Общие требования к контактным материалам

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 19Следующая ⇒

Материалы для скользящих контактов (коллекторные пластины электрических машин) должны обладать низкими значениями удельного сопротивления и падения напряжения на контактах, высокими значениями минимального тока и стойкости к истиранию (износостойкостью), электрической эрозии и коррозии. Скользящие контакты, в свою очередь, можно разделить на металлические и электротехнические угольные.

Материалы, применяемые в аппаратостроении, могут быть разбиты на следующие группы:

- проводниковые – главным образом медь, сталь, алюминий, латунь;

- магнитные – различного рода стали и сплавы – для магнитопроводов;

- изоляционные – для электрической изоляции токоведущих частей друг от друга и от заземленных частей;

- дугостойкие изоляционные – асбест, керамика, пластмассы – для дугогасительных камер;

Сплавы, обладающие высоким удельным сопротивлением – для изготовления различных резисторов:

- контактные – серебро, медь, металлокерамика – для обеспечения нормальной электрической износостойкости контактов;

- биметаллы – применяются в автоматических аппаратах, используя линейное удлинение различных металлов при нагревании током;

Таблица 6.1 – Контактные материалы

Материал	Удельное электрическое сопротивление, 10^-6 Ом*мм	Поверхностная твердость по БринелюH_Б, ~ГПА (Н/мм²)	Модуль упругости Е, ~ГПА (10⁴ П/мм²)
Золото	24	0,185 (185)	84 (8,4)
Платина	105	0,5 (500)	0,0154 (0,00154)
Палладий	107	0,8 (800)	0,0119 (0,00119)
Серебро	16	0,25 (250)	77 (7,7)
Родий	45	0,1 (1000)	300 (30)
Медь	16,72	0,4…1,2(400…1200)	112 (11,2)
Никель	70	0,73 (730)	210 (21)
Бронза БрКМц3-1	150	1,7…1,9(1700…1900)	120 (12)
Бронза БрОФ 6,5-0,15	178	1,6…2(1600…2000)	50…1000 (5…10)
Бронза БрБ2	70	3,78…4 (3780…4000)	130(13)
Латунь Л-63	74	1,2 (1200)	90…120 (9…12)

Материалы для изготовления высокоточных контактов

Медь.

Положительные свойства: высокие удельная электрическая проводимость и теплопроводность, достаточная твердость, что позволяет применять при частых включениях и отключениях довольно высокие значения и , простота технологии, низкая стоимость.

Наиболее нежелательными примесями в меди являются висмут и свинец, сера, кислород. Наиболее чистые сорта проводниковой меди марок МООК (катодная) и МООб (бескислородная), содержат примесей не более 0,001%. В производстве проводниковых изделий применяют марки меди с содержанием примесей не более 0,05-0,1%, для проводов очень малого диаметра (0,01 мм) и проводов, работающих при температурах выше 300°С применяют проволоку из бескислородной меди. Основные характеристики меди марок ММ и МТ приведены в таблице 6.2

Таблица 6.2 – Основные характеристики меди

Характеристика	Медь марки MM	Медь марки МТ
Плотность, кг/м3	8900	8960
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	260-280	360-390
Относительное удлинение, %	6-35	0,5-2
Уд. электрическое сопротивление, мкОм · м	0,0172-0,0174	0,0177-0,0180
Температурный коэффициент уд. электр. сопротивления, 1/°С	0,0043	0,0043

Недостатки: достаточно низкая температура плавления, при работе на воздухе покрывается слоем прочных оксидов, имеющих высокое сопротивление, требует довольно больших сил нажатия. Применяется как материал для плоских и круглых шин, контактов аппаратов высокого напряжения, контакторов, автоматов и др. Вследствие низкой дугостойкости нежелательно применение

Алюминий.

Обладает достаточно высокой электрической проводимостью и теплопроводностью. В 3,3 раза легче меди, имеет сравнительно большую проводимость (для AM ρ= 0,028 мкОм·м) и стойкость к атмосферной коррозии за счет защитной пленки оксида Al2O3. Алюминий мягкий имеет прочность на разрыв 80, твердый 160-170 МПа. Из алюминия особой чистоты с содержанием примесей не более 0,005% изготовляют электроды алюминиевых конденсаторов и алюминиевую фольгу. Из алюминия, содержащего примесей не более 0,3-0,5% (марки А7Е и А5Е) изготовляют проволоку и шины. Для жил кабелей может использоваться алюминий с уменьшенным содержанием примесей-марки А75К, А8К и А8КУ. Алюминиевые провода можно соединять друг с другом холодной или горячей сваркой, а также пайкой с применением специальных флюсов и припоев.

Недостатки:

- образование на воздухе и в активных средах пленок с высокой механической прочностью и высоким сопротивлением;

- низкая дугостойкость (температура плавления значительно меньше, чем у меди и серебра);

- малая механическая прочность;

- образование медным и алюминиевым контактами своеобразного гальванического элемента из-за наличия в окружающем воздухе влаги и оксидов. Под действием ЭДС этого элемента происходит электрохимическое разрушение контактов (электрохимическая коррозия). В связи с этим, при соединении с медью алюминий должен покрываться тонким слоем меди электролитическим путем либо оба металла необходимо покрывать серебром.

Металлокерамика.

