Реферат на тему контактные материалы

Обновлено: 02.07.2024

СОДЕРЖАНИЕ
Введение…..……………………………………………………………………….3
1 Классификация проводниковых материалов…………………..…….………..4
2 Характеристики и применение проводниковых материалов………………. 6
3 Классификация электроизоляционных материалов…………………………10
4 Характеристики электроизоляционных материалов………………………. 12
Заключение……………………………………………………………………….18
Список использованных источников…………………………………………. 19

Введение
Современную технику невозможно представить без проводниковых и электроизоляционных материалов.
Проводниковые материалы находят применение в качестве проводов и жил кабелей, термоэлементов, припоев, предохранителей, нагревателей, для изготовления резисторов.
Электрические устройства имеют надёжную изоляцию токонесущих проводов, проводников и корпусов электрооборудования. Основными задачами электроизоляционных материалов являются предотвращение утечки электрических зарядов, разделение токопроводящих элементов и электрических цепочек, а также обеспечение безопасных схем электроснабжения и условий работы технического персонала.
Целью данной работы являлось изучение классификации, характерных свойств и областей применения проводниковых и электроизоляционных материалов.
1 Классификация проводниковых материалов
По агрегатному состоянию проводниковые материалы длятся на газообразные, жидкие и твёрдые.
Газообразные проводниковые материалы при низких значения напряжённости электрического поля не являются проводниками. При высоких значениях напряжённости электрического поля, начинается ударная ионизация – носители заряда электроны и ионы. При сильной ионизации и равенстве в единице объеме электронной и ионов – плазма. Применение: газоразрядные приборы.
Жидкие проводниковые материалы
а) электролиты (водные растворы кислот, щёлочей, солей) – носители заряда ионы вещества, состав электролита постепенно изменяется, и на электродах выделяются продукты электролиза. Применение: электролитические конденсаторы, покрытие металлов слоем другого металла (гальваностегия), получение копий с предметов (гальванопластика), очистка металлов (рафинирование);
б) расплавленные металлы (имеют высокую температуру, ртуть Hg tплав Hg=-39 оС и галлий Ga tплав Ga=29,7 оС) – носители заряда электроны. Применение: в литейном производстве, ртутные лампы, галлий в полупроводниковой технике (легирующий элемент для германия), низкотемпературные припои.
Твёрдые проводниковые материалы
Металлы и сплавы – носители заряда электроны. Применение: токопроводящие части электрических машин, аппаратов и сетей.
По удельному электрическому сопротивлению различают:
- материалы высокой проводимости (удельное электрическое сопротивление ρ≤0,05 мкОм∙м): серебро Ag (применение: контакты, электроды конденсаторов, радиочастотные кабели); медь Cu (жилы проводов и кабелей); золото Au (контакты, электроды, фотоэлементы); алюминий Al (провода для ЛЭП, жилы проводов и кабелей); железо Fe (провода ЛЭП не большой мощности); металлический натрий Na (провода и кабели в полиэтиленовой оболочке);
- материалы высокого сопротивления (ρ≥0,3 мкОм∙м): манганин сплав Cu – Mn – Ni (применение: образцовые резисторы); константан сплав Cu – Ni – Mn (реостаты и электронагревательные приборы); сплавы на основе железа – нихромы Fe – Ni – Cr, фехрали Fe – Cr – Al (электронагревательные элементы);
- сверхпроводники (ρ=0) при температурах близких к абсолютному нулю по шкале Кельвина -273,15 оС (алюминий Al, олово Sn, свинец Pb);
- криопроводники (ρ≈0) при температурах ниже -173 оС, но не переходя в сверхпроводящее состояние (алюминий Al, медь Cu, бериллий Be).
Проводники бывают первого и второго рода. К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов). К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты).
Классификация проводниковых материалов представлена на рис. 1.
Рисунок 1 – Классификация проводниковых материалов
2 Характеристики и применение проводниковых материалов
К электрическим характеристикам проводниковых материалов можно отнести: удельное сопротивление или обратную величину – удельную проводимость; контактную разность потенциалов и термоэлектродвижущую силу (термоЭДС); работу выхода электронов из металла.
Удельная проводимость выражается в сименсах на метр (См/м):
, (1)
где q – заряд электрона (1,6 ·10-19Кл); n0 – число свободных электронов в единице объема металла; λ – средняя длина свободного пробега электрона между двумя соударениями с узлами решетки; m – масса электрона; vт – средняя скорость теплового движения свободного электрона.
Удельное сопротивление проводников:
ρ = ρтепл + ρост, (2)
где ρтепл – удельное сопротивление, обусловленное в основном тепловыми колебаниями решетки; ρост – удельное сопротивление, вызванное наличием дефектов в кристаллической решетке.
Характерная для металлов зависимость удельного сопротивления от температуры приведена на рис.2. При температурах, превышающих температуру Дебая Θ, которая для металлов равна 400 – 800оС, удельное сопротивление возрастает линейно и обусловлено в основном усилением тепловых колебаний решетки. В области низких (криогенных) температур удельное сопротивление почти не зависит от температуры и определяется только сопротивлением ρост.
Рисунок 2 – Зависимость удельного сопротивления металлов от температуры
Изменение удельного сопротивления металлических проводников с температурой принято характеризовать температурным коэффициентом удельного сопротивления ТК ρ или αρ (К-1). Если температура изменяется в узких пределах, то пользуются средним температурным коэффициентом удельного сопротивления:
