Авиа

Архив рубрики «Сплавы с высоким электросопротивлением»

Все сплавы металлических систем, образованных сверхпроводящими компонентами, независимо от фазового состояния и кристаллической   структуры обладают

сверхпроводимостью. Из всего многообразия изменения критической температуры при образовании сплавов наиболее характерными являются три типа концентрационной зависимости:

1)  при добавлении элемента с более низким значением ГКр имеет место линейное или близкое к линейному падение Гкр сплава (рис. 25);

2)   Гкр в сплавах достигает минимума в средней области концентраций (рис. 26);

3) ГКр в сплавах превышает значения Г,ф компонентов (рис. 27).

Обычно третий вид концентрационной зависимости критической температуры соответствует случаю полиморфизма у одного или обоих компонентов. Все три типа относятся к системам, в которых компоненты образуют при высоких температурах непрерывные твердые растворы; при наличии полиморфных превращений у компонентов с понижением температуры наблюдается распад твердых растворов. В сплавах, представляющих смесь сверхпроводящих фаз, критическая температура изменяется линейно с изменением состава.

Критическая температура для сверхпроводников — твердых растворов зависит от атомного диаметра растворенного элемента. Если растворенный элемент имеет больший атомный диаметр, чем растворитель, то критическая температура увеличивается с повышением концентрации растворенного элемента, и наоборот, если растворенный элемент имеет меньший атомный диаметр, чем растворитель, то критическая температура уменьшается с повышением концентрации растворенного элемента.

Положение максимумов Гкр на кривой зависимости Ткр—N соответствует примерно значениям 4,7 и 6,5 эл/ат (рис. 28). Эта зависимость   позволяет   объяснить кондеформации  на характеристики   сверхпроводников

ТБ1323 и ТВ 1423, применяемые для термометров и регуляторов температуры в АЗС, реле времени и других элементах  приборостроения.

Разновидностью термобиметаллов, отличающихся от обычных, деформация которых зависит от нагрева, являются магнитострикци-онные термобиметаллы;  в этом случае используют зависимость де-

формации от изменения магнитных свойств. Компоненты таких термобиметаллов изготавливают из магнитострикционных материалов с разным значением коэффициента магнитострикции. С увеличением магнитной индукции один из элементов термобиметаллической пластины, имеющий положительную магнитострикцию, удлиняется, а другой, имеющий отрицательную магнитострикцию, — сжимается. Это приводит к деформации магнитострикционного термобиметалла. Поскольку такую деформацию, как и в случае термобиметалла, чувствительного к изменению температуры, легко проконтролировать, маг-нитострикционные материалы можно использовать в тех же целя-х, что и обычные.

Если по условиям -эксплуатации необходима независимость деформации магнитострикционного термобиметалла от температуры (например, в измерительной технике), то оба компонента его должны иметь одинаковые температурные коэффииценты линейного расширения. Это условие легче выполнить, если один компонент изготовить из магнитострикционного материала, а другой — из немагнитного материала с идентичными первому компоненту характеристиками теплового расширения. Это увеличивает возможность более тщательного подбора материалов по тепловым свойствам.

Происходит под влиянием внешней среды. Таким образом, коррозией материалов принято называть разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой.

Многие детали авиационной и космической техники подвергаются коррозии в -атмосфере воздуха (влажный воздух, туман, осадки). Происходит так называемая атмосферная коррозия. При контакте с жидкостями, применяемыми для работы конструкции или находящимися . в окружающей среде (например, морская вода), может протекать жидкостная коррозия. При^высоких температурах в газах происходит газовая коррозия. Любой вид коррозии опасен не только из-за повреждения поверхностных слоев изделия, но и тем, что происходит уменьшение рабочего сечения детали, т. е. несущая способность уменьшается. Кроме того, необходимо учитывать появление продуктов коррозии, которые могут оказывать влияние на работу изделия.

Химическая коррозия протекает вследствие взаимодействия металла с коррозионной средой, при котором окисление, металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. Продуктом этого взаимодействия является окисная пленка, которая может оказывать предохраняющее воздействие и защищать металл от дальнейшего разрушения. Защитные свойства пленок зависят от их состава, строения, сцепляемости с подложкой и их свойств (например, летучести). Теория химической коррозии хорошо объясняет явления, связанные с газовой коррозией.

Можно применять в измерительной технике авиационного приборостроения в качестве указателей тока, для измерения неэлектрических величин. Для измерения используется эффект изменения индуктивности катушки, окружающей пластину из магнитострикционного термобиметаллического материала, вследствие изменения магнитной проницаемости пластины при механическом отклонении ее свободного конца.

Если термобиметаллические элементы работают в агрессивных средах, способствующих коррозии, то на них наносят тонкие (^0,01 мм), как правило, гальванические защитные покрытия из алюминия, никеля, цинка, хрома, незначительно изменяющие температурные деформации термобиметалла.

§ 8. Материалы с особыми электрическими и механическими свойствами, работающие в условиях коррозионного воздействия

Некоторые детали, используемые в авиационном приборостроении, работают в сложных условиях, когда при выполнении основной задачи они подвергаются кратковременному или длительному воздействию агрессивной среды. Помимо воздействия водяных паров и солевых растворов, из внешней среды на материал деталей могут в некоторых случаях воздействовать сильные окислители (азотная кислота, кислород), необходимые для работы конструкции. Надо иметь в виду, что с повышением температуры увеличивается опасность воздействия жидких и газовых сред на поверхность металлического тела.

