Nagy ellenállású anyagok, nagy ellenállású ötvözetek

Reosztátok készítéséhez, precíziós ellenállások gyártásához, elektromos kemencék és különféle elektromos fűtőberendezések, nagy ellenállású és alacsony anyagú vezetők gyártásához hőmérsékleti ellenállási együttható.

Ezeknek a szalagok és vezetékek formájában lévő anyagok ellenállása lehetőleg 0,42-0,52 ohm * négyzetmm/m. Ezek az anyagok közé tartoznak a nikkel-, réz-, mangán- és néhány más fém alapú ötvözetek. A higany külön figyelmet érdemel, mivel a higany tiszta formájában 0,94 ohm * sq.mm / m ellenállású.

Az ötvözetek egyedileg megkövetelt jellemző tulajdonságait egy adott eszköz konkrét célja határozza meg, amelyben az ötvözetet használni fogják.

Például a pontos ellenállások létrehozásához olyan ötvözetekre van szükség, amelyek alacsony termoelektromosságúak, amelyeket az ötvözet rézzel való érintkezése okoz. Az ellenállásnak is állandónak kell maradnia az idő múlásával.Kemencékben és elektromos fűtőberendezésekben az ötvözet oxidációja még 800 és 1100 ° C közötti hőmérsékleten is elfogadhatatlan, vagyis itt hőálló ötvözetek szükségesek.

Ezekben az anyagokban egy közös vonás van – mindegyik nagy ellenállású ötvözetek, ezért ezeket az ötvözeteket nagy elektromos ellenállású ötvözeteknek nevezik. A nagy elektromos ellenállású anyagok ebben az összefüggésben fém megoldásai és kaotikus szerkezetűek, ezért megfelelnek az önmagukkal szemben támasztott követelményeknek.

Manganin

A manganint hagyományosan a precíziós ellenállásra használják. A manganinok nikkelből, rézből és mangánból állnak. Réz a készítményben - 84-86%, mangán - 11-13%, nikkel - 2-3%. A manganinok közül manapság a legnépszerűbb 86% rezet, 12% mangánt és 2% nikkelt tartalmaz.

A manganinok stabilizálása érdekében egy kis vasat, ezüstöt és alumíniumot adnak hozzájuk: alumínium - 0,2-0,5%, vas - 0,2-0,5%, ezüst - 0,1%. A manganinok jellegzetes világos narancssárga színűek, átlagos sűrűségük 8,4 g / cm3, olvadáspontjuk 960 ° C.

A 0,02–6 mm átmérőjű (vagy 0,09 mm vastag szalag) mangánhuzal kemény vagy puha. A lágyított lágy huzal szakítószilárdsága 45-50 kg / mm2, nyúlása 10-20%, ellenállása 0,42-0,52 ohm * mm / m.

A tömör huzal jellemzői: szakítószilárdság 50-60 kg / m2, nyúlás - 5-9%, ellenállás - 0,43 - 0,53 ohm * négyzetmm / m. A manganinhuzalok vagy -szalagok hőmérsékleti együtthatója 3 * 10-5-től 5 * 10-5 1 / ° С-ig és stabilizálthoz - 1,5 * 10-5 1 / ° С-ig.

Ezek a jellemzők azt mutatják, hogy a manganin elektromos ellenállásának hőmérsékletfüggése rendkívül jelentéktelen, és ez az ellenállás állandósága mellett szól, ami nagyon fontos a precíziós elektromos mérőeszközöknél. Az alacsony hő-emf a manganin másik előnye, és réz elemekkel érintkezve nem haladja meg a 0,000001 voltot fokonként.

A manganinhuzal elektromos jellemzőinek stabilizálása érdekében vákuumban 400 °C-ra melegítjük, és ezen a hőmérsékleten tartjuk 1-2 órán át, majd a huzalt hosszú ideig szobahőmérsékleten tartjuk, hogy a huzal elfogadható egyenletességét elérje. az ötvözetet, és stabil tulajdonságokat kapjon.

