4 触点材料-

MEMS微幵关的设计 和研制 对触点材料的要求
MEMS工艺兼容，导电和导热性能好， 能耐电弧、金属转移轻,熔点高、不易 产生触点粘结现象，且有硬度、疲劳 极限和弹性模量高的特征
硬线控制
地铁车辆电路控制 逻辑转换 负载驱动
电磁式继电器的触点转换
地铁车辆电路控制
接触电阻是继电器关键性电气性能之一
一列地铁车辆有200个继电器（每个继电器3对触点） 600个触点
继电器触点是继电器发生故障最高的部位（触点的可靠接触与分断）
电弧
电磨损
电压击穿，熔化+汽化+飞溅
桥转移 （分段触点——电流密度↑——熔化——细丝：触点分开——断裂——针刺与凹坑） 电弧转移（电磁接触器——电弧烧损）
高的电导率和热导率
（4）材料要求
高的再结晶温度、熔化温度、沸点温度、熔（汽）化潜热 高的密度、硬度和弹性 尽量小的蒸汽压力、摩擦系数、热电势等。（电弧中金属蒸汽密度↓ ）
2）触点材料 （1）纯金属
贵金属：Ag、Au、Pt、Pd（钯） 贱金属：W、Cu、Mo、Ni、Co 优点：导电导热率高、加工性好、价格便宜、不易氧化 缺点：硬度低、熔点和沸点不高。不耐磨和电弧 应用：小电流触点 优点：导电导热好、加工性好 缺点：价格昂贵 应用：弱电触点 缺点：难机械加工、价格贵、耐氧化性差 应用：舌簧继电器
AuNix （x=5、9、10、16等） AuCo合金
成分：AuCo5 特点：强度高、抗氧化性好、材料迁移小。应用于对材料迁移要求高的场合
Pd基合金
目的：降低成本 方法：加入Cu、Ag、Ni、W、Ru（钌）
PdCu：特点：桥转移小、硬度高、耐电流冲击。应用于弱电触点材料 PdAg：特点：金属转移小。应用于弱电触点材料
பைடு நூலகம்
Ag-Ni复合材料
金属-金属
Ag-W、Ag-Mo复合材料
Cu-W复合材料
特点：两种非贵金属 应用：大型断路器及中、高负荷开关和断路器的弧触点
Ag-石墨
成分：Ag —（3~5）wt% C（石墨） 石墨作用：在高电流时，抗熔焊性好；层状石墨的润滑作用 应用：弧触点、低压开关电器、滑动电刷（5~15wt% C） 成分：Cu —（3~5）wt% C（石墨） 特点：抗熔焊性高 应用：替代Cu或Ag-石墨复合材料，用于要求抗熔焊性高的场合
优点：比纯银强度、耐磨性、抗熔焊性高 缺点：易氧化、接触电阻大 应用：高压大电流继电器接点、轻负荷和中等负荷回路
Ag基合金
AgCdx （x=5~25）
特点：导电导热性好、表面生成氧化镉有灭弧作用 用途：灵敏度低的低压继电器、制动继电器、轻、中负荷的交流接触器 优点：导电导热好、耐蚀，极好的加工性，接触电阻低且稳定 缺点：硬度低 应用：强腐蚀介质中的轻负荷接点
Pt基合金
PtIr（铂铱）：硬度高、熔点高、耐蚀、接触电阻低，是典型的弱电触点材料 PtRu（铂钌）：可替代PtIr
（3）复合触点
Ag-氧化物
成分：Ag-（10~15）wt% CdO，或SnO2、ZnO、CuO、MgO、PbO、In2O3 特点：氧化镉质点有助于灭弧、抗熔焊、粘合，烧损率比Ag小得多(Ag与CdO不互溶) 应用：低压电器中 成分：Ag、Ni烧结而成，不是合金 （室温下Ag在Ni基中的固溶度小于2%，Ni在Ag中不溶） 特点：导电导热好,抗金属转移,电弧和浸蚀,耐磨,强度高, 延展性加工性好 应用：负荷开关和断路器 特点：硬度高，耐电弧、粘着、熔焊 缺点：表面形成混合氧化物使接触电阻提高 应用：低压电器触点材料
金属-石墨
Cu-石墨
