วัสดุที่มีความต้านทานสูง, โลหะผสมที่มีความทนทานสูง

สำหรับการสร้างรีโอสแตท, การผลิตตัวต้านทานที่มีความแม่นยำ, การผลิตเตาไฟฟ้าและอุปกรณ์ทำความร้อนไฟฟ้าต่างๆ, ตัวนำของวัสดุที่มีความต้านทานสูงและต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน.

วัสดุเหล่านี้ในรูปแบบของริบบิ้นและเส้นลวดควรมีความต้านทาน 0.42 ถึง 0.52 โอห์ม * ตร.มม. / ม. วัสดุเหล่านี้รวมถึงโลหะผสมที่ทำจากนิกเกิล ทองแดง แมงกานีส และโลหะอื่นๆ บางชนิด ปรอทสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากปรอทในรูปบริสุทธิ์มีความต้านทาน 0.94 โอห์ม * ตร.มม. / ม.

คุณสมบัติเฉพาะที่ต้องการของโลหะผสมแต่ละชนิดจะพิจารณาจากวัตถุประสงค์เฉพาะของอุปกรณ์เฉพาะที่จะใช้โลหะผสมนั้น

ตัวอย่างเช่น การสร้างตัวต้านทานที่แม่นยำต้องใช้โลหะผสมที่มีเทอร์โมอิเล็กทริกต่ำที่เกิดจากการสัมผัสของโลหะผสมกับทองแดง แนวต้านควรคงที่เมื่อเวลาผ่านไปในเตาเผาและเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า การเกิดออกซิเดชันของโลหะผสมเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้แม้ที่อุณหภูมิ 800 ถึง 1100 ° C นั่นคือจำเป็นต้องใช้โลหะผสมที่ทนความร้อน

วัสดุทั้งหมดนี้มีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกัน นั่นคือโลหะผสมที่มีความต้านทานไฟฟ้าสูงทั้งหมด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมโลหะผสมเหล่านี้จึงถูกเรียกว่าโลหะผสมที่มีความต้านทานไฟฟ้าสูง วัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าสูงในบริบทนี้เป็นโซลูชันของโลหะและมีโครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงเป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับตัวเอง

แมงกานิน

แมงกานีสมักใช้เพื่อการต้านทานที่แม่นยำ แมงกานีสประกอบด้วยนิกเกิล ทองแดง และแมงกานีส ทองแดงในองค์ประกอบ - จาก 84 ถึง 86%, แมงกานีส - จาก 11 ถึง 13%, นิกเกิล - จาก 2 ถึง 3% แมงกานีสที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบันประกอบด้วยทองแดง 86% แมงกานีส 12% และนิกเกิล 2%

เพื่อทำให้แมงกานีสเสถียร จะมีการเติมเหล็ก เงิน และอะลูมิเนียมลงไปเล็กน้อย: อะลูมิเนียม — จาก 0.2 ถึง 0.5%, เหล็ก — จาก 0.2 ถึง 0.5%, เงิน — 0.1% แมงกานีสมีลักษณะเป็นสีส้มอ่อน ความหนาแน่นเฉลี่ย 8.4 g / cm3 และจุดหลอมเหลวคือ 960 ° C

ลวดแมงกานีสที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.02 ถึง 6 มม. (หรือแถบหนา 0.09 มม.) จะแข็งหรืออ่อนก็ได้ ลวดอ่อนอบอ่อนมีความต้านทานแรงดึง 45 ถึง 50 กก. / ตร.มม. การยืดตัวอยู่ที่ 10 ถึง 20% ความต้านทานอยู่ที่ 0.42 ถึง 0.52 โอห์ม * มม. / ม.

