2.2. Физические свойства материалов для изготовления контактов

Процессы, протекающие при работе электрических контактов, отличаются большой сложностью. На них влияют физико-химические свойства примененных материалов, окружающая среда, механические и электрические нагрузки. Поэтому к материалам, предназначенным для изготовления контактов, предъявляют следующие требования: механический (истирание), химический (коррозия) и электрический износ (эрозия) должны быть минимальными. Кроме того, материалы должны обладать достаточной электро- и теплопроводностью и иметь минимальную способность к свариванию.

Контактные материалы в большинстве своем лишь частично удовлетворяют перечисленным требованиям.

При расчете и изготовлении электрических контактов выбирают материал, наиболее полно удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к работе данной контактной пары.

Медь удовлетворяет почти всем перечисленным выше требованиям, за исключением коррозионностойкости. Окислы 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.

Медь может использоваться и для дугогасительных контактов.

Серебро. Очень хороший контактный материал, удовлетворяющий всем требованиям, за исключением дугостойкости при значительных токах. При малых токах обладает хорошей износостойкостью. Окислы серебра имеют почти такую же проводимость, как и чистое серебро. Серебро применяется 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, а на рабочей поверхности контакта приваривается серебряная накладка.

Алюминий. По сравнению с медью обладает меньшей проводимостью и механической прочностью. Образует плохо проводящую твердую окисную пленку, что существенно ограничивает его применение. Может использоваться в разборных контактных соединениях (шинопроводы, монтажные провода). Следует, однако, иметь в виду невысокую механическую прочность алюминия, вследствие чего соединения могут со временем ослабнуть и контакт нарушится.

Для коммутирующих контактов алюминий непригоден.

Платина, золото, молибден. Применяются для коммутирующих контактов на очень малые токи при малых нажатиях. Платина и золото не образуют окисных 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 – это 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 дугостойкость с относительно хорошей проводимостью. Наиболее распространенными композициями металлокерамики являются: серебро ‑ вольфрам, серебро ‑ молибден, серебро ‑ никель, серебро ‑ окись кадмия, серебро ‑ графит, серебро ‑ графит ‑ никель, медь ‑ вольфрам, медь ‑ молибден и др. Применяется металлокерамика в качестве дугогасительных 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.

Применение контактных материалов:

- твердая медь используется для изготовления пластин коллекторов электрических машин, токоведущих деталей электрической аппаратуры, шин распределительных устройств, кабельных наконечников, токоведущих деталей электроустановочной арматуры, щеточных контактов, зажимных и присоединительных болтов и винтов;

- мягкая медь для изготовления проводов и кабелей линий электропередач и связи;

- латунь для изготовления токоведущих деталей электроаппаратуры (винтов, губок рубильников, предохранителей) и электроустановочной арматуры, крепежных деталей электрической аппаратуры и наконечников;

- бронза для изготовления коллекторных пластин и токоведущих деталей электроустановочной арматуры;

- алюминий для изготовления проводов и кабелей линий электропередачи;

- сталь для изготовления проводов воздушных линий связи, гнезд, токоведущих частей специальной электротехнической аппаратуры;

- серебро, а также другие благородные и редкие металлы для разрывных контактов аппаратов, контакторов постоянного и переменного тока, контактов электромагнитных реле управления;

- сплавы типа константан, нихром, фехраль, хромаль для регулируемых сопротивлений;

- электротехнический уголь и графит для изготовления щеток электрических машин, угольных реостатов.

Это далеко не полный перечень проводниковых материалов, применяемых для изготовления различных электрических контактов (постоянных, скользящих и разрывных).