Обычно состоят никеля в меди, широко используют для изготовления проволочных или ленточных резисторов. К ним относятся константан и никелин. Константан имеет практически нулевой температурный коэффициент электросопротивления (табл. 2). Его сопротивление не изменяется в пределах—60-=—[-300°С. Однако т.э.д.с. константана в паре с медью высокая. Поэтому константан используют преимущественно для изготовления реостатов или нагревательных элементов, работающих до 500° С, когда т. э. д. с. в паре с медью не имеет существенного значения. Для реостатов пригоден также никелин, свойства которого несколько хуже, чем константана, однако он дешевле.

Для прецизионных резисторов применяют медный сплав — манганин. Он имеет структуру твердого раствора марганца и никеля в меди. Обладая несколько более высоким температурным коэффициентом электросопротивления, чем константан, он отличается незначительной т.э.д.с. в паре с медью (см. табл. 2). Высокая тем-пературно-временная стабильность манганина достигается стабилизирующим отжигом, который снижает внутренние напряжения и искажения кристаллической решетки и приводит сплав в более устойчивое состояние. Для предупреждения взаимодействия металла и кислорода и образования большого количества окалины металлы и сплавы легируют специальными элементами, которые способствуют образованию плотных, газонепроницаемых окислов на поверхности изделия. К таким элементам относятся хром, алюминий и кремний, образующие окислы Сг203, А1203, Si02.

Характеризуется еще величиной критической плотности тока /Кр; при / > /Кр сверхпроводимость ‘отсутствует. Обычно величину критической плотности тока соотносят с определенными значениями напряженности магнитного поля и температуры.

В соответствии с характером перехода из сверхпроводящего состояния в нормальное при увеличении Напряженности магнитного поля различают сверхпроводники двух групп.

К сверхпроводникам I группы относятся все чистые металлы, за исключением ванадия и ниобия, ко II группе— ванадий, ниобий и все остальные сверхпроводящие сплавы и соединения.

Сверхпроводники I группы характеризуются критическим магнитным полем Якр, величина которого зависит от температуры согласно соотношению

Сверхпроводники I группы утрачивают сверхпроводящие свойства сразу же по достижении Я = Якр.

Наибольшую критическую величину магнитное поле имеет при абсолютном нуле температуры  (~ 105 А/м).

При повышении температуры критическая напряженность магнитного поля убывает, превращаясь в нуль (рис. 15). Важным свойством сверхпроводников I группы является эффект Мейсснера. Глубина проникновения поля К выражается следующей зависимостью:

В сверхпроводящем состоянии материалы I группы являются диамагнетиками. Следует отметить, что ферромагнетики не являются сверхпроводниками. К ним относятся переходные металлы — ферромагнетики с недостроенным и d- и /- полосами (Со, Fe, Ni, Gd и др.). Антиферромагнетики также не являются сверхпроводниками. Подавление сверхпроводимости в материалах с упорядоченной магнитной структурой связано с рассеянием электронов проводимости на атомах, имеющих некомпенсированные магнитные моменты.

В приборостроении применяют пружины, изготовленные из стали, фосфористой и. бе-риллиевой бронзы, нейзильбера, латуни и др.

Для токопроводящих пружин, работающих в магнитном поле, можно применять кремнистомарганцовистую бронзу БрКМцЗ — 1 или бериллиевую бронзу БрБ2. Эти материалы предназначены для работы в магнитных полях и агрессивных средах. Необходимо учитывать плохую работу этих материалов при повышении температуры и при наличии резких ударов.’

Бериллиевая бронза БрБ2 (2 % Be) является дис-персионно-твердеющим сплавом. Закалка с 800 °С фиксирует пересыщенный твердый раствор, распадающийся при старении (при 350 — 400 °С). Высокая прочность (ав ~ 1200 МПа) в сочетании с хорошими технологическими свойствами и высокой химической стойкостью делают этот сплав ценным материалом для изготовления ответственных пружин, контактов, мембран и т. д.

Для работы в различных условиях можно изготавливать отдельные элементы приборов .из материалов, пред-. ставленных в табл. 4.

Данные о допустимых и недопустимых контактах различных пар материалов при работе в атмосферных условиях (при наличии электролита) приведены в табл. 5.

Помимо термической обработки, в зависимости от условий работы пружины следует подвергать противокоррозионным покрытиям. Так, стальные пружины рекомендуется подвергать кадмированию с пассивированием или цинкованию с пассивированием, пружины из бронзы — оксидированию (в черный цвет) или никелированию.

Имеет место при взаимодействии металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала. При наличии влаги происходит обмен заряженными частицами между металлом и электролитом (жидкостная, и атмосферная коррозия). При наличии пары металлов .с разными электродными потенциалами может происходить непрерывный’ процесс выравнивания электрических зарядов, приводящий к растворению ионов одного металла в электролите. Подобный процесс может иметь место и в случае сплава, имеющего неоднородную структуру или

включения; фаза с более отрицательным электрохимическим потенциалом будет растворяться в электролите.

Таким образом, структура материала оказывает существенное влияние на протекание коррозии: наличие однородной структуры твердого раствора и применение чистых металлов значительно замедляют протекание электрохимической коррозии. Следует также учитывать ускорение электрохимической коррозии при контакте разнородных металлов,, имеющих большую разность электрохимических потенциалов.

