مواد عالية المقاومة وسبائك مقاومة عالية

لإنشاء المقاومات المتغيرة ، وتصنيع المقاومات الدقيقة ، وتصنيع الأفران الكهربائية وأجهزة التسخين الكهربائية المختلفة ، وموصلات المواد ذات المقاومة العالية والمنخفضة معامل درجة حرارة المقاومة.

يفضل أن تتمتع هذه المواد التي تكون على شكل شرائط وأسلاك بمقاومة تتراوح من 0.42 إلى 0.52 أوم * مم مربع / م ، وتشمل هذه المواد السبائك القائمة على النيكل والنحاس والمنغنيز وبعض المعادن الأخرى. يستحق الزئبق اهتمامًا خاصًا ، نظرًا لأن الزئبق في شكله النقي له مقاومة تبلغ 0.94 أوم * مم مربع / م.

يتم تحديد الخصائص المميزة المطلوبة للسبائك على أساس فردي من خلال الغرض المحدد لجهاز معين حيث سيتم استخدام تلك السبيكة.

على سبيل المثال ، يتطلب إنشاء مقاومات دقيقة سبائك ذات طاقة حرارية منخفضة ناتجة عن ملامسة السبائك للنحاس. يجب أن تظل المقاومة ثابتة أيضًا بمرور الوقت.في الأفران والسخانات الكهربائية ، تكون أكسدة السبيكة غير مقبولة حتى في درجات حرارة تتراوح من 800 إلى 1100 درجة مئوية ، أي أن السبائك المقاومة للحرارة مطلوبة هنا.

تشترك كل هذه المواد في شيء واحد - إنها جميعًا سبائك عالية المقاومة ، وهذا هو سبب تسمية هذه السبائك بسبائك المقاومة الكهربائية العالية. المواد ذات المقاومة الكهربائية العالية في هذا السياق هي حلول للمعادن ولها بنية فوضوية ، وهذا هو السبب في أنها تفي بالمتطلبات الخاصة بها.

المنجانين

يتم استخدام المنغنيز تقليديًا لمقاومة الدقة. يتكون المنغنيز من النيكل والنحاس والمنغنيز. النحاس في التركيب - من 84 إلى 86٪ ، المنغنيز - من 11 إلى 13٪ ، النيكل - من 2 إلى 3٪. يحتوي المنجنيز الأكثر شيوعًا اليوم على 86٪ نحاس و 12٪ منجنيز و 2٪ نيكل.

لتحقيق الاستقرار في المنجانين ، يضاف إليها القليل من الحديد والفضة والألمنيوم: الألومنيوم - من 0.2 إلى 0.5٪ ، والحديد - من 0.2 إلى 0.5٪ ، والفضة - 0.1٪. المنجنيز له لون برتقالي فاتح مميز ، ومتوسط ​​كثافته 8.4 جم / سم 3 ، ونقطة انصهاره 960 درجة مئوية.

سلك المنغنيز بقطر 0.02 إلى 6 مم (أو شريط بسمك 0.09 مم) إما صلب أو لين. السلك اللين الملدن له قوة شد من 45 إلى 50 كجم / مم 2 ، الاستطالة من 10 إلى 20٪ ، المقاومة من 0.42 إلى 0.52 أوم * مم / م.

خصائص السلك الصلب: مقاومة الشد من 50 إلى 60 كجم / متر مربع ، الاستطالة - من 5 إلى 9٪ ، المقاومة - 0.43 - 0.53 أوم * مم مربع / م. يختلف معامل درجة الحرارة لأسلاك أو أشرطة المنجانين من 3 * 10-5 إلى 5 * 10-5 1 / درجة مئوية ، وللاستقرار - حتى 1.5 * 10-5 1 / درجة مئوية.

تظهر هذه الخصائص أن الاعتماد على درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية للمانجانين ضئيل للغاية ، وهذا عامل لصالح ثبات المقاومة ، وهو أمر مهم جدًا لأجهزة القياس الكهربائية الدقيقة. يعد انخفاض emf الحراري ميزة أخرى للمنغانين ، وعند ملامسته للعناصر النحاسية لن يتجاوز 0.000001 فولت لكل درجة.

من أجل تثبيت الخصائص الكهربائية لسلك المنجانين ، يتم تسخينه تحت التفريغ إلى 400 درجة مئوية والاحتفاظ به عند درجة الحرارة هذه لمدة ساعة إلى ساعتين. ثم يتم الاحتفاظ بالسلك في درجة حرارة الغرفة لفترة طويلة لتحقيق التوحيد المقبول لـ السبيكة والحصول على خصائص مستقرة.

