Сплавы для проводников и элементов сопротивления

Проводниковые материалы должны изготовляться из возможно чистых металлов, а материалы высокого сопротивления — из сплавов, структура которых пред­ставляет твердый раствор.

Основными проводниковыми материалами являются медь и алюминий. Понятие «чистого» металла условно, так как чистота получаемых металлов повы­шается из года в год по мере роста технических средств в производстве и в лабораториях. С другой стороны, электрическое сопротивление чистых металлов резко возрастает при наличии малых количеств растворенных примесей. Из рис.  видно, как значительно падает проводимость меди при введении в ее состав таких примесей, как кремний, железо, мышьяк, бериллий в количествах <0,2%. Для проводниковой техники разработан интернациональный стан­дарт технически чистой отожженной меди (1913 г.), удельное сопротивление которой при 20° С равно 1,7241 мкОм-см. С тех пор добились дальнейшего очи­щения меди и повышения ее проводимости.

Для повышения прочности медного провода в его состав вводят примеси Cd, Sn, Αl, Ρ, Cr, Be. Электропроводность при этом, естественно, понижается.

Рис. 1. Влияние примесей на электропроводность меди

Наиболее распространенной является так называемая кадмиевая бронза (0,9% Cd, остальное медь), которая в твердотянутом состоянии обладает проводимостью до 90% от проводимости меди при временном сопротивлении при растяжении, в 2—2,5 раза большем, чем у меди. В табл. 25 приведены составы и свойства медных проводниковых материалов.

Проводниковый алюминий имеет электропроводность, равную 65% от про­водимости меди. Однако ввиду малой плотности алюминия его проводимость, рассчитанная на 1 кг проводника, составляет 214% от таковой для меди. Это позволяет облегчить конструкцию опор на линиях передач с алюминиевыми про­водами. Для повышения прочности алюминиевых проводов в их состав вводят магний и кремний (совместно), которые образуют соединение Mg₂Si, очень мало растворимое в алюминии при комнатной температуре (меньше 0,25%). Путем закалки и старения удается повысить временное сопротивление такого сплава в 2 раза при электропроводности 90% от проводимости чистого алюминия. Сплавы такого типа (альдрей и альмелек) содержат 0,4 и 0,7% Mg, 0,5—0,6% Si и до 0,3% Fe. Альдрей (0,4% Mg, 0,6% Si и 0,3% Fe) имеет температурный коэф­фициент электрического спротивления, равный 3,6 * 10^-4, т. е. весьма близкий к температурному коэффициенту чистого алюминия (4,0 * 10^-4). Это еще раз свидетельствует о том, что при обработке путем дисперсионного твердения Mg₂Si выделяется из раствора почти нацело.

Для реостатов в нагревательных приборах, а также там, где необходимо высокое электрическое сопротивление и малый температурный коэффициент, применяют сплавы железа с примесями, образующими твердые растворы. В табл. 2 приводятся типичные железные сплавы, а также для сравнения сплавы на никелевой основе.

Эти сплавы являются не только сплавами высокого сопротивления, но и жаростойкими. Для придания жаростойкости в железные сплавы вводятся хром и алюминий. Железные сплавы дешевле никелевых, однако они не только не яв­ляются заменителями, но имеют также и более высокую рабочую температуру.

В качестве элементов сопротивления применяются  медноникелевые сплавы— константан и никелин. Рабочая температура константана до 400° С, никелина — до 200° С.

Таблица 1

Медные  проводниковые  сплавы

Таблица 2

Сплавы  для   реостатов  и  нагревательных  приборов

Таблица 3.

Влияние   различных  элементов   на  удельное электросопротивление  железа