Такие сплавы должны сочетать высокие упруго-прочностные свойства с низким удельным электросопротивлением (р^0,3—0,4 мкОм-м) при достаточной жаропрочности. Имеются три модификации сплава на никелевой основе 97НЛ (ЭИ996) с максимальной рабочей температурой до 400°С, причем сплав 95НЛМ (ЭИ996М) немагнитен. При максимальной температуре работает сплав на кобальтовой основе ЭП431. Эти сплавы обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью в атмосферных, тропических и морских условиях. t

Путе’м легирования добавками ниобия, циркония, молибдена, титана, углерода и некоторых других элементов удалось создать сплавы, работающие при температурах до 600 и даже до 800 °С. Эти сплавы можно эксплуатировать в агрессивных средах при температурах до 200°С, но при более высоких температурах они требуют защиты от окисления.

Для пружин и некоторых силовых элементов приборов требуются материалы, работающие при высоких температурах^ На рис. 13 приведены максимальные рабочие температуры некоторых пружинных сплавов.

Для упругих чувствительных элементов и пружин применяют дисперсионно-твердею-щие сплавы элинварного типа (42НХТЮ, 44НХТЮ), коррози-онностойкие немагнитные кобальтовые сплавы, ниобийтита новый сплав, предназначенный для упругих элементов, работающих при нагреве в условиях агрессивных сред.

Они должны обладать высокой износостойкостью, стойкостью к выкрашиванию, стабильностью геометрических размеров и прочностью при повышенных температурах. Для этих целей до последнего времени применяли стали 9X18, Х18 (ЭИ229), ШХ15, ЭИ347, азотируемые стали 4Х14Н14В2М (ЭИ69), 38ХМЮА и 12ХМВМ. Однако из-за недостаточной твердости (XI8), низкой коррозионной стойкости (38ХМЮА, ШХ15) эти материалы не могут обеспечить надежной работы аппаратуры. Более надежны в работе новые дисперсионно-твердеющие стали.

Сверхпроводимость свойственна только металлическому состоянию вещества. Около 30 элементов — металлов и около 10000 сплавов и соединений при температурах, близких к абсолютному нулю, переходят в сверхпроводящее состояние, которое характеризуется исчезающе малым удельным электросопротивлением (Ю-25 Ом-м); самое низкое удельное электросопротивление у проводников составляет 10~15 Ом«м. Следовательно, практически исчезают как зависящая от температуры часть электросопротивления, так и остаточное, обусловленное рассеянием носителей заряда на • динамических и статических искажениях кристаллического строения соответственно (рис. 14). Температура перехода в сверхпроводящее состояние Гкр зависит от физической природы сверхпроводника, чистоты материала, степени дефектности кристаллической решетки и др.

При воздействии м’агнитного поля, напряженность которого больше (или равна) определенной величины сверхпроводимость исчезает. При- этом магнитное поле может быть создано и внешним источником, и электри-

ческим током, проходящим по сверхпроводнику. Все сверхпроводящие материалы характеризуются слабым проникновением магнитного поля при Я < Якр (эффект Мейсснера).

Он равен Ф = Фо, где п — целое число.Обозначим радиус сердцевины такой нити, обладающей нормальной проводимостью, через г,   глубину У материалов II группы переход из сверхпроводящего в нормальное состояние протекает при увеличении магнитного поля постепенно, сверхпроводимость исчезает при . Сверхпроводники I группы допускают небольшие плотности тока /кр, причем их величина быстро уменьшается с увеличением напряженности внешнего магнитного поля. Более высокое значение критической плотности тока (до 109 А/см3) свойственны сверхпроводникам II трупы (рис. 20). Сверхпроводящее состояние — это результат образования так называемых    куперовских пар электронов с противоположными импульсами и спинами. В металлах между электронами действуют силы, связанные с наличием положительно заряженных ионов кристаллической решетки. В первом приближении можно сказать, что-один электрон притягивает к себе соседние положительно заряженные ионы, и в том месте, где он находится,

увеличивается плотность положительного заряда. На второй электрон действует сила притяжения к этой области. Второй электрон тоже смещает ближе к себе соседние с ним положительные ионы, и к этой области притягивается первый электрон. В результате возникает сила притяжения, действующая на электроны и обусловленная наличием решетки положительно заряженных ионов.

При достаточно низких температурах это притяжение может связать электроны в пары и привести к явлению сверхпроводимости. С повышением температуры тепловое возбуждение разрушает пары, сверхпроводимость исчезает и материал приобретает обычное электросопротивление.

Поскольку на разрушение пары электронов необходимо затратить определенную энергию, это означает, что в энергетическом спектре сверхпроводника существует определенный разрыв (энергетическая щель). Ширина этой щели зависит от температуры и при Т=7\ф равна нулю (рис.21). Сверхпроводящие электроны находятся в более> низкой энергетической зоне, чем электроны проводимости. Интервал энергий между этими двумя зонами и является энергетической щелью.

