Korkean kestävyyden materiaalit, erittäin kestävät seokset

Reostaattien luomiseen, tarkkuusvastusten valmistukseen, sähköuunien ja erilaisten sähköisten lämmityslaitteiden, korkearesistanssisten ja matalan materiaalien johtimien valmistukseen lämpötilavastuskerroin.

Näiden nauhojen ja lankojen muodossa olevien materiaalien resistanssin tulisi mieluiten olla 0,42 - 0,52 ohmia * sq.mm / m. Näitä materiaaleja ovat nikkeliin, kupariin, mangaaniin ja joihinkin muihin metalleihin perustuvat seokset. Elohopea ansaitsee erityistä huomiota, koska elohopean resistanssi puhtaassa muodossaan on 0,94 ohm * sq.mm / m.

Seoksista yksilöllisesti vaadittavat ominaisominaisuudet määräytyvät sen tietyn laitteen erityistarkoituksen mukaan, jossa kyseistä seosta käytetään.

Esimerkiksi tarkkojen vastusten luominen vaatii metalliseoksia, joilla on alhainen lämpösähkö, joka johtuu lejeeringin kosketuksesta kuparin kanssa. Resistanssin tulee myös pysyä vakiona ajan kuluessa.Uuneissa ja sähkölämmittimissä seoksen hapettumista ei voida hyväksyä edes lämpötiloissa 800 - 1100 ° C, eli täällä tarvitaan lämmönkestäviä seoksia.

Kaikilla näillä materiaaleilla on yksi yhteinen piirre - ne ovat kaikki korkearesistiivisiä seoksia, minkä vuoksi näitä seoksia kutsutaan korkearesistiivisiksi seoksiksi. Korkean sähkövastuksen omaavat materiaalit ovat tässä yhteydessä metallien ratkaisuja ja niillä on kaoottinen rakenne, minkä vuoksi ne täyttävät itselleen asetetut vaatimukset.

Manganiini

Manganiineja käytetään perinteisesti tarkkuuskestävyyteen. Manganiinit koostuvat nikkelistä, kuparista ja mangaanista. Koostumuksen kupari - 84 - 86%, mangaani - 11 - 13%, nikkeli - 2 - 3%. Nykyään suosituin manganiineista sisältää 86 % kuparia, 12 % mangaania ja 2 % nikkeliä.

Manganiinien stabiloimiseksi niihin lisätään vähän rautaa, hopeaa ja alumiinia: alumiini - 0,2 - 0,5%, rauta - 0,2 - 0,5%, hopea - 0,1%. Manganiineilla on tyypillinen vaalean oranssi väri, niiden keskimääräinen tiheys on 8,4 g / cm3 ja sulamispiste 960 ° C.

Mangaanilanka, jonka halkaisija on 0,02–6 mm (tai nauha, jonka paksuus on 0,09 mm), on joko kovaa tai pehmeää. Hehkutetun pehmeän langan vetolujuus on 45 - 50 kg / mm2, venymä on 10 - 20%, vastus on 0,42 - 0,52 ohm * mm / m.

Kiinteän langan ominaisuudet: vetolujuus 50 - 60 kg / neliömm, venymä - 5 - 9%, vastus - 0,43 - 0,53 ohm * neliömetriä / m. Manganiinilankojen tai -nauhojen lämpötilakerroin vaihtelee välillä 3 * 10-5 - 5 * 10-5 1 / ° С ja stabiloiduille - jopa 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Nämä ominaisuudet osoittavat, että manganiinin sähkövastuksen lämpötilariippuvuus on erittäin merkityksetön, ja tämä on tekijä, joka puoltaa resistanssin pysyvyyttä, mikä on erittäin tärkeää tarkkuussähköisten mittauslaitteiden kannalta. Matala lämpö-emf on toinen manganiinin etu, ja kuparielementtien kanssa kosketuksessa se ei ylitä 0,000001 volttia astetta kohden.

Manganiinilangan sähköisten ominaisuuksien stabiloimiseksi se kuumennetaan tyhjössä 400 °C:seen ja pidetään tässä lämpötilassa 1-2 tuntia. Tämän jälkeen lanka pidetään huoneenlämmössä pitkään, jotta saavutetaan hyväksyttävä tasaisuus. seos ja saada vakaat ominaisuudet.

