2.3.2.  Металлы и сплавы с высоким удельным сопротивлением

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.