Является коэффициент чувствительности М, под которым понимают разность температурных коэффициентов линейного расширения (cti—а2) компонентов термобиметалла. Изгиб свободного конца пластинки А термобиметалла длиной 100 мм и толщиной 1 мм при нагреве на 1°С связан с коэффициентом М простым соотношением’

Температурный интервал использования термобиметаллов составляет от —50 до +500" С. До температуры 150—170° С пассивным компонентом термобиметалла — с меньшим температурным коэффициентом линейного расширения — почти всегда служит инвар (Н36) — сплав железа с никелем, у которого а«0. В диапазоне более высоких температур применяют сплавы Fe—Ni с большим содержанием никеля. На рис. 12 представлена зависимость температурных коэффициентов линейного расширения сплавов Fe—Ni от температуры. Свойства инваров улучшаются "при легировании их кобальтом. Так, у суперинваров (Fe—31% Ni—5% Со) температурный коэффициент линейного расширения практически равен нулю в интервале 0—100° С и весьма стабилен. В качестве активного компонента с большим температурным коэффициентом, как правило, применяют хромоникелевые стали, латуни и некоторые другие сплавы.   Несмотря   на то что многие

сплавы обладают большими темпера- _^^^^^^^^^^^^^^^^^ турными коэффициентами линейного расширения, большинство из них нельзя использовать в качестве активного компонента из-за ряда недостатков.— низкой температуры плавления, плохой свариваемости, большого отличия их модулей упругости и др.

Точность соблюдения размеров и свойств, а также стабильность свойств во времени, которые определяют надежность термобиметаллических  элементов  и  защищаемых  ими устройств.  Для повышения чувствительности к температуре желательно, чтобы модули  упругости  обоих  компонентов  термобиметалла  были  близки. Принцип действия термобиметаллов основан на зависимости их деформации от температуры (рис, 10,6). Так как ток, возникающий в проводнике, приводит  к его нагреву, термобиметаллы можно использовать в качестве электромеханических преобразователей, а также элементов, выполняющих измерительные, защитные или регулирующие функции. Термобиметаллы можно применять для процессов, непосредственно сопровождающихся изменением’ температуры, или процессов, в которых может быть использована косвенная зависимость деформации тер-мобкметалла от температуры. В приборостроении имеют большое значение низковольтные приборы, в которых термобиметаллы рациональна применять в качестве элементов автоматики. Термобиметаллы наряду с простотой конструкции относительно дешевы.

Наиболее часто применяют термобиметаллы для непосредственного измерения или регулирования температуры, а также в качестве компенсатора температуры в измерительной технике. В авиационном приборостроении термобиметаллические компенсаторы встраивают в измерительные приборы для того, чтобы исключить влияние изменения окружающей температуры на точность показаний. Для этих приборов компенсатор иногда изготавливают в форме спирали (рис. 11). Термобиметаллические компенсаторы находят также применение в весьма точных электрических счетчиках. Термобиметаллы широко используют в технике связи в качестве реле защиты электрических машин и устройств (в том числе линий, двигателей, трансформаторов и др.) от чрезмерного нагрева, вызванного большим током при перегрузке или аварийных состояниях; в качестве тепловых реле времени в телефонии, если время действия электромагнитных реле недостаточно; в пожарных сигнальных устройствах и многих других элементах автоматики приборостроения.

Кислотостойкие стали и никелевые сплавы. Нержавеющие стали не обладают достаточной стойкостью в агрессивных кислотных средах, поэтому при длительном контакте с кислотами следует применять кислотостойкие стали и сплавы. Повысить стойкость в кислотах можно, добавляя в нержавеющие аустенитные стали некоторое количество молибдена и особенно молибдена с медью при одновременном увеличении содержания никеля. К этим сталям относятся: сталь 06Х23Н28МЗДЗТ (ЭИ943), в которой благодаря введению Ni, Ti и А1 образуется упрочняющая фаза типа Ni3(Ti, A1), а также стали 10Х17Н13М2Т (ЭИ448) и 09Х16Н15МЗБ (ЭИ847).

Высокую стойкость имеют сплавы на никелевой основе с большим количеством молибдена ( — 20%), сплавы типа хастеллой и дополнительно легированные другими элементами [например, Н70МФ (ЭП496) с добавками ванадия или ХН65МВ (ЭП567), имеющий примерно 16% Мо и 4% W].

Эти сплавы обладают, помимо высоких коррозионных свойств, высокими механическими свойствами — прочностью и пластичностью! После термической обработки, заключающейся в закалке и старении, прочность таких сплавов достигает максимального значения (ов« «1200 МПа). Однако при этом возникают неоднородности в структуре, что приводит к некоторому уменьшению коррозионной стойкости.

Наиболее высокой стойкостью в кислотах отличаются тугоплавкие.металлы— молибден, ниобий и тантал.

Нагревательные элементы необходимы для преобразования электрической энергии в тепловую в небольшом объеме металла. Они служат для создания определенной температуры в оборудовании, приборах, например в электрических печах, электроплитках, электропаяльниках. Наиболее высокая температура требуется в электропечах, где с помощью металлических нагревательных элементов она достигает 1100—1150° С. В связи с этим, помимо высокого электросопротивления, низкого температурного коэффициента электросопротивления, высокой пластичности в холодном состоянии, сплавы для нагрева-

тельных элементов должны иметь и высокую жаростойкость, т. е. сопротивление материала окислению при высоких температурах. Материалы, не обладающие жаростойкостью, окисляются при сильном нагреве довольно быстро. При этом чаще всего окалина (окись металла на поверхности изделия) растрескивается и отслаивается от поверхности сплава, что приводит к постепенному разрушению изделия. В табл. 3 приведены наиболее распространенные сплавы для нагревательных элементов, их составы и свойства. Нихромы — сплавы никеля и хрома с содержанием примерно до 20% Сг. Выбор никеля в качестве основы нихрома не случаен. По сравнению с железом никель имеет более высокие жаропрочность и жаростойкость. В то же время он очень пластичен. Находящийся в твердом растворе хром увеличивает жаростойкость никеля. Нихромь1 пластичны и технологичны, а проволока, изготовленная из пластичного сплава, имеет мало дефектов на поверхности и поэтому надежнее в эксплуатации. Нихром Х20Н80 работает до температуры 1100° С. Нихром Х15Н60 содержит, меньше хрома и поэтому работает только до температуры 1000° С.

