Υλικά υψηλής αντοχής, κράματα υψηλής αντοχής
Για τη δημιουργία ρεοστατών, την κατασκευή αντιστάσεων ακριβείας, την κατασκευή ηλεκτρικών φούρνων και διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών θέρμανσης, αγωγών υλικών με υψηλή αντίσταση και χαμηλή συντελεστής αντίστασης θερμοκρασίας.
Αυτά τα υλικά με τη μορφή κορδέλες και σύρματα θα πρέπει κατά προτίμηση να έχουν αντίσταση από 0,42 έως 0,52 ohms * sq.mm / m. Αυτά τα υλικά περιλαμβάνουν κράματα με βάση το νικέλιο, το χαλκό, το μαγγάνιο και ορισμένα άλλα μέταλλα. Ο υδράργυρος αξίζει ιδιαίτερης προσοχής, καθώς ο υδράργυρος στην καθαρή του μορφή έχει αντίσταση 0,94 ohm * sq.mm / m.
Οι χαρακτηριστικές ιδιότητες που απαιτούνται για τα κράματα σε μεμονωμένη βάση καθορίζονται από τον ειδικό σκοπό μιας συγκεκριμένης συσκευής στην οποία θα χρησιμοποιηθεί αυτό το κράμα.
Για παράδειγμα, η δημιουργία ακριβών αντιστάσεων απαιτεί κράματα με χαμηλή θερμοηλεκτρική ενέργεια που προκαλείται από την επαφή του κράματος με τον χαλκό. Η αντίσταση πρέπει επίσης να παραμένει σταθερή με την πάροδο του χρόνου.Σε κλιβάνους και ηλεκτρικούς θερμαντήρες, η οξείδωση του κράματος είναι απαράδεκτη ακόμη και σε θερμοκρασίες από 800 έως 1100 ° C, δηλαδή εδώ χρειάζονται κράματα ανθεκτικά στη θερμότητα.
Όλα αυτά τα υλικά έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό - είναι όλα κράματα υψηλής ειδικής αντίστασης, γι' αυτό και αυτά τα κράματα ονομάζονται κράματα υψηλής ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης. Τα υλικά με υψηλή ηλεκτρική αντίσταση σε αυτό το πλαίσιο είναι διαλύματα μετάλλων και έχουν χαοτική δομή, γι' αυτό και πληρούν τις απαιτήσεις για τον εαυτό τους.
Μαγγανίνη
Οι μαγγανίνες χρησιμοποιούνται παραδοσιακά για αντοχή ακριβείας. Οι μαγγανίνες αποτελούνται από νικέλιο, χαλκό και μαγγάνιο. Χαλκός στη σύνθεση — από 84 έως 86%, μαγγάνιο — από 11 έως 13%, νικέλιο — από 2 έως 3%. Η πιο δημοφιλής από τις μαγγανίνες σήμερα περιέχει 86% χαλκό, 12% μαγγάνιο και 2% νικέλιο.
Για τη σταθεροποίηση των μαγγανινών, προστίθενται λίγο σίδηρος, ασήμι και αλουμίνιο: αλουμίνιο — από 0,2 έως 0,5%, σίδηρος — από 0,2 έως 0,5%, ασήμι — 0,1%. Οι μαγγανίνες έχουν ένα χαρακτηριστικό ανοιχτό πορτοκαλί χρώμα, η μέση πυκνότητά τους είναι 8,4 g / cm3 και το σημείο τήξης τους είναι 960 ° C.
Το σύρμα μαγγανίου με διάμετρο 0,02 έως 6 mm (ή λωρίδα πάχους 0,09 mm) είναι είτε σκληρό είτε μαλακό. Το ανοπτημένο μαλακό σύρμα έχει αντοχή εφελκυσμού 45 έως 50 kg / mm2, η επιμήκυνση είναι από 10 έως 20%, η αντίσταση είναι από 0,42 έως 0,52 ohm * mm / m.
Χαρακτηριστικά του συμπαγούς σύρματος: αντοχή σε εφελκυσμό από 50 έως 60 kg / sq.mm, επιμήκυνση - από 5 έως 9%, αντίσταση - 0,43 - 0,53 ohm * sq.mm / m. Ο συντελεστής θερμοκρασίας των συρμάτων ή ταινιών μαγγανίνης ποικίλλει από 3 * 10-5 έως 5 * 10-5 1 / ° С, και για σταθεροποιημένο - έως 1,5 * 10-5 1 / ° С.
