4 觸點(diǎn)材料-

1、第四章 觸點(diǎn)材料,4.1 概述,4.2 觸點(diǎn)材料,4.3 制備方法,1）基本概念（電接觸、電觸頭、觸點(diǎn)材料）2）電接觸分類 3）電接觸中的物理現(xiàn)象4）對(duì)觸點(diǎn)材料的要求,1）純金屬2）合金3）復(fù)合觸點(diǎn)材料,1）熔煉法2）電鍍法3）燒結(jié)法4）內(nèi)氧化法,,提綱,,純金屬、合金觸點(diǎn)材料,,復(fù)合觸點(diǎn)材料（Ag-CdO復(fù)合觸點(diǎn)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(jī)

2、械效應(yīng),電弧,電磨損,高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率高的再結(jié)晶溫度、熔化溫度、沸點(diǎn)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(shì)等。（電弧中金屬蒸汽密度↓ ）,,,固定滑動(dòng)可分合,,電接觸電觸頭觸點(diǎn)材料,,將電信號(hào)或電能從一個(gè)導(dǎo)體傳向另外一個(gè)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體與導(dǎo)體的接觸過(guò)渡區(qū)所產(chǎn)生的物理、化學(xué)現(xiàn)象。,指接觸導(dǎo)體的具體結(jié)構(gòu)或接觸材料本身,又稱電接觸材料，指制造電觸頭的材料,—強(qiáng)電中母線的連接、輸電線連接器、電纜

3、頭等—弱點(diǎn)中電子元器件的接插件、連接器、插頭等,—開關(guān)中的滑動(dòng)觸點(diǎn)、變阻器的滑動(dòng)頭、電機(jī)的電刷等,,—各種開關(guān)繼電器和繼電器觸點(diǎn),（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(dǎo)電斑點(diǎn),接觸斑點(diǎn),,,收縮電阻,膜電阻,,接觸電阻,導(dǎo)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(jié)現(xiàn)象,機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械磨損,滑動(dòng)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(diǎn)——電流密度↑——熔化——細(xì)絲：觸點(diǎn)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(diǎn)材料,（1）純金屬,貴金屬：Ag、Au、Pt、Pd（鈀）,賤金屬：W、Cu、Mo、Ni、Co,,特點(diǎn)及應(yīng)用,,優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)電導(dǎo)熱率高、加工性好、價(jià)格便宜、不易氧化缺點(diǎn)：硬度低、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)不高。不耐磨和電弧應(yīng)用：小電流觸點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)電導(dǎo)熱好、加工性好缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴應(yīng)用：弱電觸點(diǎn),缺點(diǎn)：難機(jī)械加工、價(jià)格貴、耐

5、氧化性差應(yīng)用：舌簧繼電器,,Ag：,Au、Pt、Pd：,,Rh（銠）、Ru（釕）：,,缺點(diǎn)：易氧化（解決方法：鍍錫或鍍銀）應(yīng)用：大電流觸點(diǎn)材料,Cu：,特點(diǎn)：熔點(diǎn)高、硬度大、耐熱、耐磨、抗熔焊缺點(diǎn)：導(dǎo)熱導(dǎo)電性差應(yīng)用：小電流和接觸力大的觸點(diǎn),W、Mo：,,,純金屬不能滿足要求，開發(fā)了合金或復(fù)合觸點(diǎn)材料,（2）合金觸點(diǎn),Ag基合金,目的：針對(duì)純銀硬度低不耐磨的缺點(diǎn)，通過(guò)合金化提高其機(jī)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(diǎn)高、耐蝕、接觸電阻低，是典型的弱電觸點(diǎn)材料PtRu（鉑釕）：可替代PtIr,,,AgCux （x=3、5、10、20、25等）,優(yōu)點(diǎn)：比純銀強(qiáng)度、耐磨性、抗熔焊性高缺點(diǎn)：易氧化、接觸電阻大應(yīng)用：高壓大電流繼電器接點(diǎn)、輕負(fù)荷和中等負(fù)荷回路中,,

7、AgCdx （x=5~25）,,特點(diǎn)：導(dǎo)電導(dǎo)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(dòng)繼電器、輕、中負(fù)荷的交流接觸器等,AgAux （x=0~70）,,優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)電導(dǎo)熱好、耐蝕，極好的加工性，接觸電阻低且穩(wěn)定缺點(diǎn)：硬度低應(yīng)用：強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中的輕負(fù)荷接點(diǎn),AgPt合金,優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械性能與電性能好缺點(diǎn)：價(jià)格貴應(yīng)用：特殊要求的場(chǎng)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(diǎn)：機(jī)械性能好，用于精密儀器輕負(fù)荷觸點(diǎn),,特點(diǎn)：機(jī)械性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好用途：廣泛用于輕、中負(fù)荷觸點(diǎn)材料,,成分：AuCo5特點(diǎn)：強(qiáng)度高、抗氧化性好、材料遷移小。應(yīng)用于對(duì)材料遷移要求高的場(chǎng)合,,PdCu：特點(diǎn)：橋轉(zhuǎn)移小、硬度高、耐電流沖擊。應(yīng)用于弱電觸點(diǎn)材料,PdAg：特點(diǎn)：金屬轉(zhuǎn)移小。應(yīng)用于弱電觸點(diǎn)材料,,,（3）復(fù)合觸點(diǎn),Ag-氧化物,成分：Ag-（10~15）wt% CdO，或SnO2、ZnO、C

9、uO、MgO、PbO、In2O3特點(diǎn)：氧化鎘質(zhì)點(diǎn)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(yīng)用：低壓電器中,,金屬-金屬,金屬-石墨,,特點(diǎn)：兩種非貴金屬應(yīng)用：大型斷路器及中、高負(fù)荷開關(guān)和斷路器的弧觸點(diǎn),Ag-Ni復(fù)合材料,成分：Ag、Ni燒結(jié)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(diǎn)：導(dǎo)電導(dǎo)熱好,抗金屬轉(zhuǎn)移,電弧和浸蝕,耐磨,強(qiáng)度高, 延展性加工性好

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

11、或Ag-石墨復(fù)合材料，用于要求抗熔焊性高的場(chǎng)合,,,4） 制備方法,,純金屬、合金觸點(diǎn)材料,復(fù)合觸點(diǎn)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(jié)法,粉末冶金擠壓：前期工藝同上，燒結(jié)后坯料放入擠壓機(jī)擠壓成線胚 然后進(jìn)行拉拔和軋制,,制備過(guò)程：,優(yōu)點(diǎn)：體積大形狀簡(jiǎn)單觸點(diǎn)，工藝簡(jiǎn)單成本低,缺點(diǎn)：密度低,氧化物顆粒粗大且分布不均勻,中南大學(xué)：Ag一SnO2觸點(diǎn)材

12、料（內(nèi)氧化法）,,合金內(nèi)氧化法：,合金粉末預(yù)氧化法,工藝過(guò)程：熔煉（合金）→成型后高溫氧化（氧氣氛）,,缺點(diǎn)：材料中間有貧氧化區(qū),,工藝過(guò)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(jié)→擠壓,優(yōu)點(diǎn)：組織均勻，耐磨和抗熔焊,缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高,制備工藝：金屬棒作為負(fù)極 結(jié)晶器中的下電極為正極,,,電弧-

13、高溫,,熔化,,水冷結(jié)晶器中凝固,以Cu-Cr為例：自耗電極為等靜壓真空燒結(jié)Cu-Cr 結(jié)晶器為水冷銅模,,,電鍍液：含鍍層金屬陽(yáng)離子的溶液,制備工藝,鍍層金屬或其他不溶性材料做陽(yáng)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(xué)除油,,水洗,,酸洗,,鍍鎳,混粉,,壓片,,燒結(jié),5） 應(yīng)用舉例,MEMS微幵關(guān)的設(shè)計(jì)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(guān)鍵性電氣性能之一,,,硬線控制,邏輯轉(zhuǎn)換,負(fù)載驅(qū)動(dòng),電磁式繼電器的觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換,,一列地鐵車輛有200個(gè)繼電器（每個(gè)繼電器3對(duì)觸點(diǎn)）,,600個(gè)觸點(diǎn),繼電器觸點(diǎn)是繼電器發(fā)生故障最高的部位（觸點(diǎn)的可靠接觸與分?jǐn)啵?MEMS工藝兼容，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能好，能耐電弧、金屬轉(zhuǎn)移輕,熔點(diǎn)高、不易產(chǎn)生觸點(diǎn)粘結(jié)現(xiàn)象，且有硬度、疲勞極限和彈性模量高的特征,,對(duì)觸點(diǎn)材料的要求,電接觸問(wèn)題,,,接觸材料接觸電阻觸點(diǎn)失效,,接觸材料接觸力觸