Проволочные резистивные материалы
К проволочным резистивным материалам предъявляются следующие требования:
- удельное электрическое сопротивление ρ при нормальной температуре не менее 0,3 мкОм·м и высокая стабильность его значения во времени;
- малый температурный коэффициент термоЭДС в паре сплава с медью;
- малый температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ;
- технологичность.
В отличие от материалов с высокой проводимостью (чистых металлов) резистивные материалы представляют собой в основном сплавы с заметно деформированной кристаллической решеткой, что характерно для твердых растворов металлов. Для получения проволоки разного диаметра, применяемой для изготовления проволочных резисторов различного назначения, наибольшее распространение получили сплавы на основе меди и никеля. Важнейшие электрические характеристики этих сплавов зависят от процентного соотношения меди и никеля.
Манганин - сравнительно пластичный сплав, получивший свое название из-за содержания в нем марганца (от лат. manganum). Его примерный состав: медь Cu - 85% (большое содержание меди придает сплаву желтоватый цвет), марганец Мn - 12%, никель Ni - 3%. Основные свойства манганина приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Основные свойства проводниковых сплавов с высоким сопротивлением
Параметр | Манганин | Константан | Нихром |
Плотность D, кг/м3 | 8200.. .8300 | ||
Удельное электрическое сопротивление ρ, мкОм·м | 0,42... 0,48 | 0,48... 0,52 | 1,1. ..1,2 |
Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ, К-1 | (6…50)·10-6 | -(5...25)·10-6 | (100... ...200)·10-6 |
Коэффициент термоЭДС в паре с медью, мкВ/К | 1...2 | 45...55 | – |
Продолжение таблицы 2.3
Предел прочности при растяжении σp, МПа | 450...600 | – | 650.. .700 |
Относительное удлинение при разрыве ∆l/l, % | 15...30 | 20...40 | 25...30 |
Рабочая температура Tраб, °С |
Для обеспечения малого значения температурного коэффициента удельного электрического сопротивления ТКρ и стабильности удельного электрического сопротивления ρ манганин подвергают отжигу в вакууме при температуре примерно 550...600°С в течение 10 ч с последующим медленным охлаждением. Иногда дополнительно отжигают намотанные катушки при температуре 200°С.
После прокатки и волочения из манганина можно получить проволоку диаметром до 0,02 мм. При температуре 60°С манганиновая проволока начинает окисляться, поэтому ее применяют в стеклянной изоляции, которая отличается высокими электроизоляционными свойствами, повышенной нагрево- и влагостойкостью.
Микропровод используют для конструирования миниатюрных высокоточных элементов, в том числе прецизионных резисторов больших номиналов.
К недостаткам манганинового микропровода относят невысокую воспроизводимость характеристик и пониженную гибкость из-за хрупкости стеклянной изоляции.
Константан представляет собой твердый раствор никеля и меди, получивший свое название за высокое постоянство удельного электрического сопротивления ρ (константа) при изменении температуры. Вредной примесью для константана является сера S, образующая с никелем эвтектику с низкой температурой плавления. При этом связь между зернами сплавляемых компонентов нарушается, и переработка слитков в проволоку становится невозможной. Эвтектика способствует развитию межкристаллитной коррозии. Для устранения вредного влияния серы в состав сплава вводят марганец. После гомогенизации константановые слитки подвергают прокатке и волочению и протягивают в проволоку диаметром до 0,02 мм. Ориентировочный состав константана: медь Cu - 58,5%, никель Ni - 40%, марганец Мn - 1,5%.
Основные свойства константана см. в таблице 2.3.
Нагревостойкость константана выше, чем манганина, предельно допустимая температура при длительной работе достигает 500°С. При нагревании до высоких температур (примерно 900°С) константан окисляется с образованием оксидной изолирующей пленки. Это позволяет применять константан для изготовления реостатов, резисторов и электронагревательных элементов без специальной межвитковой изоляции. Однако в паре с медью константан создает сравнительно высокую термоЭДС, что затрудняет использование константановых резисторов в точных измерительных схемах. Но это же свойство константана позволяет использовать его в паре с медью или железом для изготовления термопар. Константан применяют для изготовления потенциометров, гасящих резисторов.
Широкому применению константана препятствует его повышенная стоимость из-за большого содержания в нем дефицитного никеля.
К сплавам для электронагревательных элементов предъявляются следующие требования: высокое удельное электрическое сопротивление ρ, малый температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ, длительная работа на воздухе при высоких температурах (иногда до 1000°С и даже выше), технологичность, невысокая стоимость и доступность компонентов.
К нагревостойким сплавам относят сплавы на основе железа, никеля, хрома и алюминия. Высокая нагревостойкость этих сплавов достигается благодаря введению в их состав достаточно большого количества металлов, которые образуют при нагреве на воздухе сплошную оксидную пленку.
Нихромы представляют собой твердые растворы никель-хром (Ni-Cr) или тройные сплавы никель-хром-железо (Ni-Cr-Fe).
Железо вводится в сплав для обеспечения лучшей обрабатываемости и снижения стоимости, но в отличие от никеля и хрома железо легко окисляется, что приводит к снижению нагревостойкости сплава; содержание хрома придает высокую тугоплавкость оксидам. Близость значений температурных коэффициентов линейного расширения ТКl этих сплавов и их оксидных пленок повышает стойкость хромоникелевых сплавов при высокой температуре воздуха. Растрескивание оксидных пленок происходит при резких сменах температуры. В результате кислород воздуха проникает в образовавшиеся трещины и продолжает процесс окисления. Поэтому при многократном кратковременном включении электронагревательного элемента из нихрома он перегорает значительно быстрее, чем в случае непрерывной работы при той же температуре. Для увеличения срока службы трубчатых нагревательных элементов нихромовую проволоку помещают в трубки из стойкого к окислению металла и заполняют их диэлектрическим порошком с высокой теплопроводностью (магнезий MgO). Такие нагревательные элементы применяют, например, в электрических кипятильниках, которые могут работать длительное время.
Нихромовая проволока применяется для изготовления проволочных резисторов, потенциометров, паяльников, электропечей и пленочных резисторов интегральных схем.
Плавка нихромовых сплавов осуществляется в высокочастотных вакуумных печах. Полученные после плавки отливки обжимаются до 12 мм, а затем на волочильных станках изготавливают проволоку диаметром до 0,12 мм.
Как и константан, нихромы содержат большое количество дорогого дефицитного никеля.
Хромоалюминиевые сплавы фехраль и хромаль намного дешевле нихромов, так как хром и алюминий сравнительно дешевле и менее дефицитны. Однако они менее технологичны, более твердые и хрупкие. Из них получают проволоку большего диаметра и ленты с большим поперечным сечением, поэтому их используют в электронагревательных устройствах большей мощности и промышленных электрических печах.
Дата добавления: 2018-11-26; просмотров: 1088;