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Druckkoeffizienten und Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes einiger Rhenium-Legierungen.

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Druckkoeffizienten und Temperaturkoeffizienten des
elektrischen Widerstandes einiger Rhenium-Legierungen
Von E.-E. Pippig
Mit 4 Abbildungen
Inhaltsiibersicht
Es wurden gesinterte Legierungen der Zweistoffsysteme Rhenium-Kupfer,
Rhenium-Silber und Rhenium-Gold untersucht. Der Rheniumgehalt betrug
bis zu 30 Atom-Prozent. Die fur die Druckkoeffizienten erhaltenen Werte
stimmen im wesentlichen mit den entsprechenden Werten fur die reinen Metalle
Kupfer, Silber und Gold uberein. Mit zunehmendem Rheniumgehalt werden
sie betragsmaoig etwas Meiner. Die fur die Tcmperaturkoeffizientcn erhaltenen
Werte lassen eine Abhangigkeit vom Rheniumgehalt nicht sicher erkennen.
1. Einleitung
Als praktisch brauchbares Gerat zur Messung von Driicken oberhalb von
6000 a t l ) hat sich bisher nur das elektrische Widerstandsmanometer durchsetzen konnen2). Das MeDprinzip dieses Gerates bcsteht darin, daB die druckabhangige Bnderung eines elektrischen Widerstandes gemessen wird. Daher
ist die Auffindung yon Stoffen mit einem betragsmaDig grol3en Druckkoeffizienten des elektrischen Widerstandes bei gleichzeitig miiglichst kleinem Temperaturkoeffizienten von praktischem Interesse3).
Ober Werkstoffe fur Widerstandsmanometer faDt A. Schulzed), Abschnitt V : Werkstoffe fur Widerst,andsmanometer, die bisherigen Erfahrungen
dahingehend zusammen, da13 alle Bedingungen, die fur die Verwendung einer
Legierung als Werkstoff eines Widerstandsmanometers erforderlich sind, nur
bei Kupfer-, Silber- und Goldlegierungen zu erwarten sind. Aus anderen zuI)
1at
=
1kp/cm2.
,) H. E b e r t , Eine Konventionelle Druckskale bis 20000 at, Archiv fiir Technisches
Messen V 1340-1, Marz 1951.
3) Definiert wird der Druckkoeffizient y durch die Glcichung
R
=
Ro(l
+ y P).
Dabei bedeuten
R den elektrischen Widerstand beim uberdruck p und
R, den elektrischen Widerstand beim Oberdruck 0 (Atmospharendruck).
Entsprechend wird der Temperaturkoeffizient 0: durch die Gleichung
+
R = R2, [1 a (t - t2o)l
definiert. Dabei bedeuten
R den elektrischen Widerstand bei der Temperatur t und
R,, den elektrischen Widerstand bei der Temperatur tzo= 20 "C.
4, A. S c h u l z e , Metallische Werkstoffe der Elektrotechnik, Metall-Verlag GmbH,
Berlin W 15. 1950.
E.-E. Pippig: Druck- und Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes 319
sammenfassenden Arbeiten von A. S c h u l z e 5 ) und H. E b e r t und J. G i e le Den6) geht hervor, daB bei diesen drei Legierungsgruppen Mangan den
Druckkoeffizienten in besonderem Ma13 vergroBert.
Wegen der Stcllung des Rheniums in der gleichen Gruppe VII a des Periodischen Systems wie das Mangan wurde nun vermutet, daa Rhenium-Legierungen dcn Mangan-Legierungen ahnliche Eigenschnften habcn wiirden. Bedenken
bestanden gegen diese Vermutung wegen der unt,erschiedlichen Kristallgitter,
die Mangan bzw. Rhenium bilden.
2. Versuchsanordnung
Die Herstellung der Drahte erfolgte durch Mischen der pulverformigen
Metallc und anschlieoendes Sintern. Die gesinterten XtBbe wurden gehammert
und zu Draht vom Durchmesscr 0,15 mm gezogen '). Aus diesem Draht wurden
bifilar gewickelte Spulen hcrgestellt, deren elektrischer Widerstand etwa den
Wert 0,5 J2 hatte. Dic Isolation dcr einzelnen Windungen erfolgtc dadurch,
daB die Spule nach der Fertigung lose auf einen passenden, mit Gewindegangen verschcnen Trolitul-Korper gelegt wurde; einen Lackuberzug trugen die
Drahte nicht. Die Widerstande wurden mit einer Kompensator-Anordnung
gemessen, dabci waren die bciden Verzweigungspunkte von Strom- und Spannungspfad innerhalb des Druckraumes, so daB der Widerstand der Spulen
allein, ohne den Widerstand der elektrischen Durchfuhrung, gcmcssen werden
konnte. Dies war moglich, da die in 6 ) , Abb. 1 angegebene, elektrisch isolierte,
druckdichte Durchfuhrung (Widerstandsmanometerhalter) zu einer Durchfuhrung mit 3 isolierten Leitern weiterentwickelt worden war (Abb. 1).
s t m Hartyewebe
7cm
w
Abb. 1. Druckdichte, elektrisch isolierte Dreifach-Durchfuhrung
Die Druckerzeugung und Druckmessung erfolgte mit einer Druckwaage fur
Drucke bis 6000 at, Bauart VEB MeBgeratc- und Armaturenwerk ,,Karl
Marx", Magdeburg.
