Материалы высокого сопротивления

К материалам высокого сопротивления относятся металлы и сплавы, используемые в производстве электроизмерительных приборов, резисторов. У них помимо высокого удельного сопротивления должны быть высокая стабильность сопротивления во времени, малый температурный коэффициент удельного сопротивления, малая термоэ.д.с. в паре с медью. Иногда они должны работать при высоких температурах, быть технологичными и по возможности не содержать дорогостоящих компонентов.

В зависимости от назначения, условий эксплуатации, с учетом номинального сопротивления в качестве материалов для резисторов применяют металлы и сплавы с высоким удельным сопротивлением, а также оксиды металлов, углерод, композиционные материалы (иногда на основе благородных металлов – платины, палладия, золота и серебра). Конструктивно резисторы выполняются в виде объемных элементов, проволоки различных диаметров и пленки, осаждаемой на диэлектрическое основание (подложку). Для пленок введен параметр – сопротивление квадрата, численно равное сопротивлению участка пленки, длина которого равна его ширине, при протекании тока параллельно поверхности подложки. Сопротивление квадрата определяется по формуле:

,                                    (2.6.1)

где r – удельное сопротивление пленки толщиной d.

Для резисторов и термопар наиболее распространенными являются сплавы типа манганина. Это сплавы на никелевой и медно-никелевой основе. Манганин – наиболее распространенный сплав при изготовлении точных резисторов. Манганин марки МНМц3-12 содержит: марганца 11, 5 - 13, 5 %, никеля и кобальта 2, 5 - 3, 5 %, остальное – медь. Обычно для повышения стабильности характеристик его отжигают при температуре 400⁰С в течение 2 часов в вакууме или в нейтральных газах (аргон, азот) с медленным охлаждением. Основные свойства манганина этой марки таковы: при температуре 20⁰С удельное сопротивление r = 0, 43 ; температурный коэффициент удельного сопротивления при температуре 100⁰С ; удельная термоэ.д.с. относительно меди 1мкВ/град; температура плавления 960⁰С; наибольшая допустимая рабочая температура (длительно)  = 300⁰С.

Константан также относится к этой группе сплавов, но в его составе марганца всего 1 - 2 %, никеля – 39 - 41 %, остальное – медь. Свойства константана марки МНМц40-1, 5: при температуре 20⁰С удельное сопротивление r = 0, 48 ; температурный коэффициент сопротивления при той же температуре ; рабочая температура = 450 ⁰С; удельная термоэ.д.с. в паре с медью достаточно высока и составляет 45 - 55 мкВ/К, что является недостатком при использовании его в измерительных системах, но достоинством в термопарах.

Сплавы на основе железа, никеля, хрома и алюминия в основном применяются для электронагревательных элементов. Они относятся к жаростойким сплавам с высоким удельным сопротивлением и подразделяются на никель-хромовые ( нихромы ); никель-хромовые, легированные алюминием ( хромали ). У всех этих сплавов характеристики зависят от их химического состава. Так, для нихрома марки Х20Н80 (хром – 15 - 18 %, никель –           55 - 61 %, марганец –    1, 5 %, остальное – железо) удельное сопротивление r= (1, 1-1, 2) ; температурный коэффициент сопротивления ; предельная рабочая температура = 1000⁰С.  Для  хромали марки Х23Ю5 (хром – 22 - 25 %, никель – 0, 6 %, марганец – 0, 7 %, алюминий – 4, 5 -        5, 5%) удельное сопротивление r=(1, 3-1, 5) ; температурный коэффициент сопротивления ; предельная рабочая температура = 1200⁰С.

Нихромы стойки к окислению в воздухе при высоких температурах, т.к. на их поверхности образуется защитная пленка оксидов СrО + NiО приблизительно с таким же температурным коэффициентом линейного расширения, что и у сплава. Однако для этого слоя оксидов опасны термоудары, при этом пленка трескается, туда проникает кислород – происходит дополнительное окисление и срок службы сплава уменьшается. Железохромоалюминиевые сплавы всех марок становятся хрупкими в интервале температур от 450 до 500⁰C, что связано с выделением в структуре образований с повышенным содержанием хрома (порядка 80 %). Эта хрупкость может быть устранена нагревом сплава до 750 - 800⁰C с последующим охлаждением в воде.

Для всех сплавов агрессивными являются фосфорсодержащие среды, а также газы, содержащие серу.

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: