Materiale conductoare cu inalta rezistivitate electrica

MATERIALE CONDUCTOARE CU INALTA REZISTIVITATE ELECTRICA

Cu aceste materiale se realizeaza :

- rezistoare de precizie si rezistoare etalon;

- rezistoare de pornire si reglare ;

- rezistoare pentru incalzirea electrica.

Materialele conductoare cu inalta rezistivitate electrica trebuie sa satisfaca urmatoarele conditii :

- sa aiba rezistivitate mare pentru a se putea obtine rezistoare cu rezistenta electrica cat mai mare, intr-un volum cat mai mic (cu consum minim de material conductor);

- sa suporte temperatura de functionare ,fara ca la racier sa devina fragile sau sa-si modifice proprietatile initiale;

- coeficientul de temperature al rezistivitatii :

p2 p1 α = ─────. p1 02-01 sa fie cat mai mic,adica rezistivitatea sa se modifice cat mai putin cu temperatura (α = 10¯4…10¯б sC¯¹);            

- tensiunea termoelectromotoare fata de cupru sa fie cat mai redusa,indeosebi pentru materiale utilizate la fabricarea rezistoarelor de precizie folosite la aparatele de masurat.In caz contrar aceste tensiuni falsifica indicatiile aparatului de masurat :

- sa fie ieftine.

Se folosesc fie metale pure,fie aliaje.Metalele pure au o intrebuintare limitate,deoarece au rezistivitatea electrica relative mica,coeficientul de temperatura al rezistivitatii relative mare (α = 0,004sC¯¹),si in plus sunt supuse coroziunii la temperaturi ridicate.

1.Aliaje pentru rezistoare etalon si de precizie                         

Ca aliaje pentru rezistoare etalon de precizie se utilizeaza manganina aliajele pe baza de metale pretioase.

● Manganina are urmatoarea compozitie aproximativa :85% cupru,12%manga si 3% nichel sau aluminiu.

Pentru manganina cu nichel coeficientul de temperatura al rezistivitatii este 10¯5sC¯¹, rezistivitatea 0,43 Ωmm²/m,tensiunea termoelectromotoare in raport cu cuprul 2µV/sC si temperature maxima de utilizare 60sC (pentru asigurarea invariabilitatii rezistentei electrice timp indelungat).     

Manganina se prelucreaza usor putand fi trasa in benzi si fire subtiri.Pentru imbunatatirea proprietatilor manganinei,ea se supune unui tratament termic de imbatranire ,prin recoacere la 100-140sC in vid,decapare,racier lenta si apoi pastrare indelungata la temperatura camerei. ● Aliajele pe baza de metale pretioase sunt:aur-crom,argint-mangan-staniu,argint-nichel.

Aceste aliaje au rezistivitate mare si coefficient mic de variatie a rezistivitatii cu temperatura.

2. Aliaje pentru rezistoare

Ca aliaje pentru rezistoare se utilizeaza:constantanul,nichelina si alte aliaje (cupru-zinc,cupru-nichel-zinc,fonta).

● Constantanul este cel mai utilizat aliaj din aceasta categorie si contine 60% cupru si 40% nichel.

El are cel mai mic coeficient de temperatura al rezistivitatii,aproximativ 10¯6sC¯¹,motiv pentru care se numeste constantan,adica aliaj cu rezistivitate electrica practic constanta.

Constantanul are rezistivitatea electrica 0,5 Ωmm²/m si temperature maxima de utilizare 450sC.

Are tensiunea termoelectromotoare mare in raport cu cuprul ,de 39µV/sC,ceea ce il face inutilizabil la realizarea rezistoarelor de precizie si etalon.

La temperature de 900sC constantanul se oxideaza,acoperindu-se cu o pelicula flexibila si izolata electric.Aceasta pelicula permite utilizarea firelor de constantan astfel oxidate sa fie bobinate pe un support izolant,spira langa spira,in constructia rezistoarelor,cu conditia ca tensiunea intre doua spire vecine san u depaseasca 1 V.                  

● Nichelina este un aliaj de cupru-nichel-mangan.                        

Exista diferite sorturi de nichelina in functie de continutul de nichel care poate varia intre 25 si 35%.                                                                                    

Continutul de mangan in aliaj reprezinta 2-3%.

Nichelinele au rezistivitatea de ordinal  0,4 Ωmm²/m,coeficientul de temperatura al rezistinitati de 14·10¯5sC¯¹ si tensiunea termoelectromotoare de 25 µV/sC.                   

Temperatura maxima de utilizare a nichelinei este 300sC.

Nichelina se utilizeaza in special pentru reostate de pornire si reglare a turatiei la motoarele electrice.                                                                            

Alte aliaje pentru rezistoare sunt aliajele din cupru-zinc,cupru-zinc-nichel (alpaca) precum si fonta.Aceste aliaje au coeficientul de temperatura al rezistiitatii mult mai mare decat al constantanului. Fonta are rezistivitate mare (circa 1,5 Ωmm²/m) dar are dezavantajul ca devine foarte casanta in special dup ace rezistoarele au functionat la temperaturi ridicate.

3. Metale si aliaje pentru elemente de incalzire electrica       

In anumite cazuri sunt utilizate si metale ethnic pure ca aluminiul,fierul,wolframul,molibdenul,nichelul,platina,tantalul,pentru dispozitive de incalzire ,cu toate deficientele aratate la inceputul subcapitolului E.

a. Aliaje pe baza de nichel

● Nicromul contine 25-30% crom,restul nichel.

Prezenta manganului in aliaj in proportie de 1-2% favorizeaza forjarea si laminarea,iar in proportie de 5-8% sporeste mult rezistivitatea electrica.

Nicromurile care functioneaza la temperaturi inalte contin si 5-8% molibden,care sporeste stabilitatea termica si rezistenta la temperaturi ridicate.

Aliajele nicrom au temperatura maxima de utilizare 1 000sC si mare rezistenta la oxidare.

●Feronicromul contine 60-70% nichel 15-20% crom,15-25% fier eventual si cateva procente de mangan si molibden introduce in aliaj in aceleasi scopuri ca si la aliajele nicrom.

La temperaturi de 600-900sC aceste aliaje devin fragile.

Sunt mai ieftine decat aliajele nicrom dar sunt mai putin rezistente la oxidare,din cauza continutuluide fier in aliaj.

b. Aliaje pe baza de fier

Aliajele pe baza de nichel fiind scumpe,s-au eleborat aliaje pe baza de fier,rezistente la temperaturi mari.

● Fecralul contine aproximativ 12-15% crom,5% aluminiu,restul fier.

Aliajul este utilizabil pana la temperatura de 1 050sC.

Fecralul este mai dur si mai fragil decat nicromul, prelucrandu-se mai greu.

Exista aliaje de tip fecral care au un procent mai ridicat de crom si aluminiu,acesta putand lucra la temperatura de pana la 1 350sC,dar fiind mai dure se prelucreaza numai la cald.

● Kanthalul, produs al uzinelor “Kanthal” din Suedia, contine 20-24% crom,5-б% aluminiu,2% cobalt si restul fier.

Are rezistivitate electrica 1,3-1,35 Ωmm²/m, superioara aliajelor nicrom,si o temperature maxima de utilizare de 1 250sC.

● Cromatul contine 64% fier,30% crom,4,5% aluminiu si 1.5% carbon,mangan,sulf si fosfor.  

Poate lucra la temperaturi maxime pana la 1 300sC.