5.2. Проводниковые материалы

Все материалы, применяемы в технике, по своим электрическим свойствам делят на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики. Различаются эти материалы по величине электросопротивления, по характеру изменения его при нагреве и по типу проводимости.

Проводники – удельное электросопротивление в пределах 10^-6 ÷10^-3 Ом·см, при нагреве увеличивается. Используются для проводников постоянного и переменного тока, как материалы с малым переходным электросопротивлением, для элементов сопротивления, нагревательных элементов, контактов и др.

Полупроводники - удельное электросопротивление в пределах 10^-3÷10⁺¹⁰ Ом·см, при нагреве уменьшается. Используются для выпрямления, усиления, превращения различных видов энергии в электрическую и т.д.

Диэлектрики - удельное электросопротивление в пределах 10⁺¹⁰ ÷10⁺¹⁸ Ом·см, используются как изоляторы.

К металлам высокой проводимости относятся химически чистые металлы: Cu, Al, Fe.

Сплавы повышенного электросопротивления имеют применение для прецизионных элементов сопротивления (обмоток потенциометров, шунтов, катушек сопротивления, резисторов термопар, тензометрических датчиков) и нагревательных элементов электрических приборов и печей. Все сплавы с повышенным электросопротивлением делят на две группы: реостатные сплавы, рабочая температура которых не выше 500С, и сплавы для нагревательных элементов, рабочая температура у которых значительно выше и доходит до 1100С. Реостатные сплавы включают сплавы на медной основе с никелем и марганцем. Наименьший температурный коэффи-циент электросопротивления имеет магнанин МНМц 3-12-0,3. Сплавы для нагревательных элементов включают сплавы на железной и никелевой основе: 0Х23Ю5 (хромаль), Х13Ю4 (фехраль), Х20Н80 (нихром).

К полупрводниковым материалам относятся 12 элементов, представляющих простые полупроводники: бор, углерод (алмаз), кремний, германий, олово, фосфор. Наиболее распространенными являются германий (Ge) и кремний (Si).

5.3. Сплавы с особыми тепловыми и упругими свойствами

Для ряда отраслей машиностроения и приборостроения необходимо применение материалов со строго регламентиро-ванными значениями в определенных температурных интервалах эксплуатации таких физических свойств, как температурные коэффициенты линейного расширения α (ТКЛР) и модуля нормальной упругости  (ТКМУ).

Самое низкое значение ТКЛР (1,510^-6К^-1) в диапазоне температур от -100 до + 100С имеет сплав инвар, содержащий 36 % Ni.

Замена части никеля равным количеством кобальта и легирование малыми добавками меди позволяет дополнительно снизить ТКЛР инвара. Такой сплав называют суперинваром.

Из инвара изготавливают жесткозакрепленные трубопро-воды сложной пространственной формы, перекачивающие сжи-женные газы в криогенных установках. Малая величина ТКЛР позволяет уменьшить напряжения в трубопроводах и предот-вратить возможность их разрушения. Отпадает необходимость установки сильфонных узлов для компенсации деформации, что упрощает конструкцию и делает её более надежной.

Сплавы с низким ТКМУ называют элинварами. Их при-меняют для изготовления упругих чувствительных элементов прецизионных приборов: расходомеров, регуляторов скорости и датчиков линейных ускорений и др.

Таблица 4.10

Свойства Fe-Ni сплавов с регламентированным ТКЛР

Названия сплавов	Марка сплава	Тепловые свойства
		Интервал температур, С	Α , 10-6К-1
Инвар	36Н	20 - 80	1,5
Суперинвар	32НКД	20 - 100	1,0
Ковар	29НК	20 - 400	4,5 - 5,2
Платинит	47НД	20 - 400	9,2 – 10,0

Таблица 4.11

Свойства элинварных сплавов

Марка слава	Механические свойства после термообработки			α, 10-6К-1	Температура эксплуатации,С
	0,005,Мпа	, %	Е, ГПа
42НХТЮ	590 - 690	10 - 15	177-186	9,5	От -269 до +100
44НХТЮ	590 - 649	10 - 15	177-181	8,0	От -269 до +200
30Н25КТЮ	-	-	-	-	От -269 до +400