(3)
где ρ0 – удельное сопротивление при температуре Т0, принятой за начальную; ρ1 – то же при температуре Т1.
Для металлов αρ составляет 4·10-3К-1, а для сплавов значительно меньше – 10-4 – 10-6 К-1. Основные характеристики проводниковых материалов представлены в табл. 1.
Металлы и сплавы высокой проводимости должны иметь достаточную прочность, пластичность, коррозионную стойкость, хорошо свариваться и подвергаться пайке. Практическое применение имеют химически чистые металлы: медь, алюминий, серебро.
Медь обладает рядом ценных свойств: малым удельным сопротивлением; достаточно высокой механической прочностью; удовлетворительной стойкостью к коррозии; хорошей обрабатываемостью давлением; хорошей способностью к пайке и сварке. Для изделий с большей прочностью используют латуни и бронзы с кадмием и бериллием.
Таблица 1 – Основные характеристики проводниковых материалов
Алюминий окисляется на воздухе, покрываясь прочной оксидной пленкой, которая защищает металл от дальнейшего окисления и обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Удельное электрическое сопротивление алюминия не должно превышать 0,028 мкОм·м, обладает высокой пластичностью.
Серебро обладает минимальным удельным сопротивлением 0,016 мкОм·м; невысокие прочность и твердость, но хорошая пластичность. По сравнению с другими благородными металлами (золотом, платиной) серебро имеет пониженную химическую стойкость, тенденцию диффундировать в материал подложки.
Припои – сплавы, используемые при пайке металлов. Кроме высокой проводимости должны обеспечивать небольшое переходное сопротивление (сопротивление контакта). Различают два типа припоев: для низкотемпературной пайки с температурой плавления до 400оС и для высокотемпературной пайки. Используют припои на основе олова, свинца, цинка, серебра, имеющие хорошую проводимость и сопротивление которых мало отличается от сопротивления металлов, образующих сплав.
Материалы с большим удельным сопротивлением широко применяются при изготовлении различных электроизмерительных и электронагревательных приборов, образцовых сопротивлений, реостатов и т.д.
Для изготовления электроизмерительных приборов, образцовых сопротивлений и реостатов применяются, как правило, сплавы, отличающиеся высокой стабильностью удельного сопротивления во времени и малым температурным коэффициентом сопротивления. К числу таких материалов относятся манганин, константан и нихром. Среди сплавов с высоким сопротивлением, которые (кроме нихрома) широко используются для изготовления различных нагревательных элементов, необходимо отметить жаростойкие сплавы фехрали и хромали. Эти сплавы отличаются высокой стойкостью к химическому разрушению поверхности под воздействием различных газообразных сред при высоких температурах.
Сверхпроводники (чистые металлы) по физико-химическим свойствам делятся на мягкие (Hg, Sn, Pb, In) и жесткие (Та, Ti, Zr, Nb). Для мягких сверхпроводников характерны низкие температуры плавления, отсутствие внутренних механических напряжений, жесткие – имеют значительные внутренние напряжения. Сверхпроводники используют для создания сверхсильных магнитных полей в достаточно большой области пространства; изготовления обмоток электрических машин и трансформаторов малой массы, но с очень высоким КПД и др.
Криопроводники при сильном охлаждении (ниже -173°С) приобретают высокую электрическую проводимость, но не переходят в сверхпроводящее состояние. Минимальным сопротивлением при температуре жидкого азота обладает бериллий, однако он отличается плохой технологичностью, дорог и высокотоксичен. Более доступен и технологичен алюминий марки А999, при температуре жидкого гелия имеет удельное сопротивление не более 1…2·10-6мкОм·м).
3 Классификация электроизоляционных материалов
Электроизоляционные материалы – класс электротехнических материалов, предназначенных для электрической изоляции, являющейся неотъемлемой частью электрической цепи и необходимой для того, чтобы не пропускать ток по не предусмотренным электрической схемой путям.
Электроизоляционные материалы классифицируют:
• по агрегатному состоянию: газообразные (воздух, азот, вакуум), жидкие (нефтяные и природные масла, синтетические жидкости), твердые (бумага, фибра, гетинакс, фарфор, слюда, стекло) и твердеющие (канифоль, поливинилхлорид, винипласт, парафин). К группе твердых также относят твердеющие материалы, которые вводятся в электрическую изоляцию в жидком или пластичном состоянии, но в работающей изоляции являются твердыми;
• по структуре твердые электроизоляционные материалы можно классифицировать как кристаллические и аморфные;
• по химическому составу электроизоляционные материалы делятся на органические и неорганические;
• по электрическому состоянию молекул электроизоляционные материалы подразделяют на неполярные и полярные. Диэлектрики подразделяются также на гетерополярные (ионные), молекулы которых сравнительно легко диссоциируют, и гомеополярные, для которых диссоциация на ионы не характерна;
• по происхождению: природные, применяемые без химической переработки; искусственные, получаемые путем химической переработки природного сырья; синтетические, получаемые методом химического синтеза.
Классификация электроизоляционных материалов представлена на рис. 3.
Рисунок 3 – Классификация электроизоляционных материалов
4 Характеристики электроизоляционных материалов
