触头所采用的材料关系到触头工作的可靠性,尤其是对触头磨损影响甚大。根据各种电器的任务和使用条件的不同,对触头材料性能的要求亦不同,一般要求如下:
(1)电气性能:要求材料本身的电阻系数小,接触电阻小且在长期工作中能保持稳定。要求生弧的较小电流大和较小电压高,电子逸出功及游离电位大。
(2)热性能:要求熔点高,导热性好,热容量大。
(3)机械性能:要有适当的强度和硬度,耐磨性好。
(4)化学性能:要具有很好的化学稳定性,在常温下不易氧化,或者氧化物的电阻尽量小,耐腐蚀。
此外,还要考虑材料的可加工性能好,价格便宜,经济适用。但实际上是不可能同时满足以上各项要求的,而只能根据触头的工作条件及负荷的大小,满足其主要的性能要求。
触头材料分为三大类,即**属、合金和金属陶冶材料。
电弧对触头的腐蚀
电弧对触头的腐蚀十分严重,电弧磨损要比液桥引起的金属转移高出5~10倍。当负荷电流**过20A,甚至达到几百或上千安时,电弧的温度较高,触头间距离又较大,一般都有电动力吹弧,再加上强烈的金属蒸气热浪冲击,往往把液态金属从触头表面吹出,向四周飞溅。这种磨损与小功率电弧的磨损是不同的,金属蒸气再度沉积于触头接触表面上的机率已大大减小,使触头阴、阳极都遭到严重磨损,由于阳极温度**阴极,所以阳极磨损更为严重。
三、减小电磨损的方法
减小触头的电磨损,提高触头的寿命,一般可从两方面着手,即减小触头在开断过程中的磨损和减小触头在闭合过程中的磨损。
1.减小触头开断过程中的磨损,即减小触头在开断时的电弧,其方法如下:
(1)合理选择灭弧系统的参数,例如磁吹的磁感应强度B。B值过小,吹弧电动力小,电弧在触头上停留时间较长,触头的电磨损增加;B值过大,吹弧电动力过大,会把触头间熔化的金属液桥吹走,电磨损也增加,因此,有一个较佳的B值,在该值下电磨损较小。
(2)对于交流电器(如交流接触器)宜采用去离子栅灭弧系统,利用交流电流通过自然零点时不再重燃而熄弧,减小触头的电磨损。
对纳米块体触头材料的研究大多还处在实验室研究阶段,;离实际应用还有很多问题需要解决,主要原因有:
(1)纳米结构在块体材料中的应用比低维材料困难得多,不仅理论分析比低维纳米材料复杂,而且纳米结构块体材料的可控制备更是一个复杂的制备科学和技术问题。;已经制备出的纳米触头材料普遍存在气体含量偏高、致密度较低等缺陷,因而阻碍了纳米触头材料电性能的提高。
(2)纳米触头材料电性能研究不够深入和全面触头材料使用场合不同,;对电性能的要求亦不同。如对于高压真空触头材料,要求截流值低、耐压强度高和分断能力高;对于低压开关用触头材料,要求截流值低、耐电弧烧蚀和抗熔焊性能好。
(3)目前对于纳米材料的开发大多凭借开发人员的经验,;采用大量的破坏性型式试验筛选的方法,缺少理论的指导。目前对组成纳米触头材料的微粒尺寸和成份与电参数和热学参数之间的关系研究不够深入,多得出的是定性的结果,如相对于常规触头材料,纳米触头材料的熔点降低、比热容增大、热导率降低等。;为了综合评价纳米触头材料的电性能,减少开发成本和缩短开发周期,需要加强纳米材料理论研究。