srebrno-bijelu boju, talište 1270 ° C, prosječnu gustoću oko 8,9 g / cm3.Industrija proizvodi konstantansku žicu promjera od 0,02 do 5 mm.

Žarena meka konstantanska žica ima vlačnu čvrstoću od 45 - 65 kg / sq.mm, njen otpor je od 0,46 do 0,48 ohm * sq.mm / m. Za tvrdu konstantan žicu: vlačna čvrstoća - od 65 do 70 kg / sq. mm, otpor - od 0,48 do 0,52 Ohm * sq.mm / m. Termoelektricitet konstantana spojenog na bakar je 0,000039 volta po stupnju, što ograničava upotrebu konstantana u proizvodnji preciznih otpornika i električnih mjernih instrumenata.

Značajan, u usporedbi s manganinom, termo-EMF omogućuje upotrebu konstantanske žice u termoparovima (uparene s bakrom) za mjerenje temperatura do 300 ° C. Na temperaturama iznad 300 ° C bakar će početi oksidirati, dok treba napomenuti , da konstantan će početi oksidirati tek na 500 °C.

Industrija proizvodi i konstantansku žicu bez izolacije i žicu za namatanje s izolacijom od emajla visoke čvrstoće, žicu u dvoslojnoj svilenoj izolaciji i žicu u kombiniranoj izolaciji - jedan sloj emajla i jedan sloj svile ili lavsana.

U reostatima, gdje napon između susjednih zavoja ne prelazi nekoliko volti, koristi se sljedeće svojstvo stalne žice: ako se žica nekoliko sekundi zagrije na 900 °C i zatim ohladi na zraku, žica će biti prekrivena s tamno sivim oksidnim filmom koji može poslužiti kao neka vrsta izolacije jer ima dielektrična svojstva.

Legure otporne na toplinu

U električnim grijačima i otpornim pećima, grijaći elementi u obliku vrpci i žica moraju moći raditi dulje vrijeme na temperaturama do 1200 °C.Za to nisu prikladni ni bakar, ni aluminij, ni konstantan, ni manganin, jer od 300 ° C već počinju snažno oksidirati, oksidni filmovi tada isparavaju i oksidacija se nastavlja. Ovdje su potrebne žice otporne na toplinu.

Žice otporne na toplinu s visokim otporom, također otporne na oksidaciju pri zagrijavanju i s niskim temperaturnim koeficijentom otpora. Ovo je samo o tome nikrom i feronikromi—binarne legure nikla i kroma i ternarne legure nikla, kroma i željeza.

Postoje i fekralne i kromalno-trostruke legure željeza, aluminija i kroma - one se, ovisno o postotku komponenti uključenih u leguru, razlikuju u električnim parametrima i toplinskoj otpornosti. Sve su to čvrste otopine metala kaotične strukture.

Zagrijavanje ovih legura otpornih na toplinu dovodi do stvaranja debelog zaštitnog filma od oksida kroma i nikla na njihovoj površini, otpornog na visoke temperature do 1100 ° C, pouzdano štiteći ove legure od daljnje reakcije s atmosferskim kisikom. Dakle, trake i žice od legura otpornih na toplinu mogu dugo raditi na visokim temperaturama, čak i na zraku.

Osim glavnih komponenti, legure uključuju: ugljik - od 0,06 do 0,15%, silicij - od 0,5 do 1,2%, mangan - od 0,7 do 1,5%, fosfor - 0,35%, sumpor - 0,03%.

U ovom slučaju fosfor, sumpor i ugljik su štetne nečistoće koje povećavaju krtost, stoga se njihov sadržaj uvijek nastoji svesti na minimum ili bolje potpuno eliminirati. Mangan i silicij doprinose deoksidaciji, uklanjanju kisika. Nikal, krom i aluminij, posebno krom, pomažu u otpornosti na temperature do 1200°C.

Komponente legure služe za povećanje otpornosti i smanjenje temperaturnog koeficijenta otpornosti, što je upravo ono što je potrebno od ovih legura. Ako je krom veći od 30%, tada će se legura pokazati krhkom i tvrdom. Za dobivanje tanke žice, na primjer, promjera 20 mikrona, u sastavu legure nije potrebno više od 20% kroma.

Ove zahtjeve ispunjavaju legure marki H20N80 i H15N60. Ostale legure prikladne su za izradu traka debljine 0,2 mm i žica promjera 0,2 mm.

Legure tipa Fechral — X13104, sadrže željezo, što ih čini jeftinijim, ali nakon nekoliko ciklusa zagrijavanja postaju krhke, stoga je tijekom održavanja neprihvatljivo deformirati kromalne i fechralne spirale u ohlađenom stanju, na primjer, ako govorimo o spirali koja dugo radi u uređaju za grijanje. Za popravak treba uvijati ili spajati samo spiralu zagrijanu na 300-400 ° C. Općenito, fechral može raditi na temperaturama do 850 ° C, a kromal - do 1200 ° C.

Nichrome grijaći elementi, zauzvrat, dizajnirani su za kontinuirani rad na temperaturama do 1100 ° C u stacionarnim, blago dinamičnim načinima rada, dok neće izgubiti ni snagu ni plastičnost. Ali ako je način oštro dinamičan, to jest, temperatura će se dramatično promijeniti mnogo puta, s čestim uključivanjem i isključivanjem struje kroz zavojnicu, zaštitni oksidni filmovi će puknuti, kisik će prodrijeti u nikrom i element će na kraju oksidiraju i uništavaju.

Industrija proizvodi i gole žice izrađene od legura otpornih na toplinu i žice izolirane emajlom i silikonskim silicijskim lakom, namijenjene za proizvodnju zavojnica.

Merkur

Živu treba posebno spomenuti jer je ona jedini metal koji ostaje tekući na sobnoj temperaturi. Temperatura oksidacije žive je 356,9 ° C, živa gotovo ne stupa u interakciju sa zračnim plinovima. Otopine kiselina (sumporne, klorovodične) i lužina ne utječu na živu, ali je ona topljiva u koncentriranim kiselinama (sumporna, klorovodična, dušična). Cink, nikal, srebro, bakar, olovo, kositar, zlato otapaju se u živi.

Gustoća žive je 13,55 g / cm3, temperatura prijelaza iz tekućeg u čvrsto stanje je -39 ° C, specifični otpor je od 0,94 do 0,95 ohm * sq.mm / m, temperaturni koeficijent otpora je 0,000990 1 / ° C ... Ova svojstva omogućuju upotrebu žive kao tekućih vodljivih kontakata za sklopke i releje posebne namjene, kao iu živinim ispravljačima. Važno je zapamtiti da je živa izuzetno otrovna.