К металлам и сплавам с высоким удельным сопротивлением предъявляются следующие требования:
· высокое значение ρv;
· стабильное значение ρv во времени;
· малый температурный коэффициент сопротивления (ТКρv);
· малый коэффициент термо-ЭДС в паре с медью (за исключением материалов для термопар);
· хорошая технологичность;
· способность длительно работать при высоких (до 1000 °С) температурах.
Материалы с высоким удельным сопротивлением применяются в основном для изготовления образцовых резисторов и нагревательных элементов. Наиболее распространенными материалами для изготовления образцовых резисторов являются манганин и константан, а для изготовления нагревательных элементов -сплавы на основе железа, нихромы, ферронихромы и фехрали (хромали).
Манганин (назван из-за наличия в нем марганца) широко применяется для изготовления образцовых резисторов. Состав: Си – 85 %; Мп – 12 %; Ni – 3 %. Значение удельного электрического сопротивления составляет: ρv = 0,42…0,48 мкОм·м; температурный коэффициент (ТКρ) весьма мал и составляет (6…50)·10-6 К-1. Коэффициент термо-ЭДС в паре с медью составляет всего лишь 1…2мкВ/К. Манганин может вытяги
ваться в тонкую (до диаметра 0,02 мм) проволоку. Предельно допустимая рабочая температура манганина не более 200 °С.
В связи с тем, что величина сопротивления манганина линейно изменяется при изменении давления, он используется для изготовления тензодатчиков.
Константан – сплав, содержащий около 60 % меди и 40 % никеля, имеет низкое значение ТКρ порядка минус (5…25)·10-6 К-1 (откуда название). Значение удельного электрического сопротивления составляет: ρv = 0,48…0,52 мкОм·м. Способен длительно работать при температурах до 450 °С. Константан имеет повышенный коэффициент термо-ЭДС в паре с медью (44…55) мкВ/К. В связи с этим не допускается использование медных контактных проводников при подключении константановых образцовых резисторов. Однако константан может быть использован при изготовлении термопар, служащих для измерения температур до 350 °С.
Сплавы системы Fе – Сr – Ni с содержанием 15…20 % Cr; 60…80 % Ni; до 10 % Fе называют нихромами; а при повышенном содержании железа – ферронихромами (10…15 % Сr; до 20 % Fе; остальное Ni).
Сплавы системы Fе – Сr – А1 с содержанием 20…40 % Fе; 60…70 % Сr; 5…10 % А1 называют фехралями, а с содержанием 5…10 % А1 остальное Си – хромалями.
Нихромы весьма технологичны, легко вытягиваются в тонкую проволоку диаметром несколько микрон. Они могут быть использованы для изготовления различных нагревательных элементов, в том числе и бытовых. Тонкие пленки нихромов могут быть использованы при изготовлении пленочных резисторов интегральных микросхем.
Фехрали по сравнению с нихромами обладают меньшей стоимостью из-за отсутствия в их составе никеля, однако они менее технологичны, более тверды и хрупки. Проволока и ленты фехралей могут быть получены лишь больших сечений. Это определяет их преимущественное использование в электронагревательных устройствах большой мощности. Величина удельного электрического сопротивления нихромов, ферронихромов, фехралей и хромалей лежит в пределах 1,0…1,5 мкОм·м.