Материалы с высоким сопротивлением, сплавы с большим удельным сопротивлением

Сплавы высокого сопротивления

Дата публикации: 20 января 2015.

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением делятся на три группы:

  1. Сплавы для магазинов сопротивлений, различных эталонов, добавочных сопротивлений, шунтов;
  2. Сплавы для сопротивлений и реостатов;
  3. Сплавы для электронагревательных приборов и печей.

К сплавам первой группы предъявляют следующие требования: высокое удельное сопротивление, близкий к нулю температурный коэффициент сопротивления, малая термоэлектродвижущая сила в сочетании с другими металлами (особенно с медью), постоянство сопротивления во времени, высокая стойкость против коррозии. К сплавам этой группы относятся сплавы на основе меди – манганин и константан.

Манганин

Сплав коричнево-красноватого цвета, состоящий из 86 % меди, 12 % марганца и 2 % никеля.

Манганин имеет удельное сопротивление 0,42 – 0,43 Ом × мм² / м, плотность 8,4 кг/дм³, прочность на разрыв 40 – 55 кг/мм², очень малые температурный коэффициент сопротивления и термо-ЭДС (электродвижущую силу), допустимую рабочую температуру не выше 60 °С. Манганин является лучшим материалом для изготовления магазинов сопротивлений, образцовых сопротивлений и шунтов.

Константан

Сплав 60 % меди и 40 % никеля. Константан имеет удельное сопротивление 0,5 Ом × мм² / м, плотность 8,9 кг/дм³, прочность на разрыв 40 – 50 кг/мм².

Константан применяется для изготовления реостатов и электронагревательных сопротивлений, если их рабочая температура не превышает 400 – 450 °С.

Константан в сочетании с медью имеет высокую термо-ЭДС и поэтому не может быть применен для изготовления эталонных сопротивлений к точным приборам, так как эта дополнительная ЭДС будет искажать показания приборов. Это свойство константана используется при изготовлении термопар для измерения температур порядка несколько сотен градусов.

Сплав для реостатов или для сопротивлений должен быть дешевым, иметь большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления. Для этих целей применяют сплавы на медной основе, например константан, никелин и другие.

Для удешевления материала никель в реостатных сплавах заменен цинком и железом. Сплавы, применяемые для электронагревательных приборов и печей, должны хорошо обрабатываться, быть механически прочными, дешевыми, иметь высокое удельное сопротивление и длительное время работать при высокой температуре без окисления.

При нагреве металла на его поверхности образуется оксидная пленка, которая должна предотвратить дальнейшее разрушение металла. Металлы – медь, железо и кобальт – имеют пористую оксидную пленку, поэтому при нагревании они быстро разрушаются. Такие металлы, как никель, хром и алюминий, покрываются при нагреве плотной оксидной пленкой, поэтому жароупорные сплавы делают на основе этих металлов.

Нихром

Сплав никеля и хрома. К нихромам относится также ферронихром, который, кроме никеля и хрома, содержит железо (58 – 62 % никеля, 15 – 17 % хрома, остальное – железо).

Плотность нихрома 8,4 кг/дм³, прочность на разрыв 70 кг/мм², удельное сопротивление около 1,0 Ом × мм² / м.

Нихром выпускается в виде проволоки и ленты, которые идут на изготовление спиралей электронагревательных приборов и печей, имеющих рабочую температуру до 1000 °С.

Фехраль

Сплав 12 – 15 % хрома, 3 – 5 % алюминия, остальное железо. Фехраль имеет плотность 7,5 кг/дм³, прочность на разрыв 70 кг/мм² и удельное сопротивление около 1,2 Ом × мм² / м. Рабочая температура фехраля около 800 °С.

Хромаль

Сплав 28 – 30 % алюминия, остальное железо. Прочность хромаля на разрыв 80 кг/мм², удельное сопротивление 1,3 – 1,4 Ом × мм² / м, допустимая рабочая температура 1250 °С.

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/basic-knowledge/612-alloys-of-high-resistance.html

Сплавы высокого удельного сопротивления и их свойства. Получение, применение

Поиск Лекций

Материалами высокого сопротивления называют проводниковые материалы, у которых значения ρ в нормальных условиях составляют не менее 0,3 мкОм∙м.

По области применения резистивные материалы

разделяют на три основные группы:

1) материалы для резисторов, или резистивные материалы общего назначения (медные, медно-никелевые, никелевые, никель-хромовые; пленочные, проволочные, углеродистые);

2) материалы для электродов термопар и удлиняющих проводов (сплавы на основе Ni, Pt систем, Cu-Ni, Pt-Rh, W-Re; неметаллические порошковые материалы);

3) материалы для нагревателей (сплавы на основе систем Ni-Cr, Fe-Cr-Al, порошковые керамические материалы).

В зависимости от области применения к резистивным материалам предъявляют дополнительные требования, например, по температурному коэффициенту электрического сопротивления αρ, жаростойкости и др.

При использовании сплавов в электроизмерительной технике от них требуется не только высокое удельное сопротивление, но и возможно меньшее значение αρ, а также низкая термоэлектродвижущая сила относительно меди. Проводниковые материалы в электронагревательных приборах должны длительно работать на воздухе при температурах порядка 1000°С.

Для изготовления высокоточных прецизионных сопротивлений используют резистивные сплавы на основе благородных металлов (Au, Ag, Pt, Pd).

Манганин– основной сплав на медной основе для электроизмерительных приборов и образцовых резисторов. Манганин отличается желтоватым оттенком, хорошо вытягивается в тонкую проволоку до диаметра 0,02 мм.

Из манганина изготавливают также ленту толщиной 0,01 – 1 мм и шириной 10 – 300 мм.

Для получения малого αρ и высокой стабильности сопротивления во времени манганин подвергают специальной термической обработке – отжигу при 350 ч 550 °С в вакууме с последующим медленным охлаждением и дополнительной длительной выдержкой при комнатной температуре.

Константан – сплав меди и никеля с небольшим содержанием марганца. Содержание никеля в сплаве примерно соответствует максимуму ρ и минимуму αρ для сплавов Cu-Ni. Константан хорошо поддается обработке; его можно протягивать в проволоку и прокатывать в ленту тех же размеров, что и из манганина.