Normaaleissa käyttöolosuhteissa tällaista lankaa voidaan käyttää jopa 200 °C:n lämpötiloissa — stabiloidulle manganiinille ja 60 °C:een asti — stabiloimattomalle manganiinille, koska stabiloimaton manganiini, kun se kuumennetaan yli 60 °C:sta, muuttuu peruuttamattomiksi. ., joka vaikuttaa sen ominaisuuksiin... Joten on parempi olla lämmittämättä stabiloimatonta manganiinia 60 °C:seen asti, ja tätä lämpötilaa tulisi pitää suurin sallittuna.

Nykyään teollisuus tuottaa sekä paljaaa mangaanilankaa että lankaa korkean lujuuden emalieristeessä - kelojen valmistukseen, silkkieristykseen ja kaksikerroksiseen mylar-eristeeseen.

Constantan

Constantan, toisin kuin manganiini, sisältää enemmän nikkeliä - 39-41%, vähemmän kuparia - 60-65%, huomattavasti vähemmän mangaania - 1-2% - se on myös kupari-nikkeliseos. Konstantaanin lämpötilavastuskerroin lähestyy nollaa - tämä on tämän seoksen tärkein etu.

Constantanilla on tyypillinen hopeanvalkoinen väri, sulamispiste 1270 ° C, tiheys keskimäärin noin 8,9 g / cm3.Teollisuus tuottaa konstantaanilankaa, jonka halkaisija on 0,02-5 mm.

Hehkutetun pehmeän konstantaanilangan vetolujuus on 45 - 65 kg / neliömm, sen vastus on 0,46 - 0,48 ohm * sq.mm / m. Kova konstantilanka: vetolujuus - 65 - 70 kg / neliömetri. mm, resistanssi - 0,48 - 0,52 ohm * sq.mm / m. Kupariin kytketyn konstantin lämpösähkö on 0,000039 volttia astetta kohden, mikä rajoittaa konstantin käyttöä tarkkuusvastusten ja sähköisten mittauslaitteiden valmistuksessa.

Manganiiniin verrattuna termo-EMF mahdollistaa konstantaanilangan käytön termopareissa (kuparin kanssa) lämpötilojen mittaamiseen jopa 300 °C asti. Yli 300 °C:n lämpötiloissa kupari alkaa hapettua, mutta on huomattava, että konstantaani alkaa hapettua vasta 500 °C:ssa.

Teollisuus tuottaa sekä konstantilankaa ilman eristystä että käämilankaa, jossa on erittäin luja emalieristys, lanka kaksikerroksisessa silkkieristeessä ja lanka yhdistettynä eristeenä - yksi kerros emalia ja yksi kerros silkkiä tai lavsaania.

Reostaateissa, joissa vierekkäisten kierrosten välinen jännite ei ylitä muutamaa volttia, käytetään seuraavaa pysyvän johdon ominaisuutta: jos lanka kuumennetaan 900 °C:seen muutaman sekunnin ajan ja jäähdytetään sitten ilmassa, lanka peittyy. tummanharmaalla oksidikalvolla.Tämä kalvo voi toimia eräänlaisena eristeenä, koska sillä on dielektrisiä ominaisuuksia.

Lämmönkestävät seokset

Sähkölämmittimissä ja vastusuuneissa nauhojen ja lankojen muotoisten lämmityselementtien on kyettävä toimimaan pitkiä aikoja jopa 1200 °C:n lämpötiloissa.Kupari, alumiini, konstantaani tai manganiini eivät sovellu tähän, koska 300 ° C: sta ne alkavat jo hapettua voimakkaasti, oksidikalvot haihtuvat ja hapetus jatkuu. Täällä tarvitaan lämmönkestäviä johtoja.

Lämmönkestävät johdot, joilla on korkea vastus, kestävät myös hapettumista kuumennettaessa ja joiden lämpötilavastuskerroin on alhainen. Tämä on vain noin nichrome ja ferronikromit – nikkelin ja kromin binääriset seokset sekä nikkelin, kromin ja raudan kolmikomponenttiset seokset.

On myös raudan, alumiinin ja kromin fekraali- ja kromaalikolmoisseoksia - ne eroavat seokseen sisältyvien komponenttien prosenttiosuudesta riippuen sähköisten parametrien ja lämmönkestävyyden suhteen. Kaikki nämä ovat kiinteitä metalliliuoksia, joilla on kaoottinen rakenne.