ลักษณะของเส้นลวดแข็ง: ความต้านทานแรงดึงตั้งแต่ 50 ถึง 60 กก. / ตร.มม. การยืดตัว - จาก 5 ถึง 9% ความต้านทาน - 0.43 - 0.53 โอห์ม * ตร.มม. / ม. ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของลวดหรือเทปแมงกานีสแตกต่างกันไปตั้งแต่ 3 * 10-5 ถึง 5 * 10-5 1 / ° C และสำหรับความเสถียร - สูงถึง 1.5 * 10-5 1 / ° C

คุณลักษณะเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการพึ่งพาอุณหภูมิของความต้านทานไฟฟ้าของแมงกานีสนั้นไม่มีนัยสำคัญอย่างยิ่ง และนี่คือปัจจัยที่สนับสนุนความคงที่ของความต้านทาน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับอุปกรณ์การวัดทางไฟฟ้าที่มีความแม่นยำ เทอร์โม-emf ต่ำเป็นข้อได้เปรียบอีกประการหนึ่งของแมงกานีส และเมื่อสัมผัสกับธาตุทองแดง ค่าความร้อนจะไม่เกิน 0.000001 โวลต์ต่อองศา

เพื่อทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของลวดแมงกานีสคงที่นั้นลวดจะถูกทำให้ร้อนภายใต้สุญญากาศถึง 400 ° C และเก็บไว้ที่อุณหภูมินี้เป็นเวลา 1 ถึง 2 ชั่วโมง จากนั้นลวดจะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลานานเพื่อให้ได้ความสม่ำเสมอที่ยอมรับได้ของ โลหะผสมและได้คุณสมบัติที่เสถียร

ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ลวดดังกล่าวสามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 200°C สำหรับแมงกานีสที่เสถียร และสูงถึง 60°C สำหรับแมงกานินที่ไม่เสถียร เนื่องจากแมงกานินที่ไม่เสถียรเมื่อได้รับความร้อนตั้งแต่ 60°C ขึ้นไป จะเกิดการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ . ซึ่งจะส่งผลต่อคุณสมบัติของมัน ... ดังนั้นจึงเป็นการดีกว่าที่จะไม่ให้ความร้อนแมงกานีสที่ไม่เสถียรสูงถึง 60 ° C และควรพิจารณาอุณหภูมินี้ว่าเป็นค่าสูงสุดที่อนุญาต

ปัจจุบัน อุตสาหกรรมนี้ผลิตทั้งลวดแมงกานีสเปล่าและลวดในฉนวนอีนาเมลที่มีความแข็งแรงสูง สำหรับการผลิตขดลวด ฉนวนใยไหม และฉนวนไมลาร์สองชั้น

คอนสแตนตัน

Constantan ซึ่งแตกต่างจากแมงกานีสคือมีนิกเกิลมากกว่า - จาก 39 เป็น 41%, ทองแดงน้อยกว่า - 60-65%, แมงกานีสน้อยกว่ามาก - 1-2% - นอกจากนี้ยังเป็นโลหะผสมทองแดงกับนิกเกิล ค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานอุณหภูมิของค่าคอนสแตนแทนเข้าใกล้ศูนย์ — นี่คือข้อได้เปรียบหลักของโลหะผสมนี้

Constantan มีลักษณะเป็นสีเงินขาวจุดหลอมเหลว 1270 ° C ความหนาแน่นโดยเฉลี่ยประมาณ 8.9 g / cm3อุตสาหกรรมนี้ผลิตลวดคอนสแตนแทนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.02 ถึง 5 มม.

ลวดคอนสแตนแทนแบบอ่อนอบอ่อนมีความต้านทานแรงดึง 45 — 65 กก. / ตร.มม. ความต้านทานอยู่ที่ 0.46 ถึง 0.48 โอห์ม * ตร.มม. / ม. สำหรับลวดคอนสแตนแทนแบบแข็ง: ความต้านทานแรงดึง — จาก 65 ถึง 70 กก. / ตร.ม. มม. ความต้านทาน — ตั้งแต่ 0.48 ถึง 0.52 โอห์ม * ตร.มม. / ม. เทอร์โมอิเล็กทริกของคอนสแตนแทนต่อทองแดงคือ 0.000039 โวลต์ต่อองศา ซึ่งจำกัดการใช้คอนสแตนแทนในการผลิตตัวต้านทานความแม่นยำและเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า

เมื่อเทียบกับแมงกานินอย่างมีนัยสำคัญ เทอร์โม-EMF อนุญาตให้ใช้ลวดคอนสแตนแทนในเทอร์โมคัปเปิล (จับคู่กับทองแดง) เพื่อวัดอุณหภูมิได้สูงถึง 300 ° C ที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 ° C ทองแดงจะเริ่มออกซิไดซ์ ในขณะที่ควรสังเกตว่า ค่าคงที่จะเริ่มออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิ 500 °C เท่านั้น