Normál üzemi körülmények között az ilyen huzal 200 ° C-ig használható - stabilizált manganin és 60 ° C-ig - nem stabilizált manganin, mivel a nem stabil manganin 60 ° C-ról vagy magasabb hőmérsékletről visszafordíthatatlan változásokon megy keresztül. ami befolyásolja a tulajdonságait... Ezért jobb, ha nem melegítjük a stabilizálatlan manganint 60 °C-ig, és ezt a hőmérsékletet kell a megengedett legmagasabb hőmérsékletnek tekinteni.

Ma az ipar csupasz mangánhuzalt és nagy szilárdságú zománcszigetelésű huzalt is gyárt - tekercsek gyártásához, selyemszigeteléshez és kétrétegű mylar szigeteléshez.

Constantan

A Constantan, ellentétben a manganinnal, több nikkelt tartalmaz - 39-41%, kevesebb rezet - 60-65%, lényegesen kevesebb mangánt - 1-2% - szintén réz-nikkel ötvözet. A konstans hőmérsékleti ellenállási együtthatója megközelíti a nullát – ez ennek az ötvözetnek a fő előnye.

A Constantan jellegzetes ezüst-fehér színű, olvadáspontja 1270 ° C, sűrűsége átlagosan körülbelül 8,9 g / cm3.Az ipar 0,02-5 mm átmérőjű konstans huzalt gyárt.

Az izzított lágy konstans huzal szakítószilárdsága 45-65 kg/m2, ellenállása 0,46-0,48 ohm * nm/m Kemény konstans huzal esetén: szakítószilárdság - 65-70 kg/nm. mm, ellenállás - 0,48-0,52 Ohm * sq.mm / m. A rézhez csatlakoztatott konstans termoelektromossága 0,000039 volt fokonként, ami korlátozza a konstans használatát precíziós ellenállások és elektromos mérőműszerek gyártásában.

A manganinhoz képest jelentős, hogy a termo-EMF lehetővé teszi konstans huzal használatát hőelemekben (rézzel párosítva) 300 °C-ig terjedő hőmérséklet mérésére. 300 °C feletti hőmérsékleten a réz oxidálódni kezd, ugyanakkor meg kell jegyezni, hogy A konstantán csak 500 °C-on kezd oxidálódni.

Az ipar szigetelés nélküli konstans huzalt és nagy szilárdságú zománcszigetelésű tekercshuzalt, kétrétegű selyemszigetelésű vezetéket és kombinált szigetelésű huzalt is gyárt – egy réteg zománc és egy réteg selyem vagy lavsan.

A reosztátoknál, ahol a szomszédos menetek közötti feszültség nem haladja meg a néhány voltot, az állandó vezeték következő tulajdonsága érvényesül: ha a vezetéket néhány másodpercig 900 °C-ra melegítjük, majd levegőn lehűtjük, a vezeték letakaródik. sötétszürke oxidfilmmel ez a fólia egyfajta szigetelésként szolgálhat, mivel dielektromos tulajdonságokkal rendelkezik.

Hőálló ötvözetek

Az elektromos fűtőberendezésekben és ellenállásos kemencékben a szalagok és vezetékek formájában lévő fűtőelemeknek képesnek kell lenniük hosszú ideig működni 1200 °C-ig terjedő hőmérsékleten.Sem a réz, sem az alumínium, sem a konstantán, sem a manganin nem alkalmas erre, mert 300 °C-tól már erősen oxidálódni kezdenek, majd az oxidfilmek elpárolognak és az oxidáció folytatódik. Itt hőálló vezetékekre van szükség.

Hőálló huzalok nagy ellenállással, hőálló oxidációnak is ellenállnak melegítéskor és alacsony hőmérsékleti ellenállási együtthatóval. Ez csak kb nikróm és ferronikrómok – nikkel és króm bináris ötvözetei, valamint nikkel, króm és vas háromkomponensű ötvözetei.

Léteznek vas, alumínium és króm fekrális és kromál-hármas ötvözetei is - ezek az ötvözetben lévő komponensek százalékos arányától függően különböznek az elektromos paraméterek és a hőállóság tekintetében. Mindezek kaotikus szerkezetű fémek szilárd oldatai.

