Сплавы высокого сопротивления

Это проводниковые материалы, у которых удельное сопротивление не менее 0,3 мкОм·м. Их применяют для изготовления электроизмерительных приборов, резисторов, электронагревательных устройств.

Причем требования, которым должны удовлетворять материалы, используемые для перечисленных целей, разные. В электронагревательных приборах проводниковый материал должен длительное время работать при высоких температурах порядка 1000 ^оС. Для изготовления резисторов и электроизмерительных приборов важно иметь малое значение α_ρ – температурного коэффициента удельного сопротивления − и низкую термо–ЭДС относительно меди.

Наиболее распространены для указанных целей сплавы на основе меди – манганин (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) и константан (60%Cu, 40% Ni), а также нихромы (различное содержание никеля и хрома).

 

Таблица 1 − Основные свойства сплавов высокого сопротивления

 

Сплавы для термопар и припои

Применяются для изготовления термопар с целью измерения температуры. Наиболее распространены следующие сплавы:

хромель (90% Ni, 10% Cr);

копель (56% Cu, 44% Ni);

алюмель (95% Ni, +Al, Si, Mn);

платинородий (90% Pt, 10% Rh);

константан (60% Cu, 40% Ni).

Рисунок 4 − Зависимость термо-ЭДС от разности температур спаев

термопар: 1 – хромель–копель (ХК), 2 – медь–константан, 3 – хромель–алюмель (ХА),

4 – платина–платинородий (ППр)

 

Сочетание материалов для термопар подбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную термо-ЭДС и необходимый диапазон измеряемых температур. Наиболее высокой стабильностью, воспроизводимостью и широким температурным диапазоном (до 1600 ^оС) обладают платина – платинородиевые термопары (ППр). Максимальную удельную термо-ЭДС имеют пары хромель–копель (ХК).

Припои это специальные сплавы, применяемые для пайки. Пайка предназначена для создания механического или электрического контакта. При пайке места соединений нагревают, припой расплавляется, растекается и заполняет зазоры между соединяемыми деталями.

Припои делятся на мягкие (температура плавления меньше 300 ^оС) и твердые (больше 300 ^оС). Мягкими являются оловянно–свинцовые (ПОС) с различным содержанием олова и свинца. К твердым относятся медно–цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр). Кроме припоя, при пайке применяют флюсы. Их задача растворять и удалять окислы и загрязнения с поверхности соединяемых деталей, улучшать растекаемость припоя по поверхности, а также защищать расплавленный припой от окисления.

Тугоплавкие металлы

К тугоплавким относятся металлы с температурой плавления, превышающей 1700 ^оС. Основными тугоплавким металлами являются вольфрам, молибден, тантал, ниобий, хром, ванадий, титан, цирконий. Все тугоплавкие металлы становятся активными при повышенных температурах и интенсивно окисляются с образованием летучих соединений. Поэтому их можно применять для изготовления только тех нагревательных элементов, которые работают в вакууме или защитной среде. Одной из разновидностей таких нагревателей являются испарители, применяемые в установках для вакуумного осаждения тонких пленок.

Получают тугоплавкие металлы обычно методами порошковой металлургии – прессовкой и спеканием порошков.

Наиболее высокой температурой плавления из всех металлов обладает вольфрам (3400 ^оС). Это тяжелый твердый металл серого цвета, обладающий мелкозернистым строением. Отличается высокой внутрикристаллической прочностью и очень слабым сцеплением между отдельными зернами, поэтому изделия из вольфрама хрупки и легко ломаются. Для улучшения свойств чистого вольфрама в него добавляют различные присадки: окислы тория, кремния, алюминия.

Вольфрам является одним из важнейших материалов электровакуумной техники. Из него изготавливают электроды и подогреватели в электронных лампах.

Молибден – металл, по внешнему виду и свойствам близкий к вольфраму, однако, более пластичен, что облегчает механическую обработку деталей.

Тантал – весьма дорогостоящий металл из-за малой распространенности в природе. Обладает хорошей пластичностью и формоустойчивостью. Применяется так же, как и молибден, в качестве деталей электровакуумных приборов. Особое значение тантал имеет при производстве конденсаторов, так как на его поверхности можно легко получить пленку окисла Ta ₂ O ₅, представляющего собой плотный диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью (ε = 25). А пленки нитрида тантала Ta ₂ N широко применяют для изготовления тонкопленочных резисторов.

Хром – металл, обладающий высокой стойкостью к окислению даже при повышенных температурах, а потому используемый для защитных покрытий изделий. В микроэлектронике тонкие пленки хрома используются в качестве тонкопленочных резисторов и адгезионных (т.е. улучшающих сцепление других пленок с поверхностью подложки) слоев.

Хром входит в состав большого количества сплавов для нагревательных приборов, термопар, нержавеющих сталей и магнитных материалов.