อุตสาหกรรมนี้ผลิตทั้งลวดคอนสแตนตันที่ไม่มีฉนวนและลวดม้วนที่มีฉนวนเคลือบความแข็งแรงสูง ลวดในฉนวนไหมสองชั้น และลวดในฉนวนผสม - อีนาเมลหนึ่งชั้นและไหมหรือลาฟซันหนึ่งชั้น

ในรีโอสแตทที่แรงดันไฟฟ้าระหว่างรอบที่อยู่ติดกันไม่เกินสองสามโวลต์ จะใช้คุณสมบัติของลวดถาวรต่อไปนี้: ถ้าลวดถูกทำให้ร้อนถึง 900 ° C เป็นเวลาสองสามวินาทีแล้วทำให้เย็นลงในอากาศ ลวดจะถูกหุ้ม ด้วยฟิล์มออกไซด์สีเทาเข้มฟิล์มนี้สามารถใช้เป็นฉนวนได้เนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นฉนวน

โลหะผสมทนความร้อน

ในเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าและเตาเผาความต้านทาน องค์ประกอบความร้อนในรูปของริบบิ้นและสายไฟจะต้องสามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงถึง 1200 °Cทองแดงหรืออลูมิเนียมหรือคอนสแตนแทนหรือแมงกานีสไม่เหมาะสำหรับสิ่งนี้เนื่องจากที่อุณหภูมิ 300 ° C พวกมันเริ่มออกซิไดซ์อย่างรุนแรงแล้วฟิล์มออกไซด์จะระเหยและออกซิเดชั่นจะดำเนินต่อไป ที่นี่จำเป็นต้องใช้สายไฟทนความร้อน

สายไฟทนความร้อนที่มีความต้านทานสูง ทนต่อการเกิดออกซิเดชันเมื่อได้รับความร้อนและมีค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานอุณหภูมิต่ำ นี่เป็นเพียงเกี่ยวกับ นิโครม และเฟอโรนิโครม—โลหะผสมแบบไบนารีของนิกเกิลและโครเมียมและโลหะผสมแบบไตรภาคของนิกเกิล โครเมียม และเหล็ก

นอกจากนี้ยังมีโลหะผสมเฟชรัลและโครเมียมสามเท่าของเหล็ก อะลูมิเนียม และโครเมียม ซึ่งขึ้นอยู่กับเปอร์เซ็นต์ของส่วนประกอบที่รวมอยู่ในโลหะผสม พารามิเตอร์ทางไฟฟ้าและความต้านทานความร้อนจะแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับเปอร์เซ็นต์ของส่วนประกอบที่รวมอยู่ในโลหะผสม ทั้งหมดนี้เป็นโซลูชันที่เป็นของแข็งของโลหะที่มีโครงสร้างไม่เป็นระเบียบ

การให้ความร้อนกับโลหะผสมที่ทนความร้อนเหล่านี้นำไปสู่การก่อตัวบนพื้นผิวของฟิล์มป้องกันหนาของโครเมียมและนิกเกิลออกไซด์ ทนทานต่ออุณหภูมิสูงถึง 1,100 ° C ปกป้องโลหะผสมเหล่านี้จากปฏิกิริยาเพิ่มเติมกับออกซิเจนในบรรยากาศได้อย่างน่าเชื่อถือ ดังนั้นเทปและสายไฟของโลหะผสมทนความร้อนจึงสามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูง แม้แต่ในอากาศ

นอกจากส่วนประกอบหลักแล้ว โลหะผสมยังรวมถึง: คาร์บอน — ตั้งแต่ 0.06 ถึง 0.15%, ซิลิกอน — ตั้งแต่ 0.5 ถึง 1.2%, แมงกานีส — จาก 0.7 ถึง 1.5%, ฟอสฟอรัส — 0.35 %, กำมะถัน — 0.03%

ในกรณีนี้ ฟอสฟอรัส กำมะถัน และคาร์บอนเป็นสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายซึ่งเพิ่มความเปราะบาง ดังนั้นเนื้อหาของฟอสฟอรัสจึงถูกพยายามให้น้อยที่สุดหรือดีกว่าที่จะกำจัดให้หมด แมงกานีสและซิลิกอนมีส่วนในการขจัดออกซิเดชั่น กำจัดออกซิเจน นิกเกิล โครเมียม และอะลูมิเนียม โดยเฉพาะโครเมียม ช่วยให้ทนทานต่ออุณหภูมิที่สูงถึง 1200°C

