Хромосилицидные сплавы и композиции.
Повышенным удельным сопротивлением
обладают сплавы, которые образуют между
компонентами интерметаллические
соединения. Среди них особое место
занимают силициды – сплавы металлов с
кремнием. Около 60 металлов образуют
силициды, причем наиболее высокое
сопротивление имеют силициды хрома и
железа (
).
Именно они используются в качестве
высокоомных резистивных материалов.
Промышленность выпускает около 15 силицидов. Среди них наибольшее распространение получили три: РС3710, РС3001, Сплав№3. РС – резистивный сплав, 3710 – 37% хрома, 10% никеля, остальное кремний. РС3001 – 30% хрома, 1% железа. Спалв№3: 17% хрома, 14% железа, остальное кремний.
Поверхностное удельное сопротивление
этих сплавов лежит в пределах от 50 до
1000
,
ТКρ
меньше 10-4 К-1. В технологии
силицидов большое значение приобретает
кислород. Потому что кислород очень
хорошо реагирует с кремнием, образуя
на поверхности зерен пленку SiO2.
Отсюда и возникают пленочные металлооксидные
резисторы. Это приводит к повышению
удельного сопротивления и к существенному
изменению ТКρ.
Силицидные сплавы наносят на подложку методом взрывного испарения. При таком способе процентный состав сплавов при оседании на подложку не меняется. Если медленно нагревать сплав, то первым испарится более легкоплавкий компонент, поэтому в процессе осаждения не сохранится стехиометрия сплавов.
Если резистивным материалам необходимо работать при повышенной температуре, то нередко используют сплавы на основе меди:
манганин(86 меди, 12 марганца, 2 никеля), удельное сопротивление < 0,48 мкОм*м, ТКρ в рабочем диапазоне температур (~-100…+200℃ ) составляет 5*10-6К-1 (очень малая величина!). Манганин – сплав с желтоватым оттенком, хорошо обрабатываемый механически, его можно вытянуть в проволоку, диаметром порядка 20 мкм. Из манганина изготавливают проволоку, использующуюся в прецизионных проволочных резисторах, эту же проволоку используют в катушках стрелочных измерительных приборов.
Константан (60% меди, 40% никеля), удельное сопротивление < 0,52 мкОм*м, ТКρ в рабочем диапазоне температур (до 500℃) составляет -5*10-6К-1. Количество никеля в сплаве примерно соответствует максимуму удельного сопротивления и минимуму ТКρ. ТКρ имеет низкое значение и знак минус (не характерный для чистых металлов). Применяется для изготовления реостатов (мощный переменный резистор), мощных сильно нагруженных резисторов.
Еще более высокую рабочую температуру имеют сплавы никеля и хрома (нихром). Х20Н80: хрома 20-23%, 75-78% никеля, 1,5% марганца и немного железа. Рабочая температура таких сплавов достигает 1100℃. Применяется в нагревательных электроприборах.
Сплавы для термопар.
Копель: 56% меди, 44% никеля; алюмель: 95% никеля, остальное приходится на алюминий, кремний, марганец; хромель: 90% никеля, 10% хрома; платинородий: 90% платины, 10% родия. Для различных темепратур применяются разные пары металлов. Например, пара платина – платинородий до 1600℃, хромель-алюмель от 900 до 1000℃, железо-константан, железо-копель, хромель-копель до 600℃, медь-константан, медь-копель до 350℃. Температура плавления материалов не является главным факторов применения того или иного материала для измерения той или иной температуры. Факторы: 1) изменение параметров сплава, перераспределение компонентов сплава в процессе нагрева (миграция). Ускорение диффузионных процессах при превышении температуры. Параметры термопары меняются. Т.е. происходит химическое изменение сплава. 2) химическая активность, медь, например, при 600℃ очень сильно окисляется. 3) коэффициент термоЭДС, чем он больше для пары, тем более низкие значения температур мы можем мерить для этой термопары.
Преимущество использования термопар для измерения температур: простота, точность, независящая не от чего.
Недостаток измерения температуры термопара состоит в том, что это контактный. Сама термопара вносит изменения.
Термопара представляет собой 2 проволоки разного материала, которые свариваются в одной точке, именно этот контакт нагревается.