К металлам и сплавам различного назначения относят: материалы для термопар; тензометрические сплавы; контактные материалы; материалы электровакуумной техники; припои и ряд других.

Железо (сталь) – наиболее дешевый и доступный материал, обла­дающий высокой механической прочностью, в ряде случаев используется в качестве проводникового материала. Даже чистое железо имеет более вы­сокое по сравнению с медью и алюминием удельное электрическое сопро­тивление (ρ_v = 0,098 мкОм·м). Значение ρ_v стали за счет наличия примесей еще выше. В переменных электрических полях в железе, как магнитном материале, сильно проявляется поверхностный эффект. Железо имеет вы­сокий температурный коэффициент сопротивления (ТKρ_v = 6·10^-3 К^-1). В свя­зи с этим тонкая железная проволока, помещенная для защиты от окисле­ния в баллон, заполненный водородом, применяется в барретерах (стабилизаторах тока).

Материалы для термопар

Материалы для термопар характеризуются наибольшими предельно допустимыми величинами температур спая, коэффициентами термо-ЭДС и удельным электрическим сопротивлением (ρ_v). Коэффициент термо-ЭДС не является постоянной величиной, а зависит от температуры. Обычно значе­ния коэффициента термо-ЭДС в справочной литературе приводят для опре­деленного температурного интервала, где он сохраняет постоянное значе­ние. Предельно допустимая температура спая устанавливается для каждого типа термопар. Это предельная температура, при которой воз­можно проведение достаточно точных и длительных измерений.

Для изготовления термопар применяют следующие сплавы:

1) копель (44 % Ni и 56 % Cu);

2) алюмель (95 % Ni, остальное А1, Si, Мn);

3) хромель (90 % Ni и 10 % Сr);

4) платинородий (90 % Рt и 10 % Rh).

В зависимости от значений измеряемых температур применяют сле­дующие конструкции термопар:

1) платина – платинородий                                                                      – до 1600°С;

2) хромель – алюмель                                                                     – до 1000°С;

3) железо – константан; железо копель; хромель – копель         – до 600°С;

4) медь – константан; медь – копель                                            – до 350°С;

5) железо – золото                                                                          – 10…100 К

Тензометрические сплавы

Тензометрические сплавы применяются для изготовления датчиков деформаций и давлений (обычно растягивающих усилий). Действие таких датчиков основано на изменении сопротивления при растяжении тензометрического элемента. Коэффициент тензочувствительности тензометрического элемента можно определить из выражения:

,                    (7.14)

где – изменение сопротивления R при изменении  длины элемента l.

Основным материалом для тензодатчиков, работающих при сравни­тельно низких температурах, является уже описанный манганин. Для вы­сокотемпературных датчиков применяют сплавы системы Fе + Сr + Ni.

Контактные материалы

По условиям работы подвижные контакты могут быть разделены на два типа: скользящие и разрывные.

Скользящие контакты обеспечивают передачу электрической энер­гии от неподвижной части устройства к подвижной (потенциометры, рео­статы, генераторы, двигатели постоянного тока, токосъемники подвижного транспорта и т.д.). Материалы для скользящих контактов должны обладать низким удельным сопротивлением, малым падением напряжения на кон­такте, высокой фрикционной способностью, обладать малым коэффициен­том трения. В качестве материалов для скользящих контактов используют твердотянутую медь, кадмиевые, кадмиево-оловянистые, берилливые бронзы, а также соединения системы Аg – СdО. Из неметаллических используют графитовые, угольно-графитовые и металлографитовые материалы.

Разрывные контакты обеспечивают управляемое, периодическое замыкание и размыкание электрических цепей в течение длительного вре­мени, например, в реле, пускателях, электромеханиче­ских преобразователях различного вида. Материалы для разрывных контактов работают в весьма сложных условиях. Эти материалы должны иметь низкое значение ρ_v, малое падение напряжения на контакте, должны обладать стойкостью к механическому износу и электрической эрозии.

В качестве материалов для разрывных контактов в слаботочной тех­нике используют:

· чистое серебро;

· сплавы систем Аg–Сd, Аg–Рd, Аg–Мg–Ni;

· чистое золото;

· сплавы систем Аи–Рt, Аи–Аg, Аи–Ni, Аи–Zr;

· чистую платину;

· платину легированную Ni, Аg, Аи;

· сплавы системы Рt–Jr.