Сплавы типа фехраль —Х13Ю4, Х23Ю5 и Х27Ю5Т — созданы на основе железа. Высокое содержание хрома и алюминия придает сплавам жаростойкость, но в тоже время увеличивает твердость и хрупкость. Они дешевле нихромов, но менее технологичны.

Наиболее высокие температуры перехода обнаружены в интерметаллических соединениях. Известно несколько групп интерметаллидов с ТКр>\0 К- Это соединения переходных металлов со структурой p-W, фазы Лавеса, а-фазы и соединения типа а-Мп. Среди них наиболее перспективны структуры типа $-W(AlllB) (рис. 29). Атомом А является переходный металл (Ti, V, Cr, Zr, Nb, Мо, Та, W). Наивысшие критические температуры получены, когда атомом В являются элементы Al, Si, Ga, Ge, Sn. Именно среди этих соединений получены самые высокотемпературные      сверхпроводники       Nb3Ga(7,KP=

=20,ЗК), Nb3Ge(rKP=23,2K).

К группе наиболее перспективных относятся сплавы систем Nb—Zr, Nb—Ti, V—Ti, Та—Ti. Эти системы характеризуются непрерывным рядом твердых, растворов. Величина критического тока в большой степени зависит от режимов механической и термической обработки. В сплавах Nb—Та и V—Nb, имеющих концентрационные зависимости Ткр и Нкр2 соответственно (см. рис. 25, 26), повышение критического тока осуществляется холодной пластической деформацией. В сплаве Nb+45% Та плотность критического тока после холодной деформации примерно на порядок выше, чем в отожженном состоянии. Сплавы, соответствующие третьему типу концентрационной зависимости, подвергаются холодной деформации, закалке и отпуску. Влияние пластической

центрационные зависимости критической температуры. В то же время критическая температура в сильной степени чувствительна к отклонениям от стехиометрии. Наивысшие значения Гкр соответствуют стехиометрическому составу. Поэтому при синтезе соединений с целью максимального приближения к стехиометрическому составу и

исключения возможности образования различных структурных фаз проводят за-залку.

Является неоднозначным. В соединениях АШВ оно не дает ощутимых результатов, в других соединениях отмечается положительный эффект (фазы Ла-веса). Максимальные критические температуры имеют соединения с электронной концентрацией 4,6 и 6,7 эл/ /ат.

Значения      критической напряженности       внешнего магнитного поля и критического тока для сверхпроводниковых интерметаллидов    высоки    (#Kp2<2786-104 А/м, /кр<Ю9Д/м2).

Практическое применение сверхпроводящих интерметаллидов затруднено   из-за их повышенной хрупкости.

Соединения получают способом порошковой металлургии (массивные детали); разработан также метод получения сверхпроводящих интерметаллидных покрытий с помощью химико-термической обработки на пластичных металлических подложках (ниобий, ванадий). Освоен способ получения проволоки диаметром <1 мм методом последовательной деформации и отжига, а также деформации интерметаллидов в мягких металлических оболочках с последующей термообработкой.

Сверхпроводники применяют в качестве материала сверхпроводящих магнитов; криотронов, запоминающих устройств в вычислительной технике; приемников теплового излучения, лазеров в электронике и измерительной

технике; магнитов для термоядерных реакций, ускорителей элементарных частиц, пузырьковых камер, МГД-генераторов, накопителей энергии в ядерной энергетике и космических объектах; в электрических машинах.

Оно объясняется тем, что электронная пара не испытывает одноэлектронного рассеяния на решетке, так как^ сама решетка участвует в образовании этой пары и несовершенства решетки (динамические искажения) согласованы с движением и энергией связи электронных пар.

Величина энергетической щели у сверхпроводников I группы для всех пар одинакова, поэтому либо все электроны связаны в пары, либо находятся в нормальном состоянии, что и проявляется в узком интервале существования критической температуры. В сверхпроводниках I группы существует несколько групп сверхпроводящих электронов, поэтому ширина энергетической щели находится в диапазоне значений энергии, и сверхпроводимость утрачивается постепенно, т. е. существует до тех пор, пока присутствует хотя бы одна группа куперовских пар.

Отсутствие сверхпроводящих свойств у материалов, имеющих магнитный порядок, объясняется следующим. Куперовские пары объединяют электронные состояния с противоположными импульсами и спинами. Если один из электронов пары рассеивается даже на парамагнитном атоме, то велика вероятность переориентации его спина, в результате чего пара исчезает. Достаточно иметь в сверхпроводнике концентрацию парамагнитных ионов порядка нескольких процентов, чтобы сверхпроводимость была полностью подавлена. В ферромагнетике концентрация атомов, имеющих локализованный магнитный момент, равна 100%,

Тензорезисторы — приборы,  служащие для  измерения деформации  и усилий в конструкциях. Их изготовляют из сплавов, у которых под действием растягивающих или сжимающих напряжений сильно изменяется электросопротивление. Сплавы для тензорезисторов должны иметь малый температурный коэффициент электросопротивления, обладать жаростойкостью в рабочем интервале температур, сохранять стабильность свойств во времени. К числу таких сплавов относятся константан и некоторые марки нихромов и фехралей. Константан может работать при температуре от —60 до +300 С. Нихром Х20Н75Ю используют при температуре до 350° С. Хромаль 0Х21Ю9 работает как при повышенных температурах (20—480° С), так и при отрицательных (от +20 до —19′6° С).

