材料是人类赖以生存和发展的物质基础，也是现代高新技术四大支柱（能源、信息、生物、新材料）之一，而材料又是其他高新技术的基础。现代科学技术的发展，对材料提出了千差万别的特殊性能的要求，大都靠有色金属材料的发展来得到满足。没有先进的有色金属材料的发展，就没有国防的现代化，没有日新月异的高新技术，没有现代化的工业，也没有高质量的人民生活。有色金属材料生产的技术  水平和规模及其应用程度已经成为衡量一个国家综合国力的重要标志之一[1]。

在过去几十年间，电子工业以惊人的速度迅速发展。伴随着电子器件向高阻值、高精度的发展，精密电阻合金已经成为电子元器件中不可缺少的关键材料。特别是在电子通讯、仪器仪表等行业中，电阻阻值精度对产品的性能有很大影响[2]。

NO.1 精密电阻合金：锰铜的发展

精密电阻合金根据其用途应具备下列某些特点：

1) 在尽可能宽的温度范围（-60 ~ 100 ℃甚至达300℃）具有低的电阻温度系数，且电阻温度系数随温度变化的线性要好，即二次电阻温度系数β要小。

2) 电阻值稳定，长年变化小。

3) 高的电阻率，且阻值的均匀性要好。一般要求ρ>0.2 μΩ·m，在个别情况下要求低的电阻率。

4) 对铜热电动势率要小。

5) 良好的加工工艺性能。

6) 良好的耐磨性能及抗氧化性能。

7) 良好的焊接性能，易于钎焊。

8) 良好的包漆性能，至少它应能被某种绝缘漆包覆。

其中1)、2)项是作为精密电阻合金不可缺少的必要条件。一般要求具有低的电阻温度系数，对于不同用途的精密电阻合金还应有不同要求。精密电阻合金按合金体系分类，一般分为Cu-Mn系、Cu-Ni系、Ni-Cr系、Fe-Cr-Al系以及其他系列电阻合金[3]。

精密电阻在国外发展历史相对悠久，最早要追溯到19世纪中叶，Matthiessen做了百余种合金的研究工作。1886年Weston曾获得零温度系数的70%Cu-30%MnFe的合金，但由于脆性较大而无法投产。1888年德国物理技术研究所Feussner等先后研究了Pt-Ir、Pt-Ag，德银Nikelin、Patentnikel、康铜与锰铜等合金，找到了后来著称的“Manganin”（锰加宁，即锰铜），被广泛采用。1889 年，Weston 获得了一项关于低电阻温度系数合金的专利，涵盖了Constantan（康铜）和Manganin（锰铜）等材料，尽管后来才确定了正确的合金比例。苏联研制精密锰铜的报道始于1917年，美国获得成熟的Manganin（锰铜）为1919年。日本对锰加宁研究的报道是1921年，其主要成分为Cu-13%Mn的合金。上世纪三十年代前后，日本对Cu-Mn-Ni三元合金的电学性能与成分的关系作了研究。1924年左右，前苏联锰铜的化学组成基本上与美国相似。1928年前后若干新的合金陆续问世，诸如新康铜、ISA合金、镍铬合金、铁铬铝合金、金铈合金，Therlo合金，银锰锡合金等。

二次世界大战后，随着经济的复兴，精密电阻合金的研制，有一个新的跃进，不仅原有电阻合金的质量有了进一步的提高，还发展了许多新的品种，像卡玛、伊文等合金便是在这期间发展起来的。总的来看，上世纪四十年代到五十年代是各国对精密电阻合金研究最活跃的时期。到了六十年代中期（1967年），在中等电阻率的锰铜合金方面，德国ISABELLENHUTTE冶金厂首先研制出宽温度区间用的“锗拉宁”Cu-7Mn-6Ge（锗锰铜）合金[2, 4, 5]。稀土元素对锰铜合金电学性能的改善也是人们的一个研究方向。如在Cu-Mn7.8%~8.5%合金基础上添加0.1%~0.3%Ce和0.1%~0.3%Zr可较大提高合金的使用温度范围。B.B.Kyxapb等研制的含Ga、In.成分的：80.5%Cu、12%Mn、6%Ga、1%In、0.5%Ge的电阻合金，具有优良的耐腐蚀性与低的磁化率，可用于标准电阻器、电桥等。20世纪70年代，前苏联研制的“马尔加林”（манганин）合金是一种较好的精密电阻合金，其ρ=0.4 μΩ·m、α= ±1×10 E-6/℃、β≤ -0.2×10 E-6 /℃ E2、E(Cu)<1 μV/℃，稳定性≤10 E-6/年，可在0~170 ℃温度范围内使用[3]。

