Продолз/сение табл. 12-31

характеризуют повышенное (или пониженное) качество марок сплава, близких по составу.

Хромоникелевые сплавы (ранее нихромы) сочетают высокую жаростойкость с хорошей технологичностью, что позволяет получать из них тонкую проволоку и ленту, причем сплавы с ограниченным содержанием хрома (15-20%) более технологичны. Преимуществом хромоникелевых сплавов перед хромсалюминиевыми является более высокая жаропрочность, недостатком значительное содержание в них дефицитного никеля (55-80%). С целью удешевления за счет частичной замены никеля в состав хромоникелевых сплавов вводят до 25-507о железа, что снижает жаростойкость этих сплавов, называемых иногда ферронихрома-ми.

Хромоалюминиевые сплавы, практически не содержащие никеля, намного дешевле нихромов и отличаются от них повышенной жаростойкостью, более высоким удельным электрическим сопротивлением (до 2 мкОмХ Хм и более) и пониженным температурным коэффициентом удельного сопротивления. Однако они более тверды и хрупки, чем нихромы, и поэтому менее технологичны: хуже обрабатываются деформацией, особенно в холодном состоянии, что не позволяет изготовлять из них такой тонкой проволоки и ленты, как из нихромов. Сплав с повышенным содержанием железа (Х13Ю4), называвшийся ранее фехралем, более технологичен, чем сплавы с более высоким содержанием хрома (23-27%), называвшиеся хро-малями: с увеличением добавок хрома и алюминия растут жаростойкость и одновременно твердость и хрупкость сплава. Менее жаростойкий из-за высокого содержания железа фехраль имеет более высокий температурный коэффициент удельного сопротивления (1,5-Ю- Х-*), чем хромали Х23Ю5, Х23Ю5Т и Х27Ю5Т.

Электрические, физические и механические свойства, рабочие температуры, характеристика окалиностойкости (жаростойкости) и жаропрочности, а также сведения об областях применения жаростойких и жаропрочных сплавов высокого сопротивления приведены в табл. 12-26-12-31. Ввиду сложного характера зависимости электрического сопротивления жаростойких сплавов от температуры в широком диапазоне ее изменения для расчетов рекомендуется пользоваться поправочными коэффициентами, приведенными в табл. 12-32. Поправочный коэффициент представляет собой отношение электрического сопротивления сплава при температуре нагрева к его сопротивлению при 20°С.

В табл. 12-33 указаны предельные размеры проволоки, прутков и ленты, изготовляемых из жаростойких сплавов. Диаметры холоднотянутой проволоки должны соответ-

Таблица 12-32

Поправочные коэффициенты для расчета электрического сопротивления жаростойких и жаропрочных сплавов в зависимости от температуры

Т а б п и ц а 12-33

Предельные размеры проволоки, прутков и ленты из жаростойких сплавов

Примечания: 1. Из сплавов Х23Ю5, Х23Ю5Т и Х27Ю5Т изготовляется горячекатаный квадрат со стороной 5 мм в мотках.

2. Из всех сплавов изготовляется горячекатаный прокат диаметром 6-12 мм в мотках.

3. Из всех сплавов, кроме ХН70Ю, изготовляется калибройанр1ая холодно- н.чн теплотянутая проволока диаметром 8-10 мм в мотках.

ствовать ГОСТ 2771-57 (группам размеров II и Ш), диаметры горячекатаной проволоки и прутков- ГОСТ 2590-71, а размеры плющенной ленты - ГОСТ 10234-77.

В соответствии с ГОСТ 8803-77 поставляется проволока нихромовая микронных размеров с номинальными диаметрами от 0,009 до 0,4 мм. Проволока диаметром 0,10 мм и больше готовится из сплавов марок Х20Н80 и Х15Н60, а диаметром 0,009- 0,09 мм - только из сплава Х20Н80-ВИ.

12-9, СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ И КРИОПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Сверхпроводниковыми материалами называются материалы, обладающие свойством сверхпроводимости (см. § 3-4).

Для использования в энергетике, электромеханике и в других целях представляют интерес сверхпроводниковые материалы с высокими критическими параметрами, относящиеся по своей природе к сверхпроводникам III рода. Для сверхпроводников III рода, или так называемых неидеальных сверхпроводников II рода, характерно наличие большого количества дефектов структуры (физических и химических неоднород-ностей, превышающих атомный размер), создаваемых специальной технологией изготовления. В результате эти материалы могут без потерь пропускать постоянные токи высокой плотности Б присутствии сильного поперечного магнитного поля. Выпускаемые промышленностью сверхпроводниковыс ма-

териалы такой природы являются либо сплавами типа твердых растворов, либо интерметаллическими соединениями. Сплавы отличаются пластичностью и поэтому легко перерабатываются в изделия, хорошо деформируясь в горячем и холодном состояниях. Интерметаллические соединения имеют более высокие критические параметры, но хрупки.

К двухкомпонентным сплавам системы ниобий-цирконий относится отечественный сплав марки НЦ-50, содержащий 50 7о циркония. Его критическая температура 10,5 К, при 4,2 К критическая магнитная индукция составляет 8,7 Тл, а критическая плотность тока 1-10 А/см (при 5 Тл). В настоящее время ниобий-циркониевая проволока вытесняется проволокой из ниобий-титановых сплавов, имеющих более высокие свойства. Сплав марки НТ-50, содержащий 50% титана, имеет критическую температуру 9,5 К. При 4,2 К его критическая магнитная индукция составляет 11 Тл, а критические плотности тока З-Ю и МО* А/см (при индукциях 5 и 10 Тл соответственно). Для создания магнитных систем также применяются трехкомпонентные сплавы системы никель - титан - цирконий. Отечественные сплавы этого типа имеют марки 35БТ, 50БТ и 65БТ, которые содержат по массе 35, 50 и 65% ниобия и от 25 до 64% титана (остальное - цирконий и другие компоненты). Нормируемые свойства этих сплавов см. в табл. 12-34.