Значение αρ константана близко к нулю и обычно имеет отрицательный знак. Изготавливают нагревательные элементы и реостаты (рабочая температура не превышает 400 — 450°С.

Константан с успехом применяют для изготовления термопар, которые служат для измерения температуры, если последняя не превышает нескольких сотен градусов.

Металлические пленки. Основные свойства, получение, применение.

Резистивные металлические плёнки.

Металлические пленки применяют для изготовления тонкопленочных резисторов и обкладок тонкопленочных конденсаторов, а также для создания токопроводящих дорожек и контактных площадок в интегральных микросхемах.

Тонкопленочные резисторы (ТПР) представляют собой тонкую пленку резистивного материала на поверхности диэлектрической подложки.

Материалами для подложек, используемых для этой цели, являются: стекла, полированный плавленый кварц, керамика и монокристаллические пластины.

Тонкопленочные резисторы могут быть изготовлены путем напыления жидкого металла через трафарет, электрическим осаждением, испарением в вакууме и некоторыми другими способами. Для этих целей применяют различные металлы и их сплавы.

Материалы тонкопленочных резисторов можно условно разделить на несколько групп: резистивные материалы на основе чистых металлов, резистивные материалы на основе металлических сплавов, резистивные материалы на основе микрокомпозиций, керметы, полупроводниковые материалы и пр. ТПР часто выполняют из нихрома (80 % Ni и 20 % Сr), тантала или соединения моноокиси кремния с хромом (RS = 50 — 300 Ом).

В том случае, когда необходимо получить высокостабильные пленки с большим поверхностным сопротивлением (порядка нескольких тысяч Ом) и низким температурным коэффициентом сопротивления, применяют тантал, вольфрам и рений.

Пленки из оксидов, силицидов и карбидов.

Для изготовления тонкопленочных резисторов широко используются металлосилицидные сплавы и дисилициды металлов. Многокомпонентные резистивные сплавы для тонкопленочных резисторов, содержащие Si, Fe, Cr, Ni, Al, W, устойчивы к окислению и воздействию химически активных сред. С целью расширения диапазона сопротивлений по сравнению с получаемыми из металлов и сплавов используют керметы.

Источник: https://poisk-ru.ru/s28778t3.html

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 – Niс 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 – А1с 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.

Источник: http://libraryno.ru/2-3-2-metally-i-splavy-s-vysokim-udel-nym-soprotivleniem-elektomaterial/

Удельное сопротивление металлов. Таблица

Удельное сопротивление металлов является мерой их свойства противодействовать прохождению электрического тока. Эта величина выражается в Ом-метр (Ом⋅м). Символ, обозначающий удельное сопротивление, является греческая буква ρ (ро). Высокое удельное сопротивление означает, что материал плохо проводит электрический заряд.

Удельное сопротивление

Удельное электрическое сопротивление определяется как отношение между напряженностью электрического поля внутри металла к плотности тока в нем:

где: ρ — удельное сопротивление металла (Ом⋅м), Е — напряженность электрического поля (В/м),

J — величина плотности электрического тока в металле (А/м2)

Если напряженность электрического поля (Е) в металле очень большая, а плотность тока (J) очень маленькая, это означает, что металл имеет высокое удельное сопротивление.

Обратной величиной удельного сопротивления является удельная электропроводность, указывающая, насколько хорошо материал проводит электрический ток:

где:

σ — проводимость материала, выраженная в сименс на метр (См/м).

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление, одно из составляющих закона Ома, выражается в омах (Ом). Следует заметить, что электрическое сопротивление и удельное сопротивление — это не одно и то же. Удельное сопротивление является свойством материала, в то время как электрическое сопротивление — это свойство объекта.

Электрическое сопротивление резистора определяется сочетанием формы и удельным сопротивлением материала, из которого он сделан.

Например, проволочный резистор, изготовленный из длинной и тонкой проволоки имеет большее сопротивление, нежели резистор, сделанный из короткой и толстой проволоки того же металла.

В тоже время проволочный резистор, изготовленный из материала с высоким удельным сопротивлением, обладает большим электрическим сопротивлением, чем резистор, сделанный из материала с низким удельным сопротивлением. И все это не смотря на то, что оба резистора сделаны из проволоки одинаковой длины и диаметра.

В качестве наглядности можно провести аналогию с гидравлической системой, где вода прокачивается через трубы.

  • Чем длиннее и тоньше труба, тем больше будет оказано сопротивление воде.
  • Труба, заполненная песком, будет больше оказывать сопротивление воде, нежели труба без песка
Читайте также:  Как выбрать устройство плавного пуска для электродвигателя

Сопротивление провода

Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:

где: R — сопротивление провода (Ом) ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m) L — длина провода (м)

А — площадь поперечного сечения провода (м2)

В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.10×10-6 Ом.м.  Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:

R=1,1*10-6*(1,5/0,000000196) = 8,4 Ом

Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

Поверхностное сопротивление

Величина поверхностного сопротивления рассчитывается таким же образом, как и сопротивление провода. В данном случае площадь сечения можно представить в виде произведения w и t:

Для некоторых материалов, таких как тонкие пленки, соотношение между удельным сопротивлением и толщиной пленки называется поверхностное сопротивление слоя RS:

где RS измеряется в омах. При данном расчете толщина пленки должна быть постоянной.

Часто производители резисторов для увеличения сопротивления вырезают в пленке дорожки, чтобы увеличить путь для электрического тока.

Свойства резистивных материалов

Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Их значения приводится, как правило, для комнатной температуры (20°С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.

Например, в термисторах (терморезисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в точной электронике, это довольно нежелательный эффект.
Металлопленочные резисторы имеют отличные свойства температурной стабильности. Это достигается не только за счет низкого удельного сопротивления материала, но и за счет механической конструкции самого резистора.

Много различных материалов и сплавов используются в производстве резисторов.

Нихром (сплав никеля и хрома), из-за его высокого удельного сопротивления и устойчивости к окислению при высоких температурах, часто используют в качестве материала для изготовления проволочных резисторов.

Недостатком его является то, что его невозможно паять. Константан, еще один популярный материал, легко паяется и имеет более низкий температурный коэффициент.