4） 制备方法
纯金属、合金触点材料
制备工艺：金属棒作为负极 结晶器中的下电极为正极 熔炼法（电弧）： 水冷结晶器中凝固
电弧-高温 熔化
以Cu-Cr为例：自耗电极为等静压真空烧结Cu-Cr 结晶器为水冷铜模 制备工艺 镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极 化学除油 镀镍
1）概述
电接触 电触头
将电信号或电能从一个导体传向另外一个导体时，在导体与导体的接触过渡区 所产生的物理、化学现象。 指接触导体的具体结构或接触材料本身
（1）基本概念
固定
触点材料 又称电接触材料，指制造电触头的材料
—强电中母线的连接、输电线连接器、电缆头等 —弱点中电子元器件的接插件、连接器、插头等 —开关中的滑动触点、变阻器的滑动头、电机的电刷等 —各种开关继电器和继电器触点
接触面粗糙不平 表面氧化膜 导电斑点 接触斑点 收缩电阻 膜电阻 接触电阻 接触升温
（2）分类
滑动 可分合
（固定与旋转部分之间的碳刷）
接触电阻
接触升温和熔焊
导体接触处的电流增大或接触电阻增高 金属软化，温度下降 熔焊
（3）物理现象
机械效应
冷焊：未通电，闭合，粘结现象 机械振动和机械磨损 滑动接触的摩擦和磨损 表面受损
Ag：
Au、Pt、Pd：
特点及应用
Rh（铑）、Ru（钌）：
Cu：
缺点：易氧化（解决方法：镀锡或镀银） 应用：大电流触点材料
W、Mo：
特点：熔点高、硬度大、耐热、耐磨、抗熔焊 缺点：导热导电性差 应用：小电流和接触力大的触点
纯金属不能满足要求，开发了合金或复合触点材料
（2）合金触点
目的：针对纯银硬度低不耐磨的缺点，通过合金化提高其机械性能 合金化方法：加入Cu、Cd、Au、Pt、Pd AgCux （x=3、5、10、20、25等）
提纲
第四章 触点材料
4.1 概述 1）基本概念（电接触、电触头、触点材料） 2）电接触分类 3）电接触中的物理现象 4）对触点材料的要求 4.2 触点材料 1）纯金属 2）合金 3）复合触点材料 4.3 制备方法
1）熔炼法 纯金属、合金触点材料 2）电镀法 3）烧结法 复合触点材料（Ag-CdO复合触点材料） 4）内氧化法
合金内氧化法：
内氧化法
工艺过程：内氧化法+粉末冶金法 合金熔化→雾化为合金粉末→内氧化→ 压制→烧结→挤压 合金粉末预氧化法 优点：组织均匀，耐磨和抗熔焊 缺点：工艺复杂，成本高
中南大学：Ag一SnO2触点材料（内氧化法）
5） 应用举例
接触材料
电接触问题
接触电阻 触点失效
接触材料 接触力 触点形态 电磁继电器
AgAux （x=0~70）
AgPt合金
优点：机械性能与电性能好 缺点：价格贵 应用：特殊要求的场合
目的：降低Au的含量 方法：加入Cu、Ni、Co、Rh、Zr
Au基合金
AuCu系
成分：AuCu10、AuAgCu三元合金 优点：机械性能好，用于精密仪器轻负荷触点 特点：机械性能好、化学稳定性好 用途：广泛用于轻、中负荷触点材料
制备过程： 混粉
电镀法
电镀液：含镀层金属阳离子的溶液 绝缘 以铜或铜合金基体上电镀银镍合金为例
压片
水洗 酸洗
烧结
粉末冶金混粉烧结法 优点：体积大形状简单触点，工艺简单成本低
粉末冶金法 复合触点材料
缺点：密度低,氧化物颗粒粗大且分布不均匀
粉末冶金挤压：前期工艺同上，烧结后坯料放入挤压机挤压成线胚 然后进行拉拔和轧制 工艺过程：熔炼（合金）→成型后高温氧化（氧气氛） 缺点：材料中间有贫氧化区