في ظل ظروف التشغيل العادية ، يمكن استخدام مثل هذا السلك في درجات حرارة تصل إلى 200 درجة مئوية - للمنغانين المستقر وما يصل إلى 60 درجة مئوية - للمنغانين غير المستقر ، لأن المنجانين غير المستقر ، عند تسخينه من 60 درجة مئوية وما فوق ، سيخضع لتغييرات لا رجعة فيها .. مما سيؤثر على خصائصه ... لذلك من الأفضل عدم تسخين المنجانين غير المستقر حتى 60 درجة مئوية ، ويجب اعتبار درجة الحرارة هذه الحد الأقصى المسموح به.

اليوم ، تنتج الصناعة كلاً من أسلاك وأسلاك المنغنيز العارية في عزل المينا بقوة عالية - لتصنيع اللفائف وعزل الحرير وعزل المايلار ثنائي الطبقات.

قسنطينة

قسطنطين ، على عكس المنجانين ، يحتوي على المزيد من النيكل - من 39 إلى 41٪ ، ونحاس أقل - 60-65٪ ، وأقل بكثير من المنجنيز - 1-2٪ - وهو أيضًا سبيكة من النحاس والنيكل. يقترب معامل درجة حرارة مقاومة ثابتان من الصفر - هذه هي الميزة الرئيسية لهذه السبيكة.

يتميز قسطنطين باللون الأبيض الفضي المميز ، ونقطة الانصهار 1270 درجة مئوية ، والكثافة في المتوسط ​​حوالي 8.9 جم / سم 3.تنتج الصناعة سلكًا ثابتًا يبلغ قطره من 0.02 إلى 5 مم.

يمتلك السلك الناعم الملدن قوة شد 45-65 كجم / متر مربع ، ومقاومته من 0.46 إلى 0.48 أوم * ملم / متر مربع لسلك ثابت: قوة الشد - من 65 إلى 70 كجم / متر مربع مم ، المقاومة - من 0.48 إلى 0.52 أوم * متر مربع.مم / م.الكهرباء الحرارية للكونستانتان المتصل بالنحاس هي 0.000039 فولت لكل درجة ، مما يحد من استخدام Constantan في تصنيع المقاومات الدقيقة وأدوات القياس الكهربائية.

بشكل ملحوظ ، مقارنةً بالمانجانين ، يسمح EMF الحراري باستخدام سلك ثابت في مزدوجات حرارية (مقترنة بالنحاس) لقياس درجات حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية. سيبدأ Constantan في التأكسد عند 500 درجة مئوية فقط.

تنتج الصناعة كلاً من سلك ثابت بدون عزل وسلك لف مع عزل مينا عالي القوة ، وسلك من طبقتين من عازل الحرير وسلك في عازل مدمج - طبقة واحدة من المينا وطبقة واحدة من الحرير أو لافسان.

في المتغيرات المتغيرة ، حيث لا يتجاوز الجهد بين المنعطفات المجاورة بضعة فولتات ، يتم استخدام الخاصية التالية للسلك الدائم: إذا تم تسخين السلك إلى 900 درجة مئوية لبضع ثوان ثم تبريده بالهواء ، فسيتم تغطية السلك بغشاء أكسيد رمادي غامق. هذا الفيلم يمكن أن يكون بمثابة نوع من العزل ، لأنه يحتوي على خصائص عازلة للكهرباء.

سبائك مقاومة للحرارة

في السخانات الكهربائية وأفران المقاومة ، يجب أن تكون عناصر التسخين على شكل شرائط وأسلاك قادرة على العمل لفترات طويلة في درجات حرارة تصل إلى 1200 درجة مئوية.لا النحاس ولا الألمنيوم ولا الكستانتان ولا المنجانين مناسبين لذلك ، لأنه من 300 درجة مئوية تبدأ بالفعل في التأكسد بقوة ، ثم تتبخر أغشية الأكسيد وتستمر الأكسدة. هناك حاجة إلى أسلاك مقاومة للحرارة هنا.

أسلاك مقاومة للحرارة ذات مقاومة عالية ، كما أنها مقاومة للأكسدة عند تسخينها ومعامل مقاومة درجات الحرارة المنخفضة. هذا فقط عن نيتشروم و ferronichromes - سبائك ثنائية من النيكل والكروم وسبائك ثلاثية من النيكل والكروم والحديد.

هناك أيضًا سبائك fechral وسبائك الكروم الثلاثية من الحديد والألمنيوم والكروم - وهي تختلف ، اعتمادًا على النسبة المئوية للمكونات المضمنة في السبائك ، في المعلمات الكهربائية ومقاومة الحرارة. كل هذه حلول صلبة للمعادن ذات بنية فوضوية.

