硬颗粒对电接触可靠性的机械物理影响.doc

等皇姓专学日 申请 学位论 文与资 料若有 不 实之 处 ， 本 人承 担 一 切相 关 责任 。复制 手段保 存、 汇 编 学位论 文。 艿 难宦 畚脑诮 饷 芎 笞袷卮 斯娑翟监海 ， 。 硬颗 粒 对 电 接 触 可靠 性 的 机械 物 理影 响关 键字：电 接 触 、 尘 土 颗 粒 、 微动、 接 触 电 阻 琭 琧 第 一 章第 二章第 三章 第 五章本 章小 结 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文 统 称 为 电接 触 电接 触 研 究 的 重要 性尘土对 电接 触 可靠 性 影 响 的 测 试与评 估系 统 的 研 究 可分 两 大部 分 。一个 部 分是 建立基于 简化 模 型 的 尘土影 响 研 究 体系 ，第 二个 部 分 是 建立整机 可靠 性 测 试研究 体系 。第 一个 部 分 又可分 为 两 块 内 容，即开发 具 有“确 定 性 实 验 能力一的 实 验设备 和 建立简化 模 型 体 系 并 研 究 尘 土影 响 ，在 此 基础 上 进 行 理 论 成 果 的 实 验 验证，最 后 得 到尘 土影 响 的 数 据 手册 或 经验 公 式 。第 二个 部 分 也 可分 为 两 大块 内 容，即研 究 尘土进 入 过 程 和 研 究 失效 概 率的 可靠 性 试验 方 案 ，在 此 基础 上 开发 模 拟测试系 统 ，并 进 行 整机 实 验 。将第 二部 分 的 整机 实 验 结 果 与第 一部 分 得 到的 数 据 手册 或 经验 公 式 进 行 比较分 析，最 终得 到尘 土对 电接 触 影 响 的 测 试评 估体 系 。 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文于 电阻 升 高 导 致误 码，都很 难检查出事故 的 真 正 原 因 和 过 程 电接 触 是 一门 研 究 电子可靠 性 连 接 的 科学 “电接 触 一简单 地 说，就 是 通过机 械 接 触 或 其 它连 接 方 式 以达 到顺 利的 电气 连 通，是 用 来描 述 两 个 组件 因 带 电接触 而 产 生 的 一种 状态 。这 两 个 组件 本 身 被 称 为 接 触 件 。而 对 于 实 际 接 触 的 两 个 导体称 为 电接 触 对 或 电接 触 付 ，两 个 导 体上 实 际 接 触 表 面 称 为 电接 触 表 面 或 电接 触点 蛭F 浜 苄 或 简称 为 电接 触 点 。现 实 生 活 中常 见 的 电器设备 都是 由 各 种 不 同 的 电子或 电气 元 件 通过 一定 的连 接 方 式 或 方 法，连 接 到一起而 构 成 部 件 ，实 现 电器正 常 工 作 的 。电器内 部 任一电接 触 点 出现 电接 触 故 障都会 影 响 设备 的 可靠 运 行 与其 他元 件 不 同 ，接 触 点 大多暴 露 在 空 气 中，而 空 气 中的 尘土、 腐蚀性 气 体、 湿 度、 温度等 都会 直接 影 响 到接 触 点 的 可靠 性 。 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文的 微 动 痕 迹 并 且 使 用 能谱 仪打出其 成 分 ，确 认痕 迹 中有颗 粒 的 存 在 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文第 二章电接 触 理 论 及 设备电接 触 理 论”矿 ”芎 踛 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文式 接 触 材 料的 泊 松匕 ；，：接 触 材 料的 杨 氏弹 性单 点 接 触 的 情 况下，其 收缩 电阻 如式 所 示 。 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文阻 ；，是 两 导 体的 电阻 率，5阍 舶 刖 丁绷 降 继宀牧 舷 嗤 保 琾 。实 际 接 触 表 面 不 可能是 绝 对 平 面 ，也 不 可能是 绝 对 球 面 ，从 微 观 角 度看 ，表塞赢 曩馘 急!E埽海 海 海 ； 一厅 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文 北 京 邮电大学研 究 生 学位论 文 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文图 系统 工 作 原 理 图测 试通 道数 目 ： ；输入 电压： ，频率 ；工 作 温 度 ： 妫 ；避 免外界 对系统 的 冲 击及 震 动 ；无 电磁 干 扰 和腐 蚀性气体 ； 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 扫 描电子 显微 镜粗 糙程度 、电蚀 陷坑 、膜 层 厚度 、磨粒 形状 尺 寸等 ，比 光学 显微 镜优 的 多 ： 放 大 北 京 邮电大学研 究 生 学位论 文线 能 谱 仪 便是利用 这 一 原 理 来 识 别不 同的 元 素 。