Матеріали контактів
До матеріалів контактів сучасних електричних апаратів пред'являються такі вимоги:
- високі електрична провідність та теплопровідність;
- висока корозійна стійкість у повітряному та інших середовищах;
- стійкість проти утворення плівок із високим електричним опором;
- мала твердість зменшення необхідної сили натискання;
- висока твердість для зменшення механічного зношування при частих включеннях та відключеннях;
- висока дугостійкість (температура плавлення);
- високі значення струму та напруги, необхідні для дугоутворення;
- Простота обробки, низька вартість.
Розглянемо властивості деяких контактних матеріалів.
Медь. Позитивні властивості: високі питома електрична провідність і теплопровідність, достатня твердість, що дозволяє застосовувати при частих включеннях і відключеннях досить високі значення і простота технології, низька вартість.
Недоліки: досить низька температура плавлення, при роботі на повітрі покривається шаром міцних оксидів, що мають високий опір, потребує чималих сил натискання. Застосовується як матеріал для плоских та круглих шин, контактів апаратів високої напруги, контакторів, автоматів та ін.
Срібло. Позитивні властивості: високі електрична провідність та теплопровідність, плівка оксиду срібла має малу механічну міцність і швидко руйнується при нагріванні контактної точки. Контакт срібла стійкий завдяки малій напрузі на зминання. Для роботи достатні малі натискання (застосовується при натисканні 0,05 Н тавище). Стійкість контакту, малий перехідний опір є характерними властивостями срібла.
Недоліки: мала дугостійкість та недостатня твердість перешкоджають використанню його за наявності потужної дуги та частих включення та відключення.
Застосовується в реле та контакторах при струмах до 20 А. При великих струмах до 10 кА срібло використовується як матеріал для головних контактів, що працюють без дуги.
Алюміній. Позитивні властивості: досить висока електрична провідність та теплопровідність. Завдяки малій щільності, струмоведуча частина круглого перерізу з алюмінію на такий самий струм, як і мідний провідник, має майже на 48% меншу масу. Це дозволяє зменшити масу апарату.
1) утворення на повітрі та в активних середовищах плівок з високою механічною міцністю та високим опором; 2) низька дугостійкість (температура плавлення значно менше, ніж у міді та срібла); 3) мала механічна міцність; 4) утворення мідним та алюмінієвим контактами своєрідного гальванічного елемента через наявність в навколишньому повітрі вологи та оксидів. Під впливом ЕРС цього елемента відбувається електрохімічне руйнування контактів (електрохімічна корозія). У зв'язку з цим при з'єднанні з міддю алюміній повинен покриватися тонким шаром міді електролітичним шляхом або обидва метали необхідно покривати сріблом.
Алюміній та його сплави (дюраль, силумін) застосовуються, головним чином, як матеріал для шин та конструкційних деталей апаратів.
Вольфрам. Позитивні властивості: висока дугостійкість, велика стійкість проти ерозії, зварювання. Висока твердість вольфраму дозволяє застосовувати його при частих включеннях та вимкненнях.
Недоліки: високий питомий опір,мала теплопровідність, утворення міцних оксидних та сульфідних плівок. У зв'язку з утворенням плівок та їх високою механічною міцністю вольфрамові контакти вимагають великого натискання.
У реле на малі струми з невеликим натисканням застосовуються стійкі проти корозії матеріали – золото, платина, паладій та їх сплави.
Металокерамічні матеріали.
Розгляд властивостей чистих металів показує, що жоден із них не задовольняє повністю всім вимогам, що висуваються до матеріалу контактів.
Матеріали, що мають необхідні властивості, отримують методом порошкової металургії (металокераміки). Отримані таким методом матеріали зберігають фізичні властивості металів, що входять до них. Дугостійкість металокераміки забезпечується такими компонентами як вольфрам, молібден. Низький перехідний опір контакту досягається використанням як другий компонент срібла або міді. Застосування металокераміки збільшує вартість електричних апаратів, проте в експлуатації ці витрати окупаються за рахунок збільшення терміну служби ЕА та підвищення його надійності.