Augstas izturības materiāli, augstas izturības sakausējumi

Reostatu izveidei, precizitātes rezistoru ražošanai, elektrisko krāšņu un dažādu elektrisko sildīšanas ierīču, materiālu vadītājiem ar augstu pretestību un zemu pretestības temperatūras koeficients.

Šiem materiāliem lentu un stiepļu veidā vēlams būt pretestībai no 0,42 līdz 0,52 omi * kv.mm / m. Šie materiāli ietver sakausējumus, kuru pamatā ir niķelis, varš, mangāns un daži citi metāli. Dzīvsudrabs ir pelnījis īpašu uzmanību, jo dzīvsudraba pretestība tīrā veidā ir 0,94 omi * kv.mm / m.

Raksturīgās īpašības, kas nepieciešamas sakausējumiem atsevišķi, nosaka konkrētas ierīces, kurā šis sakausējums tiks izmantots, īpašais mērķis.

Piemēram, lai izveidotu precīzus rezistorus, ir nepieciešami sakausējumi ar zemu termoelektrību, ko izraisa sakausējuma saskare ar varu. Arī pretestībai laika gaitā jāpaliek nemainīgai.Krāsnīs un elektriskajos sildītājos sakausējuma oksidēšana ir nepieņemama pat temperatūrā no 800 līdz 1100 ° C, tas ir, šeit ir nepieciešami karstumizturīgi sakausējumi.

Visiem šiem materiāliem ir viena kopīga iezīme — tie visi ir augstas pretestības sakausējumi, tāpēc šos sakausējumus sauc par augstas elektriskās pretestības sakausējumiem. Materiāli ar augstu elektrisko pretestību šajā kontekstā ir metālu risinājumi un tiem ir haotiska struktūra, tāpēc tie atbilst sev izvirzītajām prasībām.

Manganīns

Manganīnus tradicionāli izmanto precīzai pretestībai. Manganīni sastāv no niķeļa, vara un mangāna. Varš sastāvā - no 84 līdz 86%, mangāns - no 11 līdz 13%, niķelis - no 2 līdz 3%. Mūsdienās populārākais no manganīniem satur 86% vara, 12% mangāna un 2% niķeļa.

Lai stabilizētu manganīnus, tiem pievieno nedaudz dzelzs, sudraba un alumīnija: alumīnijs - no 0,2 līdz 0,5%, dzelzs - no 0,2 līdz 0,5%, sudrabs - 0,1%. Manganīniem ir raksturīga gaiši oranža krāsa, to vidējais blīvums ir 8,4 g / cm3, un to kušanas temperatūra ir 960 ° C.

Mangāna stieple ar diametru no 0,02 līdz 6 mm (vai 0,09 mm bieza sloksne) ir cieta vai mīksta. Rūdītas mīkstās stieples stiepes izturība ir no 45 līdz 50 kg / mm2, pagarinājums ir no 10 līdz 20%, pretestība ir no 0,42 līdz 0,52 omi * mm / m.

Cietās stieples raksturojums: stiepes izturība no 50 līdz 60 kg / kv.mm, pagarinājums - no 5 līdz 9%, pretestība - 0,43 - 0,53 omi * kv.mm / m Manganīna stiepļu vai lentu temperatūras koeficients svārstās no 3 * 10-5 līdz 5 * 10-5 1 / ° С, un stabilizētam - līdz 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Šie raksturlielumi liecina, ka manganīna elektriskās pretestības atkarība no temperatūras ir ārkārtīgi nenozīmīga, un tas ir faktors par labu pretestības noturībai, kas ir ļoti svarīga precīzām elektriskajām mērierīcēm. Zemais termo-emf ir vēl viena manganīna priekšrocība, un saskarē ar vara elementiem tas nepārsniegs 0,000001 voltu uz grādu.

Lai stabilizētu manganīna stieples elektriskos raksturlielumus, to karsē vakuumā līdz 400 ° C un tur šajā temperatūrā 1 līdz 2 stundas. Pēc tam stiepli ilgstoši tur istabas temperatūrā, lai panāktu pieņemamu viendabīgumu. sakausējumu un iegūt stabilas īpašības.

