Благородные металлы. Сверхпроводящие материалы. Металлы и сплавы с высоким удельным сопротивлением, страница 3

Для получения многожильных проводов из хрупких интерметаллидов используется бронзовый метод (метод твердофазной диффузии). Прессованием и волочением создается композиция из нити ниобия в матрице из оловянной бронзы. При нагреве олово диффундирует ниобий и образует Nb₃Sn на поверхности проволоки.

Сверхпроводники применяют для получения магнитных полей до 10⁷ А/м. Механическое выталкивание сверхпроводника из магнитного поля позволяет создать транспорт на магнитной подушке. Также можно создавать ячейки памяти на основе сверхпроводников.

Металлы и сплавы с высоким удельным сопротивлением.

Данные материалы характеризуются ρ ≥ 0,3 мкОм*м. Для их использования необходимо  стабильное значение удельного сопротивления во времени, малое значение α_ρ, малый коэффициент термо-ЭДС в паре с медью (за исключением материалов для термопар), хорошая технологичность, способность длительно работать при высоких (до 1000 °С) температурах.

Применяются для изготовления образцовых резисторов, элктронагревательных элементов. Для резисторов применяют сплавы на медной основе – манганин, константан. Для изготовления нагревательных элементов – хромо-никелевые и железо-хромо-алюминевые сплавы.

Мангонин.

Сплав на основе меди, имеет желтоватый оттенок, применяется для изготовления образцовых резисторов и электроизмерительных приборов. Состав: Cu - 85%, Mn - 12%, Ni - 3%.

ρ = 0,42 мкОм*м, 

α_ρ = 6 - 50* 10^-6 К^-1,

α_Т = 1 - 2* 10^-6 мкВ/К,

Т_{раб. max} = 200°С.

Для измерительных приборов необходимы эталонные резисторы с наименьшим термо-ЭДС в паре с медью, чтобы избежать паразитных α_Т в схемах. Из манганина изготавливают проволоку с диаметром до 0,02 мм, ленту с толщиной 0,01 – 1 мм и шириной 10 – 300 мм. Его удельное сопротивление линейно зависит от давления и это свойство используется в тензодатчиках. Для уменьшения α_ρ и повышения стабильности ρ во времени применяют отжиг при Т= 300 – 350 °С в вакууме, с последующим медленным охлаждением и длительной выдержкой при комнатной температуре.

Константан.

Состав: Cu - 60%, Ni - 40%.

ρ = 0,48 – 0,52 мкОм*м, 

α_ρ = -5 - 25* 10^-6 К^-1,

α_Т = 44 - 55* 10^-6 мкВ/К,

Т_{раб. max} = 450°С.

Из-за высокого значения α_Т нельзя использовать медные контакты при подключении константановых образцовых резисторов. Материал используется в термопарах при температурах до 350°С, для изготовления реостатов электронагревательных элементов с рабочим диапазоном 400 – 450°С. Материал изготавливают в виде проволок и лент. При высоких температурах на поверхности материала образуется оксидное покрытие с электроизоляционными свойствами. Благодаря этому проволоку можно наматывать без дополнительной изоляции при напряжениях до 1 В.

Хромо-никелевые сплавы.

Система Fe – Cr – Ni (Cr – 15 - 20%, Fe до 10%, Ni – 60 - 80%) – нихормы.

Система с повышенным содержанием Fe (Cr – 10 - 15%, Fe – 20%, Ni – ост) – ферронихормы.

Используются для нагревательных элементов электрических печей, плиток, паяльников.

Материалы изготавливают в виде проволоки с диаметром до 0,02 мм, ленты с толщиной 0,1 мм и шириной 1 мм. ρ = 1 – 1,2 мкОм*м,  при Т = -200 - 1000°С. Высокая жаростойкость объясняется высокой стойкостью к окислению при повышенных температурах. Оксидная пленка имеет α_ρ близкое к α_ρ сплава, поэтому растрескивания и отслаивания при нагреве не происходит. При резком изменении температуры может возникнуть некоторое количество трещин, покрывающихся оксидной пленкой. Многократное кратковременное включение нагревательного элемента из нихрома приводит к выводу из строя быстрее, чем постоянная нагрузка.

Тонкая пластичная высокоомная проволока используется для изготовления миниатюрных высокоомных переменных резисторов с хорошими техническими характеристиками.

Тонкие пленки изготавливают из материала марки Х20Н80 и имеют R_{квадрата} = 50 – 300 Ом, α_ρ = -3 - 2* 10^-4 К^-1. Пленки имеют хорошую адгезию и высокую стабильность свойств. Также в электронной технике применяются системы Fe – Cr – Al (Cr – 60 - 70%, Fe – 20 - 40%, Al – 5 - 10%) – фехрали и системы Cr – Ni (Al – 5 - 10%, Cr – ост.) – хромали. Имеют высокое удельное сопротивление. Фехрали дешевле из-за отсутствия Ni, он менее технологичны, более тверды и хрупки, чем нихромы и изготавливаются в виде проволоки большего сечения. Используются в нагревательных устройствах большой мощности.

Тензометрические сплавы.

Используются для изготовления датчиков деформации и давления (растягивающих усилий). Имеют высокое удельное сопротивление.