В современной технике широко применяют разнообразные изоляционные материалы. Все они отличаются друг от друга электрическими, механическими и химическими свойствами. Важнейшими электрическими характеристиками электроизоляционных материалов являются электрическая прочность, удельное электрическое сопротивление (объемное и поверхностное), диэлектрическая проницаемость и значение диэлектрических потерь. Однако для практических целей немаловажное значение имеют и другие характеристики этих материалов: механическая прочность, гибкость и эластичность, нагревостойкость, морозостойкость, гигроскопичность, химическая стойкость и т. п.
Газообразные материалы широко применяются при изготовлении аппаратов высокого напряжения (выключатели, разрядники и т.п.), кроме того, воздух окружает большинство электротехнических установок, а на ЛЭП является основной изолирующей средой. Оценивая свойства газообразных диэлектриков (табл. 2), следует отметить малую диэлектрическую проницаемость εr (при расчетах принимается равной 1), высокое удельное сопротивление ρ и особенно очень малое значение tgδ. Однако большинство газов при атмосферном давлении имеют невысокую электрическую прочность Епр. Достоинствами газообразных диэлектриков являются восстановление ими электрической прочности после пробоя и отсутствие старения.
Жидкие материалы используют для заполнения внутреннего пространства силовых трансформаторов, реакторов, кабелей, масляных выключателей, конденсаторов и др. Они хорошо пропитывают пористую изоляцию, картоны, бумаги, существенно повышая при этом электрическую прочность изоляции и улучшая теплоотвод. Наиболее широкое применение получили нефтяные электроизоляционные масла, являющиеся смесью различных углеводородов. Достоинства нефтяных масел: хорошие изолирующие свойства, доступность, дешевизна и достаточная химическая стойкость, недостатки – малый интервал рабочих температур, пожаро- и взрывоопасность.
Таблица 2 – Основные характеристики газообразных диэлектриков
Наиболее простым распространенным твердым полимером является полиэтилен (табл. 3) – термопластичный материал, химически стойкий, обладает водоотталкивающими свойствами, гибкостью, стойкостью к растворителям (до температур 100 - 120 °С). Недостатки – невысокая нагревостойкость. Применение: для изоляции проводов и кабелей, при изготовлении изоляционных шлангов, трубок, липких лент, каркасы катушек, платы.
Поливинилхлоридный пластикат широко применяют в качестве основной изоляции монтажных проводов, для изготовления защитных оболочек кабелей, гибких изоляционных трубок и липкой изоляционной ленты.
Эпоксидные смолы являются термопластичными материалами, могут равномерно отверждаться в весьма толстом слое, образуя при этом монолитную, водонепроницаемую, термореактивную изоляцию. Применяют для изготовления клеев, лаков, заливочных компаундов, герметиков и т.д.
Резину широко применяют для изоляции установочных и монтажных проводов, гибких проводов и кабелей, электроизоляционных лент и т.п.
Большое значение в электротехнике имеют лаки и эмали. По назначению различают лаки пропиточные, покровные и клеящие.
Таблица 3 – Основные характеристики электроизоляционных материалов
Электроизоляционные бумаги делятся на кабельные, конденсаторные, пропиточные, намоточные, микалентные, крепированные.
Лакоткани представляют собой гибкие рулонные материалы, тканевая основа которых пропитана электроизоляционным лаком.
По назначению керамические материалы разделяют на пять основных групп – изоляторная, конденсаторная, сегнетоэлектрическая, полупроводниковая и магнитная керамика. Одним из широко применяемых электрокерамических материалов является электротехнический фарфор (применяется для изготовления различных электрических изоляторов и покрышек высоковольтных вводов).
Стекла – неорганические вещества. Электротехнические стекла по назначению бывают конденсаторные, установочные, ламповые.
Заключение
Электротехнические материалы имеют существенное значение в конструкциях самых разнообразных электротехнических и радиотехнических устройств и аппаратов.
Учитывая тенденцию в современной электротехнике к увеличению напряжений и мощностей, уменьшению габаритов и веса отдельных машин и аппаратов и повышению их надежности, роль электроматериалов становится более значительной.
В данной работе были изучены различные виды проводниковых и электроизоляционных материалов, их свойства и назначение.
Список использованных источников
1. Богородицкий Н. П. Электротехнические материалы/ Н. П. Богородицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев - Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 304 с.
2. Тареев Б. М. Физика диэлектрических материалов. - М.: Энергия, 1982. – 320 с.
3. Справочник по электротехническим материалам: Справ. / Под ред. Ю. В. Корицкого и др. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - Т. 1-3.
4. Конструкционные и электротехнические материалы / В. Н. Бородулин, А. С. Воробьев, С. Я. Попов и др. Под ред. В. А Филикова. - М.: Выш. шк., 1990. – 226 с.
5. Электротехнический справочник: Справ. Т.1 / Под общ. ред. профессоров МЭИ. - М.: Энергоатомиздат, 1985. – 448 с.
6. Арзамасов Б. Н., Сидорин И. И., Косолапов Г. Ф. и др. Материаловедение: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1986 – 384 с.
7. Конструкционные и электротехнические материалы / В. Н. Бородулин, А. С. Воробьев, С. Я. Попов и др.; под ред. В. А. Филикова. – М.: Высшая школа, 1990 – 296 с.
8.Корицкий Ю.В. Электротехнические материалы. 3-е изд.- М.: Высшая школа, 1990.-306 с.
9.Новиков, Ю.Н. Электротехническое материаловедение: Учебное пособие / Ю.Н. Новиков. - СПб.: Лань, 2016. - 200 c.
10.Электротехнические и конструкционные материалы. / Под общ. ред. В. А. Филикова. М.: Академия, 2009. – 385 с.