Источник: http://www.joyta.ru/7968-udelnoe-soprotivlenie-metallov-tablica/

Сплавы высокого сопротивления

Сплавами высокого сопротивления называют проводниковые материалы, у которых значения удельного сопротивления составляют не менее 0,3 мкОм×м. Их применяют при изготовлении электроизмерительных приборов, образцовых резисторов, реостатов и электронагревательных устройств.

При использовании сплавов в измерительной технике от них требуется не только высокое сопротивление, но и возможно меньшее значение. Проводниковые сплавы в электронагревательных приборах должны длительно работать при температурах порядка 1000 °С.

Наиболее распространенными являются сплавы на основе меди – манганин и константан, а также хромосилицидные и железохромоалюминиевые сплавы.

Манганин – основной сплав для электроизмерительных приборов и образцовых резисторов.

Константан ( сплав меди и никеля ) используется для реостатов и электронагревательных приборов, является материалом термопар, которые служат для измерения температуры.

Хромоникелевые сплавы (нихромы) используют для изготовления нагревательных элементов электрических печей, паяльников. Сплав имеет высокую жаропрочность. Тонкие пленки нихрома применяют для формирования тонкопленочных резисторов.

Резистивные материалы

Резисторы являются самыми распространенными компонентами РЭА и ЭВА, в которой они выполняют функции регулирования и распределения электрической энергии между цепями и элемента­ми схемы.

Требования к резисторам, используемым во всех видах РЭА, очень разнообразны, а диапазон параметров весьма широк, поэто­му для изготовления резисторов используются десятки различных материалов, каждый из которых обладает специфическими досто­инствами и недостатками.

Набор резистивных материалов должен быть достаточно широким с тем, чтобы можно было перекрыть весь диапазон сопротивлений, в пределах 1 … 106 Ом (реже до 109 Ом и более).

Очевидно, что наибольшие трудности связаны с разработкой материалов для высокоомной части этого диапазона.

Материал большинства резисторов должен обладать стабиль­ностью, то есть минимальным обратимым (температурным) и необ­ратимым дрейфом удельного сопротивления. Его величина опре­деляется по результатам длительных испытаний (~1000 ч) рези­стора при полной нагрузке и повышенной температуре — около 353 К (80 °С).

Следует иметь в виду, что значения параметров, стабильность и надежность при эксплуатации резисторов, особен­но микроэлектронных, зависит не только от свойств исходного ма­териала, по и в значительной, а иногда решающей мере — от спо­соба и режимов формирования пленок.

Функциональному назна­чению резисторов наиболее полно соответствуют материалы в тонкопленочном состоянии, так как они имеют вследствие малой площади большие погонные (т. е. на единицу длины) сопротивле­ния.

И действительно, тонкопленочные резисторы являются самым обширным и перспективным их типом.

По условиям совместимо­сти с другими элементами, прецизионности, мощности, экономич­ности, стабильности применяются резисторы и других типов, а именно: толстопленочные (стеклоэмалевые), проволочные, фоль­говые и кремниевые диффузионные (в полупроводниковых ИС).

Металлопленочные резисторы можно изготовлять на основе чис­тых химически стойких метал­лов— Та, Re, Cr (а особенно низкоомные — на основе Au, A1), спла­вов металлов и интерметаллических соединений.

Пленки тантала до­статочно стабильны, а сопротивление резистора легко подгонять под номинал (в сторону увеличения) путем анодного окисления.

Тантал дефицитен, а процессы получения танталовых резисто­ров плохо совмещаются с другими операциями при изготовлении ГИС и микросборок.

Поэтому они используются главным образом в схемах, целиком изготовленных по танталовой технологии, где чистый Та используются как проводник,— как диэлектрик конденсаторов, и нитрированный тантал — как резисторы.

Ренийвыделяется высокой тугоплавкостью — это второй после вольфрама металл по значению температуры плавления (3470 К), прецизион­ные резисторы на основе рения получаются проще, причем не требуется никаких дополнительных обработок.

Естественно, что ни Та, ни Re не удовлетворяют требованиям массового производства резисторов ввиду их высокой стоимости, дефицитности, сложной технологии напыления. Значительно боль­шее распространение в качестве резистивных материалов получи­ли сплавы металлов.

По сравне­нию с чистыми металлами они имеют, как было установлено выше большее удельное сопротивление и меньший по абсо­лютному значению ТКЛР. Это сочетание обеспечивает их очевид­ные преимущества как резистивных материалов. Среди них пер­вым в пленочном виде был получен нихром (80% Ni, 20% Cr).

Нихром используют для получения только низкоомных резисторов R

Источник: https://zdamsam.ru/a59097.html

Материалы высокого удельного сопротивления

Материалы высокого электрического сопротивления используются для поглощения электрической энергии и преобразования ее в тепло. Очевидно, что к таким материалам будут предъявляться следующие требования:

· высокое удельное сопротивление;

· высокая механическая прочность;

· технологичность – т. е. способность к сварке, пайке, пластичность;

· коррозионная стойкость;

· низкая стоимость;

· низкое значение термо- ЭДС в паре с медью;

· малый температурный коэффициент сопротивления.

Очевидно, что для того, чтобы материал имел высокое удельное сопротивление, он должен представлять собой твердый раствор одного металла в другом. Причем хотя бы один из компонентов сплава должен быть переходным металлом.

Из теории сплавов известно, что неограниченное растворение одного металла в другом возможно при близости размеров ионов и одинаковом типе кристаллических решеток. Рассмотрим некоторые материалы высокого сопротивления (табл. 3.

2).

Материалы высокого электросопротивления Таблица 3.2

Сплав Химический состав, % Rуд, мкОм´м tраб , оС DR/RDT, 10-6 K-1
Константан МНМц40-1,5 40 Ni; 1,5 Mn; 58,5 Cu 0,5 ~0
Никелин МНМц30-1,5 30 Ni; 1,5 Mn; 68,5 Cu 0,35
Нейзильбер МНЦ15-20 15 Ni; 20 Zn; 65 Cu 0,3
Нихром Х20Н80 20 Cr; 80 Ni 1,1
Хромаль ОХ27Ю5 27 Cr; 5 Al 2,1
Манганин МНМц3-12 3 Ni; 12 Mn; 85 Cu 0,45 3,6
Серебряный манганин 10 Mn; 10 Sn; 80 Ag 0,5 ~0

Сплавы на основе меди

Константан

Твердый раствор 40% никеля в меди, точнее 40%Ni, 1,5%Mn, остальное медь. Этот сплав маркируется как НММц 58,5-1,5. Наименование этого сплава подчеркивает неизменность его сопротивления при изменении температуры.

