2.4.2. Алюминий.

Алюминий представляет собой серебристобелый металл с высокой электропроводностью

( в 1,6 раза меньше, чем у меди).

Алюминий в 3,5 раза легче меди и значительно дешевле. Алюминий пластичен, технологичен, имеет хорошую коррозионную стойкость, но существенно уступает меди в механической прочности. На воздухе алюминий активно окисляется и покрывается тонкой оксидной плёнкой с большим электрическим сопротивлением, которое предохраняет алюминий от дальнейшей коррозии, но создаёт большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых проводов. Оксидная плёнка затрудняет пайку. Для пайки применяются специальные пасты ― припои и ультразвуковые паяльники, разрушающие оксидную плёнку. Для соединения алюминиевых проводов применяется также холодная сварка ― пластическое обжатие контакта, при котором плёнка окисла растрескивается и выдавливается из зоны контакта, а очищенные поверхности металла прочно соединяются.

В полупроводниковой промышленности разработана технология сварки плёнок из алюминия, заменяющих золото. Соединения меди и алюминия боятся влаги из-за разрушения алюминия под действием гальванических ЭДС.

Алюминий самый распространённый металл на земле. Основная часть алюминия сосредоточена в алюмосиликатах и продуктах их разрушения (глина, каолин). Сырьём для получения алюминия являются бокситы, нефелин, каолин. Получение алюминия начинается с очистки руд от примесей, а завершается электролизом 6 – 8% раствора Al₂О₃ в расплаве криолита. Образующийся на катоде жидкий алюминий стекает на дно электролизера.

Для получения алюминиевой проволоки используется алюминий марки АЕ. Аналогично меди алюминий маркируется в зависимости от технологии получения. АТ ― алюминий твёрдый., АМ ― алюминий мягкий.

Чистый алюминий широко применяется как проводниковый материал, заменитель дефицитной меди. А также в виде сплавов применяется в энергетике, самалёто- и судостроении, строительной промышленности, при изготовлении бытовой техники, посуды, технологических аппаратов.

2.5. Материалы высокого сопротивления ( Резистивные материалы).

Резистивные материалы предназначены для изготовления резисторов, нагревательных элементов, активных сопротивлений для реостатов. Эти материалы должны иметь ρ > 0,3 мкОм м, высокую стабильность ρ, малый температурный коэффициент удельного сопротивления , определяющий температурную стабильность ρ, быть пластичным ( для получения проволоки и фольги), допускать возможность сварки и пайки. Желательно, чтобы материалы не были дорогими и дефицитными. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют сплавы меди с никелем и марганцем, сплавы на основе железа и никеля.

Сплавы на основе меди: манганин, константан; на основе никеля ― нихромы; на основе железа и алюминия ― фехрали, хромали.

Термостабильные сплавы для образцовых резисторов ( таблица 2.2)

Свойства материалов высокого сопротивления. Таблица 2.2

Параметр	Манганин	Константан	Нихром	Фехраль
Удельное сопротивление ρ, мкОм м	0,46	0,50	1,1	1,26
ТКρ, К-1
Рабочая температура Траб.,	200	400	1000	1000
σρ, МПа	450 – 600		650 – 700	700
ε, %	15 – 30	20 – 30	25 – 30	20

Манганин ( медь ― 85%, марганец ― 12%, никель ― 3%). Сплав жёлтого цвета, пластичный, покрыт хрупкой стеклянной изоляцией, рабочая температура С.

Константан (медь ― 59%, марганец ― 1,5%, никель ― 40%). Назван так за высокую стабильность коэффициента удельного сопротивления ТК_ρ. При нагревании до температуры 900^°С константан окисляется с образованием оксидной плёнки. Это позволяет применять константан для изготовления реостатов, резисторов, электронагревательных элементов без дополнительной изоляции. Рабочая температура 400^°С. Сплав дорогой из-за большого содержания никеля.

Термостойкие сплавы для нагревательных элементов.

Основными свойствами этих сплавов является высокая рабочая температура, малый коэффициент ТК_ρ , технологичность, низкая стоимость, доступность компонентов.

Нихромы ― твёрдые растворы никель ― хром ― железо. Рабочая температура 1000^°С. Из нихромовой проволоки изготовляют резисторы ( в том числе для ИС) и нагревательные элементы для электропечей , паяльников. Для увеличения срока службы трубчатых нагревательных элементов нихромовую проволоку помещают в трубки из стойкого к окислению металла

( электрические кипятильники, нагревательные элементы чайников).

Фехрали и хромали используются как дешёвые заменители нихромов. Из них делают проволоку большого сечения для электронагревателей большой мощности и для бытовых электронагревательных приборов. Фехрали, хромали — твёрдые, хрупкие, менее технологичны, чем нихромы.