Материалы для контактных соединений

К материалам контактов предъявляются следующие основные требования: они должны обладать высокой электрической проводимостью и теплопроводностью, быть устойчивыми против коррозии и эрозии, быть дугостойкими т. е. иметь высокую температуру плавления и испарения, быть твёрдыми,механически прочными и легко поддаваться механической обработке.

Для контактных соединений применяются следующие материалы.

Медь. Удовлетворяет почти всем перечисленным выше требованиям, заисключением коррозионной стойкости. Оксиды меди имеют низкую проводимость. Медь – самый распространенный контактный материал, используемыйдля коммутирующих контактов.

В коммутирующих контактах медь применяется при нажатиях свыше 3 Ндля всех режимов работы, при продолжительном режиме работы, примерно через 8 часов, контакты необходимо разомкнуть и замкнуть заново для удаленияобразовавшейся на них окисной плёнки.

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 режимах работы, в контактах на малые токи при малыхнажатиях (контакты реле, контакты вспомогательных цепей). Серебро обычно применяется в виде накладок – вся деталь выполняется из меди или другогоматериала, на который приваривается (припаивается) накладка из серебра, образующая рабочую контактную поверхность.

Алюминий. По сравнению с медью обладает значительно меньшими проводимостью и механической прочностью. Образует плохо проводящую твердую оксидную пленку, что существенно ограничивает его применение. Можетиспользоваться в разборных контактных соединениях (шинопроводы, монтажные провода). Для этого контактные рабочие поверхности серебрятся, меднятсяили армируются медью. Следует, однако, иметь в виду невысокую механическую прочность алюминия, вследствие чего соединение может со временемослабиться, 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 образуютоксидных пленок. Контакты и из этих металлов имеют малое переходное сопротивление. Для повышения износостойкости применяют сплавы из платины сиридием.

Вольфрам и сплавы из вольфрама. При большой твёрдости и высокойтемпературе плавления обладают высокой электрической износостойкостью.Вольфрам и сплавы вольфрам – молибден, вольфрам – платина, вольфрам –платина – иридий и другие применяются при малых токах для контактов сбольшой частотой размыкания

Металлокерамика – механическая смесь двух практически не сплавляющихся металлов, получаемая методом спекания смеси их порошков или пропиткой одного расплавом другого при высокой температуре и давлении (порошковая металлургия). При этом один из металлов имеет хорошую проводимость, а другой обладает большой механической прочностью, является тугоплавким и дугостойким. Металлокерамика, таким образом, сочетает высокуюдугостойкость с относительно хорошей проводимостью. Наиболее распространенными композициями металлокерамики являются: серебро – вольфрам; серебро – молибден; серебро – никель; серебро – окись кадмия, серебро – окисьмеди; серебро – графит; серебро – графит – никель; медь – вольфрам; медь –молибден и др. Применяется металлокерамика для дугогасительных контактовна средние и большие отключаемые токи, а также для главных контактов на номинальные токи до 630 А. Состав композиций металлокерамических следующий: КМК-А10 – 85% Ag+ 15% CdO; КМК-А20 – 90% Ag+ 10% CuO.

В контактной системе электрический контакт осуществляется нажатиемодного токоведущего элемента на другой при помощи контактных пружин,болтов, резьбовых соединений и т.д. Усилие , с которым сжимаются токоведущие элементы контакта, называется контактным нажатием.

У электрического контакта следует различать кажущуюся и действительную площади соприкосновения. В действительности две поверхности будут соприкасаться не по всейкажущейся площади, а лишь отдельными площадками.

По кажущейся форме соприкосновения условно различают три типаконтактов: точечный, линейный и плоскостной (поверхностный).

У точечного контакта соприкосновение происходит только в одной точке, кажущаяся и действительная площади соприкосновения совпадают (контакт«сфера – сфера», «сфера – плоскость», «конус – плоскость»).

В контакторах постоянного тока преимущественно используется линейный тип контактов, т.е. при включении и при замкнутом состоянии аппаратапередача тока происходит по линии соприкосновения главных контактов (контакт «цилиндр – цилиндр» по образующей, «цилиндр – плоскость»).

У плоскостного контакта кажущееся соприкосновение происходит поповерхности, а физическое – по ряду точек касания (минимум три), расположенных на этой поверхности.

Все контактные соединения должны удовлетворять требованиям надежности, механической прочности, термической и электродинамической устойчивости, стойкости против влияния внешней окружающей среды.

Размеры площадок контактирования пропорциональны силе, сжимающейдетали, и зависят от сопротивления смятию материала деталей. Тип контактаопределяется его назначением, значениями тока и контактного нажатия, конструкцией контактного узла и всего аппарата.

Точечный контакт применяется при малых токах, т.е. доли – единицыАмпер. Линейный контакт целесообразно применять при больших токах (сотниАмпер) при одинаковых силах нажатия. Переходное сопротивление R ПХ линейных контактов меньше, чем плоскостных. Небольшая площадь контактирования создаёт условия для стирания окислов контактного металла в процессескольжения одного контакта по другому.

Плоскостной контакт применяется при больших токах, измеряемых всотни Ампер, условия удаления плёнки окислов с поверхности здесь хуже, чему линейного, однако, вследствие большой силы контактного нажатия F К поверхность в нескольких местах очищается от плёнки окислов и образуется зоначистого металла.