Механическая смесь двух почти 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 дугостойкость с относительно хорошей проводимостью. Наиболее распространенными композициями металлокерамики является: серебро-вольфрам, серебро-молибден, серебро-никель, серебро-окись кадмия, серебро-графит, серебро-графит-никель, медь-вольфрам, медь-молибден, и др. Применяется металлокерамика в качестве дугогасительтных контактов (композиции с серебром в основном для переменного тока) на средние и большие отключаемые токи, а также как главные контакты на номинальные токи до 600 А.

6.3 Материалы для изготовления слаботочных контактов
Серебро

Положительные свойства: высокие электрическая проводимость и теплопроводность, пленка оксида серебра имеет малую механическую прочность и быстро разрушается при нагреве контактной точки. Контакт серебра устойчив благодаря малому напряжению на смятие. Для работы достаточны малые нажатия (применяется при нажатиях 0,05 Н и выше). Устойчивость контакта, малое переходное сопротивление являются характерными свойствами серебра.

Недостатки: малая дугостойкость и недостаточная твердость препятствуют использованию его при наличии мощной дуги и частых включениях и отключениях.

Применяется в реле и контакторах при токах до 20 А. При больших токах вплоть до 10 кА серебро используется как материал для главных контактов, работающих без дуги.

Вольфрам.

Положительные свойства: высокая дугостойкость, большая стойкость против эрозии, сваривания. Высокая твердость вольфрама позволяет применять его при частых включениях и отключениях.

Недостатки: высокое удельное сопротивление, малая теплопроводность, образование прочных оксидных и сульфидных пленок. В связи с образованием пленок и их высокой механической прочностью вольфрамовые контакты требуют большого нажатия.

В реле на малые токи с небольшим нажатием применяются стойкие против коррозии материалы – золото, платина, палладий и их сплавы.

Золото.

Применяют для покрытий при очень высоких требованиях к надежности электрического контакта. Используется золото марок Зл999...999,9. Золото пластичный металл желтого цвета, кристаллизуется в ГЦК решетку.

Золочение металлов используется как метод защиты от коррозии. Такое покрытие металлов существенно уменьшает их недостатки при разработке и изготовлении техники. Именно в производстве электроники и применяется наибольшее количество этого материала. Его наносят на платы и детали тонким слоем, используют в качестве высококачественного припоя, делают проводники. Кроме хорошей проводимости, золото обладает выраженными антикоррозийными свойствами, что делает его полезным для использования в качестве прокладки.

Палладий.

Не относится к благородным металлам, но обладает хорошими электрическими свойствами и в 4...5 раз дешевле, чем золото. В качестве контактного покрытия используется палладий марок Пд99,7...99,8.

Он является компонентом керамических конденсаторов, известных всем радиолюбителям. Элемент присутствует в конденсаторах типа КМ, характеризующихся высокой температурной стабильностью емкости, которые присутствуют в любой высокочастотной радио- и телеаппаратуре, мобильных телефонах и компьютерах. Наличие Pd в радиодеталях привлекает любителей получения аффинажа металла в домашних условиях.

Платина.

Платина – это пластичный металл белого цвета, кристаллизующийся в ГЦК решетку. Температура плавления платины составляет 1773 , удельное электросопротивление достигает 0,105×10-6 Ом×м, плотность равна 21,4×103 кг/м3. Практическое применение получили сплавы систем Pt-Ni, Pt-Ir и Pt-Rh. Никель, иридий и родий образуют с платиной твердые растворы.

В электротехнике и электронике платину используют как материал контактов электрических приборов и печей сопротивления. Так, для контактов высоковольтных реле применяют сплавы платины с Ir и Ru. Платина и ее сплавы с Ir и Re в нефтехимии применяют для повышения октанового числа бензина, в орг. синтезе-как катализаторы гидрирования, изомеризации, циклизации, окисления. С помощью таких катализаторов производят, напр., бензол, толуол, ксилол.

Иридий.

Редкий металл, кристаллизующийся в ГЦК решетку, имеет температуру плавления 2410 и удельное электросопротивление 0,054× Ом×мм. Плотность иридия 22,4×103 кг/м3, а твердость почти в четыре раза выше, чем у платины. Добавка иридия в платину в количестве 10...25% позволяет получить сплавы марок ПлИ-10 (10% Ir) и ПлИ-25
(25% Ir).

Известны свечи: иридий – медь – платина, где интересующее нас вещество, выполняет роль элемента, повышающего износоустойчивость и продлевающего жизнь изделиям. Также известны тигли, ряд объектов, используемых в качестве эталонов мер и весов. Наиболее известный из них – эталонный килограмм. Все это неумолимо повышает цену на иридий и его изотопы.Его используют для изготовления термопар, топливных баков, термоэлектрических генераторов.

Родий.

Применяется как самостоятельный контактный материал. По своим характеристикам он близок к иридию, но гальванические покрытия из родия обладают исключительной твердостью и износостойкостью. Их твердость в 10 раз выше, чем у серебра или золота.

В электротехнике родий применяется для покрытия разъемов, контактов и рефлекторов. Без него невозможно производство жидкокристаллических экранов, лазеров и термопар – температурных датчиков. Благодаря этому металлу, датчики способны не оплавившись зарегистрировать температуру до 1800 °С. Светоотражающие свойства родия применяются для изготовления зеркал измерительной техники.

7 СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 952; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!