Проводниковые резистивные материалы

Проводниковые резистивные материалы разделяют на сплавы для проволочных резисторов (манганин, константан) и для элект­ронагревательных элементов (нихром, фехраль, хромаль).

К проволочным резистивным материалам предъявля­ются следующие требования:

удельное электрическое сопротивление ρ при нормальной тем­пературе не менее 0,3 мкОм·м и высокая стабильность его значе­ния во времени;

малый температурный коэффициент термоЭДС в паре сплава с медью;

малый температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ;

технологичность.

В отличие от материалов с высокой проводимостью (чистых металлов) резистивные материалы представляют собой в основном сплавы с заметно деформированной кристаллической решеткой, что характерно для твердых растворов металлов.

Манганин - сравнительно пластичный сплав, получивший свое название из-за содержания в нем марганца. Его примерный состав: медь Cu - 85% (большое содержание меди придает сплаву желтоватый цвет), марганец Mn - 12%, никель Ni - 3%. Основные свойства манганина приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Основные свойства проводниковых сплавов с высоким сопротивлением.

Параметр	Манганин	Константан	Нихром
Плотность D, кг/м			8200…8300
Удельное электрическое сопротивление ρ, мкОм·м	0,42…0,48	0,48…0,52	1,1…1,2
Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ, К	(6…50)·10	-(5...25)· ·10	(100…200)· ·10
Коэффициент термоЭДС в паре с медью, мкВ/К	1…2	45…55	_
Предел прочности при растяжении , МПа	450…600	_	650…700
Относительное удлинение при разрыве ∆ℓ/ℓ, %	15…30	20…40	25…30
Рабочая температура Т , °С

После прокатки и волочения из манганина можно получить проволоку диаметром до 0,02 мм.

Константан представляет собой твердый раствор никеля и меди, получивший свое название за высокое постоянство коэффициента удельного электрического сопротивления ρ (константа) при изме­нении температуры. Слитки подвергают прокатке и волочению и протягивают в проволоку ди­аметром до 0,02 мм. Ориентировочный состав константана: медь Cu - 58,5%, никель Ni - 40%, марганец Mn - 1,5%.

Основные свойства константана см. в табл. 3.1.

При нагревании до высоких температур (примерно 900 °С) констан­тан окисляется с образованием оксидной изолирующей пленки. Это позволяет применять константан для изготовления реостатов, ре­зисторов и электронагревательных элементов без специальной меж-витковой изоляции.

Широкому применению константана препятствует его повышен­ная стоимость из-за большого содержания в нем дефицитного никеля.

К сплавам для электронагревательных элементов предъявляются следующие требования: высокий коэффициент удельного электрического сопротивления ρ, малый температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ, дли­тельная работа на воздухе при высоких температурах (иногда до 1000°С и даже выше), технологичность, невысокая стоимость и до­ступность компонентов.

Нихромы представляют собой твердые растворы никель-хром (Ni - Cr) или тройные сплавы никель-хром-железо (Ni - Cr - Fe).

Железо вводится в сплав для обеспечения лучшей обрабатывае­мости и снижения стоимости. Растрескивание оксидных пленок происходит при резких сменах температуры. В результате кислород воздуха проникает в образо­вавшиеся трещины и продолжает процесс окисления. Поэтому при многократном кратковременном включении электронагревательно­го элемента из нихрома он перегорает значительно быстрее, чем в случае непрерывной работы при той же температуре. Для увеличе­ния срока службы трубчатых нагревательных элементов нихромовую проволоку помещают в трубки из стойкого к окислению ме­талла и заполняют их диэлектрическим порошком с высокой теп­лопроводностью (магнезий Mg). Такие нагревательные элементы применяют, например, в электрических кипятильниках, которые могут работать длительное время.

Нихромовая проволока применяется для изготовления проволоч­ных резисторов, потенциометров, паяльников, электропечей и пле­ночных резисторов интегральных схем.

Как и константаны, нихромы содержат большое количество до­рогого дефицитного никеля.

Хромоалюминиевые сплавые сплавы фехраль и хромаль намно­го дешевле нихромов, так как хром и алюминий сравнительно де­шевле и менее дефицитны. Однако они менее технологичны, более твердые и хрупкие. Из них получают проволоку большего диамет­ра и ленты с большим поперечным сечением, поэтому их использу­ют в электронагревательных устройствах большей мощности и про­мышленных электрических печах.