Нет нужной работы в каталоге?

Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.

Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов

Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит

Бесплатные доработки и консультации

Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки

Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа

Техподдержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему

Строгий отбор экспертов

Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы

Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован

Размыкающий контакт (ГОСТ 14312) - контакт электрической цепи, замкнутый в начальном положении реле и размыкающийся при переходе реле в конечное положение.

Материалы для размыкающих контактов работают в сложных условиях, поскольку в процессе работы между контактными поверхностями размыкающих контактов могут возникать электрические разряды в виде искры или дуги. Этот процесс сопровождается электрической эрозией, которая я является причиной нормальной работы соответствующего прибора. На поверхностях размыкающих контактов образуются оксидные плёнки, поэтому они подвержены также эрозии или химическому износу.

Физико-химические свойства контактного материала, снижающие отрицательное влияние воздействия разрушающих факторов:

• высокие температуры плавления и кипения, теплоты плавления и испарения, теплоемкость, теплопроводность ;

• низкая упругость паров, высокое поверхностное натяжение расплава;

• высокие электропроводность, работа выхода электрона, потенциал ионизации;

• высокие прочность, усталостная прочность, ударная вязкость; оптимальная твердость;

• высокие коррозионная стойкость, летучесть продуктов коррозии и их электропроводность, оптимальные прочность поверхностных слоев и сила их связи с основой.

Материалы для размыкающих контактов должны обладать следующими свойствами:

низкое значение удельного электрического сопротивления;

малое падение напряжения на контактов;

стойкость к механическому и электрическому износу;

не допускать эрозии контактирующих поверхностей;

не допускать приваривания контактных поверхностей друг к другу под действием электрической дуги при размыкании контактов;

постоянство контактного электрического сопротивления;

Выбор материалов для материалов для размыкающих контактов ведут по значению коммутируемого тока или по мощности размыкания электрических цепей.

По значению коммутируемого тока разрывные контакты делят на слаботочные (работают при токах до единиц ампер) и сильно точные (работают при токах, больше единиц ампер).

В электротехнической промышленности из благородных металлов изготовляют контакты с большой степенью надёжности (стойкость против коррозии, устойчивость к действию образующейся на контактах кратковременной электрической дуги). В технике слабых токов при малых напряжениях в цепях используются контакты из сплавов золота с серебром, золота с платиной, золота с серебром и платиной. Для слаботочной и средненагруженной аппаратуры связи широко применяют сплавы палладия с серебром (от 60 до 5 % палладия). Представляют интерес металлокерамические контакты, изготовляемые на основе серебра как токопроводящего компонента. Магнитные сплавы благородных металлов с высокой коэрцитивной силой употребляют при изготовлении малогабаритных электроприборов. Сопротивления (потенциометры) для автоматических приборов и тензометров делают из сплавов благородных металлов (главным образом палладия с серебром, реже с другими металлами). У них малый температурный коэффициент электрического сопротивления, малая термоэлектродвижущая сила в паре с медью, высокое сопротивление износу, высокая температура плавления, они не окисляются.

Слаботочные размыкающие контакты

Слаботочные (маломощные) размыкающие контакты изготавливают из благородных и тугоплавких металлов и сплавов на их основе типа твердых растворов.

В широкой номенклатуре контактов применяется чистое серебро, которое обеспечивает высокую электропроводимость и низкое переходное электрическое сопротивление, однако имеет недостаточную стойкость к эрозии, и серебряные контактные поверхности легко свариваются между собой. Чистое серебро не используют также для особо точных размыкающих контактов с малой силой контактного нажатия (малонагруженных) и в сочетании с материалами, содержащими серу (например, резина, эбонит).

Серебро – слаботочные реле различного назначения, сигнальная аппаратура, контакты

вспомогательных цепей, термостаты, бытовые приборы, управление флуоресцентными лампами, командоконтроллеры, нагреватели воды, светоустановочные аппараты; покрытия электра осаждением на контактные детали устройств радио- и электронной техники, работающих в без дуговом режиме.