Практически при изменении температуры от –100°С до +100°С его удельное сопротивление остается постоянным, т. е. температурный коэффициент сопротивления (ar) равен 0. У данного сплава довольно-таки высокое удельное сопротивление (0,5 мкОмґм), он пластичен и прочен.

При нагреве на его поверхности образуется окисная пленка, обладающая изоляционными свойствами. Оксидная изоляция позволяет плотно навивать константановую проволоку, если напряжение между витками не превышает 1 В.

Применение константана для изготовления прецизионных резисторов ограничено высоким значением термо-ЭДС в паре с медью (40 мкВ/°С). Последнее обстоятельство позволяет использовать сплав в термопарах для измерения температур до 500 °С.

Никелин

Из-за меньшего содержания никеля сплав более дешев, однако его удельное сопротивление меньше, чем у константана (r=0,35 мкОмґм). Кроме того, сплав имеет заметный температурный коэффициент удельного электросопротивления. Главным образом этот сплав используют для изготовления пусковых и регулировочных реостатов.

Нейзильбер

Замена никеля более дешевым цинком приводит к существенному уменьшению стоимости сплава. Вместе с тем сплав обладает достаточно высоким удельным сопротивлением (r=0.3 мкОмґм).

Столь высокое удельное сопротивление вызвано тем, что размер иона цинка меньше размера иона меди, а размер иона никеля больше размера иона меди. Поэтому суммарные искажения кристаллической решетки велики, что затрудняет продвижение электронной волны.

После наклепа нейзильбер обладает достаточной упругостью, что позволяет использовать его для изготовления упругих элементов (пружин, мембран, сильфонов). Константан не рекомендуется применять при работе в области температур 300-400 °С.

При этих температурах активная диффузия цинка к границам зерен приводит к образованию вдоль границ интерметаллидной пленки, что ведет к охрупчиванию сплава.

Манганин

Достаточно дешевый сплав, отличающийся высоким удельным сопротивлением (r=0.45 мкОмґм) и низкой термо-ЭДС в паре с медью. Недостатком сплава является низкая коррозионная стойкость и невысокая предельная рабочая температура (

Источник: https://poznayka.org/s70217t1.html

Проводники — Материалы высокого сопротивления

Page 6 of 10

Материалы высокого сопротивления

К материалам высокого сопротивления относятся металлы и сплавы, используемые для электроизмерительных приборов, резисторов. У них помимо высокого удельного сопротивления должны быть высокая стабильность сопротивления во времени, малый температурный коэффициент удельного сопротивления, малая термоЭДС в паре с медью.

Иногда они должны работать при высоких температурах, быть технологичными и по возможности не содержать дорогостоящих компонентов. Резистивные материалы должны иметь высокое удельное сопротивление. обладать высокой коррозиционной стойкостью, высокой стабильностью и малой термоЭДС в паре с медью.

Очень важно, чтобы эти требования выполнялись, если материал предназначен для изготовления образцовых и добавочных резисторов и шунтов электроизмерительных приборов. для переменных низкоомных резисторов надо иметь весьма малое и стабильное (во времени) контактное сопротивление.

В зависимости от назначения, условий эксплуатации, с учетом номинального сопротивления в качестве материалов для резисторов применяют металлы и сплавы с высоким удельным сопротивлением, а также оксиды металлов, углерод, композиционные материалы (иногда на основе благородных металлов — платины, палладия, золота и серебра).

Конструктивно резисторы выполняются в виде объемных элементов, проволоки различных диаметров и пленки, осаждаемой на диэлектрическое основание (подложку).

для пленок введен параметр — сопротивление квадрата, или сопротивление на квадрат (или удельное поверхностное сопротивление), численно равное сопротивлению участка пленки, длина которого равна его ширине, при протекании тока параллельно поверхности подложки. Сопротивление квадрата определяется по формуле

Rk = r / d,                                              (3.3)

где r- удельное объемное сопротивление пленки толщиной d.

Для резисторов и термопар наиболее распространенными являются сплавы типа манганина. Это сплавы на никелевой и медно-никелевой основе. Собственно манганин — наиболее распространенный сплав при изготовлении точных резисторов. Манганин марки МНМцЗ-12 содержит: марганца 11,5 — 13,5 %, никеля и кобальта 2,5 — 3,5 %, остальные % — медь.

Обычно при повыщении стабильности характеристик его отжигают при температуре 400 °С в течение 2 ч в вакууме или в нейтральных газах ( аргон, азот ) с медленным охлаждением. Холоднотянутая проволока подвергается 10-часовому старению при температуре 140 0С. Кроме того, требуется длительная выдержка манганина при комнатной температуре, примерно около 1 года.

Основные свойства манганина этой марки таковы: при 20 0С удельное сопротивление

Читайте также:  Переходные процессы в цепях переменного тока, законы коммутации, резонансные явления

r= 0,48 мкОм м: температурный коэффициент удельного сопротивления при той же температуре ar = (5 — 30) 10-6 1/К, термоЭДС относительно меди равна 1 мкВ 1/К +1: Тплавл = 960 0С, наибольшая допустимая рабочая температура (длительно ) ТР 300 0С.

Константан также относится к этой группе сплавов, но в его составе марганца всего 1 – 2 % , никеля — 39 – 41 %, остальные %- медь. Марка константана — МНМц4О-1,5.

Его основные свойства: r= 0,48 – 0,52мкОм м;      ar = (5- 25 ) 10-6 1/К; Траб = 450 0С; термоЭДС в паре с медью достаточно высока и составляет 45 — 55 мкВ 1/К.

что является недостатком при использовании его в измерительных схемах, но достоинством в термопарах.

