Контактні матеріали

Найбільш розповсюдженими контактами, що застосовуються в електротехніці, є контакти, що служать для періодичного замикання і розмикання електричних кіл (розривні і ковзаючі). В якості контактних матеріалів використовуються чисті тугоплавкі метали і різноманітні сплави, а також металокерамічні композиції. За умовами роботи контакти поділяють на нерухомі, розривні або ковзаючі. Контакт повинен бути надійним з’єднанням, здатним проводити електричний струм з низьким і стабільним в часі електричним опором.

Cтруктура площі контакту складається з ділянок з металічним контактом, опір яких визначається сумарним опором металів пари, що утворюють контакт, через який протікає струм без перехідного опору; контактних ділянок, покритих тонкими адгезійними плівками, що пропускають струм завдяки тунельному ефекту; ізолюючих ділянок, покритих плівками оксидів і сульфідів, що не пропускають електричний струм. Загальна площа контакту є сумою площ цих ділянок, що значно менше контактної поверхні, так званої умовної площі контакту. При цьому стан поверхонь контактів безпосередньо впливає на перехідний опір і нагрів контактів при проходженні через них струму.

Основні причини зносу контактів при їх експлуатації залежать від умов експлуатації і зводяться до таких:

1. ерозія контактів – порушення форми робочих поверхонь;
2. перенос матеріалу з одного контакту на інший, утворення кратерів, і навіть заклинювання контактів;
3. електричний знос контактів, зумовлений електричною дугою, іскрінням контактів при розмиканні і вібрацією контактів;
4. механічний знос, пов’язаний не тільки з силою удару контактів, але й з контактним тиском і частотою замикань контакту;
5. хімічний знос, на який впливають склад навколишнього середовища, її вологість та температура.

В якості матеріалів для контактів, що пропускають малі струми, зазвичай використовуються благородні і тугоплавкі метали – срібло, платина, паладій, золото, вольфрам та їх сплави. Більшість благородних металів застосовують для контактів у вигляді гальванічного покриття (крім срібла, яке може застосовуватись в чистому вигляді). Гальванічні покриття більш зносостійкі в електричному полі. Товщина гальванопокриття зазвичай коливається в межах від одного до декількох десятків мікрометрів. Для контактів, що пропускають великі струми використовуються мідь, срібло, їх сплави, а також композиційні матеріали, що отримуються методом порошкової металургії. Найбільш розповсюджені композиції: срібло-оксид кадмію; срібло-нікель; срібло-графіт; срібло-нікель-графіт; срібло-вольфрам; срібло-оксид міді; мідь-вольфрам; мідь-графіт.

Основні області застосування контактних матеріалів:

срібло – реле, сигнальна апаратура, телефонна і телеграфна апаратура, магнітні пускачі, управління флуоресцентними лампами, контакти допоміжних кіл контакторів і магнітних пускачів;

срібло-мідь-нікель – реле вуличних сигналів, перетворювачі струму, реле автоматики, електромагнітні лічильники, автомобільні і залізнодорожні сигнальні реле;

срібло-кадмій – реле, термостати холодильників, стартери, теплові вимикачі;

срібло-оксид міді – контактори змінного і постійного струму, автоматичні запобіжники;

срібло-вольфрам – магнітні пускачі і контактори з високою частотою ввімкнень, вимикачі побутових приладів, кнопки керування, високовольтні вимикачі, випрямлячі струму;

мідь-вольфрам – потужні масляні і повітряні високовольтні вимикачі дугових печей та перетворювачі струму.

срібло і мідь забезпечують високу електро- і теплопровідність, а тугоплавка частина підвищує зносостійкість, термостійкість і опір до зварювання контактів. У низьковольтних апаратах часто використовується срібло-оксид кадмію; для високовольтних (дугогасильних камер) – залізо-мідь-вісмут та ін.