Сплавы для терморезисторов. Терморезисторы изготовляют из сплавов с отчетливо выраженной температурной зависимостью электросопротивления. Их применяют либо в приборах для измерения температуры, либо для элементов радиоэлектронной аппаратуры, которые, реагируя на изменение температуры в аппарате, поддерживают независимость его работы от температуры.

В отличие от рассмотренных выше сплавы для терморезисторов должны обладать высоким температурным коэффициентом электросопротивления.  Для   более  точ-

ного измерения температур необходима линейная зависимость электросопротивления  от температуры.

Наиболее распространен сплав Н50КЮ, состоящий из 50—52% Ni, 10—11% Со и железа. Его рекомендуется применять при температуре 20—200° С. Он имеет температурный коэффициент электросопротивления 4Х XIО-3 К-1 и р== 0,25-106 Ом-м. Применяют также некоторые другие сплавы на никелевой или кобальтовой основе. Помимо металлических терморезисторов, широко используют полупроводниковые терморезисторы на основе сложных окислов. Температурная зависимость удельного электросопротивления полупроводников на 1—2 порядка выше, чем металлических сплавов. С повышением температуры удельное электросопротивление полупроводников понижается примерно по экспоненциальному закону (рис. 9).

Для работы изделий в условиях воздействия агрессивных сред важное значение может иметь наличие напряжений в материале или наличие следов предшествующей пластической деформации. Эти факторы могут сильно ускорять коррозионное воздействие. В связи с этим появился термин «коррозия под напряжением», указывающий на усиленное воздействие коррозионной среды при наличии внешних нагрузок. Коррозия под напряжением обычно протекает во времени и проявляется в постепенном накоплении признаков разрушения, приводящих к окончательному разрушению детали.

В условиях, воздействия переменных нагрузок и коррозионной среды проявляется так называемая коррозионная усталость. Если при усталости появляются и постепенно развиваются вглубь микротрещины, то при наличии коррозионной среды этот процесс может многократно усиливаться.

Прогресс авиационной техники все более определяется совершенствованием контрольных, регистрирующих и управляющих приборов. Для изготовления приборов применяют широкий круг материалов, важнейшими из которых являются коррозионностойкие стали для передаточных механизмов, сплавы для упругих чувствительных элементов, высокоизносостойкие сплавы, работающие на истирание, биметаллические сплавы, сплавы с заданными электрическими и магнитными свойствами, контактные сплавы, сплавы с заданными температурными коэффициентами линейного расширения, модулями упругости и др.

Обладают высокой коррозионной стойкостью и комплексом свойств,» необходимых для УЧЭ. Такие сплавы способны работать в окислительной атмосфере длительный срок при 1200—1400° С.

Тугоплавкие металлы. Все тугоплавкие металлы за исключением хрома обладают низкой жаростойкостью. Легирование тугоплавких металлов не дает значительных результатов, поэтому можно считать, что при температуре выше 500—600° С тугоплавкие металлы и сплавы на их основе нельзя применять длительный срок для работы в окислительной атмосфере.

Более успешными можно считать методы защиты от окисления при высоких температурах с помощью создания поверхностных защитных покрытий. Разработаны металлические, интерметаллические и керамические покрытия, позволяющие использовать тугоплавкие металлы при температурах выше 1000° С.

Тугоплавкие металлы можно успешно применять при высоких температурах для работы в вакууме и среде инертных газов.

Все тугоплавкие металлы обладают исключительно высокой кислотостойкостыо. Наибольшей коррозионной стойкостью в кислотах обладает тантал и несколько меньшей ниобий и молибден. Однако сплавы на основе высокопластичного и технологичного ниобия по коррозионной стойкости приближаются к танталу. Тантал, сплавы ниобия с танталом и в несколько меньшей степени молибден являются самыми кислотостойкими металлическими материалами. При контакте с неорганическими крепкими кислотами (особенно при повышенных температурах), кроме указанных, нет других металлов, способных длительно работать без разрушения.

Способствует в целом ряде случаев повышению критической температуры и расширению температурного интервала (ДГ) перехода материалов в сверхпроводящее состояние. Так, например, деформированный ниобий имеет Гкр=9,67 К (после отжига Тк9 = =9,2—9,4 К).

Давление также существенно влияет на критическую температуру, причем как в сторону ее повышения, так и понижения. Если у металлов, начинающих переходные серии элементов (титан, цирконий, ванадий и др.), знак оТир/др, как правило, положительный, то у ряда других переходных металлов — отрицательный. Эффекты влияния пластической деформации и давления связаны с изменением плотности электронных состояний вблизи определенной энергетической зоны кристаллов.

Свойства сверхпроводящих металлов существенно изменяются при наличии в них примесей. Примеси переходных металлов в большей степени, чем другие элементы, снижают критическую температуру непереходных металлов. В то же время на сверхпроводящие свойства переходных металлов большое влияние оказывают примеси внедрения. В зависимости от различного уровня содержания примесей эти металлы являются сверхпроводниками I либо II группы. Любой сверхпроводник I группы можно перевести в сверхпроводник II группы, если создать в нем достаточную концентрацию дефектов кристаллического   строения.   Влияние   металлических примесей на

критическую температуру переходных металлов по сравнению с примесями внедрения (при их одинаковом содержании) значительно меньше. Например, у ниобия Ткр в зависимости от процентного содержания   примесей  внедрения  колеблется  в  интервале  5,1—9,6 К.