В сильноточной технике используют чистые тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, медь), различные сплавы систем: Аg с Со, Ni, Сr, Мо, W, Та,; Си с W и Мо. Кроме того, в качестве разрывных контактов хорошо зарекомендовали себя металлокерамические композиции систем: Аg–СdО; карбид вольфрама – серебро; медь – окись кадмия; серебро (медь) – графит.

Материалы электровакуумной техники

Материалы электровакуумной техники используются для получения герметически прочных спаев металла со стеклом или керамикой, что необ­ходимо в электровакуумном и полупроводниковом производстве. Если ва­куум-плотные спаи работают при сравнительно низких температурах, нет необходимости применять тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, мо­либден, платина и т.д. Главным требованием при этом считается смачи­ваемость материала стеклом и равенство температурных коэффициентов линейного расширения материала выводов и стекла.

Из этой группы сле­дует выделить сплавы:

· ковар марки Н28К18 (28 % Ni,18 % Со, 54 % Fе);

· ин­вар марки Н36 (36 % Ni, 64 % Fе).

Кроме этого используют биметалличе­скую проволоку – платинит. Платинит имеет центральную жилу из нике­левой стали Н42 (42 % Ni, остальное Fе), а оболочку из чистой меди МО. Содержание меди в платините 25…30 % от общей массы проволоки. Свое название платинит получил за близость ТКl = (8,2…9,2)·10^-6 К^-1 к ТКl пла­тины.

Припои

В электротехнике и электронной технике широко использу­ются различные системы контактов, которые можно разделить на непод­вижные и подвижные. Неподвижные обеспечиваются различными техно­логическими приемами, основными из которых являются пайка и сварка. Пайкой называют способ соединения металлических или металлизирован­ных деталей с помощью чистых металлов или специальных сплавов. Спла­вы, применяемые при пайке, называют припоями. Припои подразделяют на мягкие с температурой плавления Т_пл < 300°С и твердые с Тпл ³ 300°С. В на­стоящее время мягкие припои подразделяются на низкотемпературные Т_пл < 145°С и легкоплавкие 145°С £ Т_пл £  300°С.

Особую группу твердых припоев составляют электровакуумные припои, применяемые при пайке узлов электронных приборов работающих в вакууме при высоких темпера­турах.

Название марок припоев определяется металлами, входящими в них с наибольшим процентным содержанием: олово – О; свинец – С; аллюминий – А; серебро – Ср; сурьма – Су; медь – М; цинк – Ц; висмут             – Ви; кадмий             – К; и т.д.

Если в припое присутствует драгоценный или редкий ме­талл, его обозначение присутствует в названии марки припоя даже при ма­лых количествах. Номенклатура припоев постоянно расширяется.

Основным типом мягких припоев являются припои оловянно-свинцовые (ПОС), содержащие олово от 10 % (марки ПОС-10) до 90 % (марки ПОС-90). Припои марки ПОС по содержанию сурьмы подразделяются на:

· безсурьмянистые;

· малосурьмянистые (0,2…0,5 % сурьмы), например ПОССу – 30-0,5;

· сурьмянистые (1…5 % сурьмы), например ПОССу-40-2).

Введение сурьмы повышает механическую прочность припоев и уменьшает их пол­зучесть под нагрузкой. Добавка кадмия к припоям марки ПОС повышает их проводимость и механическую прочность (припои марки ПОСК).

При пайке деталей, чувствительных к нагреву (полупроводниковых приборов, тонкопленочных выводов инте­гральных микросхем) требуется пониженная температура плавления при­поя. Для выполнения этих условий в состав низкотемпературных припоев вводят висмут, индий, а также кадмий (например, припой ПОСК-50-18).

Особую группу составля­ют припои с цинком и кадмием марки ПОКц, разработанные для пайки алюминия и его сплавов. Самым легкоплавким припоем является Сплав ВУДА который имеет состав: 50 % Bi; 25 % Рb; 12,5 % Sn; 12,5 % Cd и тем­пературу плавления 60,5°С.

Для пайки различных узлов электронных ламп, электровакуумных устройств и т.д. в электровакуумной технике при­меняют твердые припои. По допустимой температуре прогрева (Т_пр) эти припои де­лятся на группы:

· для приборов с Т_пр = 450 °С;

· для приборов с Т_пр = 700°С.

Припои для приборов с Т_пр = 450°С представляют собой сплавы систем: Аg–Сu–Sn и Аg–Сu–Jn. Эти припои используют в виде порошков, так как им свой­ственна хрупкость. Припои для приборов с Т_пр = 700°С представляют собой сплавы на основе меди, золота, кальция и никеля. В качестве твердых при­поев используют также медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр).