40. Сплавы высокого сопротивления.

Эта группа проводниковых материалов представляют собой сплавы металлов, обладающие большим удельным сопротивлением и малым значением температурного коэффициента удельного сопротивления. Все они имеют структуру твёрдых растворов. Материалы этой группы используются как приборные высокоомные проводники, нагревательные сплавы, материалы для термопар.

К приборным высокоомным проводникам относятся манганин, константан и никелин. Манганин содержит: Cu - 84 - 86 % , Mn – 12-13 %, Ni – 2 – 3 %. Цвет манганина светло-оранжевый, плотность 8400 кг/м³, Т_пл = 960 ^оС, ρ = 0,42 – 0,43 мкОм^.м, ТКρ = (2 – 6) ^. 10^-6 К^-1. Максимальная рабочая температура ≈ 300^оС. Недостатком манганина является высокое значение термо-ЭДС с медью ≈ 1,0 мкВ/К. Разработан новый манганин, имеющий термо-ЭДС с медью ≈ 0,1 мкВ/К. Из манганина изготавливают мягкие и твёрдые проволоки диаметром 0,02 – 6 мм, используемые в производстве резисторов и потенциометров высокого класса.

Константан – сплав, содержащий Cu 58 - 60 % , Ni 32 - 40 % и 1 – 2% Мn. Цвет константана – серебристо-жёлтый плотность 8900 кг/м³, температура плавления Т_пл = 1260 ^оС, ТКЛР = 14^.10^-6 К^-1. Удельное сопротивление ρ ≈ 0,5 мкОм^.м, ТКρ при нормальных температурах = -(5 - 25) ^. 10^-6 К^-1, т.е., имеет отрицательное значение. Нагревостойкость константана выше, чем манганина: он может длительно работать при 450 ^оС. Недостатком константана является высокая термо-ЭДС в паре с медью и с железом – это может вызывать ошибки измерений в мостовых и потенциометрических схемах. Зато термопары медь – константан (термо – ЭДС = 45 – 55 мкВ/К) широко используются для измерения температур, а сам константан является тензометрическим материалом и применяется для изготовления проволочных тензодатчиков. Действие тензодатчиков основано на изменении сопротивления при деформации тензометрического элемента.

Нагревательные сплавы стойки к окислению при высоких температурах. Это объясняется образованием на их поверхности плотной оксидной плёнки, чаще всего это оксид хрома Cr₂O₃ или закись никеля NiO. Эти оксиды не испаряются при высоких температурах и имеют ТКЛР близкие к ТКЛР сплава, поэтому не растрескиваются при нагревании. Нагревостойкие материалы обычно представляют собой сплавы хрома и никеля, называемые нихромами (Х15Н60, Х20Н80), хрома и алюминия, называемые хромалями (Х23Ю5Т), железа и хрома, называемые фехралями (Х13Ю4). Нихром имеет ρ ≈ 1 мкОм^.м, ТК_ρ ≈ 10^-4 К^-1 и максимальную рабочую температуру ≈ 1000 ^оС, хромали имеют более высокое ρ ≈ 1,3 мкОм^.м и более высокую рабочую температуру до 1400 ^оС. Фехрали дешевле нихромов, но имеют более низкую рабочую температуру 750 – 1000^оС.

Сплавы для термопар. Для изготовления термопар применяют следующие сплавы: копель (56 % Cu + 44% Ni), ρ = 0,46 мкОм^.м; алюмель (95 % Ni, остальное Al, Si и Mg); хромель (90 % Ni и 10 % Cr), ρ = 0,66 мкОм^.м; платинородий (90 % Рt и 10 % Rh). Термопары могут применяться для измерения следующих температур: медь – константан и медь-копель – до 350 ^оС; хромель-копель, железо-копель, железо-константан – до 600 ^оС; хромель-алюмель – до 900 – 1000 ^оС; платинородий-платина – до 1600 ^оС. Самая высокая термо-ЭДС у термопары хромель-копель (ХК), самая низкая – у термопары платинородий-платина.