锰铜电阻合金广泛用于生产标准电阻器、分流器等。上世纪初，Lisels、Bridgman等将锰铜作为电阻式传感器，成功地应用于高压测量技术。之后锰铜广泛用于生产标准电阻器以及作为中高压电阻压力传感器的压敏材料领域。通过向锰铜材料中注入Ti、Kr、Bi离子可改变锰铜传感器的电阻率以及热特性[6-8]。

NO.2 我国锰铜电阻合金的发展

我国精密电阻合金的发展，最早是1958年对锰铜合金的研制，开始只有上海铜仁（原上海合金厂前身）、灯泡、民丰三家工厂进行，以仿制德国Manganin（锰铜）为主。但当时制得的材料电学性能差，不能满足电表厂的需求。1962年，华东科委组织各方力量协作研究，参加者有上海有色所、电科所、冶金所、上海（铜仁）合金厂、计量局、仪表局，后来扩大到全国，包括：北京电科院、哈尔滨电表厂、天津电工合金厂等单位。1965年国内精密锰铜通过鉴定转产，停止进口精密锰铜。就在此前后，不少贵金属电阻合金，镍基高阻合金，铁基高阻合金，锰基高阻合金及铜基低阻合金，玻璃绝缘微细电阻丝，贴膜电阻合金箔，金属膜电阻等，如雨后春笋，相继试验成功，转产应用。在精密锰铜鉴定会上，又提出了非恒温室用锰铜的研制任务。1966年开展这项工作，1967年研制成宽温度区间用硅锰铜合金，1973年鉴定转产。1982年以来又研制成了锗锰铜与锗硅锰铜等合金[4]。 

上海铜仁合金厂等单位对精密锰铜合金的研制成功，打破了国外对中国精密锰铜合金的垄断、封锁，结束了中国精密锰铜合金长期依赖进口的局面，也由此揭开了我国精密电阻合金的发展序幕。上海铜仁合金厂，创建于1952年8月，由原工商业者严振远，杨行知，黄新南三人创立。1955~1956年，国家对私营资本主义工商业进行社会主义改造，1956年企业实现公私合营。1958年电影《红旗颂》介绍了铜仁合金厂、江南造船厂、上海第一钢铁厂、大安机器厂、上海第二印染厂、永鑫无缝钢管厂、上海第二棉纺厂和大达电机制造厂等八个先进工厂的精神面貌，因此包括铜仁合金厂在内的八个工厂被称为“上海工业生产上的八面红旗”。上海铜仁合金厂在1967年更名为上海合金厂。1983年完成仪表合金材料产量424.5吨，单晶硅电子材料2150公斤，工业总产值4100万元，是当时国内生产仪表合金材料规模最大、品种规格最齐、历史最久的专业工厂，为国防、航天、冶金、化工、石油、煤炭、农业、轻纺等工业现代化作出过重要贡献。上海合金厂1997年更名为上海合金有限公司。

上海同立合金有限公司成立于 2004 年，是原上海合金有限公司转制而成的一家专业生产仪表用精密电子合金材料的股份制民营企业。公司拥有从原材料熔炼到成品的完备生产线，专业生产镍铬合金、纯镍及镍锰合金、镍铁合金、铜镍合金、锰铜合金等功能材料，同时可根据客户的要求制造特殊合金线，满足高性能、高精度电子产品的要求。为中国和国际上其他主要工业国家的航天、航海、石油、化工、电力、交通、冶金、仪表、家电以及通讯等行业提供了大量高质量、高精密度、高性价比的功能合金材料。

上海同立合金有限公司是中国仪表材料标准委员会会员单位，上海有色金属协会理事单位。公司参与制/修定了多项国家及行业标准的起草，是国家标准《GB/T 6145-2010 锰铜、康铜精密电阻合金线、片及带》起草单位之一，机械行业标准《JB/T 6454-2008 发热电阻合金技术条件》、《JB/T12513-2015 高精度锰铜电阻合金窄扁带》、《JB/T 7117-2008 高电阻电热合金丝技术条件(Φ＜0.2mm) 》起草单位之一。 

NO.3 我国目前生产的锰铜型合金

（1）锰铜合金，锰铜合金形成γ均匀固溶体，广泛用于标准电阻器、绕线电阻器、分流电阻器和滑线电阻器。锰铜合金不同的牌号其电阻温度系数不同且随温度的变化趋势也不同，势必造成其用途也不同。根据电阻温度系数随温度的变化情况和用途，锰铜合金主要分为精密锰铜、分流器锰铜。GB/T 6145-2010中规定锰铜主要有：分流型6J8、6J13、精密型6J12三个牌号。其成分、电阻率如表1所示，电阻温度系数如表2所示[9]：