Αυτά τα χαρακτηριστικά δείχνουν ότι η εξάρτηση από τη θερμοκρασία της ηλεκτρικής αντίστασης της μαγγανίνης είναι εξαιρετικά ασήμαντη και αυτό είναι ένας παράγοντας υπέρ της σταθερότητας της αντίστασης, η οποία είναι πολύ σημαντική για ηλεκτρικές συσκευές μέτρησης ακριβείας. Το χαμηλό thermo-emf είναι άλλο ένα πλεονέκτημα της μαγγανίνης, και σε επαφή με χάλκινα στοιχεία δεν θα ξεπερνά τα 0,000001 βολτ ανά βαθμό.
Προκειμένου να σταθεροποιηθούν τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του σύρματος μαγγανίνης, θερμαίνεται υπό κενό στους 400 ° C και διατηρείται σε αυτή τη θερμοκρασία για 1 έως 2 ώρες. Στη συνέχεια το σύρμα διατηρείται σε θερμοκρασία δωματίου για μεγάλο χρονικό διάστημα για να επιτευχθεί μια αποδεκτή ομοιομορφία το κράμα και να αποκτήσουν σταθερές ιδιότητες.
Υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, ένα τέτοιο καλώδιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε θερμοκρασίες έως 200 ° C — για σταθεροποιημένη μαγγανίνη και έως 60 ° C — για μη σταθεροποιημένη μαγγανίνη, καθώς η μη σταθεροποιημένη μαγγανίνη, όταν θερμαίνεται από 60 ° C και άνω, θα υποστεί μη αναστρέψιμες αλλαγές το οποίο θα επηρεάσει τις ιδιότητές του... Επομένως, είναι προτιμότερο να μην θερμαίνεται η μη σταθεροποιημένη μαγγανίνη στους 60 ° C, και αυτή η θερμοκρασία πρέπει να θεωρείται η μέγιστη επιτρεπτή.
Σήμερα, η βιομηχανία παράγει τόσο γυμνό σύρμα μαγγανίου όσο και σύρμα σε μόνωση σμάλτου με υψηλή αντοχή - για την κατασκευή πηνίων, σε μόνωση μεταξιού και σε μόνωση mylar δύο στρώσεων.
Κωνσταντάν
Το Constantan, σε αντίθεση με το μαγγανίνη, περιέχει περισσότερο νικέλιο - από 39 έως 41%, λιγότερο χαλκό - 60-65%, σημαντικά λιγότερο μαγγάνιο - 1-2% - είναι επίσης ένα κράμα χαλκού-νικελίου. Ο συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης του κονταντάν πλησιάζει το μηδέν — αυτό είναι το κύριο πλεονέκτημα αυτού του κράματος.
Το Constantan έχει χαρακτηριστικό ασημί-λευκό χρώμα, σημείο τήξης 1270 ° C, πυκνότητα κατά μέσο όρο περίπου 8,9 g / cm3.Η βιομηχανία παράγει σύρμα κονταντάνης με διάμετρο 0,02 έως 5 mm.
Το ανοπτημένο σύρμα μαλακής κονταντάνης έχει αντοχή εφελκυσμού 45 — 65 kg / sq.mm, η αντίστασή του είναι από 0,46 έως 0,48 ohm * sq.mm / m. Για σκληρό σύρμα κονταντάνης: αντοχή εφελκυσμού — από 65 έως 70 kg / sq. mm, αντίσταση — από 0,48 έως 0,52 Ohm * sq.mm / m. Η θερμοηλεκτρική ενέργεια της κονταντάνης που συνδέεται με χαλκό είναι 0,000039 βολτ ανά βαθμό, γεγονός που περιορίζει τη χρήση της κονταντάνης στην κατασκευή αντιστάσεων ακριβείας και ηλεκτρικών οργάνων μέτρησης.
Σημαντικό, σε σύγκριση με τη μαγγανίνη, το thermo-EMF επιτρέπει τη χρήση σύρματος σταθεράς στα θερμοζεύγη (σε συνδυασμό με χαλκό) για τη μέτρηση θερμοκρασιών έως 300 ° C. Σε θερμοκρασίες πάνω από 300 ° C ο χαλκός θα αρχίσει να οξειδώνεται, ενώ πρέπει να σημειωθεί ότι Η σταθερτάνη θα αρχίσει να οξειδώνεται μόνο στους 500 °C.
