Материалы для размыкающих контактов

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.

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;

лёгкая 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.

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).

Сплавы серебро-магний-никель с добавками золота и цирко­ния удачно сочетают в себе свойства упругого 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.

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.

Наибольшее распространение получили сплавы платины с ни­келем, серебром, золотом, иридием, которые, обладая повышенной твердостью и удельным электрическим сопротивлением, применя­ются в прецизионных реле.

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.

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 надёжность 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.

По стойкости к свариванию (в порядке уменьшения) контакт­ные материалы располагаются следующим образом: графит (C), вольфрам (W), вольфрам - молибден (W - Mo), металлокерамика вольфрам - медь (серебро) [W – Cu (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 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 жёстких условиях, снижая число отказов и повышая срок службы.

Контрольные вопросы:

1. Какие условия нужно выполнить, чтобы получить сверхпроводимость?

2. Что происходит с магнитным полем в сверхпроводниках?

3. В чём отличие между мягкими и твёрдыми сверхпроводниками?

4. В чём сущность криопроводимости?

5. Какие металлы используют в качестве криопроводников?

6. Какие виды графита вы знаете?

7. Как получают непроволочные резисторы? В чём их достоинства?

8. В чём различие между марками щёток электрических машин?

9. Для чего используют сажу, антрацит?

10. Какой по знаку температурный коэффициент ТКρ у угольных изделий?

11. Что входит в состав композиционных материалов?

12. Чем отличаются проводящие пасты от резистивных?

13. Что из себя представляют контактолы?

14. Какие виды износа наблюдаются в подвижных контактах?

15. Чем электрический износ контактов отличается от химического?

16. Какие требования предъявляются к контактным материалам?

17. В чём разница требований к материалу для скользящих контактов и размыкающих?

18. Какой недостаток у маломощных серебряных контактов?

19. Какие материалы используют для слаботочных размыкающих контактов?

20. В каком порядке располагаются материалы мощных контактов по стойкости к свариванию?

21. Контакты из какого материала нельзя зачищать наждачной бумагой?

Припои

Кроме подвижных контактов в электрической аппаратуре широко используются и неподвижные контакты, основными из которых является пайка, сварка и соединение контактолами.

Пайкой называется процесс получения неразъемных соединений с помощью специальных сплавов или металлов, температура плавления которых ниже температуры плавления соединяемых деталей.

Специальные сплавы, применяемые при пайке, называют припоями. Процесс пайки сопровождается нагреванием. В результате припой плавится, растекается по поверхности соединяемых деталей, заполняя зазор между ними. Припой диффундируют в основной металл, а поверхностный слой основного металла растворяется в припое, образуя промежуточную прослойку. После застывания образуется неразъемное соединение.

Наличие оксидных пленок, механических и органических загрязнений на поверхностях соединяемых деталей затрудняет процесс пайки. Поэтому перед пайкой соединяемые поверхности тщательно очищают, а в процессе пайки защищают от окисления вспомогательными составами, называемыми флюсами.

Припои должны обладать следующими свойствами: хорошая жидкотекучесть; малый интервал температур кристаллизации; высокая механическая прочность; коррозийная стойкость; высока электропроводность.

Припои подразделяют на мягкие с температурой плавления Т_пл выше 400⁰ С.

Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении σ_р не выше 50..70 МПа, а твердые до 500 МПа.

Название марок припоев определяются металлами, входящими в них в наибольшем количестве (олово-О, свинец-С, алюминий-А, серебро-Ср, сурьма-Су, медь-М, цинк-Ц, висмут-Ви, кадмий-К). Обозначение драгоценного или редкого металла, входящего в состав припоя, присутствует в названии марки даже при малых количествах этого металла в сплаве. Марка припоя выбирается в зависимости от рода соединяемых металлов и сплавов, требуемой механической прочности, коррозийной стойкости и удельной электрической проводимости припоя (при пайке токоведущих частей).

Твердые припои отличаются тугоплавкостью (температура плавления 500…900⁰С) и высокой механической прочностью, но технология пайки при этом значительно сложнее и процесс ведется в специальных электрических печах.

Пример твердого припоя ПСр-25: пайка стальных и медных деталей.