用 扫 描电镜 观察 样品 形貌时，样品 二次电子 产 生 率 与 样品 表面材 料 的 原 子 序数 无 关 ，而 背 反射电子 的 产 生 率 随 原子 序数 的 增 大而 增 加。背 反射电子 的 产 生 率 在 扫 描电镜 照片 中 反映 就是 颜色 的 深浅。对于两 种 原 子 序数 相 差较大的 物 质，在 使用 扫 描电镜 进行 观察 时，表现 为 明暗 程度 不 同的 区 域 。 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文毪 ”豫 ： 镪雾 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文标 准 样品 的 强度 的 方法，再 把 强度 比 经 过 定量修 正 换算成 浓 度 比 。最 广 泛使用 的能 谱 仪 用 于测 量元 素 百分 含 量。本 文将借助简 易 静态电阻 测 量 台完成 定 位单 颗 粒 测 试电阻 实验实验 中 主 要设 置 的 光学 放 大倍 数 为 ，数 码 放 大倍 数 为 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 锞 捣 糯蟊 妒 直 鹞猻 ， ， 和 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 观 察 ，测 定 颗 粒 大小的 方 法 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 糯 蟊妒 倍 下 颗 粒观 察 和 测 定 ，。蹦。己施鏖鍪域一勃。二厂 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文灞。 ，搦 靠 帕 糯 倍 光学 显 微镜 照 片 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 粒明 显 被 压碎称 为 压碎，此时 颗 粒明 显 的 被 压碎成 多 块在 下 面的 表 ， 的 备注 中将 会 用到这些 定 义 。应 的 像 素值 ，再 通过换 算 我们就可以 知 道 颗 粒有 多 大了。 石英 砂颗 粒。 压力下 的 平 均 电阻 是 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文 静 态条件 下 单颗 粒的 电阻 测 试 和 分析粒的 电阻 测 试 实 验 结 果如表 夺 所示 。 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文样 ，前者测 出 的 电压是 电压源 的 内电压此时电路 相 当于是 开 路 ，这时 的 电阻 可以这点 从 图片中 可以 清楚 的 看 到。 以 上 的 对 比分析说 明 了前面的 推 断 是 正 确 的 ，接阻 值 ，发现 接 触压力下 的 电阻 值 比 接 触压力下 的 值 要小 一 些 ，这是 因 尺 寸 为 氧化 硅 颗 粒的 静 态电阻 实 验研 究 存在 单颗 粒的 情 况 下 接 触电阻 发生 了怎 样 的 变 化 。 实 验 条件 ： 恒流电源 蛞 拙 蔡 缱 璨 饬刻 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文一一一， 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文进行 静 态 电阻 测 试 实 验 的 目 的 是 为 了实 验 证明 颗 粒 的 存 在 是 对 电接 触 是 有实 际 影响 的 ， 实 验 的 数 据 结 果也 证明 了这一 点 。 颗 粒 影响 接 触 电阻 的 主要 原因 是由于 它的 存 在 ， 减少 了机械接 触 面积 并分 担了接 触 压力， 进而 增 大电阻 ， 使 接 触电阻 升 高 。 另 外 ， 从 实 验 的 数 据 来 看 ， 接 触 压力对 电接 触 也 是 有影响的 其趋势是 接 触 压力越 大， 接 触 电阻 越 小 。 对 被压碎 的 单 颗 粒 研 究 与 分 析作 用 下 一起 讨论 ， 按照 小 节里 面的 像 素的 对 应 关系 换算 后， 按尺 寸 从 小 到大 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文用 红色 点 所示 嵌 员 让 挥 斜 谎 顾榈目 帕 叽 如图 畇本 次 实 验 研 究 中 采 用 的 二 氧 化 硅颗 粒 的 尺 寸 是 呈 带 分 布 的 ， 获 得 的 数 据 不是很 全面， 如果 能 对 单 一均 匀 尺 寸 的 颗 粒 改 变被压位置和 对 数 种 已知 尺 寸 的 颗 粒 进行 同一 点 的 实 验 可 以 进一 步 的 研 究 颗 粒 被压位置和 颗 粒 尺 寸 对 接 触 电阻 的 影响还能 对 颗 粒 是 否 存 在 容易被压碎 的 尺 寸 展开 深一 层 的 讨论 。 在 本 次 实 验 中 使 用 的二 氧 化 硅颗 粒 被碾 碎 有其它可 能 的 原因 ： 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文 本 章 小 结本 论 文的 研 究 结 果主要 体现 在 了本 章 和 下 一章 的 内 容上。 