Благодаря высокой удельной прочности и жаропрочности титановые сплавы нашли самое широкое применение в авиационной технике. Существенная положительная особенность титана — его высокая коррозионная стойкость в атмосфере влажного воздуха и в морской атмосфере. По-коррозионной стойкости титан (и в несколько меньшей степени титановые сплавы) превосходит нержавеющие стали. Высокая коррозионная хтойкость титана связана с образованием на поверхности плотной окисной пленки Ti02, надежно защищающей от дальнейшего окисления. Однако надо учитывать, что в некоторых кислотах (плавиковая, соляная, серная, уксусная) титан не обладает достаточной стойкостью, поскольку окисная пленка в этих кислотах растворяется.

Особенность титана и его сплавов — способность поглощать газы > (водород, кислород, азот) из окружающей среды, причем чем выше температура, тем интенсивнее поглощение. При насыщении свойства титана существенен изменяются: прочность несколько возрастает, пластичность и ударная вязкость уменьшаются, удельное электросопротивление значительно увеличивается.

В настоящее время существует незначительное число сплавов, обладающих одновременно сверхпроводимостью в условиях низких температур и хорошей технологичностью, которая необходима для получения лент и проволоки. К ним относятся сплавы ниобия с титаном 65БТ, 50БТ, 35.БТ.

Титан образует с молибденом, ниобием, ванадием и другими металлами высокопластичные однофазные и двухфазные сплавы. Разработаны немагнитные сплавы с небольшим температурным коэффициентом линейного расширения, малой теплопроводностью н антиэмиссионными свойствами в определенных средах

В целях экономии дефицитных металлов, удешевления проводников, а также придания им специальных свойств (высокочастотно-сти, коррозионной стойкости и др.) применяют биметаллические проводники, представляющие собой плакированные проводниковым материалом (медью, алюминием, бронзой, латунью, никелем, титаном и др.) стальные листы, "трубы, ленту, проволоку. Плакировка (покрытие) обеспечивает получение необходимых свойств у биметалла: например, медь, алюминий и их сплавы — высокой электропроводности; титан, алюминий, никель — высокой коррозионной стойкости. Сталь удешевляет материал и обеспечивает высокие механические свойства.

Биметаллические сталемедные и сталеалюмициевые провода применяют в высокочастотной проводниковой технике, для изготовления самолетных антенн, линий междугородной телефонно-телеграфной связи, сталемедные и сталелатунные листы — для изготовления контактов,.ламповых патронов и др.

В высокочастотной технике применяют биметалл медь — серебро; при повышенных температурах, при которых медь окисляется, применяют провода  из  биметаллов  медь — никель, медь — серебро.

Разновидностью биметаллов являются термобиметаллы. Это двухслойные; листовые материалы (рис. 10, а), сваренные между собой по всей поверхности контакта и состоящие из двух металлов или сплавов с сильно отличающимися температурными коэффициентами линейного расширения. По конфигурации это чаще всего пластины или полосы определенной длины, но бывают и более сложные формы, например винтовые пружины или спирали.

Сверхпроводимость обнаруживается у 10 непереходных и 24 переходных элементов — металлов, часть из которых имеет полиморфные модификации (табл. 6).

Сверхпроводимость обнаружена только у металлов с валентностью не менее 2 и не более 8. Критическая температура зависит от

rf-металлов (семь) имеет решетку г. п. у., пять металлов кристаллизуются в решетке о. ц. к. и один (иридий) в структуре г.ц. к.

Установлено, что критическая температура Ткр связана с температурой плавления элемента: высоким Гкр, как правило, соответствуют низкие tnn. На рис. 23 приведена зависимость температуры плавления переходных 3d-, Ы- и биметаллов от числа валентных электронов Л/. Видно, что переходные металлы, расположенные в центре каждой серии (Сг, Mo, W), имеют самые высокие температуры плавления. При движении вправо и влево от них вдоль се- j А/см2 рии температуры’ плавления уменьшаются.’

Большое влияние на свойства элементов-сверхпроводников оказывает пластическая деформация. Величина критического тока с повышением степени холодной пластической деформации возрастает. Однако с увеличением напряженности внешнего магнитного поля, наблюдается уменьшение влияния пластической деформации на эту характеристику сверхпроводников

Могут работать в сложных  условиях воздействия ускорений и вибраций, температуры и давления, химически активных сред. Сплавы по назначению можно разделить на:

1)  .сплавы для УЧЭ;

2)   стали для пружин;

3)   коррозионностойкие стали, работающие на трение;

4)   коррозионностойкие    стали    высокой    прочности.

Сплавы для упругих чувствительных элементов применяют для мембран, сильфоиов, анероидных коробок и других УЧЭ. Эти сплавы должны иметь высокие упруго-прочностные свойства, стабильность этих свойств при изменении температуры окружающей среды и во времени, а также высокую коррозионную стойкость при эксплуатации и хранении. К этой группе относятся сплавы 36ХНТЮ, 17ХНГТ (ЭИ814), 68Н-ХВКТЮ (ЭП578), 97НЛ (ЭИ996), 95НЛМ (ЭИ996М), ЭП431 (ВУС-1). Они являются дисперсионно-твердеющими. В закаленном состоянии сплавы обладают низкой прочностью, -но высокой пластичностью, что облегчает изготовление изделий сложной формы. После проведения старения происходит резкое увеличение упруго-прочностных свойств.