Normālos darbības apstākļos šādu vadu var izmantot temperatūrā līdz 200 ° C — stabilizētam manganīnam un līdz 60 ° C — nestabilizētam manganīnam, jo ​​nestabilizētais manganīns, karsējot no 60 ° C un augstāk, neatgriezeniski mainīsies. .kas ietekmēs tā īpašības... Tāpēc labāk nesildīt nestabilizētu manganīnu līdz 60°C, un šī temperatūra jāuzskata par maksimāli pieļaujamo.

Mūsdienās rūpniecībā tiek ražotas gan tukšas mangāna stieples, gan stieples emaljas izolācijā ar augstu izturību - spoļu ražošanai, zīda izolācijā un divslāņu milāra izolācijā.

Konstantāna

Konstantāns, atšķirībā no manganīna, satur vairāk niķeļa - no 39 līdz 41%, mazāk vara - 60-65%, ievērojami mazāk mangāna - 1-2% - tas ir arī vara-niķeļa sakausējums. Konstantāna temperatūras pretestības koeficients tuvojas nullei - tā ir šī sakausējuma galvenā priekšrocība.

Konstantānam ir raksturīga sudraba balta krāsa, kušanas temperatūra 1270 ° C, blīvums vidēji aptuveni 8,9 g / cm3.Nozare ražo konstanta stiepli ar diametru no 0,02 līdz 5 mm.

Atkvēlinātās mīkstās konstantes stieples stiepes izturība ir 45 - 65 kg / kv.mm, tās pretestība ir no 0,46 līdz 0,48 omi * kv.mm / m Cietai konstanta stieplei: stiepes izturība - no 65 līdz 70 kg / kv. mm, pretestība — no 0,48 līdz 0,52 omi * kv.mm/m.. Ar varu pieslēgtā konstantāna termoelektrība ir 0,000039 volti uz grādu, kas ierobežo konstantāna izmantošanu precizitātes rezistoru un elektrisko mērinstrumentu ražošanā.

Ievērojami, salīdzinot ar manganīnu, termo-EMF ļauj izmantot konstanta stiepli termopāros (pārī ar varu), lai mērītu temperatūru līdz 300 ° C. Temperatūrā virs 300 ° C varš sāks oksidēties, taču jāatzīmē, ka konstantāns sāks oksidēties tikai 500 °C temperatūrā.

Nozare ražo gan konstanta stiepli bez izolācijas, gan tinumu stiepli ar augstas stiprības emaljas izolāciju, stiepli divslāņu zīda izolācijā un vadu kombinētā izolācijā - vienu emaljas slāni un vienu zīda vai lavsāna kārtu.

Reostatos, kur spriegums starp blakus esošajiem pagriezieniem nepārsniedz dažus voltus, tiek izmantota šāda pastāvīga vada īpašība: ja vadu dažas sekundes karsē līdz 900 ° C un pēc tam atdzesē gaisā, vads tiks pārklāts. ar tumši pelēku oksīda plēvi.Šī plēve var kalpot kā sava veida izolācija, jo tai ir dielektriskas īpašības.

Karstumizturīgi sakausējumi

Elektriskajos sildītājos un pretestības krāsnīs sildelementiem lentu un vadu veidā jāspēj darboties ilgu laiku temperatūrā līdz 1200 °C.Tam nav piemērots ne varš, ne alumīnijs, ne konstantāns, ne manganīns, jo no 300 ° C tie jau sāk spēcīgi oksidēties, oksīda plēves pēc tam iztvaiko un oksidēšanās turpinās. Šeit ir nepieciešami karstumizturīgi vadi.

Karstumizturīgi vadi ar augstu pretestību, izturīgi arī pret oksidēšanu karsējot un ar zemu temperatūras pretestības koeficientu. Tas ir tikai par nihroms un feronihromi — niķeļa un hroma binārie sakausējumi un trīskāršie niķeļa, hroma un dzelzs sakausējumi.

Ir arī fekrālie un hromāli trīskārši dzelzs, alumīnija un hroma sakausējumi - tie atkarībā no sakausējumā iekļauto komponentu procentuālā daudzuma atšķiras pēc elektriskajiem parametriem un karstumizturības. Visi šie ir cieti metālu šķīdumi ar haotisku struktūru.

Karsējot šos karstumizturīgos sakausējumus, uz to virsmas veidojas bieza hroma un niķeļa oksīdu aizsargplēve, kas ir izturīga pret augstām temperatūrām līdz 1100 ° C, droši aizsargājot šos sakausējumus no turpmākas reakcijas ar atmosfēras skābekli. Tātad karstumizturīgo sakausējumu lentes un stieples var ilgstoši darboties augstā temperatūrā, pat gaisā.