Резисторы на основе кремния, как правило, тонкоплёночные. Для них использованы следующие марки сплавов: РС-4800, РС-370, РС3001, РС-1714, РС-1004, а также сплавы многокомпозиционные, состоящие из кремния, железа, хрома, никеля, алюминия и вольфрама (типа МЛТ).

В обозначении марок буквы означают: РС резистивный сплав, две первые цифры — номинальное содержание основного легирующего компонента, две остальные — то же для второго компонента. Сплавы в виде порошков предназначены для изготовления методом испарения и конденсации в высоком вакууме тонкопленочных резисторов и других вспомогательных слоев в электронике.

Резисторы из сплавов МЛТ получают термическим вакуумным испарением из вольфрамовых испарителей и путем конденсации пленок на диэлектрические подложки. Для увеличения удельного сопротивления сплавов в них часто вводят оксиды металлов. Для получения нужных свойств пленки после осаждения термообрабатывают.

При толщине пленок от 0,1 до 1 мкм можно получить сопротивление квадрата от десятков Ом м до 35 кОм при ar= (2,5 -± 4)-10-4 1/К. В микросхемах распространен сплав МЛТ-ЗМ, у него сопротивление квадрата R= 200 -500 Ом.

Сплавы на основе железа, никеля, хрома и алюминия в основном применяются для электронагревательных элементов. Они относятся к жаростойким с высоким удельным сопротивлением и подразделяются на: никель-хромовые (нихромы); никель-хромовые, легированные алюминием, железохромоникелевые и железохромоалюминиевые (хромали).

У всех этих сплавов характеристики зависят от их химического состава. Так, для нихрома марки Х20Н80 (хром — 15 – 18 %, никель — 55 – 61 %, марганец — 1,5 %, остальные % — железо) удельное сопротивление r = ( 1,1-1,2) мкОм м; r = (100 — 200) 10-6 1/К; предельная Траб = 1000 0С.

Для хромали марки Х23Ю5 (хром- 22 -25 %, никель — 0,6 %, марганец — 0,7 %, алюминий — 4,5 — 5,5 % ) удельное сопротивление r= ( 1,3 — 1,5 ) мкОм м; ar= 65 10-6 1/К, а предельная Траб = 1200 0С. Нихромы стойки к окислению на воздухе при высоких температурах, т.к.

на их поверхности образуется защитная пленка оксидов СrО + NiО с температурным коэффициентом линейного расширения, близким к ar= 1 сплава. Однако для этого слоя оксидов опасны термоудары, при этом пленка трескается, туда проникает кислород — происходит дополнительное окисление и срок службы сплава уменьшается.

Железохромоалюминиевые сплавы всех марок становятся хрупкими в интервале температур от 450 до 500 0C, что связано с выделением в структуре образований с повышенным содержанием хрома (порядка 80 %). Эта хрупкость может быть устранена нагревом сgлава до 750 — 800 °C с последующим охлаждением в воде.

Для всех сплавов агрессивными являются фосфорсодержащие среды, галоиды и сера, кроме железохромоалюминиевые сплавов, для которых газы, содержащие серу, допустимы.

Для жаростойких материалов и нагревательных элементов используют обычно карбиды и силициды тугоплавких металлов — ниобия, циркония, тантала и гафния.

Из карбида ниобия методом порошковой металлургии изготавливают трубчатые, стержневые и Y-образные нагреватели длиной до 600 мм, наружным диаметром до 18 мм и толщиной стенки 2 — 3 мм. Печи с такими нагревателями работают в вакууме до 2500 0С, а в аргоне — до 3000 °С.

Карбид циркония работает примерно при таких же температурах. Точка плавления карбида ниобия минус 3760 °С, циркония — 3530 0С, тантала — 3880 0С, а гафния — 3890 ОС. При комнатных температурах карбиды инертны к щелочам и кислотам.

Из неметаллических нагревателей, чаще всего используются селит и глобар из карбида кремния, которые являются полупроводниковыми соединениями. Их Траб = 1400 — 1500 0С; при этой температуре срок службы таких нагревателей составляет около 1500 — 2000 ч.

Силициды представляют собой соединения кремния в основном с металлами. Эти соединения широко используются в электротехнике, металлургии, космической, электронной в атомной технике. В электротермии наиболее популярен дисилицид молибдена (Мо — Si),который в изделиях может работать при 1700 0С в окислительной среде.

Элементы выполняются также методом порошковой металлургии. Свойства дисилицида молибдена: удельное сопротивление r= 0,2 мкОм м при 20 0С; при 1600 0С r= 0,8 мкОм м; температурный коэффициент линейного расширения a1 = 8,25 10-6 1/К. При работе в вакууме силициды молибдена диссоциируют, поэтому их использование ограничено и зависит от парциального давления кислорода.

Источник: http://mashmex.ru/materiali/68-provodniki.html?start=5

Таблица удельных сопротивлений проводников. Таблица удельных сопротивлений металлов

Раздел недели:
  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Электрическое сопротивление и проводимость проводников, растворов, почв….  / / Таблица удельных сопротивлений проводников. Таблица удельных сопротивлений металлов.

  • В разумных температурных пределах вокруг некоторой точки зависимость удельного сопротивления металлов от температуры описывается как:
  • ΔR = α*R*ΔT, где α — температурный коэффициент электрического сопротивления.
  • Ниже приведена таблица значений α для ряда металлов в диапазоне температур от 0 до 100 ° C.
Зависимость сопротивления металлов от температуры. Температурный коэффициент электрического сопротивления металлов α .

Проводник Удельное сопротивлениеρ, Ом*мм2/м α, 10 -3*C-1(или K -1)
Алюминий 0,028 4,2
Бронза 0,095 — 0,1
Висмут 1,2
Вольфрам 0,05 5
Железо 0,1 6
Золото 0,023 4
Иридий 0,0474
Константан ( сплав Ni-Cu + Mn) 0,5 0,05!
Латунь 0,025 — 0,108 0,1-0,4
Магний 0,045 3,9
Манганин (сплав меди марганца и никеля — приборный) 0,43 — 0,51 0,01!!
Медь 0,0175 4,3
Молибден 0,059
Нейзильбер (сплав меди цинка и никеля) 0,2 0,25
Натрий 0,047
Никелин ( сплав меди и никеля) 0,42 0,1
Никель 0,087 6,5
Нихром ( сплав никеля хрома железы и марганца) 1,05 — 1,4 0,1
Олово 0,12 4,4
Платина 0.107 3,9
Ртуть 0,94 1,0
Свинец 0,22 3,7
Серебро 0,015 4,1
Сталь 0,103 — 0,137 1-4
Титан 0,6
Фехраль (Cr (12—15 %); Al (3,5—5,5 %); Si (1 %); Mn (0,7 %); + Fe) 1,15 — 1,35 0,1
Хромаль 1,3 — 1,5
Цинк 0,054 4,2
Чугун 0,5-1,0 1,0

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса.