Серебро-кадмий – реле, бензино- и маслоизмерители, контрольные реле легко- и средненагруженные авиационного оборудования, выключатели перегрузки и термостаты холодильников, уличные сигналы, тепловые выключатели, стартеры.

Серебро-кадмий-никель-железо – реле-регуляторы напряжения, автоприборы.

Серебро-кадмий-никель, серебро-кадмий-индий – реле в диапазоне токов 0-30 А.

Серебро-палладий – сигнальная аппаратура, телефонные реле и номеронабиратели, регуляторы напряжения, управление флюоресцентными лампами, бензино- и маслоизмерители, защитные устройства электродвигателей, выключатели холодильников и термостатов, контактные кольца.

Серебро-магний-никель, серебро-золото-магний-никель, серебро-магний-цирконий,

серебро-магний-никель-цирконий, серебро-палладий-магний – заменители контактов из сплавов платина-иридий, золото-палладий-платина, золото-никель, золото-платина в малогабаритных и миниатюрных электромагнитных реле радиоэлектроники.

Серебро-оксид циркония – микровыключатели, реле на токи в диапазоне 0,01-100 А.

Серебро-медь – реле, сигнальная аппаратура, светотехнические выключатели, радиоаппаратура.

Серебро-медь-никель – стенные бытовые выключатели, реле уличных сигналов, тепловые

выключатели, преобразователи тока, выключатели связи, реле автоматики, выключатели и

реле авиационные легконагруженные, электромагнитные счетчики, управление флуоресцентными лампами, автомобильные и железнодорожные сигнальные реле, регуляторы освещения.

Существенное улучшение электроконтактных свойств серебра путем его легирования

невозможно, поскольку достигаемое при этом улучшение твердости, износостойкости обязательно сопровождается снижением температуры плавления, тепло- и электропроводности.

Композиционные материалы сочетают свойства отдельных компонентов без их значительного снижения (электро- и теплопроводность,

Эти сплавы обладают переходным электрическим сопротивлением такие же, как у серебра.

Слаботочные размыкающие контакты из серебра и его сплавов используют в устройствах электронной автоматики, а аппаратуре авиационного и морского оборудования.

КТ-6012Б 100А, КТ-6022Б 160А

Контактор электромагнитный переменного тока двухполюсный с двумя замыкающими и двумя размыкающими вспомогательными контактами

КТ-6013Б 100А, КТ-6023Б 160А

Контактор электромагнитный переменного тока с двумя замыкающими и двумя размыкающими вспомогательными контактами

КТП-6633 250А, КТ-6633Г 250А

Контактор электромагнитный переменного тока с втягивающей катушкой постоянного тока и двумя замыкающими и двумя размыкающими вспомогательными контактами

Контактор электромагнитный с втягивающей катушкой постоянного тока двумя замыкающими и двумя размыкающими вспомогательными контактами

Контактор электромагнитный постоянного тока однополюсной с одним замыкающим и одним размыкающим вспомогательным контактом

Контактор однополюсной постоянного тока для комутирования силовых цепей постоянного тока при номинальном напряжении 600В

Золото обладает коррозионной стойкостью к образованию сернистых плёнок при комнатной температуре и нагревании, однако оно склонно к дугообразованию, и даже при малых токах на золотых контактах в результате эрозии образуются иглы и наросты. Поэтому золото в чистом виде применяют для изготовления прецизионных контактов, которые работают при малых напряжениях и малом контактном нажатии. В качестве контактного материала золото используют главным образом в виде сплавов с платиной, серебром, никелем, цирконием, которые имеют повышенную твердость, хорошую коррозионную и эрозионную стойкость.

Платина в чистом виде редко применяется для изготовление контактов. Она служит хорошей основой для ряда контактных сплавов, так как не окисляется на воздухе и не образует сернистых пленок, а также обеспечивает платиновым контактам стабильное переходное сопротивление. Платина-серебро– радиоаппаратура, приборы автоматики и радио, радиовибраторы и устройства питания от сети радиоаппаратуры, электромагнитные счетчики.

Наиболее распространение получили сплавы платины с никелем, серебром, золотом, иридием, которые, обладают повышенной твердостью и удельным электрическим сопротивлением, применяются в прецизионных реле, работающих без дуговых разрядов, контрольных реле авиационного электрооборудования, в малогабаритных и миниатюрных реле радиоэлектронной аппаратуры.

Вольфрам давно получил распространение в качестве контактного материала благодаря ряду свойств, удовлетворяющих совокупности наиболее нужных характеристик контактных материалов: вольфрамовые контакты не свариваются во время работы, так как температура плавления вольфрама 3380 градусов в не несколько раз более стойки к эрозии, чем платина; наилучшими свойствами обладают контакты из вольфрамовой проволоки с продольно-волокнистым строением. Если зерна у нарезанных из проволоки контактов вытянуты вдоль оси контакта, заметно повышают его износостойкость легирование вольфрама молибденом повышают его твердость, удельное электрическое сопротивление и снижает тугоплавкость. Однако молибден вводят в сплав с вольфрамом в ограниченных количествах, так как молибден корридирует при комнатной температуре с образованием рыхлых окисных пленок.

