Инженерная графика
Физика
Атомные станции
Строймех
ТКМ
Начертательная геометрия
Экология энергетики
Сопромат
Готика
Черчение
Теплотехника
Математика

Театр

Конспект лекций
Атомная энергетика
Карта

- металлические материалы высокого удельного электрического сопротивления, применяемые для изготовления резисторов и нагревательных элементов;

- материалы для изготовления контактов.

Одной из важнейших характеристик проводниковых материалов является их электропроводность (g):

g=nqm  (11.4)

где n - концентрация носителей заряда;

 q - величина заряда;

  m - подвижность носителей заряда.

Основными носителями заряда в металлических материалах являются свободные электроны, появляющиеся при образовании металлической связи. Как известно металлическая связь образуется между атомами элементов с валентной электронной оболочкой заполненной менее чем на половину. В этом случае валентные электроны отрываются от атомов и обнажается полностью заполненная электронная оболочка. При этом валентные электроны становятся свободными, образуя «электронный газ».

На подвижность электронов в основном оказывают влияние два фактора: наличие дефектов кристаллической решетки и строение внутренних электронных оболочек атомов.

К основным характеристикам проводниковых материалов относятся:

- удельная проводимость или обратная величина – удельное электрическое сопротивление;

- температурный коэффициент удельного сопротивления;

- коэффициент теплопроводности;

- контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила;

- предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве.

Материалы высокой электропроводности.

К материалам высокой электропроводности предъявляются следующие требования:

- высокая электропроводность;

- высокая механическая прочность;

- технологичность - то есть способность к сварке, пайке, высокая пластичность;

- высокая коррозионная стойкость;

- низкая стоимость.

Очевидно, что высокой электропроводностью будут обладать чистые непереходные металлы с ГЦК решеткой (Ag, Cu, Al, Au).

Высокой механической прочностью будут обладать металлы с низкой энергией дефекта упаковки или сплавы металлов. Однако в случае образования твердого раствора помимо роста прочности увеличивается и удельное электросопротивление. Поэтому для материалов высокой электропроводности используют лишь такое легирование, когда компоненты не растворяются друг в друге.

Что касается технологичности, то у всех металлов с ГЦК решеткой высокая пластичность, следовательно, из них легко получаются изделия методами обработки давлением. Поэтому проблема технологичности сводится в легкости пайки и сварки.

Материалы высокого удельного сопротивления.

Материалы высокого электрического сопротивления используются для поглощения электрической энергии и преобразования ее в тепло. Очевидно, что к таким материалам будут предъявляться следующие требования:

- высокое удельное сопротивление;

- высокая механическая прочность;

- технологичность - то есть способность к сварке, пайке, высокая пластичность;

- высокая коррозионная стойкость;

- низкая стоимость;

- низкое значение термо- Э.Д.С. в паре с медью;

- малый температурный коэффициент сопротивления.

Очевидно, что для того, чтобы материал имел высокое удельное сопротивление, он должен представлять собой твердый раствор одного металла в другом. Причем хотя бы один из компонентов сплава должен быть переходным металлом. Из теории сплавов известно, что неограниченное растворение одного металла в другом возможно при близости размеров ионов и одинаковом типе кристаллических решеток. Представителями данной группы являются сплавы на основе меди,

Сплавы на основе меди.

Константан. Твердый раствор 40 % никеля в меди, точнее 40 % Ni, 1,5% Mn, остальное медь. Этот сплав маркируется как НММц 58,5-1,5. Наименование этого сплава подчеркивает неизменность его сопротивления при изменении температуры. Практически при изменении температуры от –100°С до +100°С. его удельное сопротивление остается постоянным, то есть температурный коэффициент сопротивления (ar) равен 0. У данного сплава довольно-таки высокое удельное сопротивление (0,5 мкОмґм), он пластичен и прочен. При нагреве на его поверхности образуется окисная пленка, обладающая изоляционными свойствами. Оксидная изоляция позволяет плотно навивать константановую проволоку если напряжение между витками не превышает 1 В.

Никелин. МНМц30-1,5 (68,5 % Cu; 30 % Ni; 1,5 % Mn). Из-за меньшего содержания никеля сплав более дешев, однако его удельное сопротивление меньше чем у константана (r = 0.35 мкОмґм). Кроме того, температурный коэффициент удельного электросопротивления сплава отличен от нуля. Главным образом этот сплав используют для изготовления пусковых и регулировочных реостатов.

Нейзильбер. МНЦ15-20 (65 % Cu, 15 % Ni, 20 % Zn). Замена никеля более дешевым цинком приводит к существенному уменьшению стоимости сплава. Вместе с тем сплав обладает достаточно высоким удельным сопротивлением (r = 0.3 мкОмґм). Столь высокое удельное сопротивление вызвано тем, что у размер иона цинка меньше размера иона меди, а размер иона никеля больше размера иона меди. Поэтому суммарные искажения кристаллической решетки велики, что затрудняет продвижение электронной волны.

Манганин. МНМц-3-12 (80 % Cu, 3 % Ni, 12 % Mn). Достаточно дешевый сплав, отличающийся высоким удельным сопротивлением (r = 0.45 мкОмґм), и низкой термо-Э.Д.С в паре с медью. Недостатком сплава является низкая коррозионная стойкость и невысокая предельная рабочая температура (<200 °С).

Никель-хромовые сплавы.

Нихромы. Классическим никель-хромовым сплавом является сплав Х20Н80 (20 % Cr, 80 % Ni). При комнатной температуре в никеле растворяется 20 % хрома. При этом хотя и сохраняется ГЦК решетка никеля, но она сильно искажается ионами хрома. Это обстоятельство в сочетании с тем, что и никель и хром являются переходными металлами приводит к высокому удельному сопротивлению сплава (r = 1,1 мкОмґм). Поверхность нихрома покрыта химически стойкими окислами, которые затрудняют пайку нихрома и защищают его от окисления при высоких температурах. Для повышения механической прочности в нихром вводят титан, молибден, кремний.

Железохромалюминиевые сплавы

Типичным представителем этой группы сплавов является сплав 0Х27Ю5 (23 % Cr, 5 % Al, остальное железо). Сплав отличается высоким удельным сопротивлением (r = 1,1 мкОмґм). Замена никеля на железо приводит к существенному удешевлению сплава, а наличие хрома и алюминия обеспечивают высокую стойкость к окислению. Недостатками сплавов такого типа является низкая пластичность, вызванная образованием интерметаллидных соединений.

Сплавы на основе благородных металлов.

В ряде случаев требуется высокая стойкость к окислению материала. В этом случае используют материалы высокого сопротивления на основе благородных металлов: серебра, платины, палладия.


Электротехнические материалы