Näiden lämmönkestävien metalliseosten kuumentaminen johtaa niiden pinnalle paksun kromi- ja nikkelioksidien suojaavan kalvon muodostumiseen, joka kestää korkeita lämpötiloja jopa 1100 °C:een ja suojaa näitä seoksia luotettavasti lisäreaktiolta ilmakehän hapen kanssa. Joten lämmönkestävien metalliseosten nauhat ja johdot voivat toimia pitkään korkeissa lämpötiloissa, jopa ilmassa.

Pääkomponenttien lisäksi seoksia ovat: hiili - 0,06 - 0,15%, pii - 0,5 - 1,2%, mangaani - 0,7 - 1,5%, fosfori - 0,35%, rikki - 0,03%.

Fosfori, rikki ja hiili ovat tässä tapauksessa haurautta lisääviä haitallisia epäpuhtauksia, joten niiden pitoisuus pyritään aina minimoimaan tai paremmin eliminoimaan kokonaan. Mangaani ja pii edistävät hapettumista ja poistavat happea. Nikkeli, kromi ja alumiini, erityisesti kromi, auttavat kestämään jopa 1200°C lämpötiloja.

Lejeerinkikomponentit lisäävät vastusta ja alentavat vastuksen lämpötilakerrointa, mikä on juuri sitä, mitä näistä seoksista tarvitaan. Jos kromia on yli 30%, seos osoittautuu hauraaksi ja kovaksi. Ohuen langan, esimerkiksi halkaisijaltaan 20 mikronin, saamiseksi seoksen koostumuksessa ei tarvita enempää kuin 20 % kromia.

Nämä vaatimukset täyttävät Х20Н80- ja Х15Н60-merkkiset seokset. Loput seokset soveltuvat 0,2 mm paksuisten nauhojen ja halkaisijaltaan 0,2 mm lankojen valmistukseen.

Fechral-tyyppiset seokset — X13104 sisältävät rautaa, mikä tekee niistä halvempia, mutta useiden kuumennusjaksojen jälkeen ne hauraavat, joten huollon aikana ei voida hyväksyä kromaali- ja fekraalispiraalien muodonmuutosta jäähdytetyssä tilassa, esimerkiksi jos puhumme. noin spiraalista, joka toimii pitkään lämmityslaitteessa. Korjausta varten vain 300-400 ° C:een kuumennettu spiraali tulee kiertää tai jakaa. Yleensä fechral voi toimia jopa 850 °C:n lämpötiloissa ja kromi - jopa 1200 °C.

Nikromilämmityselementit puolestaan ​​on suunniteltu jatkuvaan toimintaan jopa 1100 ° C:n lämpötiloissa kiinteissä, hieman dynaamisissa tiloissa, kun taas ne eivät menetä lujuutta tai plastisuutta. Mutta jos tila on jyrkästi dynaaminen, toisin sanoen lämpötila muuttuu dramaattisesti monta kertaa, kun virta kytketään usein päälle ja pois käämin läpi, suojaavat oksidikalvot halkeilevat, happi tunkeutuu nikromiin ja elementti lopulta hapettaa ja tuhota.

Teollisuus tuottaa sekä kuumuutta kestävistä seoksista valmistettuja paljaita lankoja että kelojen valmistukseen tarkoitettuja emalilla ja piilakalla eristettyjä lankoja.

elohopeaa

Elohopea ansaitsee erityismaininnan, koska se on ainoa metalli, joka pysyy nesteenä huoneenlämpötilassa. Elohopean hapetuslämpötila on 356,9 ° C, elohopea ei melkein ole vuorovaikutuksessa ilmakaasujen kanssa. Happojen (rikki, kloorivety) ja emästen liuokset eivät vaikuta elohopeaan, mutta se liukenee väkeviin happoihin (rikki, kloorivety, typpi). Sinkki, nikkeli, hopea, kupari, lyijy, tina, kulta liukenevat elohopeaan.

Elohopean tiheys on 13,55 g / cm3, siirtymälämpötila nesteestä kiinteään tilaan -39 ° C, ominaisvastus on 0,94 - 0,95 ohm * sq.mm / m, resistanssin lämpötilakerroin on 0 ,000990 1 / ° C ... Nämä ominaisuudet mahdollistavat elohopean käytön nestettä johtavina koskettimina erikoiskytkimissä ja releissä sekä elohopeatasasuuntaajissa. On tärkeää muistaa, että elohopea on erittäin myrkyllistä.