ส่วนประกอบของโลหะผสมทำหน้าที่เพิ่มความต้านทานและลดค่าสัมประสิทธิ์ของความต้านทานต่ออุณหภูมิ ซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่งจากโลหะผสมเหล่านี้ หากโครเมียมมีมากกว่า 30% โลหะผสมจะเปราะและแข็ง เพื่อให้ได้ลวดเส้นเล็ก เช่น เส้นผ่านศูนย์กลาง 20 ไมครอน ไม่จำเป็นต้องใช้โครเมียมมากกว่า 20% ในส่วนประกอบของโลหะผสม

ข้อกำหนดเหล่านี้เป็นไปตามข้อกำหนดของโลหะผสมของแบรนด์ Х20Н80 และ Х15Н60 โลหะผสมที่เหลือเหมาะสำหรับการผลิตแถบที่มีความหนา 0.2 มม. และเส้นลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2 มม.

โลหะผสมประเภทเฟชรัล — X13104 มีธาตุเหล็กซึ่งทำให้มีราคาถูกลง แต่หลังจากผ่านความร้อนหลายรอบ พวกมันจะกลายเป็นเปราะ ดังนั้นในระหว่างการบำรุงรักษา เกลียวโครมอลและเฟชรัลในสภาวะเย็นจึงเป็นที่ยอมรับไม่ได้ เช่น ถ้าเราพูด เกี่ยวกับเกลียวที่ทำงานเป็นเวลานานในอุปกรณ์ทำความร้อน สำหรับการซ่อมแซม ควรบิดหรือต่อเกลียวที่มีความร้อนถึง 300-400 ° C เท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว fechral สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 850 °C และ chromal - สูงถึง 1200 °C

ในทางกลับกัน องค์ประกอบความร้อน Nichrome ได้รับการออกแบบสำหรับการทำงานต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูงถึง 1,100 ° C ในโหมดนิ่งและไดนามิกเล็กน้อย ในขณะที่จะไม่สูญเสียความแข็งแรงหรือความเป็นพลาสติก แต่ถ้าโหมดเป็นไดนามิกอย่างรวดเร็ว นั่นคือ อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากหลายครั้ง ด้วยการเปิดและปิดกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดบ่อยครั้ง ฟิล์มออกไซด์ที่ป้องกันจะแตก ออกซิเจนจะแทรกซึมเข้าไปในนิโครม และองค์ประกอบจะแตกในที่สุด ออกซิไดซ์และทำลาย

อุตสาหกรรมนี้ผลิตทั้งสายไฟเปลือยที่ทำจากโลหะผสมทนความร้อน และสายไฟที่หุ้มฉนวนด้วยอีนาเมลและสารเคลือบเงาซิลิกอน ซึ่งมีไว้สำหรับการผลิตขดลวด

ปรอท

ปรอทสมควรได้รับการกล่าวถึงเป็นพิเศษเพราะเป็นโลหะชนิดเดียวที่ยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง อุณหภูมิออกซิเดชันของปรอทอยู่ที่ 356.9 ° C ปรอทแทบไม่มีปฏิกิริยากับก๊าซในอากาศ สารละลายของกรด (กำมะถัน ไฮโดรคลอริก) และด่างไม่ส่งผลต่อปรอท แต่ละลายได้ในกรดเข้มข้น (ซัลฟิวริก ไฮโดรคลอริก ไนตริก) สังกะสี นิกเกิล เงิน ทองแดง ตะกั่ว ดีบุก ทองละลายในปรอท

ความหนาแน่นของปรอทคือ 13.55 g / cm3 อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของแข็งคือ -39 ° C ความต้านทานเฉพาะคือ 0.94 ถึง 0.95 ohm * sq.mm / m ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานคือ 0 ,000990 1 / ° C ... คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้สามารถใช้ปรอทเป็นหน้าสัมผัสนำไฟฟ้าที่เป็นของเหลวสำหรับสวิตช์และรีเลย์วัตถุประสงค์พิเศษ เช่นเดียวกับในวงจรเรียงกระแสแบบปรอท สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าสารปรอทเป็นพิษอย่างยิ่ง