4 觸點材料-

1、第四章 觸點材料,4.1 概述,4.2 觸點材料,4.3 制備方法,1）基本概念（電接觸、電觸頭、觸點材料）2）電接觸分類 3）電接觸中的物理現(xiàn)象4）對觸點材料的要求,1）純金屬2）合金3）復合觸點材料,1）熔煉法2）電鍍法3）燒結法4）內(nèi)氧化法,,提綱,,純金屬、合金觸點材料,,復合觸點材料（Ag-CdO復合觸點材料）,1）概述,（1）基本概念,（2）分類,（3）物理現(xiàn)象,接觸電阻,（4）材料要求,接觸升溫和熔焊,機

2、械效應,電弧,電磨損,高的電導率和熱導率高的再結晶溫度、熔化溫度、沸點溫度、熔（汽）化潛熱高的密度、硬度和彈性盡量小的蒸汽壓力、摩擦系數(shù)、熱電勢等。（電弧中金屬蒸汽密度↓ ）,,,固定滑動可分合,,電接觸電觸頭觸點材料,,將電信號或電能從一個導體傳向另外一個導體時，在導體與導體的接觸過渡區(qū)所產(chǎn)生的物理、化學現(xiàn)象。,指接觸導體的具體結構或接觸材料本身,又稱電接觸材料，指制造電觸頭的材料,—強電中母線的連接、輸電線連接器、電纜

3、頭等—弱點中電子元器件的接插件、連接器、插頭等,—開關中的滑動觸點、變阻器的滑動頭、電機的電刷等,,—各種開關繼電器和繼電器觸點,（固定與旋轉(zhuǎn)部分之間的碳刷）,,,接觸面粗糙不平,表面氧化膜,導電斑點,接觸斑點,,,收縮電阻,膜電阻,,接觸電阻,導體接觸處的電流增大或接觸電阻增高,,,接觸升溫,金屬軟化，溫度下降,,熔焊,冷焊：未通電，閉合，粘結現(xiàn)象,機械振動和機械磨損,滑動接觸的摩擦和磨損,,電壓擊穿，熔化+汽化+飛濺,,表面受損,

4、,橋轉(zhuǎn)移 （分段觸點——電流密度↑——熔化——細絲：觸點分開——斷裂——針刺與凹坑）電弧轉(zhuǎn)移（電磁接觸器——電弧燒損）,2）觸點材料,（1）純金屬,貴金屬：Ag、Au、Pt、Pd（鈀）,賤金屬：W、Cu、Mo、Ni、Co,,特點及應用,,優(yōu)點：導電導熱率高、加工性好、價格便宜、不易氧化缺點：硬度低、熔點和沸點不高。不耐磨和電弧應用：小電流觸點,優(yōu)點：導電導熱好、加工性好缺點：價格昂貴應用：弱電觸點,缺點：難機械加工、價格貴、耐

5、氧化性差應用：舌簧繼電器,,Ag：,Au、Pt、Pd：,,Rh（銠）、Ru（釕）：,,缺點：易氧化（解決方法：鍍錫或鍍銀）應用：大電流觸點材料,Cu：,特點：熔點高、硬度大、耐熱、耐磨、抗熔焊缺點：導熱導電性差應用：小電流和接觸力大的觸點,W、Mo：,,,純金屬不能滿足要求，開發(fā)了合金或復合觸點材料,（2）合金觸點,Ag基合金,目的：針對純銀硬度低不耐磨的缺點，通過合金化提高其機械性能合金化方法：加入Cu、Cd、Au、Pt、P

6、d,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（釕）,Pt基合金,PtIr（鉑銥）：硬度高、熔點高、耐蝕、接觸電阻低，是典型的弱電觸點材料PtRu（鉑釕）：可替代PtIr,,,AgCux （x=3、5、10、20、25等）,優(yōu)點：比純銀強度、耐磨性、抗熔焊性高缺點：易氧化、接觸電阻大應用：高壓大電流繼電器接點、輕負荷和中等負荷回路中,,

7、AgCdx （x=5~25）,,特點：導電導熱性好、表面生成氧化鎘有滅弧作用用途：靈敏度低的低壓繼電器、制動繼電器、輕、中負荷的交流接觸器等,AgAux （x=0~70）,,優(yōu)點：導電導熱好、耐蝕，極好的加工性，接觸電阻低且穩(wěn)定缺點：硬度低應用：強腐蝕介質(zhì)中的輕負荷接點,AgPt合金,優(yōu)點：機械性能與電性能好缺點：價格貴應用：特殊要求的場合,,,AuCu系,AuNix （x=5、9、10、16等）,AuCo合金,成分：AuCu