Die Bestimmung der Druckkoeffizienten erfolgte im Druckintervall von 0
bis GOO0 a t bei den Temperaturen 20, 40 und 60 "C. Aus den hierbei gemessenen
Widerstandswerten bei Atmospharcndruck wurdc auch der mittlere Tcmperaturkoeffizient im Bereich von 20 bis GO "C berechnet.
~5)
A. S c h u l z e , Werkstoff fur Widerstandsmanometer, Archiv fur Technisches Messen
I 136-9. November 194%.
6 ) H. E b e r t u. J. G i e l e R e n , Druck- und Temperaturkoeffizient des elektrischen
Widerstandes einiger Legierungen, Annalen der Physik (6) 1, 229-240 (1947).
7, Die Herstellung der Legierungcn und der DrLhte ubernahm dankenswerterweise die
Abteilung Metallforschung im VER Berliner Gluhlampenwerk.
22*
320
Annalen der Physik. 7 . Folge. Band 8. 1967
3. Ergebnisse
Die Druckkoeffizienten hangen so wenig von der Temperatur ab, daB man
die Ergebnisse der drei Messungen trotz der verschiedenen Temperaturen fur
Abb. 2. Druckkoeffizient
einiger Kupfer-Legierungen
in Abhangigkeit vom Zusatz
Abb. 3. Druckkoeffizient einiger Silber-Legierungen in Abhangigkeit vom Zusatz
jede Legierung mitteln kann. Die Ergebnisse sind in den Abb. 2 bis 4 dar-'
gestellt. (Die Abbildungen sind aus G , entnommen und durch die Eintraauna
- der Angaben fur Rhenium erweitert.)
Die Werte fur die reinen Metalle
(- 1,7 . 1P6at-lfur 1OOyoKupfer;
- 3,5 . 10W at-l fur 1OOyo Silber
und - 3 , O . 10W at-1 fur lOOyo
Gold) stimmen mit den von H.
E b e r t und J. GieleBen6) angegebenen Werten (- 1 , 9 . 10-6at-1
bzw. - 3,O. 10-Gat-1 und - 2 , 9 .
10-6at-1) innerhalb der MeSunsicherheit iiberein. Die Werte fur
die Legierungen schlieaen an die
Werte fur die reinen Metalle sfetig
Abb. 4. Druckkoeffizient einiger Gold-Legiean und weichen nur wenig von
rungen in Abhangigkeit vom Zusatz
diesen Werten ab. Mit zunehmendem Rheniumgehalt der Legierung werden die Werte, die alle negativ sind,
betragsmafiig kleiner.
Bei den Temperaturkoeffizienten liegen die Werte fur die reinen Metalle
grd-l fur Kupfer, 3,56. 10-3grd-1 fur Silber und 3,48 .
(3,78 .
grd-1
E.-E. Pippig: Druck- und Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes 321
fur Gold) insgesamt tiefer als die in der Literatur4), S. 2 und s, angegebenen
Werte (4,33 .
grd-l bzw. 4,lO .
grd-l und 3,98 .
grd-I); diese
Abweichungen lassen sich als Folge des geringeren Reinheitsgrades der uns
zur Verfiigung stehenden reinen Metalle erklaren. Mit zunehmendem Rheniumgehalt werden die Werte kleiner. Im Hinblick auf die Unsicherheit von & 0,1
grd-I fur die Werte der Temperaturkoeffizienten kann aber die ermittelte
Abnahme der Werte um 0,l bis 0,3 .
grd-I fur die Legierungen mit
30 At.-% (bei Gold mit 20 At.-%) nicht als sehr deutlich gelten.
Als Nebenergebnis wurden bci der Feinstruktur-Untersuchung 9) der Legierungen von Silber mit 10 und 30 At.-% Rhenium Interferenzlinien gefundcn,
die auf Mischkristallbildung schlieaen lassen, wahrend bei den ubrigen Legierungen Mischkristallbildung nicht bemerkt wurde.
+
8) F. K o h l r a u s c h , Praktische Physik, Band 2, 20. Aufl. B. G. Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1966, S. 669, Tabelle 76a, (die Quellen sind hier zitiert).
9, Herrn Prof. F. G u n t h e r , Institut fur Metallkunde und Materialprufung der Bergakademie Freiberg, sind wir fur die Durchfiihrung und Auswertung der Untersuchungen,
die mit einem Ziihlrohr-Goniometer nach B e r t h o l d erfolgten, zu Dank verpflichtet.
B e r l i n , Physikalisch-Technisches Zentralinstitut des Deutschen Amtes fur
Ma13 und Gewicht.
Bei der Redaktion eingegangen am 28. Februar 1961.
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