郊 甘甿 加校 帕 谎 顾楹 蟮 牡 缱 柚 狄话 阍 诩 甘甿被压碎 这种 情 况 单 独进行 了分 析 ， 得 到对 实 验 中 所用 的 颗 粒 不存 在 一个 尺 寸 带 当颗 粒 的 尺 寸 包含在 内 时颗 粒 容易被压碎 ， 在 外 时颗 粒 就一定 不会 被压碎 的 结 论 ，其被压碎 可 能 是 由其他 原因 引起 的 ， 但是 这个 结 论 只是 针对 实 验 中 用 到的 尺 寸 呈带 分 布 的 颗 粒 而 言 。 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文第 五章 动 态 条 件 下 的 研 究，一 一 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文将 以 上数 据 代入 式 媒 哟 缱 璧睦 砺奂 扑 阒 底 ， 最 小 值 为 合金 。 触 头 表 面镀 金 层 厚 度为 趸 杩帕 某 叽 缡 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文 微 动 区 域的 研 究 方法 辛 槭笛 椋 滴 二 氧 化 硅颗 粒 。 氧 化 硅颗 粒 存 在 的 情 况 下 ， ， 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文对 应 的 周 期数 何 蟛 钇 椒胶 停 浇 咏 贠则曲线 的 拟合效 果 越 好 北 京 邮电大学 研 究 生 学 位论 文 是 线 性 多项式拟合曲线 ， 咖啡色 是 二 次 傅 立 叶 逼 近 拟合曲线 ， 黑 色 是 指 数 拟合曲 北 京 邮电大学 研 究 生 学位论 文对 于 以 上拟合结 果， 进行 分 析 ： 接 触 压力对 接 触 电阻 的 影响 并不是 单 调 的 ， 如五次 多项式曲线 拟合图像 所示存 在 极值 点 。 这主要 是 由于 接 触 压力对 接 触 电阻 的 影响有两 方面的 作 用 一方面，接 触 压力增 大使 颗 粒 间 磨损 加剧 ， 加速粘结 磨损 向 擦伤 磨损 的 转 化 ， 使 磨粒 增 多，从 而 使 可 氧 化 物增 多， 接 触 电阻 增 大； 另 一方面， 接 触 压力增 大使 接 触 面增 大及磨粒 充分 暴 露 的 时间 减少 ， 氧 化 减慢 ， 而 且处 于 磨损 区 域两 端的 磨粒 被迅 速排出 ，减弱 了堆 积 程度， 使 氧 化 物减少 。 这两 种 作 用 相 反 ， 从 而 导 致 接 触 压力变化 对 接触 电阻 的 影响并不是 单 调 变化 的 。对 应 的 周 期数从 表 衭 原子 百 分 比 鞯 缌 魑 猯 的 条 件 下 ， 北 京 邮电 大学 研 究 生 学 位论 文压 力下 接 触电 压 曲 线 图 北 京 邮电 大学 研 究 生 学 位论 文其 能达到 的 最 大接 触电 阻 值 和对应 的 微动 周 期数 据 进 行 分 析 ，这 里 所指 的 最 大接触电 阻 是有 一 定 持续性的 ，非 随 机 出 现 的 单个点 值 如表 所示根 据 表 中 的 数 据 ，同上 节 一 样为 了 研 究 不同接 触压 力与最 大电 阻 值 之 间 北 京 邮电 大学 研 究 生 学 位论 文系 数 北 京 邮电 大学 研 究 生 学 位论 文不是单调 的 ，如四 次 多 项 式 曲 线 拟合 图 像 所示 存在极 值 点 这同样是由于 接 触压力对接 触电 阻 的 影响有 两方 面 的 作 用 。 一 方 面 ，接 触压 力增大使颗粒间 磨 损 加剧 ，加速粘 结磨 损 向擦伤磨 损 的 转 化 ，使磨 粒增多 ，从 而 使可 氧化 物 增多 ，接 触电 阻增大； 另 一 方 面 ，接 触压 力增大使接 触面 增大及磨 粒充 分 暴 露的 时间 减 少 ，氧化减 慢 ，而 且 处 于 磨 损 区域 两端 的 磨 粒被 迅 速排 出 ，减 弱了 堆积程 度 ，使氧化 物 减少 。 这两种作 用 相反，从 而 导 致 接 触压 力变 化 对接 触电 阻 的 影响并不 是单调 变 化的 。阻 值 相对于 最大电 阻 值 相差很 大，其 影响可 以忽 略 。 北 京 邮电 大学 研 究 生 学 位论 文化 硅 磨 粒，这 是因 为 在有 二 氧化 硅 颗粒存在的 情况下 ，压 力和摩 擦的 作 用 会 使颗 北 京 邮电 大学 研 究 生 学 位论 文在实 验 中 接 触表 面 的 变 化 主 要是由于 微动 磨 损 、 环境 效 应 、 振 动 氧化 效 应 等引起 的 。 但 不论 哪 一 种因 素 的 影响，都 不可 能在很 短的 时间 内使接 触表 面 的 状况发 生 巨大改 变 ，所以 接 触电 阻 值 会 在相邻的 一 段 时间 内保 持一 定的 相对稳定 性、连续性。 这些可 以从上 面 的 图 中 体现 出 ，不 管 是前 面 大幅 变 化 的 阶 段 还 是后面 额小 幅 波 动 阶 段 都 有 一 定的 时间 持续量，但 可 以肯 定的 是，随 着 微动 次 数 和时间 的增加，触点 的 电 接 触性能应 该 是不 断恶 化 的 ，接 触电 阻