Papildus galvenajām sastāvdaļām sakausējumos ietilpst: ogleklis - no 0,06 līdz 0,15%, silīcijs - no 0,5 līdz 1,2%, mangāns - no 0,7 līdz 1,5%, fosfors - 0,35%, sērs - 0,03%.

Šajā gadījumā fosfors, sērs un ogleklis ir kaitīgi piemaisījumi, kas palielina trauslumu, tāpēc to saturu vienmēr cenšas samazināt vai labāk pilnībā novērst. Mangāns un silīcijs veicina deoksidāciju, izvadot skābekli. Niķelis, hroms un alumīnijs, īpaši hroms, palīdz nodrošināt izturību pret temperatūru līdz 1200°C.

Sakausējuma komponenti kalpo, lai palielinātu pretestību un samazinātu pretestības temperatūras koeficientu, kas ir tieši tas, kas nepieciešams no šiem sakausējumiem. Ja hroma ir vairāk nekā 30%, tad sakausējums izrādīsies trausls un ciets. Lai iegūtu plānu stiepli, piemēram, 20 mikronu diametrā, sakausējuma sastāvā ir nepieciešams ne vairāk kā 20% hroma.

Šīs prasības atbilst zīmolu Х20Н80 un Х15Н60 sakausējumiem. Atlikušie sakausējumi ir piemēroti 0,2 mm biezu sloksņu un 0,2 mm diametra stiepļu ražošanai.

Fechral tipa sakausējumi — X13104, satur dzelzi, kas padara tos lētākus, taču pēc vairākiem karsēšanas cikliem tie kļūst trausli, tāpēc apkopes laikā nav pieļaujams deformēt hromālās un fekrālās spirāles atdzesētā stāvoklī, piemēram, ja runājam. par spirāli, kas ilgstoši darbojas apkures ierīcē. Remontam tikai spirāli, kas uzkarsēta līdz 300-400 ° C, vajadzētu savīt vai savienot. Kopumā fechral var darboties temperatūrā līdz 850 °C, bet hromāls - līdz 1200 °C.

Savukārt nihroma sildelementi ir paredzēti nepārtrauktai darbībai temperatūrā līdz 1100 ° C stacionāros, nedaudz dinamiskos režīmos, vienlaikus nezaudējot ne izturību, ne plastiskumu. Bet, ja režīms ir strauji dinamisks, tas ir, temperatūra krasi mainīsies daudzas reizes, bieži ieslēdzot un izslēdzot strāvu caur spoli, aizsargājošās oksīda plēves saplaisās, skābeklis iekļūs nihromā, un elements galu galā oksidēt un iznīcināt.

Nozare ražo gan plikas vadus no karstumizturīgiem sakausējumiem, gan vadus, kas izolēti ar emalju un silīcija silīcija laku, kas paredzēti spoļu ražošanai.

dzīvsudrabs

Dzīvsudrabs ir pelnījis īpašu pieminēšanu, jo tas ir vienīgais metāls, kas istabas temperatūrā paliek šķidrs. Dzīvsudraba oksidācijas temperatūra ir 356,9 ° C, dzīvsudrabs gandrīz nesadarbojas ar gaisa gāzēm. Skābju (sērskābe, sālsskābe) un sārmu šķīdumi neietekmē dzīvsudrabu, bet tas šķīst koncentrētās skābēs (sērskābe, sālsskābe, slāpekļskābe). Cinks, niķelis, sudrabs, varš, svins, alva, zelts izšķīst dzīvsudrabā.

Dzīvsudraba blīvums ir 13,55 g / cm3, pārejas temperatūra no šķidruma uz cietu stāvokli ir -39 ° C, īpatnējā pretestība ir no 0,94 līdz 0,95 omi * kv.mm / m, pretestības temperatūras koeficients ir 0 ,000990 1 / ° C ... Šīs īpašības ļauj izmantot dzīvsudrabu kā šķidrumu vadošus kontaktus īpašiem slēdžiem un relejiem, kā arī dzīvsudraba taisngriežos. Ir svarīgi atcerēties, ka dzīvsudrabs ir ārkārtīgi toksisks.