Электрические свойства металлических сплавов

Распределение атомов разных сортов по узлам кристаллической решетки приводит к сильному рассеянию электронов. Как и в случае металлов, полное сопротивление сплава можно выразить в виде суммы двух слагаемых:

(5.5)

где ρ_т – сопротивление, обусловленное рассеянием электронов на тепловых колебаниях решетки; ρ_ост – добавочное (остаточное) сопротивление, связанное с рассеянием электронов на неоднородностях структуры сплава.

Специфика твердых растворов состоит в том, что ρ_ост может существенно (во много раз) превышать тепловую составляющую.

Для многих двухкомпонентных сплавов изменение ρ_ост в зависимости от состава хорошо описывается параболической зависимостью вида

(5.6)

где C – константа, зависящая от природы сплава; x _A и x _B – атомные доли компонентов в сплаве.

Так, по закону Нордгейма в бинарных твердых растворах А – В остаточное сопротивление увеличивается при добавлении атомов В к металлу А. В непрерывном ряду твердых растворов удельное сопротивление тем больше, чем дальше по своему составу сплав отстоит от чистых компонентов. Остаточное сопротивление достигает своего максимального значения при равном содержании каждого компонента (x _A = x _A = 0,5), при условии, что ни один из компонентов сплава не принадлежит к числу переходных или редкоземельных элементов.

В случае при высоких концентрациях компонентов наблюдается существенно большая величина остаточного сопротивления, что связано с переходом части валентных электронов на внутренние незаполненные d –оболочки атомов переходных металлов (рис. 63). Кроме того, в подобных сплавах максимальное r часто соответствует концентрациям, отличным от 50 %.

Рис. 63. Зависимость удельного сопротивления (1) и температурного коэффициента удельного сопротивления (2) медно-никелевых сплавов от процентного содержания компонентов

Чем больше удельное сопротивление сплава, тем меньше его a_r. Это вытекает из того, что в твердых растворах r_ост, как правило, существенно превышает r_т и не зависит от температуры. Поэтому a_r^спл может быть значительно ниже a_r чистого металла. На этом основано получение термостабильных проводящих материалов. В некоторых сплавах при определенных соотношениях компонентов наблюдается отрицательный a_r (у константа).

Такое изменение r и a_r от процентного содержания компонентов сплава, по-видимому, можно объяснить тем, что при более сложных составе и структурах, по сравнению с чистыми металлами, сплавы нельзя рассматривать как классические металлы, т.е. изменение проводимости их обуславливается не только изменением длины пробега свободных электронов, но в некоторых случаях и частичным возрастанием концентрации носителей заряда при повышении температуры. Сплав, у которого уменьшение длины свободного пробега с увеличением температуры компенсируется возрастанием концентрации носителей заряда, имеет нулевой температурный коэффициент удельного сопротивления.