E hőálló ötvözetek felmelegítése vastag króm- és nikkel-oxid védőréteg képződéséhez vezet a felületükön, amely 1100 ° C-ig ellenáll a magas hőmérsékletnek, és megbízhatóan védi ezeket az ötvözeteket a légköri oxigénnel való további reakciótól. Így a hőálló ötvözetek szalagjai és huzalai magas hőmérsékleten, levegőben is hosszú ideig működhetnek.

A fő komponenseken kívül az ötvözetek a következők: szén - 0,06-0,15%, szilícium - 0,5-1,2%, mangán - 0,7-1,5%, foszfor - 0,35%, kén - 0,03%.

Ebben az esetben a foszfor, a kén és a szén olyan káros szennyeződések, amelyek növelik a ridegséget, ezért tartalmukat mindig minimalizálni, vagy jobb, ha teljesen el kell távolítani. A mangán és a szilícium hozzájárul a dezoxidációhoz, az oxigén eltávolításához. A nikkel, a króm és az alumínium, különösen a króm, segítenek ellenállni az 1200 °C-os hőmérsékletnek.

Az ötvözetkomponensek az ellenállás növelésére és az ellenállás hőmérsékleti együtthatójának csökkentésére szolgálnak, ami pontosan az, amire ezekből az ötvözetekből szükség van. Ha a króm több mint 30%, akkor az ötvözet törékeny és kemény lesz. Vékony, például 20 mikron átmérőjű huzal előállításához az ötvözet összetételében legfeljebb 20% króm szükséges.

Ezeknek a követelményeknek megfelelnek a Х20Н80 és Х15Н60 márkájú ötvözetek. A fennmaradó ötvözetek 0,2 mm vastag szalagok és 0,2 mm átmérőjű huzalok gyártására alkalmasak.

A Fechral típusú — X13104 típusú ötvözetek vasat tartalmaznak, ami olcsóbbá teszi, de több hevítési ciklus után törékennyé válnak, ezért karbantartás során elfogadhatatlan a kromális és fekrális spirálok hűtött állapotban történő deformálása, például, ha beszélünk. a fűtőberendezésben sokáig működő spirálról. Javításhoz csak egy 300-400 °C-ra melegített spirált szabad csavarni vagy összefűzni. Általában a fechral 850 ° C-ig, a chromal pedig 1200 ° C-ig működik.

A nikróm fűtőelemeket viszont 1100 ° C-ig terjedő hőmérsékleten történő folyamatos működésre tervezték, álló, enyhén dinamikus üzemmódokban, miközben nem veszítenek sem szilárdságból, sem plaszticitásból. De ha az üzemmód élesen dinamikus, vagyis a hőmérséklet sokszor drámaian megváltozik, a tekercsen keresztüli áram gyakori be- és kikapcsolásával a védő oxidfilmek megrepednek, az oxigén behatol a nikrómon, és az elem végül oxidálják és elpusztítják.

Az ipar hőálló ötvözetekből készült csupasz huzalokat, valamint tekercsgyártásra szánt, zománcozott és szilícium-szilícium-lakkkal szigetelt vezetékeket egyaránt gyárt.

higany

Külön említést érdemel a higany, mert ez az egyetlen fém, amely szobahőmérsékleten folyékony marad. A higany oxidációs hőmérséklete 356,9 ° C, a higany szinte nem lép kölcsönhatásba a levegő gázaival. A savak (kénsav, sósav) és lúgok oldatai nem befolyásolják a higanyt, de tömény savakban (kénsav, sósav, salétromsav) oldódik. A higanyban oldódik a cink, a nikkel, az ezüst, a réz, az ólom, az ón, az arany.

A higany sűrűsége 13,55 g / cm3, a folyékony halmazállapotból szilárd állapotba való átmenet hőmérséklete -39 ° C, a fajlagos ellenállás 0,94 és 0,95 ohm * sq.mm / m, az ellenállás hőmérsékleti együtthatója 0 ,000990 1 / ° C ... Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik a higanyt folyadékvezető érintkezőként speciális célú kapcsolókhoz és relékhez, valamint higany egyenirányítókhoz. Fontos megjegyezni, hogy a higany rendkívül mérgező.