8、10、AuAgCu三元合金優(yōu)點：機械性能好，用于精密儀器輕負荷觸點,,特點：機械性能好、化學穩(wěn)定性好用途：廣泛用于輕、中負荷觸點材料,,成分：AuCo5特點：強度高、抗氧化性好、材料遷移小。應用于對材料遷移要求高的場合,,PdCu：特點：橋轉(zhuǎn)移小、硬度高、耐電流沖擊。應用于弱電觸點材料,PdAg：特點：金屬轉(zhuǎn)移小。應用于弱電觸點材料,,,（3）復合觸點,Ag-氧化物,成分：Ag-（10~15）wt% CdO，或SnO2、ZnO、C

9、uO、MgO、PbO、In2O3特點：氧化鎘質(zhì)點有助于滅弧、抗熔焊、粘合，燒損率比Ag小得多(Ag與CdO不互溶)應用：低壓電器中,,金屬-金屬,金屬-石墨,,特點：兩種非貴金屬應用：大型斷路器及中、高負荷開關和斷路器的弧觸點,Ag-Ni復合材料,成分：Ag、Ni燒結而成，不是合金 （室溫下Ag在Ni基中的固溶度小于2%，Ni在Ag中不溶）特點：導電導熱好,抗金屬轉(zhuǎn)移,電弧和浸蝕,耐磨,強度高, 延展性加工性好

10、應用：負荷開關和斷路器,,Ag-W、Ag-Mo復合材料,特點：硬度高，耐電弧、粘著、熔焊缺點：表面形成混合氧化物使接觸電阻提高應用：低壓電器觸點材料,,,Cu-W復合材料,,Ag-石墨,成分：Ag —（3~5）wt% C（石墨）石墨作用：在高電流時，抗熔焊性好；層狀石墨的潤滑作用應用：弧觸點、低壓開關電器、滑動電刷（5~15wt% C）,,Cu-石墨,成分：Cu —（3~5）wt% C（石墨）特點：抗熔焊性高應用：替代Cu

11、或Ag-石墨復合材料，用于要求抗熔焊性高的場合,,,4） 制備方法,,純金屬、合金觸點材料,復合觸點材料,,熔煉法（電?。?電鍍法,粉末冶金法,內(nèi)氧化法,,,,粉末冶金混粉燒結法,粉末冶金擠壓：前期工藝同上，燒結后坯料放入擠壓機擠壓成線胚 然后進行拉拔和軋制,,制備過程：,優(yōu)點：體積大形狀簡單觸點，工藝簡單成本低,缺點：密度低,氧化物顆粒粗大且分布不均勻,中南大學：Ag一SnO2觸點材

12、料（內(nèi)氧化法）,,合金內(nèi)氧化法：,合金粉末預氧化法,工藝過程：熔煉（合金）→成型后高溫氧化（氧氣氛）,,缺點：材料中間有貧氧化區(qū),,工藝過程：內(nèi)氧化法+粉末冶金法 合金熔化→霧化為合金粉末→內(nèi)氧化→ 壓制→燒結→擠壓,優(yōu)點：組織均勻，耐磨和抗熔焊,缺點：工藝復雜，成本高,制備工藝：金屬棒作為負極 結晶器中的下電極為正極,,,電弧-

13、高溫,,熔化,,水冷結晶器中凝固,以Cu-Cr為例：自耗電極為等靜壓真空燒結Cu-Cr 結晶器為水冷銅模,,,電鍍液：含鍍層金屬陽離子的溶液,制備工藝,鍍層金屬或其他不溶性材料做陽極，待鍍的工件做陰極,以銅或銅合金基體上電鍍銀鎳合金為例,,,絕緣,,化學除油,,水洗,,酸洗,,鍍鎳,混粉,,壓片,,燒結,5） 應用舉例,MEMS微幵關的設計和研制,地鐵車輛電路控制,,,地鐵車輛電路控制,

14、接觸電阻是繼電器關鍵性電氣性能之一,,,硬線控制,邏輯轉(zhuǎn)換,負載驅(qū)動,電磁式繼電器的觸點轉(zhuǎn)換,,一列地鐵車輛有200個繼電器（每個繼電器3對觸點）,,600個觸點,繼電器觸點是繼電器發(fā)生故障最高的部位（觸點的可靠接觸與分斷）,MEMS工藝兼容，導電和導熱性能好，能耐電弧、金屬轉(zhuǎn)移輕,熔點高、不易產(chǎn)生觸點粘結現(xiàn)象，且有硬度、疲勞極限和彈性模量高的特征,,對觸點材料的要求,電接觸問題,,,接觸材料接觸電阻觸點失效,,接觸材料接觸力觸