МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНТАКТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

От материала контакта в сильной степени зависят его срок службы и надеж­ность работы. К этим материалам предъявляются следующие основные требова­ния: они должны обладать высокой электрической проводимостью и тепло­проводностью, быть устойчивыми против коррозии и иметь токопроводящую оксидную пленку, быть дугостойкими, т. е. иметь высокую температуру плавления и испарения, быть твердыми, механически прочными и легко поддаваться механи­ческой обработке, иметь невысокую стоимость. Перечисленные требования проти­воречивы, и почти невозможно найти материал, который удовлетворял бы всем этим требованиям.

Для контактных соединений применяются следующие материалы.

Медь. Удовлетворяет почти всем перечисленным выше требованиям, за исключением коррозионной стойкости. Оксиды меди имеют низкую проводимость. Медь — самый распространенный контактный материал, используется как для раз­борных, так и для коммутирующих контактов. В разборных соединениях при­меняют антикоррозионные покрытия рабочих поверхностей.

В коммутирующих контактах медь применяется при нажатиях свыше 3 Н для всех режимов работы, кроме продолжительного. Для продолжительного режима медь не рекомендуется, но если она применена, то следует принять меры по борьбе с окислением рабочих поверхностей. Медь может использо­ваться и для дугогасительных контактов.

При малых контактных нажатиях (Р < 3 Н) применение медных контактов не рекомендуется.

Серебро. Очень хороший контактный материал, удовлетворяющий всем требо­ваниям, за исключением дугостойкости при значительных токах. При малых токах обладает хорошей износостойкостью. Оксиды серебра имеют почти такую же про­водимость, как и чистое серебро. Серебро используется для главных контактов в аппаратах на большие токи, для всех контактов продолжительного режима работы, в контактах на малые токи при малых нажатиях (контакты реле, контакты вспомогательных цепей). Серебро обычно применяется в виде накладок -вся деталь выполняется из меди или другого материала, на который привари­вается (припаивается) серебряная накладка, образующая рабочую поверхность.

Алюминий. По сравнению с медью обладает значительно меньшими прово­димостью и механической прочностью. Образует плохо проводящую твердую оксидную пленку, что существенно ограничивает его применение. Может исполь­зоваться в разборных контактных соединениях (шинопроводы, монтажные провода). Для этого контактные рабочие поверхности серебрятся, меднятся или армируются медью. Следует, однако, иметь в виду невысокую механическую прочность алю­миния, вследствие чего соединения могут со временем ослабнуть и контакт нару­шится (не следует завышать контактное нажатие).

Для коммутирующих контактов алюминий непригоден.

Платина, золото, молибден. Применяются для коммутирующих контактов на очень малые токи при малых нажатиях. Платина и золото не образуют оксидных пленок. Контакты из этих металлов имеют малое переходное сопро­тивление. Для повышения износостойкости применяют сплавы из платины с иридием.

Вольфрам и сплавы из вольфрама. При большой твердости и высокой темпе­ратуре плавления обладают высокой электрической износостойкостью. Вольфрам и сплавы вольфрам — молибден, вольфрам — платина, вольфрам — платина — ири­дий и другие применяются при малых токах для контактов с большой часто­той размыкания. При средних и больших токах они используются в качестве дугогасительных контактов на отключаемые токи до 100 кА и более.

Металлокерамика — механическая смесь двух практически не сплавляющихся металлов, получаемая методом спекания смеси их порошков или пропиткой одного расплавом другого. При этом один из металлов имеет хорошую прово­димость, а другой обладает большой механической прочностью, является тугоплав­ким и дугостойким. Металлокерамика, таким образом, сочетает высокую дуго-стойкость с относительно хорошей проводимостью. Наиболее распространенными композициями металлокерамики являются: серебро — вольфрам, серебро — мо­либден, серебро - никель, серебро - оксид кадмия, серебро - графит, серебро -графит — никель, медь — вольфрам, медь — молибден и др. Применяется металло­керамика для дугогасительных контактов (композиции с серебром в основном для переменного тока) на средние и большие отключаемые токи, а также для глав­ных контактов на номинальные токи до 600 А.

ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ

Исследования и разработки в области твердометаллических контактов направ­лены на получение наиболее оптимального контактного материала с точки зре­ния экономичности и удовлетворительных электрофизических свойств. Продолжа­ются интенсивные поиски таких контактных материалов, в которых была бы значительно снижена доля благородных металлов, и прежде всего серебра.

В ряде случаев наиболее предпочтительными являются жидкометаллические контакты (ЖМК), которые в последнее время получают все большее применение.

Исторически ЖМК появились одновременно с первыми электротехническими устройствами, в которых требовалась коммутация электрического тока или пере­дача электрической энергии с неподвижных частей электрических аппаратов и машин на их подвижные части. Например, до 90-х годов XIX века для всех выключателей характерно было использование ртути в качестве элемента размы­кающего контакта. По мере развития электротехники и электропромышлен­ности устройства с ЖМК из-за сложности и большого неудобства в эксплуата­ции были заменены устройствами с твердометаллическими контактами. В последнее время ЖМК вновь начали привлекать внимание электротехни­ков. Объясняется это рядом причин, в частности проблемой коммутации больших постоянных токов (сотни килоампер) в установках электролиза, сверхпро­водящих системах, мощных электромагнитах при токосъеме в униполярных машинах и т. п.

Основными достоинствами ЖМК являются малое переходное сопротивление, отсутствие необходимости в контактном нажатии, отсутствие отбрасывающих электродинамических сил в переходном контакте, отсутствие дребезга, сваривания и залипания контактов, возможность работы при больших внешних давлениях, высоком вакууме, высоких температурах, высокая механическая и коммутацион­ная износостойкость. Свойства текучести жидкого металла позволяют создавать коммутационные устройства на новых принципах действия. Имеются пути мини­атюризации контактных аппаратов как в направлении уменьшения габаритов приводных механизмов, так и в направлении повышения уровня допустимых температур в месте контактирования.

ЖМК обладают и недостатками, которые в ряде случаев препятствуют широкому их применению. К основным недостаткам ЖМК следует отнести довольно высокую температуру плавления и относительно высокую стоимость жидких металлов и сплавов, необходимость герметизации контактного узла, зави­симость работоспособности аппарата от положения в пространстве, токсичность ряда материалов.

Из указанных наиболее существенным недостатком является высокая темпера­тура плавления жидких металлов. Если учесть, что от современных аппаратов требуется надежная работа при температуре от — 60 °С, то устранение этого недостатка является наиболее трудным. Однако появившиеся в последнее время в литературе сведения об амальгамах ртути и сплавах на основе щелочных ме­таллов, имеющих температуру плавления от — 56 до — 58 °С, позволяют ожидать, что после соответствующих исследований найденные легкоплавкие металлы избавят ЖМК от их основного недостатка. Герметизация контактов применяется и в аппаратах с твердометаллическими контактами как способ обеспечения принципа работы аппарата (вакуумные выключатели) и как способ повышения коммутационной износостойкости (герконы, герметизированные реле), а также как защита от агрессивных сред (элегазовые выключатели). Следует считать, что развитие соответствующих технологий будет способствовать более широкому при­менению МЖК.

В настоящее время признаны перспективными разработки, направленные на создание контактов, состоящих из твердометаллического каркаса, пропитанного жидким металлом. Например, жидкий металл удерживается в порах каркаса за счет капиллярных сил. Такой контакт (названный проф. О. Б. Броном компо­зиционным) обладает вибростойкостью, его работа не зависит от положения аппарата в пространстве. При правильной конструкции ему присущи достоинства твердометаллического и жидкометаллического контактов при минимуме их не­достатков. Освоение технологий и рост выпуска приведет и к снижению стои­мости.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: