4 触点材料-.ppt

第四章触点材料,4.1概述,4.2触点材料,4.3制备方法,1）基本概念（电接触、电触头、触点材料）2）电接触分类3）电接触中的物理现象4）对触点材料的要求,1）纯金属2）合金3）复合触点材料,1）熔炼法2）电镀法3）烧结法4）内氧化法,提纲,纯金属、合金触点材料,复合触点材料（Ag-CdO复合触点材料）,1）概述,（1）基本概念,（2）分类,（3）物理现象,接触电阻,（4）材料要求,接触升温和熔焊,机械效应,电弧,电磨损,高的电导率和热导率高的再结晶温度、熔化温度、沸点温度、熔（汽）化潜热高的密度、硬度和弹性尽量小的蒸汽压力、摩擦系数、热电势等。（电弧中金属蒸汽密度）,固定滑动可分合,电接触电触头触点材料,将电信号或电能从一个导体传向另外一个导体时，在导体与导体的接触过渡区所产生的物理、化学现象。,指接触导体的具体结构或接触材料本身,又称电接触材料，指制造电触头的材料,强电中母线的连接、输电线连接器、电缆头等弱点中电子元器件的接插件、连接器、插头等,开关中的滑动触点、变阻器的滑动头、电机的电刷等,各种开关继电器和继电器触点,（固定与旋转部分之间的碳刷）,接触面粗糙不平,表面氧化膜,导电斑点,接触斑点,收缩电阻,膜电阻,接触电阻,导体接触处的电流增大或接触电阻增高,接触升温,金属软化，温度下降,熔焊,冷焊：未通电，闭合，粘结现象,机械振动和机械磨损,滑动接触的摩擦和磨损,电压击穿，熔化+汽化+飞溅,表面受损,桥转移（分段触点电流密度熔化细丝：触点分开断裂针刺与凹坑）电弧转移（电磁接触器电弧烧损）,2）触点材料,（1）纯金属,贵金属：Ag、Au、Pt、Pd（钯）,贱金属：W、Cu、Mo、Ni、Co,特点及应用,优点：导电导热率高、加工性好、价格便宜、不易氧化缺点：硬度低、熔点和沸点不高。不耐磨和电弧应用：小电流触点,优点：导电导热好、加工性好缺点：价格昂贵应用：弱电触点,缺点：难机械加工、价格贵、耐氧化性差应用：舌簧继电器,Ag：,Au、Pt、Pd：,Rh（铑）、Ru（钌）：,缺点：易氧化（解决方法：镀锡或镀银）应用：大电流触点材料,Cu：,特点：熔点高、硬度大、耐热、耐磨、抗熔焊缺点：导热导电性差应用：小电流和接触力大的触点,W、Mo：,纯金属不能满足要求，开发了合金或复合触点材料,（2）合金触点,Ag基合金,目的：针对纯银硬度低不耐磨的缺点，通过合金化提高其机械性能合金化方法：加入Cu、Cd、Au、Pt、Pd,Au基合金,目的：降低Au的含量方法：加入Cu、Ni、Co、Rh、Zr,Pd基合金,目的：降低成本方法：加入Cu、Ag、Ni、W、Ru（钌）,Pt基合金,PtIr（铂铱）：硬度高、熔点高、耐蚀、接触电阻低，是典型的弱电触点材料PtRu（铂钌）：可替代PtIr,AgCux（x=3、5、10、20、25等）,优点：比纯银强度、耐磨性、抗熔焊性高缺点：易氧化、接触电阻大应用：高压大电流继电器接点、轻负荷和中等负荷回路中,AgCdx（x=525）,特点：导电导热性好、表面生成氧化镉有灭弧作用用途：灵敏度低的低压继电器、制动继电器、轻、中负荷的交流接触器等,AgAux（x=070）,优点：导电导热好、耐蚀，极好的加工性，接触电阻低且稳定缺点：硬度低应用：强腐蚀介质中的轻负荷接点,AgPt合金,优点：机械性能与电性能好缺点：价格贵应用：特殊要求的场合,AuCu系,AuNix（x=5、9、10、16等）,AuCo合金,成分：AuCu10、AuAgCu三元合金优点：机械性能好，用于精密仪器轻负荷触点,特点：机械性能好、化学稳定性好用途：广泛用于轻、中负荷触点材料,成分：AuCo5特点：强度高、抗氧化性好、材料迁移小。应用于对材料迁移要求高的场合,PdCu：特点：桥转移小、硬度高、耐电流冲击。应用于弱电触点材料,PdAg：特点：金属转移小。应用于弱电触点材料,（3）复合触点,Ag-氧化物,成分：Ag-（1015）wt%CdO，或SnO2、ZnO、CuO、MgO、PbO、In2O3特点：氧化镉质点有助于灭弧、抗熔焊、粘合，烧损率比Ag小得多(Ag与CdO不互溶)应用：低压电器中,金属-金属,金属-石墨,特点：两种非贵金属应用：大型断路器及中、高负荷开关和断路器的弧触点,Ag-Ni复合材料,成分：Ag、Ni烧结而成，不是合金（室温下Ag在Ni基中的固溶度小于2%，Ni在Ag中不溶）特点：导电导热好,抗金属转移,电弧和浸蚀,耐磨,强度高,延展性加工性好应用：负荷开关和断路器,Ag-W、Ag-Mo复合材料,特点：硬度高，耐电弧、粘着、熔焊缺点：表面形成混合氧化物使接触电阻提高应用：低压电器触点材料,Cu-W复合材料,Ag-石墨,成分：Ag（35）wt%C（石墨）石墨作用：在高电流时，抗熔焊性好；层状石墨的润滑作用应用：弧触点、低压开关电器、滑动电刷（515wt%C）,Cu-石墨,成分：Cu（35）wt%C（石墨）特点：抗熔焊性高应用：替代Cu或Ag-石墨复合材料，用于要求抗熔焊性高的场合,4）制备方法,纯金属、合金触点材料,复合触点材料,熔炼法（电弧）：,电镀法,粉末冶金法,内氧化法,粉末冶金混粉烧结法,粉末冶金挤压：前期工艺同上，烧结后坯料放入挤压机挤压成线胚然后进行拉拔和轧制,制备过程：,优点：体积大形状简单触点，工艺简单成本低,缺点：密度低,氧化物颗粒粗大且分布不均匀,中南大学：Ag一SnO2触点材料（内氧化法）,合金内氧化法：,合金粉末预氧化法,工艺过程：熔炼（合金）成型后高温氧化（氧气氛）,缺点：材料中间有贫氧化区,工艺过程：内氧化法+粉末冶金法合金熔化雾化为合金粉末内氧化压制烧结挤压,优点：组织均匀，耐磨和抗熔焊,缺点：工艺复杂，成本高,制备工艺：金属棒作为负极结晶器中的下电极为正极,电弧-高温,熔化,水冷结晶器中凝固,以Cu-Cr为例：自耗电极为等静压真空烧结Cu-Cr结晶器为水冷铜模,电镀液：含镀层金属阳离子的溶液,制备工艺,镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极,以铜或铜合金基体上电镀银镍合金为例,绝缘,化学除油,水洗,酸洗,镀镍,混粉,压片,烧结,5）应用举例,MEMS微幵关的设计和研制,地铁车辆电路控制,地铁车辆电路控制,接触电阻是继电器关键性电气性能之一,硬线控制,逻辑转换,负载驱动,电磁式继电器的触点转换,一列地铁车辆有200个继电器（每个继电器3对触点）,600个触点,继