Вольфрамовые контакты применяют в контрольных реле авиационного оборудования, в телеграфных, сигнальных реле, прерывателях и преобразователях тока, в вакуумных или газонаполненных выключателях.

Сильноточные размыкающие контакты

Сильноточные (мощные) размыкающие контакты изготавливают из металлокерамических материалов, получаемых методами порошковой металлургии металлокерамические контакты обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными металлическими:

более стойки к оплавлению, привариванию и износу;

незаменимы при высоких токовых и механических нагрузках;

значительно увеличивают срок службы контактов при умеренных нагрузках;

повышают надежность и долговечность аппаратов при значительной экономии серебра (от 10% до 100%)

металлокерамические материалы для сильноточных контактов должны состоять из невзаимодействующих друг другу компонентов, один из которых обладает значительно большей тугоплавкостью, а другой обеспечивает хорошую проводимость материала. Менее тугоплавкий компонент удерживающего в порах более тугоплавкого силами поверхностного натяжения.

Эти свойства достигаются за счет:

использования порошков спецсплавов;

введения в состав материала неметаллических добавок (типа нитридов, боридов, карбидов, графита, сульфидов и т.д.);

пропиток металлами и неметаллами;

применения различных технологических приемов.

Композиции, содержащие серебро и медь, обеспечивают контактам высокую электро- и теплопроводность.

Композиции, содержащие тугоплавкие фазы в виде равномерных включений оксидов кадмия, меди, никеля, вольфрама, графита, припятствуют свариванию контактов, повышают их износо- и термостойкость. При этом оксид кадмия при температуре примерно 900С, а окись меди приболее высоких температурах, разлагалась на кадмий и кислород и медь и кислород, увеличивает скорость гашения дуги.

Композиция серебра с никелем хорошо поддается механической обработке и обладает высокой коррозионной стойкостью.

Композиция серебра с окисью кадмия не образует непроводящих окислов и поэтому не требует высоких контактных давлений. Её используют для изготовления контактов, работающих в цепях постоянного тока (300А 500А). в процессе эксплуатации контакты на основе этой композиции нельзя зачищать наждачной бумагой.

Мелкодисперсные контакты материалы повышают срок службы размыкающих контактов 1.5… 3 раза, если исходные компоненты материала измельчены до размеров 0.5…2 мкм вместо обычных размеров 50…150 мкм.

По стойкости к свариванию (в порядке уменьшения) контактные материалы раполагаются следующим образом: графит, вольфрам, вольфрам – молибден, металлокерамика, вольфрам – медь (серебро), карбид вольфрама – серебро, сплавы серебро – кадмий, металлокерамика серебро – оксид кадмия, серебро (медь) – графит.

Сильноточные металлокерамические контакты используют для общепромышленных целей, в частности авиационных реле и выключателях среднего и тяжелого режимов, в автоматических реле и выключателях, контакторах, пускателях реле сигнализации.

Ферриты изготовляют методами холодного и горячего прессования из порошков чистого железа и сплавов на его основе или из порошков на основе окислов железа. Ферриты спекают в окислительной атмосфере.

Электроконтактные металлокерамические материалы изготовляют из смеси порошков тугоплавких металлов с медью, серебром, никелем. Тугоплавкие металлы (W, Мо, Со, Ni) определяют механические свойства, легкоплавкие металлы служат наполнителем и придают материалам высокую электропроводимость. Получаемые материалы устойчивы к эрозии. Контакты изготовляют монометаллическими или биметаллическими. В соответствии с этим применяют различную технологию формования контактов. Металлокерамические контакты применяют в магнитных пускателях, тепловых реле и реле особо тяжелого режима, контроллерах, регуляторах напряжения, аппаратуре управления, преобразователях тока и т. д.

Не существует контактных материалов, удовлетворяющих всем необходимым требованиям. Удаётся только приблизится к созданию материалов с совокупностью наиболее нужных характеристик. Поэтому устройства с размыкающими и скользящими контактами стремятся заменять соответствующими схемотехническими решениями. Это позволяет эксплуатировать приборы в более жестких условиях, снижает число отказов и повышает срок службы приборов.

Электрическим контактом называют поверхность соприкосновения токоведущих частей электротехнических устройств, а также конструктивные приспособления, обеспечивающие такой контакт. По принципу работы контакты разделяются на неподвижные, размыкаемые и скользящие.

К неподвижным контактам относятся цельнометаллические (сварные или паяные) зажимные (болтовые, винтовые) соединения. Цельнометаллические соединения должны отличаться не только механической прочностью, но и обеспечивать стабильный электрический контакт с малым переходным сопротивлением. Качество зажимного контакта определяется в основном контактным нажатием и способностью материала к пластической деформации. В связи с этим такие контактные поверхности целесообразно покрывать мягкими коррозионно-стойкими металлами (оловом, серебром, кадмием и др.).

В качестве контактных материалов для слаботочных размыкающих контактов кроме чистых тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена) применяются благородные металлы (платина, золото, серебро), а также различные сплавы на их основе (золото-серебро, платина-рутений, платина-родий), металлокерамические композиции (например, Ag-CdO).