Разработка дисперсионно-твердеющих сплавов позволила резко повысить рабочие температуры: так, бе-риллиевую бронзу БрБ2,5 ранее применяли при температуре лишь до 150°, а современные сплавы имеют рабочие температуры до 700° С. Железохромоникелевый сплав 36ХНТЮ (ЭИ702) относится к аустенитному классу и, следовательно, немагнитен, имеет высокую коррозионную стойкость. Рабочие температуры этого сплава могут достигать 300° С; сплав можно применять в тропических условиях и в некоторых агрессивных средах.

Сталь 17ХНГТ (ЭИ814) относится к группе дисперсионно-твердеющих коррозионностойких сплавов переходного аустенито-мартенситного класса и по упруго-прочностным свойствам превосходит сплав 36ХНТЮ  (ЭИ702).

Сплав 68НХВКТЮ (ЭП578) способен работать в интервале температур от —196 до 500 °С, обладая хорошей коррозионной стойкостью в тропических условиях и в некоторых агрессивных средах. Ниже приведены модуль упругости Е, предел пропорциональности <тп.ц и предел текучести а0,2 упомянутых сплавов:

Сплавы с высоким электросопротивлением подразделяют на сплавы для резистивных элементов, нагрева^-тельных элементов, тензорезисторов и терморезисторов.

Для обеспечения высокого электрического сопротивления в малом объеме материала используют сплавы со структурой твердого раствора замещения с высокой концентрацией растворяемых элементов. Этим достигается сильное искажение кристаллической решетки. В неоднородном поле твердого раствора с искаженной кристаллической решеткой длина свободного пробега электрона намного меньше, чем в однородном поле чистого металла,, что уменьшает электропроводность сплава и увеличивает его удельное электросопротивление. У таких сплавов удельное электросопротивление может быть в десятки раз больше, чем у исходных чистых металлов. Кроме указанных выше свойств, сплавы для резистивных элементов должны иметь малую термоэлектродвижущую силу (т. э.д. с.) в паре с медью Сплавы с высоким электросопротивлением должны иметь также: а) малый температурный коэффициент электросопротивления ар (это требование не распространяется на сплавы для терморезисторов); б) высокую пластичность в холодном состоянии, что позволяет изготовлять проволоку или ленту.

Является фазовым превращением, которое характеризуется скрытой теплотой перехода и изменением таких свойств, как теплоемкость, теплопроводность, электропроводность, а также магнитных; изменяются т. э. д. с, эффект Холла, величины поглощения ультразвука, инфракрасных лучей и т. д. Зависимость электронной теплоехмкости металлов от температуры в сверхпроводящем и нормальном состояниях представлена на рис. 16.

Особенность сверхпроводников II группы по сравнению с I группой — наличие двух критических полей: нижнего критического магнитного поля ЯКР1 и верхнего критического магнитного поля HKll2. До достижения ЯКР1 сверхпроводник II группы ведет себя аналогично сверхпроводнику I группы. Область между нижним и верхним критическими полями называется областью «смешанного состояния» (рис. 17, 18). Якр2 достигает величины порядка 107 А/м. В смешанном состоянии у сверхпроводников II группы отсутствует эффект Мейсснера. В интервале #Кр1 — #кР2 сверхпроводник II группы содержит две фазы: нормальную и сверхпроводящую. В этом интервале магнитное поле постепенно проникает в материал путем-пространственно разделенных вихревых нитей (струй) магнитного потока. В таких нитях магнитное поле достигает наибольшей величины в центрах, убывая до нуля на расстояниях, равных глубине проникновения. С.увеличением напряженности внешнего поля нити сближаются, причем могут образовать правильную периодическую структуру, названную решеткой вихрей (рис. 19). В каждой нити вокруг ее оси протекают токи, вследствие чего нить оказывается подобной небольшому соленоиду

Применяют для изготовления проволочных резисторов, используемых в радиоэлектронной аппаратуре, реостатов и переменных сопротивлений, образцовых сопротивлений, шунтов и других элементов электрических аппаратов, машин и приборов, которые должны иметь определенное высокое электрическое сопротивление.

Сплавы применяют в виде проволоки или ленты. Высокая пластичность материалов позволяет тянуть проволоку до диаметра 0,02 мм, а ленту прокатывать до толщины 0,01 мм.

. Дело в том, что в электрической схеме прибора монтаж резистивных элементов ведут с помощью медных проводов. Т. э.д. с, возникающая в контакте, например, проволочного резистора с медным проводником, может изменить электрические параметры схемы, что нарушит режим работы прибора. Резистив-ные элементы должны обладать также высокой температурно – временной стабильностью электросопротивления.

Наиболее ‘высокое электросопротивление и минимальная величина температурного коэффициента электросопротивления получаются в сплавах с высокой концентрацией легирующих элементов, когда твердый раствор образуется при приблизительно равном количестве компонентов. На рис. 8 показана диаграмма состояния системы Ni—Си и соответствующая диаграмма -изменения свойств в зависимости от состава. Как видно из диаграммы состояния, медь и никель образуют непрерывный ряд твердых растворов. Максимум удельного электросопротивления соответствует примерно 50% Ni, а минимум температурного коэффициента электросопротивления— примерно 40% Ni.