Жаростойкими проводниковыми материалами являются сплавы на основе железа, никеля и некоторых других компонентов. Жаростойкие сплавы применяются для изготовления электронагревательных элементов, длительно работающих в воздушной среде при температурах 1000ºС и выше, а также проволочных или ленточных резисторов. Эти сплавы отличаются высоким электрическим сопротивлением, его малым температурным коэффициентом и высокой жаростойкостью, т.е. способностью противостоять химическому разрушению поверхности под воздействием М1 воздуха.
Высокая нагревостойкость сплавов на основе железа объясняется введением в их состав достаточного количества металлов, образующих при нагреве на воздухе практически сплошную оксидную пленку, т.н. оксидная изоляция. Такими металлами являются никель, хром, алюминий. Железо при нагреве окисляется, поэтому, чем больше содержится железа в сплаве, тем менее нагревостойкость это сплав.
Для того, чтобы судить о том, может ли на поверхности металла образоваться сплошной слой из оксидной изоляции, вводят объемный коэффициент оксидирования, т.е. отношения объема оксида к объему металла, вошедшего в этот оксид:
(7)
где М – молекулярная масса оксида;
ρМ – плотность металла;
n – число атомов металла, входящих в молекулу оксида;
А – атомная масса металла,
ρ0 – плотность оксида.
При К>1, на металле образуется оксидная изоляция, дающая сплошной слой.
При К<1, сплошное покрытие не получено.
Для железа К<1.
На срок жизни нагревательных элементов работающих на воздухе, оказывают влияние и свойства образующегося оксида. Если оксид летуч, то он не может защитить оставшийся металл от дальнейшего окисления. Летучими оксидами являются оксиды вольфрама и молибдена. Стойкость хромоникелевых сплавов при высокой температуре в воздушной среде объясняется близкими значениями ТКе этих сплавов и их оксидных пленок. Растрескивание оксидных пленок имеет место только при резких сменах температуры, тогда при последующих нагревах кислород воздуха проникает в образовавшиеся трещины и производит дальнейшее окисление сплава.
|
|
Сплавы системы Fe-Ni-Cr называют нихромами (при повышенном содержании Fe – ферронихромами). В зависимости от марки такие сплавы содержат 15-25% хрома, 55-78% никеля, 1.5% марганца, остальное железо. С целью удешевления в состав нихромов за счет частичной замены никеля вводят до 25-30% железа.
Хромоалюминевые сплавы (Fe-Cr-Al) практически не содержат никеля. Они дешевле нихромов и отличаются от них своими электрическими и механическими свойствами. Однако они менее технологичны, более тверды и хрупки.
Основные свойства сплавов высокого сопротивления приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2. Физико-механические, тепловые и электрические свойства проводниковых материалов.