Сильноточные размыкающие контакты изготовляются, как правило, из металлокерамических материалов, которые получают методом порошковой металлургии. Они включают в себя композиции на основе меди и серебра: серебро-оксид кадмия, серебро-оксид меди, медь-графит, серебро-никель, серебро-графит. Используются также и тройные композиции: серебро-никель-графит, серебро-вольфрам-никель, медь-вольфрам-никель. Медная и серебряная фазы в этих композициях обеспечивают высокую электро- и теплопроводность контакта, а включения тугоплавкой фазы придают контактам стойкость к механическому износу, электрической эрозии и свариваемости.

Для изготовления сильноточных контактов, работающих при повышенных напряжениях и контактных нажатиях, способных пробить или разрушить механически оксидную пленку на контактной поверхности, рекомендуется использовать твердую медь, что значительно удешевляет электротехническое устройство.

Скользящие контакты.Скользящие контакты должны дополнительно отличаться высокой стойкостью к истирающим нагрузкам, которые особенно велики при сухом трении, т.е. когда оба контакта изготовлены из одного материала, а также при неудачном выборе пар. Наиболее высокими качествами обладают контактные пары, составленные из металлического и графитосодержащего материалов. Кроме низкого коэффициента трения графит и материалы на его основе отличаются большим напряжением дугообразования, поэтому износ контактов от искрения незначителен. Широкое применение для изготовления скользящих контактов нашли также проводниковые бронзы и латуни, отличающиеся высокой механической прочностью, стойкостью к истирающим нагрузкам, упругостью, антифрикционными свойствами и стойкостью к атмосферной коррозии.

По мощности цепей, в которых работают контактные материалы, их делят на слабонагруженные, средненагруженные и высоконагруженные.

Для слабонагруженных применяются благородные материалы: платина, палладий, серебро, золото, вольфрам, молибден и их сплавы. Для средненагруженных применяют те же материалы, за исключением чистой платины и палладия.

По роду работы различают три типа контактов: неподвижные, коммутирующие и скользящие.

Неподвижные контакты — зажимы, болтовые и винтовые соединения, скрутки, паяные и сваренные контакты. Качество зажимных контактов определяется их переходным сопротивлением, возникающим в местах непосредственного контакта. Улучшение поверхности и защита контактов от коррозии достигается путем пайки, сварки или покрытия коррозионно-устойчивыми хорошо проводящими металлами.

На воздухе при температурах до 75 °С все проводниковые металлы дают достаточно устойчивые переходные сопротивления. Важнейшим условием при этом является обеспечение необходимых удельных давлений на контактную поверхность.

Общей закономерностью для всех видов непаяных контактов является при прочих равных условиях обратная зависимость переходного сопротивления от нажатия. С повышением температуры за счет ускорения процесса коррозии переходное сопротивлений резко возрастает, поэтому медные, алюминиевые и стальные контакты покрывают коррозионно-устойчивыми металлами.

При температуре 100—120 °С хорошо работают луженые, посеребренные или кадмированные контакты. Контакты из стали обязательно цинкуют или кадмируют.

Шинные контакты (обычно в виде полос), особенно при применении алюминия, рекомендуется зачищать стеклянной шкуркой под слоем вазелина; для меди и стали необходимо лужение оловянно-свинцовым припоем или чистым оловом.

Коммутирующие контакты — материалы разрывных электрических контактов — должны иметь малое удельное сопротивление и достаточно низкое и особенно стабильное переходное сопротивление, высокую стойкость против окисления, сваривания и эрозии, хорошую износоустойчивость и ряд технологических свойств.

Из электроосаждаемых контактов в виде тонких гальванических покрытий, работающих в отсутствии дуги, следует отметить серебро, золото, платину, палладий и особенно родий, сочетающий сравнительно низкое удельное сопротивление и очень высокую твердость.

Для изготовления мощных разрывных, а также прецизионных контактов в современной технике применяют различные металлокерамические композиции, так как использование металлов и их сплавов не дает удовлетворительных результатов. Металлокерамические контакты изготавливают из порошков металлов методом прессования из смеси заданного состава в форме уже готового изделия с последующим спеканием прессовок, повторным прессованием и отжигом.

Все марки контактов из металлокерамических композиций можно разбить на группы.

Контактные материалы используются для изготовления контактов, которые делятся на зажимные, сварные, скользящие, разрывные.

Наиболее ответственными являются разрывные и скользящие контакты.

Основные факторы, повреждающие материалы контактов:

Коррозия – химический процесс окисления с образованием изоляционных пленок между контактами. При ударе или сжатии контактов эта пленка может быть разрушена, постепенно вызывая разрушение контакта.

Эрозия – дуга между контактами, вызывает перенос материала с одного контакта на другой с образованием игл, наростов, кратеров на контактах, а так же испарение и разбрызгивание металла контакта. Почти не зависит от температуры контактов. При повышенных нагрузках приводит к обгоранию контактов.

Сваривание– соприкосновение между контактами происходит в нескольких контактных точках. При увеличении плотности тока в этих точках может произойти сваривание контактов.