Источник: https://www.dpva.ru/Guide/GuidePhysics/ElectricityAndMagnethism/ElectricalResistanceAndConductivity/ElectricResistancePerVolumeMetalls1/

Сплавы высокого сопротивления

Металлическим сплавом называют однофазные или многофазные смеси различных металлов. Фазы, образующиеся при сплавлении двух или нескольких металлов, представляют собой либо твердые растворы, либо промежуточные интерметаллические соединения.

При образовании твердого раствора сохраняется кристаллическая решетка металла-растворителя. Многие металлы, имеющие одинаковые типы кристаллической решетки, смешиваются друг с другом в любых пропорциях, образуя непрерывный ряд твердых растворов.

Однако есть металлы, которые ограниченно взаимно растворяются друг в друге или вообще не растворяются в твердой фазе.

Получение сплава сопряжено с возникновением в его кристаллической структуре различных дефектов вследствие разнородности исходных материалов, их физико-химических свойств и способа получения.

Существуют три структурных типа твердых растворов: замещения, внедрения и вычитания. В твердых растворах замещения атомы растворенного металла замещают в узлах кристаллической решетки атомы металла-растворителя, распределяясь среди них по определенному закону.

В твердых растворах внедрения атомы растворенного металла не замещают атомы металла растворителя, а располагаются в межатомных промежутках его кристаллической решетки. Твердые растворы внедрения обычно образуются при растворении металлов с малыми атомными радиусами.

Твердый раствор вычитания образуется при недостатке одного из компонентов сплава.

Поскольку атомы растворителя и растворенного металла (элемента) имеют отличные друг от друга радиусы, кристаллические решетки твердого раствора замещения искажаются.

Еще более значительные искажения кристаллических решеток сплава возникают при образовании твердых растворов внедрения и вычитания.

В этих случаях нельзя говорить о каком-то определенном периоде кристаллической решетки твердого раствора, а можно лишь о его среднем значении.

Сплавы высокого сопротивления. Сплавами высокого сопротивления называют проводниковые материалы, у которых значения ρ в нормальных условиях составляют не менее 0,3 мкОм · м.

Их применяют при изготовлении электроизмерительных приборов, образцовых резисторов, реостатов и электронагревательных устройств. При использовании сплавов в электроизмерительной технике от них требуется не только высокое удельное сопротивление, но также малая термо-э.д.с.

относительно меди. Проводниковые материалы в электронагревательных приборах должны долго работать на воздухе при температурах порядка 1000°С.

Среди большого количества материалов для указанных целей наиболее распространенными в практике являются сплавы на медной основе – манганин и константан, а также хромоникелевые и железо-хромоалюминиевые сплавы.

Манганин – основной сплав на медной основе (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) для электроизмерительных приборов и образцовых резисторов. Манганин имеет желтоватый оттенок, хорошо вытягивается в тонкую проволоку до диаметра 0,02 мм. Из манганина изготавливают также ленту толщиной 0,01–1 мм и шириной 10–300 мм.

Константан – сплав меди и никеля (60% Cu, 40% Ni). Константан хорошо поддается обработке; его можно протягивать в проволоку и прокатывать в ленту тех же размеров, что и из манганина. Константан применяют для изготовления реостатов и электронагревательных элементов в тех случаях, когда рабочая температура не превышает 400–450°С.

Хромоникелевые сплавы (нихромы) используют для изготовления нагревательных элементов электрических печей, плиток, паяльников и т.д. Из этих сплавов изготавливают проволоку диаметром 0,02 мм и более и ленту сечением 0,1 ´ 1,0 мм и более. Высокую жаростойкость нихрома можно объяснить значительной стойкостью этого сплава к прогрессирующему окислению на воздухе при высоких температурах.

Скорость окисления металлов в значительной степени зависит от свойств образующегося окисла. Если окисел летуч, он удаляется с поверхности металла и не может защитить оставшийся металл от дальнейшего окисления.

Так, окислы вольфрама и молибдена легко улетучиваются, а потому эти металлы не могут эксплуатироваться в накаленном состоянии при доступе кислорода.

Если же окисел металла нелетуч, он образует слой на поверхности металла.

Стойкость хромоникелевых сплавов при высокой температуре на воздухе объясняется близкими значениями температурных коэффициентов линейного расширения сплавов и их окисных пленок. Поэтому последние не растрескиваются и не отделяются от проволоки при ее нагревании и расширении.

Однако хотя температурные коэффициенты расширения сплава и окислов хрома и никеля близки, они не одинаковы.

Вследствие этого при резких изменениях температуры может происходить растрескивание слоя окислов; при последующем нагреве кислород проникает в трещины и производит дополнительное окисление сплава.

Читайте также:  Питающие, распределительные и групповые сети в электроснабжении - в чем различие

Следовательно, при многократном кратковременном включении электронагревательный элемент из хромоникелевого сплава может перегореть скорее, чем в случае непрерывного режима нагрева (температура нагрева одна и та же в обоих сравниваемых случаях, а срок службы может отличаться в 20–30 раз).

Срок службы нагревательных элементов можно увеличить, если заделать спирали в твердую инертную среду типа глины-шамота, предохраняющую их от механических воздействий и затрудняющую доступ кислорода.

Окисные пленки на поверхности нихрома имеют небольшие и стабильные в широком интервале температур контактные сопротивления даже при малых контактных усилиях. Благодаря этому тонкая пластичная нихромовая проволока используется для изготовления миниатюрных высокоомных переменных резисторов с хорошими техническими характеристиками.