Сплав 65БТ отличается наибольшей критической температурой и плотностью тока. Сплав 50БТ обладает наивысшей критической магнитной индукцией. Сплав 35БТ отличается высоким удельным электрическим сопротивлением в нормальном состоянии (1,18-1,25 мкОм-м при 300 К), высокой пластичностью и удельной ударной вязкостью при криогенных температурах (20- 77 К).

Из числа интерметаллических соединений широкое промышленное применение нашел станнид ниобия (NbaSn), имеющий критическую температуру 18,2 К. При 4,2 К его критическая магнитная индукция 24,5 Тл, а критические плотности тока составляют (1,5-2)-10 А/см при В=5 Тл, МОА/см при В=10Тл. (0,7-0-105 А/см2

при В=15 Тл и (3-5)-10 А/см при В= =20 Тл. На основе этого материала созданы магнитные системы с весьма высокой магнитной индукцией. Хотя станнид ниобия очень хрупок, на его основе по специальной технологии производятся плоские и скрученные сверхпроводящие провода.

МкВм-м

0,01

0,001

4,0001

0,00001

10 20 SOW 60вот 200 к

Рис. 12-2. Зависимость удельного электрического сопротивления алюминия, меди и бериллия от температуры.

Криопроводниковыми материалами называются металлы, применяемые при глубоком охлаждении (при криогенных температурах), когда они приобретают высокую электрическую проводимость, хотя и не переходят в -сверхпроводящее состояние (если даже относятся к сверхпроводникам). Эти материалы используются, в частности, для изготовления токопроводящих жил криопроводящих проводов и кабелей, работающих прн температурах жидких водорода (20,4 К), неона (27,3 К), азота (77,4 К). При сильном охлаждении, когда составляющая удельного электрического сопротивления металла, обусловленная рассеянием электронов тепловыми колебаниями решетки, пренебрежимо мала, остаточное удельное . сопротивление, не зависящее от температуры, определяется примесями и физическими дефектами решетки (см. рис. 12-1). Поэтому в качестве крио-проводника целесообразно применять хорошо отожженный металл высокой чистоты. Мерой качества криопроводникового материала служит относительное сопротивление Рт, определяемое как отношение удельного сопротивления металла при 20°С (293 К) к удельному сопротивлению при заданной криогенной температуре. У хороших крио-проводников значение Рт достигает нескольких тысяч. Применение таких материалов

позволяет значительно уменьшить габариты и массу электротехнических устройств и увеличить в то же время их КПД.

На рис. 12-2 приведена температурная, зависимость удельного электрического сопротивления особо чистых алюминия и меди, а также бериллия промышленной чистоты с содержанием примесей около 0,17о. Наилучшим криопроводником для работы при температуре жидкого водорода является алюминий, удельное электрическое сопротивление которого при температуре 20 К является минимальным по сравнению с другими металлами. Кроме того, сумма потерь в криопроводнике и потерь на охлаждение, проходит через четкий минимум как раз при 20 К. В качестве криопроводникового материала нашел применение алюминий особой и высокой чистоты марок А999 и А995.

У алюминия марки А999, содержащего всего 0,001 7о примесей, при охлаждении до 20 К удельное электрическое сопротивление достигает остаточного сопротивления и при последующем снижении температуры практически не изменяется. Согласно нормативу ГОСТ 11069-74 остаточное удельное сопротивление алюминия марки А999 не должно превышать 4-10~ мкОм-м при температуре жидкого гелия. Практически эта характеристика может составить (1-2)Х Х10-в мкОм-м. Относительное сопротивле-ше Рт составляет 2400 для проволоки из алюминия особой чистоты при 20,4 К и 1500 для отожженной фольги толщиной 0,1 мм. Предел прочности при растяжении отожженного алюминия А999 при температуре 293 К (20°С) лишь 40 МПа при относительном удлинении порядка 20%, однако при температуре жидкого азота (77,4 К) предел прочности возрастает до 120 МПа при относительном удлинении 46%.

Алюминий марки А995, содержащий 0,005 7о примесей, позволяет получать токо-ведущие жилы с относительным сопротивлением Рт в пределах 1000-1500 при криогенных температурах. У алюминия заметно проявляется магниторезистивный эффект: в магнитном поле с ростом индукции до 2 Тл удельное сопротивление резко возрастает, а в более сильных полях наступает насыщение. С увеличением температуры магниторезистивный эффект усиливается, так что при 20 К удельное сопротивление алю миния марки А999 возрастает до (5-6) X Х10~ мкОм-м от значения порядка 10-6 мкОм-м при увеличении магнитной индукции от О до 2 Тл.

У отожженной проводииковой меди с содержанием примесей около 0,037о (марки МОб) относительное сопротивление Рт может доходить при температуре жидкого водорода до 190-200, а у особо чистой (99,999 7о) меди -до 1430.

Для - применения в качестве криопро-водника при Температуре жидкого азота (намного более дешевого хладоагента, чем жидкий водород, неон и тем более гелий) значительный интерес представляет берил-