Информационно-познавательный сайт     Материаловедение     Электроматериаловедение  

3. Проводниковые материалы

3.8.2. Материалы для размыкающих контактов


top include

 

Меню разделов:
Аквариумистика
Биология
Вирусология
История
Материаловедение
Менеджмент
Радиоэлектроника
Фармация
Физика

 

top-2 include right include

 

Материалы для размыкающих контактов работают в сложных условиях, поскольку в процессе работы между контактными поверхностями размыкающих контактов могут возникать электрические разряды в виде искры или дуги. Этот процесс сопровождается электрической эрозией, которая является причиной нарушения нормальной работы соответствующего прибора. На поверхностях размыкающих контактов образуются оксидные пленки, поэтому они подвержены также коррозии или химическому износу.

Эрозия - процес постепенного разрушения поверхности металлических изделий в потоке газа или жидкости, а также под влиянием механических воздействий, электрических разрядов и т. п. (от лат. erosio - разъединение)

Материалы для размыкающих контактов должны обладать следующими свойствами:

- низкое значение удельного электрического сопротивления;

- малое падение напряжения на контактах;

- стойкость к механическому и электрическому износу;

- не допускать эрозии (обгорания) контактирующих поверхностей;

- не допускать приваривания контактных поверхностей друг к другу под действием электрической дуги при размыкании контактов;

- постоянство контактного электрического сопротивления;

- легкая обработка;

- низкая стоимость.

Выбор материалов для размыкающих контактов ведут по значению коммутируемого тока или по мощности размыкания электрических цепей. По значению коммутируемого тока разрывные контакты делят на слаботочные (работают при токах до единиц ампер) и сильноточные (работают при токах, больших единиц ампер).

По значению мощности контакты этого типа делят на маломощные и мощные.

Слаботочные (маломощные) размыкающие контакты изготавливают из благородных и тугоплавких металлов и сплавов на их основе типа твердых растворов.

В широкой номенклатуре контактов применяется чистое серебро, которое обеспечивает высокую электропроводность и низкое переходное электрическое сопротивление, однако имеет недостаточную стойкость к эрозии, и серебряные контактные поверхности легко свариваются между собой. Чистое серебро не используют также для особо точных размыкающих контактов с малой силой контактного нажатия (малонагруженных) и в сочетании с материалами, содержащими серу (например, резина, эбонит).

Большей стойкостью к эрозии по сравнению с чистым серебром обладают сплавы серебра с медью, однако в малонагруженных контактах они корродируют.

Сплавы серебро - кадмий отличаются высокой эрозионной стойкостью вследствие высокой скорости гашения дуги между контактами за счет паров кадмия и кислорода, однако контакты из этих сплавов требуют больших контактных нажатий. Такой материал, содержащий 2...12% массы окиси кадмия, получают при нагревании бинарного сплава серебро - кадмий в окислительной среде. Сплавы серебро-магний-никель с добавками золота и циркония удачно сочетают в себе свойства упругою и контактного материалов. Это позволяет успешно использовать их как единые детали «контакт-пружина», что весьма ценно в малогабаритных и миниатюрных устройствах. Эти сплавы обладают переходным электрическим сопротивлением таким же, как у серебра.

Слаботочные размыкающие контакты из серебра и его сплавов используют в устройствах электронной техники, работающих в бездуговом режиме, в приборах автоматики, в аппаратуре авиационного и морского оборудования.

Золото обладает коррозионной стойкостью к образованию сернистых пленок при комнатной температуре и нагревании, однако оно склонно к дугообразованию, и даже при малых токах на золотых контактах в результате эрозии образуются иглы и наросты. Поэтому золото в чистом виде применяют для изготовления прецизионных контактов, которые работают при малых напряжениях и малом контактном нажатии. В качестве контактного материала золото используют главным образом в виде сплавов с платиной, серебром, никелем, цирконием, которые имеют повышенную твердость, хорошую коррозионную и эрозионную стойкость.

Платина в чистом виде редко применяется для изготовления контактов. Она служит хорошей основой для ряда контактных сплавов, так как не окисляется на воздухе и не образует сернистых пленок, а также обеспечивает платиновым контактам стабильное переходное сопротивление. Наибольшее распространение получили сплавы платины с никелем, серебром, золотом, иридием, которые, обладая повышенной твердостью и удельным электрическим сопротивлением, применяются в прецизионных реле, работающих без дуговых разрядов, контрольных реле авиационного электрооборудования, в малогабаритных и миниатюрных реле радиоэлектронной аппаратуры.

Вольфрам давно получил распространение в качестве контактного материала благодаря ряду свойств, удовлетворяющих совокупности наиболее нужных характеристик контактных материалов:

- вольфрамовые контакты не свариваются во время работы, так как температура плавления вольфрама 3380 °С;

- в несколько раз более стойки к эрозии, чем платина;

- не поддаются заметному механическому износу благодаря высокой твердости.

Наилучшими свойствами обладают контакты из вольфрамовой проволоки с продольно-волокнистым строением. Если зерна у нарезанных из проволоки контактов вытянуты вдоль оси контакта, заметно повышается его износостойкость.