锰铜

表1 锰铜合金化学成分与电阻率

表2 锰铜合金的电阻温度系数

精密锰铜合金的电阻温度系数在其0~45 ℃使用温度范围内变化不大，适用于温升较低的精密仪器仪表，主要应用于高精密电阻器、精密电阻器和标准电阻器等方面。分流器锰铜在0~100 ℃范围内，电阻温度变化比精密锰铜平坦。服役于工业测量仪表中的分流器的使用中温升较高，大致使用温度范围在0~100 ℃，精密锰铜已不适用，需用分流锰铜。例如用分流锰铜片材制成的FL-27型0.2级分流器，一般阻值变化在0.12%~0.09%范围内。通常情况下精密锰铜的电阻温度系数均较小，但环境温度的变化导致合金的电阻温度系数急剧变化，这样必然会给这些仪表的使用带来附加的测量误差。若在这些仪表中采用负电阻温度系数锰铜作为线路补偿温度误差之用，对减少仪表附加温度的误差，提高仪表测量精度是十分有意义的[3]。

（2）新康铜合金，以Al元素取代锰铜合金中的Ni元素而得到的Cu-Mn-Al系电阻合金，由于不含价格较高的Ni元素，新康铜的成本得以降低，同时Al的加入，提高了合金的最高许用工作温度。但在制作精密电阻器时，由于合金的Al含量较高，易产生偏析，且在溶解度附近有析出的危险，其长期稳定性不如锰铜合金。新康铜合金还存在着严重的磁滞现象，但对有要求耐蚀性和高工作温度的电阻元件，该合金较为适合。这种合金广泛用于工业上的起动变阻器和精密电阻器等[3]。GB/T 6149-2010中规定新康铜成分及电阻率如表3所示，电阻温度系数如表4所示[10]：

表3 新康铜的合金化学成分与电阻率

表4 新康铜的平均电阻温度系数

（3）锗锰铜合金，由于在锰铜二元合金中掺杂了Ge，使锗锰铜合金的性能比锰铜合金大为改进。锗锰铜合金在-75~125 ℃范围的电阻温度特性曲线呈S形，且在该温域内，电阻值的变化大约在0.1 %左右。在0~70 ℃范围内，合金的二次电阻温度系数较小，β值小于0.02×10-6/℃2，电阻值与温度呈良好的线性关系。锗锰铜与锰铜的电阻随温度变化情况对比如下图所示：

锗锰铜和锰铜的电阻温度曲线

锗锰铜的成分及电阻率如表5所示，电阻温度系数如表6所示：

表5 锗锰铜的合金化学成分与电阻率

表6 锗锰铜的电阻温度系数

锗锰铜合金在0~70 ℃范围内有低的电阻温度系数和良好的电阻温度线性特性，较大扩展了精密电阻器的使用温度范围，可广泛地用于制作标准电阻器、精密电阻器以及精密电子天平上的取样电阻等电阻器件。用它制造的标准电阻器和精密电阻器，性能超过锰铜合金。在制作100 Ω的精密取样电阻，当温度在20~70 ℃变化时，其阻值变化不大于0.001 Ω[3]。

此外，在Cu-Mn-Ge系列基础上添加Ga，同时还包括Ni、Re、Al、In等元素中的一种或几种制成的铜锰镓锗合金，在-60~125 ℃温度范围内的平均电阻温度系数为-5~-2×10-6/℃，合金的电性能稳定，具有良好的加工性能[11]。

NO.4 参考文献

[1] 黄伯云，李成功，石力开，邱冠周，左铁镛. 中国材料工程大典.第4卷,有色金属材料工程(上)[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005.

[2] 姜定成，田茂江，王勇，徐永红，杨贤军，吴达. 镍铬系精密电阻合金的特性与研究现状[J]. 电工材料. 2017(05):23-28.

[3] 刘平，田保红，赵冬梅. 铜合金功能材料[M]. 北京: 科学出版社, 2004.

[4] 官达高. 我国仪表用精密电阻合金[J]. 上海金属.有色分册. 1984(06): 55-64.

[5] Braudaway D W. Precision resistors: a review of material characteristics, resistor design, and construction practices[J]. IEEE transactions on instrumentation and measurement. 1999, 48(5): 878-883.

[6] Wilczyńska T, Wiśniewski R, Semina V. Thermal properties of manganin dynamic high-pressure sensor after complex Ti–Kr high fluence implantation, modelling and interpretation[J]. Vacuum. 2009, 83: S268-S270.

[7] Wilczyńska T, Wiśniewski R, Wieteska K, Słowiński B. Influence of deep-implanted Kr ions on resistivity of pressure manganin sensors[J]. Vacuum. 2005, 78(2-4): 515-518.

[8] Rostocki A J, Urbański M K, Wiśniewski R, Wilczyńska T. On the improvement of the metrological properties of manganin sensors[J]. Metrologia. 2005, 42(6): S250-S252.

[9] GB/T 6145-2010, 锰铜、康铜精密电阻合金线、片及带[S].

[10] GB/T 6149-2010, 新康铜电阻合金[S].

[11] 黄炳醒，万吉高，张瑞华，雷春明，刘雄，武海军. 一种铜锰镓锗精密电阻合金及其制备方法[P].