Сплавы с высоким удельным электрическим сопротивлением
Удельное электросопротивление у сплавов выше, чем у металлов – компонентов сплава. В соответствии с закономерностью Н. С. Курнакова оно особенно сильно повышается, если компоненты образуют химические соединения и твердые растворы (см. 3.4.6). Аналогично влияние примесей, а также дефектов кристаллической решетки. Поэтому в качестве проводников с высоким электрическим сопротивлением используют не чистые металлы, а сплавы реостатные и жаростойкие.
Сплавы должны иметь высокую пластичность. Это позволяет изготавливать из них проволоку малых сечений, тонкую ленту. Сплавы типа "твердый раствор" отвечают этому требованию.
Реостатные сплавы применяют в приборостроении и электротехнике для изготовления прецизионных и технических резисторов (образцовые и нагрузочные сопротивления, регулирующие реостаты), различных элементов электроизмерительных приборов (катушки сопротивления, обмотки потенциометров). Сплавы должны обладать достаточно высоким удельным электросопротивлением (ρ = 0,4...2,0 мкОм•м); малым температурным коэффициентом электрического сопротивления (αρ); низкой термоэлектродвижущей силой (термо-ЭДС) в контакте с медью, последнее особенно важно для прецизионных резисторов.
Наиболее полно этим требованиям отвечают сплавы меди (основа) с никелем и марганцем, представляющие собой твердые растворы с высокой концентрацией легирующих компонентов. Технические резисторы изготавливают из константана – МНМц 40-1,5 (40% Ni, 1,5% Μn, остальное Cu), а прецизионные резисторы – из манганина – МНМц3-12 (3% Ni, 12% Μn). Использование манганина для изготовления образцовых сопротивлений электроизмерительных устройств объясняется его преимуществом перед константаном – меньшим значением термо-ЭДС в паре с медью. Для стабилизации электрических характеристик манганин подвергают отжигу в вакууме при температуре 400 °С.
Жаростойкие сплавы
Из этих сплавов изготавливают нагревательные элементы, применяемые в электронагревательных приборах и печах. Главным требованием для таких сплавов является жаростойкость, т.е. устойчивость против окисления при длительной работе в условиях высоких температур (800...1300 °С).
Жаростойкие сплавы должны обладать высоким электрическим сопротивлением и малым температурным коэффициентом расширения.
Стойкость к окислению при высоких температурах (жаростойкость) в сплавах достигается за счет образования на поверхности плотных оксидных пленок, которые предотвращают доступ кислорода вглубь металла. Такими свойствами обладают оксиды хрома и алюминия (см. 10.4.2), поэтому именно эти компоненты являются основными легирующими для жаростойких сплавов.
Электронагревательные элементы изготавливают из сплавов никеля и хрома – нихромов (например, X20H80); железа, хрома и алюминия – фехралей (Х13Ю4) и хрома- лей (Х23Ю5). Допустимая температура длительной эксплуатации 1000...1200° С (1300° С). (Маркировка такая же, как у легированных сталей.) Низкое ОГЛАВЛЕНИЕ углерода в сплавах (0,06...0,15% С) обеспечивает их высокую пластичность.
Нагревательные элементы, работающие при относительно невысоких температурах (до 500 °С), изготавливают из сплавов типа константан.
Для получения очень высоких рабочих температур 1500... ...2500 °С применяют нагревательные элементы из тугоплавких материалов – молибдена и вольфрама, а также сплавов на их основе (см. 10.4.1). Они нашли применение в качестве нагревательных элементов в электровакуумных приборах и устройствах (спирали, лампы накаливания и другие источники света, катоды и подогреватели электронных приборов, нагреватели в вакуумных печах и т.п.).