Η βιομηχανία παράγει τόσο σύρμα σταθεράς χωρίς μόνωση όσο και σύρμα περιέλιξης με μόνωση σμάλτου υψηλής αντοχής, σύρμα σε μόνωση από μετάξι δύο στρώσεων και σύρμα σε συνδυασμένη μόνωση - ένα στρώμα σμάλτου και ένα στρώμα μετάξι ή λαβσάν.
Σε ρεοστάτες, όπου η τάση μεταξύ γειτονικών στροφών δεν υπερβαίνει μερικά βολτ, χρησιμοποιείται η ακόλουθη ιδιότητα ενός μόνιμου σύρματος: εάν το καλώδιο θερμανθεί στους 900 ° C για λίγα δευτερόλεπτα και στη συνέχεια κρυώσει στον αέρα, το καλώδιο θα καλυφθεί με ένα σκούρο γκρι φιλμ οξειδίου, αυτό το φιλμ μπορεί να χρησιμεύσει ως ένα είδος μόνωσης, καθώς έχει διηλεκτρικές ιδιότητες.
Ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα
Σε ηλεκτρικές θερμάστρες και κλιβάνους αντίστασης, τα θερμαντικά στοιχεία με τη μορφή ταινιών και συρμάτων πρέπει να μπορούν να λειτουργούν για μεγάλα χρονικά διαστήματα σε θερμοκρασίες έως 1200 °C.Ούτε ο χαλκός, ούτε το αλουμίνιο, ούτε η σταθερτάνη, ούτε η μαγγανίνη είναι κατάλληλα για αυτό, επειδή από τους 300 ° C αρχίζουν ήδη να οξειδώνονται έντονα, οι μεμβράνες οξειδίου στη συνέχεια εξατμίζονται και η οξείδωση συνεχίζεται. Εδώ χρειάζονται καλώδια ανθεκτικά στη θερμότητα.
Σύρματα ανθεκτικά στη θερμότητα με υψηλή αντίσταση, επίσης ανθεκτικά στην οξείδωση όταν θερμαίνονται και με χαμηλό συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας. Αυτό είναι ακριβώς περίπου νικρώμιο και σιδηροχρώματα—δυαδικά κράματα νικελίου και χρωμίου και τριμερή κράματα νικελίου, χρωμίου και σιδήρου.
Υπάρχουν επίσης φαχραλικά και χρωμικά τριπλά κράματα σιδήρου, αλουμινίου και χρωμίου — ανάλογα με το ποσοστό των συστατικών που περιλαμβάνονται στο κράμα, διαφέρουν ως προς τις ηλεκτρικές παραμέτρους και την αντίσταση στη θερμότητα. Όλα αυτά είναι στερεά διαλύματα μετάλλων με χαοτική δομή.
Η θέρμανση αυτών των ανθεκτικών στη θερμότητα κραμάτων οδηγεί στο σχηματισμό στην επιφάνειά τους ενός παχύ προστατευτικού φιλμ από οξείδια χρωμίου και νικελίου, ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες έως 1100 ° C, προστατεύοντας αξιόπιστα αυτά τα κράματα από περαιτέρω αντίδραση με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Έτσι, οι ταινίες και τα καλώδια των ανθεκτικών στη θερμότητα κραμάτων μπορούν να λειτουργήσουν για μεγάλο χρονικό διάστημα σε υψηλές θερμοκρασίες, ακόμη και στον αέρα.
Εκτός από τα κύρια συστατικά, τα κράματα περιλαμβάνουν: άνθρακα - από 0,06 έως 0,15%, πυρίτιο - από 0,5 έως 1,2%, μαγγάνιο - από 0,7 έως 1,5%, φώσφορο - 0,35%, θείο - 0,03%.
Στην περίπτωση αυτή, ο φώσφορος, το θείο και ο άνθρακας είναι επιβλαβείς ακαθαρσίες που αυξάνουν την ευθραυστότητα, επομένως η περιεκτικότητά τους επιδιώκεται πάντα να ελαχιστοποιείται ή καλύτερα να εξαλειφθεί πλήρως. Το μαγγάνιο και το πυρίτιο συμβάλλουν στην αποξείδωση, απομακρύνοντας το οξυγόνο. Το νικέλιο, το χρώμιο και το αλουμίνιο, ειδικά το χρώμιο, βοηθούν στην παροχή αντοχής σε θερμοκρασίες έως και 1200°C.