Легирование вольфрама молибденом повышают его твердость, удельное электрическое сопротивление и снижает тугоплавкость. Однако молибден вводят в сплав с вольфрамом в ограниченных количествах, так как молибден корродирует при комнатной температуре с образованием рыхлых окисных пленок.

Вольфрамовые контакты применяют в контрольных реле авиационного оборудования, в телеграфных, сигнальных реле, в прерывателях и преобразователях тока, в вакуумных или газонаполненных выключателях.

Сильноточные (мощные) размыкающие контакты изготавливают из металлокерамических материалов, получаемых методами порошковой металлургии. Металлокерамические контакты обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными металлическими:

- более стойки к оплавлению, привариванию и износу;

- не заменимы при высоких токовых и механических нагрузках;

- значительно увеличивают срок службы контактов при умеренных нагрузках;

- повышают надежность и долговечность аппаратов при значительной экономии серебра (от 10 до 70%).

Металлокерамические материалы для сильноточных контактов должны состоять из невзаимодействующих друг с другом компонентов, один из которых обладает значительно большей тугоплавкостью, а другой обеспечивает хорошую проводимость материала. Менее тугоплавкий компонент удерживается в порах более тугоплавкого силами поверхностного натяжения.

Композиции, содержащие серебро и медь, обеспечивают контактам высокую электро- и теплопроводность.

Композиции, содержащие тугоплавкие фазы в виде равномерных включений оксидов кадмия, меди, никеля, вольфрама, графита, препятствуют свариванию контактов, повышают их износо- и термостойкость. При этом оксид кадмия при температуре примерно 900 °С, а окись меди при более высоких температурах, разлагаясь на кадмий и кислород и медь и кислород, увеличивают скорость гашения дуги.

Композиция серебра с никелем хорошо поддается механической обработке и обладает высокой коррозионной стойкостью.

Композиция серебра с окисью кадмия не образует непроводящих окислов и поэтому не требует высоких контактных давлений. Ее используют для изготовления контактов, работающих в цепях постоянного тока (300 А, 500 В). В процессе эксплуатации контакты на основе этой композиции нельзя зачищать наждачной бумагой. Мелкодисперсные контактные материалы повышают срок службы размыкающих контактов в 1,5...3 раза, если исходные компоненты материала измельчены до размеров 0,5...2 мкм вместо обычных размеров 50... 150 мкм.

По стойкости к свариванию (в порядке уменьшения) контактные материалы располагаются следующим образом: графит (С), вольфрам (W), вольфрам-молибден (W-Mo), металлокерамика вольфрам-медь (серебро) [W - Си (Ag)], карбид вольфрама-серебро (WC-Ag), сплавы серебро-кадмий (Ag-Cd), металлокерамика серебро-оксид кадмия (оксид меди) [Ag-CdO(CuO)], серебро (медь)-графит [Ag(Cu)-C].

Сильноточные металлокерамические размыкающие контакты используются для общепромышленных целей, в частности в авиационных реле и выключателях среднего и тяжелого режимов, в автоматических предохранителях, контакторах, пускателях, реле сигнализации. Не существует контактных материалов, удовлетворяющих всем необходимым требованиям. Удается только приблизиться к созданию материалов с совокупностью наиболее нужных характеристик. Поэтому устройства с размыкающими и скользящими контактами стремятся по возможности заменять соответствующими схемотехническими решениями. Это позволяет эксплуатировать приборы в более жестких условиях, снижает число отказов и повышает срок службы приборов.

 

3.1. Классификация проводниковых материалов
3.2. Основные свойства и характеристики проводниковых материалов
3.3. Материалы с высокой проводимостью
    3.3.1. Медь и её сплавы
    3.3.2. Алюминий и его сплавы
    3.3.3. Железо и его сплавы
    3.3.4. Натрий
3.4. Материалы с высоким сопротивлением
    3.4.1. Проводниковые резистивные материалы
    3.4.2. Пленочные резистивные материалы
    3.4.3. Материалы для термопар
3.5. Проводниковые материалы и сплавы различного применения
    3.5.1. Благородные металлы
    3.5.2. Тугоплавкие металлы
    3.5.3. Ртуть Hg
    3.5.4. Галлий Ga
    3.5.5. Индий In
    3.5.6. Олово Sn
    3.5.7. Кадмий Cd
    3.5.8. Свинец Pb
    3.5.9. Цинк Zn
3.6. Сверхпроводники и криопроводники
    3.6.1. Сверхпроводники
    3.6.2. Криопроводники
3.7. Неметаллические проводниковые материалы
    3.7.1. Материалы для электроугольных изделий
    3.7.2. Проводящие и резистивные композиционные материалы
    3.7.3. Контактолы
3.8. Материалы для подвижных контактов
    3.8.1. Материалы для скользящих контактов
    3.8.2. Материалы для размыкающих контактов
3.9. Припои
3.10. Металлокерамика
3.11. Металлические покрытия
3.12. Проводниковые изделия

botton include

 


author include