Тонкие пленки из нихрома Х20Н80, получаемые методом термического испарения и конденсации в вакууме, широко применяются для изготовления тонкопленочных резисторов, в частности, резисторов интегральных микросхем.

Химический состав пленок может заметно отличаться от состава исходного испаряемого сплава, что обусловлено значительными различиями в давлениях паров никеля и хрома при температурах испарения.

Поэтому состав конденсата зависит от многих технологических факторов: скорости осаждения, температуры и материала подложки, давления остаточных паров в камере и др.

Сплавы для термопар. Хотя многие неметаллические материалы (в первую очередь полупроводники) имеют большие потенциальные возможности для успешного применения в термоэлектрической термометрии, технология их изготовления является недостаточно совершенной.

Поэтому подавляющее большинство термопар изготавливают из металлических компонентов. Наиболее часто применяют следующие сплавы: 1) копель (56% Сu и 44% Ni); 2) алюмель (95% Ni, остальные – Al, Si и Мn); 3) хромель (90% Ni и 10% Сr); 4) платинородий (90% Pt и 10% Rh).

Термопары можно применять для измерения следующих температур: платинородий – платина до 1600°С; медь – константан и медь – копель до 350°С; железо – константан, железо – копель и хромель – копель до 600°С; хромель – алюмель до 900 – 1000°С.

Большинство термопар устойчиво работает лишь в окислительной среде. В процессе длительной эксплуатации может наблюдаться постепенное изменение удельной термо-э.д.с.

Причинами нестабильности являются загрязнения примесями из окружающей атмосферы, летучесть компонентов, окисление проволок, резкие перегибы и деформации, которые вносят внутренние напряжения и создают физическую неоднородность.

Наиболее высокой точностью, стабильностью и воспроизводимостью обладают платинородиевые термопары, несмотря на малую удельную термо-э.д.с. Эти качества объясняются химической инертностью материала и возможностью получать его с высокой степенью чистоты.

Источник: https://3ys.ru/provodniki-poluprovodniki-i-dielektriki/splavy-vysokogo-soprotivleniya.html

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление – это свойство материала, характеризующее его способность препятствовать прохождению электрического тока.

Характеристики электротехнических материалов

Главной характеристикой в электротехнике считается удельная электропроводность, измеряемая в См/м. Она служит коэффициентом пропорциональности между вектором напряжённости поля и плотностью тока. Обозначается часто греческой буквой гамма γ.

Удельное сопротивление признано величиной, обратной электропроводности. В результате формула, упомянутая выше, обретает вид: плотность тока прямо пропорциональна напряжённости поля и обратно пропорциональна удельному сопротивлению среды.

Единицей измерения становится Ом м.

Рассматриваемое понятие сохраняет актуальность не только для твёрдых сред. К примеру, ток проводят жидкости-электролиты и ионизированные газы. Следовательно, в каждом случае допустимо ввести понятие удельного сопротивления, ведь через среду проходит электрический заряд.

Найти в справочниках значения, к примеру, для сварочной дуги сложно по простой причине — подобными задачами не занимаются в достаточной степени. Это не востребовано.

С момента обнаружением Дэви накала платиновой пластины электрическим током до внедрения в обиход лампочек накала прошло столетие – по схожей причине не сразу осознали важность, значимость открытия.

Свойство материала

В зависимости от значения величины удельного сопротивления материалы делятся:

  1. У проводников – менее 1/10000 Ом м.
  2. У диэлектриков – свыше 100 млн. Ом м.
  3. Полупроводники по значениям удельного сопротивления находятся между диэлектриками и проводниками.

Эти значения характеризуют исключительно способность тела сопротивляться прохождению электрического тока и не влияют на прочие аспекты (упругость, термостойкость). К примеру, магнитные материалы бывают проводниками, диэлектриками и полупроводниками.

Как образуется в материале проводимость

В современной физике сопротивление и проводимость принято объяснять зонной теорией. Она применима для твёрдых кристаллических тел, атомы решётки которого принимаются неподвижными. Согласно указанной концепции энергия электронов и прочих типов носителей заряда определяется установленными правилами. Выделяют три основные зоны, присущие материалу:

  • Валентная зона содержит электроны, связанные с атомами. В этой области энергия электронов градируется ступенями, а число уровней ограничено. Внешняя из слоёв атома.
  • Запрещённая зона. В этой области носители заряда находиться не вправе. Служит границей раздела двух других зон. У металлов часто отсутствует.
  • Свободная зона расположена выше двух предыдущих. Здесь электроны участвуют свободно в создании электрического тока, а энергия любая. Нет уровней.

Диэлектрики характеризуются высочайшим расположением свободной зоны. При любых мыслимых на Земле естественных условиях материалы электрический ток не проводят. Велика ширина и запрещённой зоны.

У металлов масса свободных электронов. А валентная зона одновременно считается областью проводимости – запрещённых состояний нет.

В результате подобные материалы обладают малым удельным сопротивлением.

Расчёт уд. сопротивления

На границе контактов атомов образуются промежуточные энергетические уровни, возникают необычные эффекты, используемые физикой полупроводников. Неоднородности создаются намеренно внедрением примесей (акцепторов и доноров). В результате образуются новые энергетические состояния, проявляющие в процессе протекания электрического тока новые свойства, которыми не владел исходный материал.

У полупроводников ширина запрещённой зоны невелика. Под действием внешних сил электроны способны покидать валентную область. Причиной становится электрическое напряжение, нагрев, облучение, прочие типы воздействий.

У диэлектриков и полупроводников по мере понижения температуры электроны переходят на пониженные уровни, в результате валентная зона заполняется, а зона проводимости остаётся свободна. Электрический ток не течёт.

В соответствии с квантовой теорией класс полупроводников характеризуется как материалы с шириной запрещённой зоны менее 3 эВ.