Τα εξαρτήματα του κράματος χρησιμεύουν για την αύξηση της αντίστασης και τη μείωση του συντελεστή θερμοκρασίας αντίστασης, που είναι ακριβώς αυτό που χρειάζεται από αυτά τα κράματα. Εάν το χρώμιο είναι περισσότερο από 30%, τότε το κράμα θα αποδειχθεί εύθραυστο και σκληρό. Για να ληφθεί ένα λεπτό σύρμα, για παράδειγμα, διαμέτρου 20 microns, δεν χρειάζεται περισσότερο από 20% χρώμιο στη σύνθεση του κράματος.
Αυτές οι απαιτήσεις πληρούνται από κράματα των εμπορικών σημάτων Х20Н80 και Х15Н60. Τα υπόλοιπα κράματα είναι κατάλληλα για την παραγωγή λωρίδων με πάχος 0,2 mm και συρμάτων με διάμετρο 0,2 mm.
Τα κράματα του τύπου Fechral — X13104, περιέχουν σίδηρο, γεγονός που τα καθιστά φθηνότερα, αλλά μετά από αρκετούς κύκλους θέρμανσης γίνονται εύθραυστα, επομένως κατά τη συντήρηση είναι απαράδεκτο να παραμορφώνονται οι χρωμικές και οι φέχραλ σπείρες σε ψυχρή κατάσταση, για παράδειγμα, αν μιλάμε σχετικά με μια σπείρα που λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα στη συσκευή θέρμανσης. Για επισκευή, μόνο μια σπείρα που θερμαίνεται στους 300-400 ° C πρέπει να στρίβεται ή να ματίζεται. Γενικά, το fechral μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασίες έως 850 °C και το χρωμικό - έως 1200 °C.
Τα θερμαντικά στοιχεία Nichrome, με τη σειρά τους, έχουν σχεδιαστεί για συνεχή λειτουργία σε θερμοκρασίες έως 1100 ° C σε σταθερές, ελαφρώς δυναμικές λειτουργίες, ενώ δεν θα χάσουν ούτε αντοχή ούτε πλαστικότητα. Αλλά εάν η λειτουργία είναι έντονα δυναμική, δηλαδή, η θερμοκρασία θα αλλάξει δραματικά πολλές φορές, με συχνή ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του ρεύματος μέσω του πηνίου, οι προστατευτικές μεμβράνες οξειδίου θα σπάσουν, το οξυγόνο θα διεισδύσει στο nichrome και το στοιχείο τελικά θα οξειδώνονται και καταστρέφονται.
Η βιομηχανία παράγει τόσο γυμνά σύρματα από κράματα ανθεκτικά στη θερμότητα, όσο και σύρματα μονωμένα με σμάλτο και βερνίκι πυριτίου, που προορίζονται για την παραγωγή πηνίων.
Ερμής
Ο υδράργυρος αξίζει ιδιαίτερης αναφοράς γιατί είναι το μόνο μέταλλο που παραμένει υγρό σε θερμοκρασία δωματίου. Η θερμοκρασία οξείδωσης του υδραργύρου είναι 356,9 ° C, ο υδράργυρος σχεδόν δεν αλληλεπιδρά με τα αέρια του αέρα. Τα διαλύματα οξέων (θειικό, υδροχλωρικό) και αλκαλίων δεν επηρεάζουν τον υδράργυρο, αλλά είναι διαλυτό σε πυκνά οξέα (θειικό, υδροχλωρικό, νιτρικό). Ψευδάργυρος, νικέλιο, ασήμι, χαλκός, μόλυβδος, κασσίτερος, χρυσός διαλύονται στον υδράργυρο.
Η πυκνότητα του υδραργύρου είναι 13,55 g / cm3, η θερμοκρασία μετάβασης από υγρή σε στερεή κατάσταση είναι -39 ° C, η ειδική αντίσταση είναι από 0,94 έως 0,95 ohm * sq.mm / m, ο συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης είναι 0,000990 1 / ° C ... Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν δυνατή τη χρήση του υδραργύρου ως αγώγιμων υγρών επαφών για ειδικούς διακόπτες και ρελέ, καθώς και σε ανορθωτές υδραργύρου. Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι ο υδράργυρος είναι εξαιρετικά τοξικός.