يؤدي تسخين هذه السبائك المقاومة للحرارة إلى تكوين طبقة واقية سميكة من الكروم وأكاسيد النيكل على سطحها ، مقاومة لدرجات حرارة عالية تصل إلى 1100 درجة مئوية ، مما يحمي هذه السبائك بشكل موثوق من تفاعل إضافي مع الأكسجين الجوي. لذلك يمكن أن تعمل الأشرطة والأسلاك المصنوعة من السبائك المقاومة للحرارة لفترة طويلة في درجات حرارة عالية ، حتى في الهواء.

بالإضافة إلى المكونات الرئيسية ، تشمل السبائك: الكربون - من 0.06 إلى 0.15٪ ، السيليكون - من 0.5 إلى 1.2٪ ، المنغنيز - من 0.7 إلى 1.5٪ ، الفوسفور - 0.35٪ ، الكبريت - 0.03٪.

في هذه الحالة ، يعتبر الفسفور والكبريت والكربون شوائب ضارة تزيد من هشاشة العظام ، لذلك يُطلب دائمًا تقليل محتواها أو التخلص منه تمامًا. يساهم المنغنيز والسيليكون في إزالة الأكسدة وإزالة الأكسجين. يساعد النيكل والكروم والألمنيوم ، وخاصة الكروم ، على توفير مقاومة لدرجات حرارة تصل إلى 1200 درجة مئوية.

تعمل مكونات السبيكة على زيادة المقاومة وتقليل معامل درجة الحرارة للمقاومة ، وهو بالضبط ما هو مطلوب من هذه السبائك. إذا كان الكروم أكثر من 30٪ ، فإن السبيكة سوف تكون هشة وصلبة. للحصول على سلك رفيع ، على سبيل المثال ، بقطر 20 ميكرون ، لا يحتاج تكوين السبيكة إلى أكثر من 20٪ من الكروم.

يتم استيفاء هذه المتطلبات من خلال سبائك العلامات التجارية Х20Н80 و 15Н60. السبائك المتبقية مناسبة لإنتاج شرائط بسمك 0.2 مم وأسلاك بقطر 0.2 مم.

سبائك من نوع Fechral - X13104 ، تحتوي على الحديد ، مما يجعلها أرخص ثمناً ، ولكن بعد عدة دورات تسخين تصبح هشة ، لذلك أثناء الصيانة من غير المقبول تشويه اللوالب الكرومية والفكرالية في حالة التبريد ، على سبيل المثال ، إذا تحدثنا حول دوامة تعمل لفترة طويلة في جهاز التسخين. للإصلاح ، فقط اللولب المسخن إلى 300-400 درجة مئوية يجب أن يكون ملتويًا أو مقسمًا. بشكل عام ، يمكن أن يعمل fechral في درجات حرارة تصل إلى 850 درجة مئوية ، والكرومال - حتى 1200 درجة مئوية.

تم تصميم عناصر التسخين من نيتشروم ، بدورها ، للتشغيل المستمر في درجات حرارة تصل إلى 1100 درجة مئوية في أوضاع ثابتة وديناميكية قليلاً ، بينما لن تفقد القوة أو اللدونة. ولكن إذا كان الوضع ديناميكيًا بشكل حاد ، أي أن درجة الحرارة ستتغير بشكل كبير عدة مرات ، مع التبديل المتكرر للتيار وإيقافه من خلال الملف ، ستتكسر أغشية الأكسيد الواقية ، وسيخترق الأكسجين النيتشروم ، وسيبدأ العنصر في النهاية يتأكسد ويدمر.

تنتج الصناعة كلاً من الأسلاك العارية المصنوعة من السبائك المقاومة للحرارة والأسلاك المعزولة بورنيش المينا والسيليكون المصمم لإنتاج الملفات.

الزئبق

يستحق الزئبق إشارة خاصة لأنه المعدن الوحيد الذي يبقى سائلاً في درجة حرارة الغرفة. درجة حرارة أكسدة الزئبق هي 356.9 درجة مئوية ، والزئبق يكاد لا يتفاعل مع غازات الهواء. محاليل الأحماض (الكبريتيك ، الهيدروكلوريك) والقلويات لا تؤثر على الزئبق ، لكنها قابلة للذوبان في الأحماض المركزة (الكبريتيك ، الهيدروكلوريك ، النيتريك). الزنك والنيكل والفضة والنحاس والرصاص والقصدير والذهب يذوب في الزئبق.

كثافة الزئبق 13.55 جم / سم 3 ، ودرجة حرارة الانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة هي -39 درجة مئوية ، والمقاومة المحددة من 0.94 إلى 0.95 أوم * مم مربع / م ، معامل درجة الحرارة للمقاومة هو 0 ، 000990 1 / درجة مئوية ... تتيح هذه الخصائص إمكانية استخدام الزئبق كملامسات موصلة للسائل للمفاتيح والمرحلات ذات الأغراض الخاصة ، وكذلك في مقومات الزئبق. من المهم أن تتذكر أن الزئبق شديد السمية.