Энергия Ферми

Важное место в теории проводимости, объяснениях явлений, происходящих в полупроводниках, занимает энергия Ферми. Скрытности добавляют туманную определения термина в литературе. В зарубежной литературе говорится, что уровень Ферми — некое значение в эВ, а энергия Ферми – разница между ним и наименьшим в кристалле. Приведём избранные общие и понятные предложения:

  1. Уровень Ферми – максимальный из всех, присущих электрону в металлах при температуре 0 К. Следовательно, энергией Ферми считается разница между этой цифрой и минимальным уровнем при абсолютном нуле.
  2. Энергетический уровень Ферми – вероятность нахождения электронов составляет 50% при всех температурах, кроме абсолютного нуля.

Уровень Ферми не обязательно существует физически. Известны случаи, когда место пролегания находилось в середине запрещённой зоны. Физически уровень не существует, там нет электронов.

Однако параметр заметен при помощи вольтметра: разница потенциалов между двумя точками цепи (показания на дисплее) пропорциональна разнице уровней Ферми этих точек и обратно пропорциональна заряду электрона. Простая зависимость.

Допустимо увязать эти параметры с проводимостью и удельным сопротивлением, пользуясь законом Ома для участка цепи.

Материалы с низким удельным сопротивлением

К проводникам относят большинство металлов, графит, электролиты. Такие материалы обладают низким удельным сопротивлением. В металлах положительно заряженные ионы образуют узлы кристаллической решётки, окружённые облаком электронов. Их принято называть общими за вхождение в состав зоны проводимости.

Хотя не до конца понятно, что такое электрон, его принято описывать как частицу, движущуюся внутри кристалла с тепловой скоростью в сотни км/с.

Это намного больше, чем нужно, чтобы вывести космический корабль на орбиту. Одновременно скорость дрейфа, образующая электрический ток под действием вектора напряжённости, едва достигает сантиметра в минуту.

Поле распространяется в среде со скоростью света (100 тыс. км/ с).

В результате указанных соотношений становится возможным выразить удельную проводимость через физические величины (см. рисунок):

Формула для расчётов

  • Заряд электрона, e.
  • Концентрация свободных носителей, n.
  • Масса электрона, me.
  • Тепловая скорость носителей,
  • Длина свободного пробега электрона, l.

Уровень Ферми для металлов лежит в пределах 3 — 15 эВ, а концентрация свободных носителей почти не зависит от температуры.

Поэтому удельная проводимость, а значит, и сопротивление определяется строением молекулярной решётки и её близостью к идеалу, свободой от дефектов.

Параметры определяют длину свободного пробега электронов, легко найти в справочниках, если требуется произвести вычисления (к примеру, с целью определения удельного сопротивления).

Лучшей проводимостью обладают металлы с кубической решёткой. Сюда относят и медь. Переходные металлы характеризуются гораздо большим удельным сопротивлением. Проводимость падает с ростом температуры и при высоких частотах переменного тока. В последнем случае наблюдается скин-эффект. Зависимость от температуры линейная выше некого предела, носящего имя нидерландского физика Петера Дебая.

Отмечаются и не столь прямолинейные зависимости. К примеру, температурная обработка стали повышает количество дефектов, что закономерно снижает удельную проводимость материала. Исключением из правила стал отжиг.

Процесс снижает плотность дефектов, что за счёт чего удельное сопротивление уменьшается. Яркое влияние оказывает деформация.

Для некоторых сплавов механическая обработка приводит к заметному повышению удельного сопротивления.

Объёмное представление свойства

Материалы с высоким удельным сопротивлением

Порой требуется специально удельное сопротивление повысить. Подобная ситуация встречается в случаях с нагревательными приборами и резисторами электронных схем. Вот тогда приходит черед сплавов с высоким удельным сопротивлением (более 0,3 мкОм м). При использовании в составе измерительных приборов предъявляется требование минимального потенциала на границе стыковки с медным контактом.

Наибольшую известность получил нихром. Нередко нагревательные приборы конструируют из дешёвого фехраля (хрупкий, но дешёвый). В зависимости от назначения в сплавы входит медь, марганец и прочие металлы.

Это дорогое удовольствие. К примеру, резистор из манганина стоит 30 центов на Алиэкспресс, где цены традиционно ниже магазинных. Встречается даже сплав палладия с иридием.

О цене материала не следует говорить вслух.

Резисторы печатных плат часто изготавливают из чистых металлов в виде плёнок методом напыления. Массово применяются хром, тантал, вольфрам, сплавы, среди прочего, нихром.

Вещества, не проводящие электрический ток

Диэлектрики характеризуются впечатляющим удельным сопротивлением. Это не ключевая черта. К диэлектрикам относят материалы, способные перераспределять заряд под действием электрического поля. В результате происходит накопление, что используется в конденсаторах.

Степень перераспределения заряда характеризуется диэлектрической проницаемостью. Параметр показывает, во сколько раз возрастает ёмкость конденсатора, где вместо воздуха использован конкретный материал. Отдельные диэлектрики способны проводить и излучать колебания под действием переменного тока.

Известно сегнетоэлектричество, обусловленное сменой температур.

В процессе смены направления поля возникают потери. Подобно тому, как магнитная напряжённость частично преобразуется в тепло при воздействии на мягкую сталь. Диэлектрические потери зависят преимущественно от частоты.

При необходимости в качестве материалов используют неполярные изоляторы, молекулы которых симметричны, без ярко выраженного электрического момента. Поляризация возникает, если заряды прочно связаны с кристаллической решёткой.

Типы поляризации:

  1. Электронная поляризация возникает как результат деформации внешних энергетических оболочек атомов. Обратима. Характерна для неполярных диэлектриков в любой фазе вещества. Из-за малого веса электронов возникает почти мгновенно (единицы фс).
  2. Ионная поляризация распространяется на два порядка медленнее и характерна для веществ с ионной кристаллической решёткой. Соответственно, материалы применяются на частотах до 10 ГГц и обладают большим значением диэлектрической проницаемости (у двуокиси титана – до 90).
  3. Дипольно-релаксационная поляризация намного медленнее. Время совершения составляет сотые доли секунды. Дипольно-релаксационная поляризация характерна для газов и жидкостей и зависит, соответственно, от вязкости (плотности). Прослеживается влияние температуры: эффект образует пик при некотором значении.
  4. Спонтанная поляризация наблюдается у сегнетоэлектриков.

Источник: https://VashTehnik.ru/enciklopediya/udelnoe-soprotivlenie.html

Ссылка на основную публикацию