Механический износ – проскальзывание, трение и т.п. Материалы должны иметь повышенную твердость и прочность, должны легко обрабатываться, допускать сварку, иметь низкую стоимость.

1. Разрывные контакты. Материалы контактов при размыкании-замыкании подвергаются разрушающему воздействию коррозии и эрозии.

1.1 Контактные сплавы.

Материалы контактов данного вида делят по составу на группы с учетом функциональных свойств:маломощные контакты, используемые при небольших напряжениях и токах, в состав которых большей частью входят благородные металлы (стойкие к окислению и коррозии). Для сильно нагревающихся контактов используют тугоплавкие металлы и их сплавы:

Сплав золото + никель: имеет высокую твердость, стойкость к эрозии, к свариванию, склонны к окислению только при мощной дуге.

Сплав золото + цирконий: имеет высокую твердость, стойкость к эрозии, к свариванию, высокая стойкость к окислению.

Сплав платина + иридий: ПтИ-10 стойки к коррозии и эрозии, к свариванию.

Сплав серебро + кадмий: образует окись кадмия, при высоких температурах выделяется газ, гасящий дугу, имеет пониженную температуру плавления.

СК22Н1: серебро + кадмий + никель

А так же: серебро + золото + никель серебро + золото + медь

серебро + никель серебро + золото + платина

вольфрам + молибден (тугоплавкий)

Применение: контакты, реле, вибрационные регуляторы напряжения, вибропреобразователи, низковольтные выключатели малой мощности.

1. 2 Контактная металлокерамика – используется при высоких напряжениях и токах, когда возникает термическое действие дуги, т.е. происходит испарение и разбрызгивание металла.

Это механический сплав двух фаз: тугоплавкой – с высоким удельным сопротивлением и легкоплавкой – с низким удельным сопротивлением; которые не сплавляются между собой. Если легкоплавкая составляющая становится жидкой, то она не вытекает, так как удерживается в порах тугоплавкой капиллярными силами. Получают металлокерамику спеканием смеси металлических порошков. Широко используется металлокерамика на основе серебра в сочетании с другими металлами и окислами.

СН29Г3: 68% серебро + 29% никель + 3% углерод(графит) - сплав мало подвержен эрозии, обладает устойчивостью контактного сопротивления (оксидная пленка на основе никеля защищает металл от дальнейшего окисления), повышенной твердостью и износоустойчивостью.

СОК12: 88% серебро + 12% окись кадмия( CdO ) – сплав характеризуется способностью гашения электрической дуги (при температуре около 900°С происходит разложение С), повышенной проводимостью – за счет того, что не происходит появления оксидной пленки, легко поддается обработке.

СОМ10: 90% серебро + 10% окись меди( C и O ) – сплав характеризуется повышенной твердостью и стойкостью к износу, способностью гашения электрической дуги при более высоких температурах, предыдущий сплав (при отключении больших токов), обладает небольшим удельным сопротивлением.

Известны так же сплавы:

СВ – 30: серебро + вольфрам

СГ – 3: серебро + графит

МВ – 50: медь + вольфрам

МГ – 5: медь + графит

В мощных контактных устройствах иногда один контакт сделан из сплава серебро + графит (мягкий), а второй серебро + никель (твердый). При деформации одного контакта вторым, увеличивается площадь контактирования и уменьшается опасность сваривания контактов.

Сплав серебро + никель целесообразно использовать в сильно индуктивных цепях, когда токи при коммутации примерно в 10 раз возрастают по сравнению с рабочими токами, допускается 1 срабатывание контакта в 1 секунду.

При токах от 30¸300 А, используют сплав СОК12.

Сплав серебро + вольфрам используют в мощных системах, где велика опасность сваривания и коррозии контактов.

Скользящие контакты.

2.1 Электроугольные контактные материалы – используются в основном для изготовления электрощеток. Щетки изготавливаются из углеродистых веществ (кокс, графит, сажа), связки (каменноугольная и синтетические смолы), пропиточных материалов с добавлением различных металлов (медь, свинец, олово, серебро и т.п.) для увеличения проводимости щеток. Углеродистые материалы сначала прокаливают (кроме сажи и графита), удаляют из их состава летучие компоненты, смешивают с металлическим порошком и связкой, прессуют заготовки, далее из ни вырезают щетки. Щетки пропитывают смолами и восками для увеличения влагостойкости и уменьшения коэффициента трения. Для увеличения механической прочности и проводимости щетки еще пропитывают расплавленными металлами.

Применяются в электрических машинах средней и большой мощности.

2.2 Металлические контактные материалы (пружинные). К ним относятся: кадмиевая и кадмиево-оловянистая бронза, обладающие повышенной прочностью, твердостью и упругостью.

Применяются в потенциометрах, переключателях и других элементах электроаппаратуры.

Скользящие контакты используются: в электрических генераторах, двигателях, автотрансформаторах, потенциометрах.

Читайте также:

Реферат на тему контактные материалы

Нет нужной работы в каталоге?

Требуются доработки? Они включены в стоимость работы

Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы