電接觸材料的種類(lèi)及分類(lèi)
時(shí)間:2019-07-10
電接觸材料(亦稱(chēng)觸點(diǎn)材料或觸頭材料)是電能傳遞和信號輸送過(guò)程中重要材料之一。在電氣、電子領(lǐng)域,電接觸材料主要用作電觸點(diǎn)、導電刷、集電環(huán)、換向片、整流片和接插件等,是電通斷環(huán)節中重要的功能性元件。采用電接觸元件的電機、電氣開(kāi)關(guān)、繼電器、接插件等作為基礎件在信息工程、家用電子電器、汽車(chē)工程等領(lǐng)域大量使用。這些電接觸元件的性能直接影響所應用產(chǎn)品及整個(gè)系統的可靠性、穩定性、精度及使用壽命。同時(shí),隨著(zhù)各類(lèi)產(chǎn)品向高精度和微型化發(fā)展,對電接觸元件的性能提出了更高的要求:具有優(yōu)良的導電性、小而穩定的接觸電阻、高的化學(xué)穩定性、耐磨性和抗電弧燒損能力。電接觸元件必須在電阻率、接觸電阻、密度、硬度、化學(xué)成分、抗熔焊性、抗腐蝕性、可焊性、可靠性、穩定性、精度及使用壽命等方面滿(mǎn)足應用的要求。隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展,電接觸材料的研制和生產(chǎn)得到了行業(yè)的高度重視。
傳統的電接觸材料是貴金屬( Ag、Au、Pt、Pd、Os、Ir、Ru、Rh等)及其合金材料,成本較高,且使用壽命則較短?,F代的電接觸材料主要是貴/廉金屬構成的復合材料,例如:以Cu為基材,Ag為復合層的Cu/Ag合金層狀復合材料等。這樣不僅會(huì )節約成本,還能提高電接觸材料的硬度、抗熔焊性、抗腐蝕性、可靠性、穩定性、精度及使用壽命等性能。
如何正確選擇觸頭材質(zhì),對于設計者來(lái)說(shuō),是一個(gè)十分重要而又棘手的問(wèn)題。如果能將全部觸頭材料按照使用條件和用途明確分類(lèi),在應用中是非常方便的。然而觸頭在接觸時(shí)發(fā)生的各種現象與周?chē)鷹l件的關(guān)系極為復雜,而且還有不少問(wèn)題未徹底搞清楚,因此將觸頭材料按照上述方法分類(lèi),實(shí)際上是相當困難的。
1.按組成成分分類(lèi):電接觸材料按照合金元素來(lái)分主要有: Ag及其合金、Au及其合金、Pt及其合金、Pd及其合金、Cu及其合金、W及其合金、Mo及其合金、Ti-Co-C系等電接觸材料。目前,已有報道的電接觸材料的具體組成如下:
1)Ag及其合金觸頭: Ag,Ag-Cu,Ag-Ni,Ag-Cu-Ni,Ag-Cu-Ni-Ce,Ag-Cu-Cd,Ag-Mg-Ni,Ag-Mg-Zr,Ag-In,Ag -Cd ,Ag-In-Cd ,Ag- Cd-Ni ,Ag-Co,Ag-Fe,Ag-金屬氧化物系(Cu,Zn,Sn,Cd,La,Sb,Zn,Pb,Ni,Al,Zr,Mg),Ag-WC,Ag-Mo,Ag-C,Ag-Re等。
2)Au及其合金觸頭:Au,(10,70,78,80,90)Au-Ag,69Au-25Ag-Pt,Au-Ag-Pt-其他,Au-Pd-Ag-Pt-其他,62.5Au-30Ag-Cu,75Au-22Ag-Ni,(60,82,95)Au-Ni,97.7Au-Cr,60Au-Pd等。
3)Pt及其合金觸頭:Pt,Pt-Ir(<30 Wt.%Ir),(70,75,80,90)Pt-Ir,90Pt-Ru,76Pt-6Ru-Rh,Pt-Ir-Pd,(80,90)Pt-(10,20)Ir-Ru,(90,91.5,92.5)Pt-Ni,(70,80,90)Pt-Pd,90Pt-Au,(92,95)Pt-W。
4)Pd及其合金觸頭:Pd,(10,20,30,40,50,60)Pd-Ag,40Pd-30Ag-Cu,(20~50)Pd-(40~75)Ag-(余量)Cu,(60~85)Pd-Cu,Pd-Ag-Ni,90Pd-Ru,Pd-Pt-Au-Ag。
5)Cu及其合金觸頭:Cu-Ti-Si-C,30~60Cu-W,50Cu-WC,60~70Cu-Zn,Cu-8Sn-0.25P,Cu-Be,Cu-2Be-0.3Co。
6)其他金屬及合金觸頭:Rh,Re,W,Mo,C,Fe-Cu-Al,Fe-Cu-Pb等。
2.按使用條件分類(lèi) :1)按照電接觸材料實(shí)際使用情況大致分為:微負載觸頭,輕負載繼電器、微型開(kāi)關(guān),中負載開(kāi)關(guān),重負載斷路器;2)按照使用的具體領(lǐng)域分為:電接點(diǎn)材料,電刷材料,繞組材料,導電環(huán)、換向片或整流片材料,接插件材料;3)觸頭的使用條件中關(guān)于負載情況,通常將電壓分為高壓(200V左右及高于200V)、低壓(15~50 V),電流分為?。ㄗ疃酁閹装玻?、中(最多到100A)、大(拌有強烈電弧的電流負載)三類(lèi)。圖1中將電接觸材料的使用條件和具體用途進(jìn)行分類(lèi)。圖2 中將適合于相應電流、電壓范圍內使用的觸頭材料成分分別列與方框內,并按照實(shí)際使用領(lǐng)域中負載情況由小到大分為微負載、輕負載、中負載、重負載。
3.按工作方式分類(lèi):電接觸按照其工作原理可分為3類(lèi):固定電接觸(如鉚釘接觸、焊接接觸、螺栓接觸等),滾動(dòng)和滑動(dòng)電接觸(載流軸承與電車(chē)之間的接觸、電機電刷與換向器之間的接觸、電力機車(chē)受電弓滑板與接觸網(wǎng)導線(xiàn)之間的接觸等),可分、合電接觸(各類(lèi)開(kāi)關(guān)器件的觸頭或觸點(diǎn)之間的接觸)。此外,按照接觸傳導時(shí)是否產(chǎn)生電弧分為有弧電接觸和無(wú)弧電接觸。電接觸按上述工作方式電接觸材料可分為:固定接觸材料,開(kāi)閉接觸材料,滑動(dòng)和滑動(dòng)接觸材料,彈性接觸材料。
4.按材料的制造工藝分類(lèi):按材料的制造工藝將電接觸材料分為:熔鑄加工合金接觸材料,粉末冶金接觸材料,內氧化合金接觸材料,電鍍接觸材料,復合電接觸材料。