為了滿足電器對(duì)觸頭材料提出的各種復(fù)雜的,甚至是矛盾的要求,發(fā)展了金屬陶瓷材料。
它是兩相金屬的機(jī)械混合物,每相金屬各相保留原有的物理性能。兩相金屬中一相為難熔相,它的硬度高、熔點(diǎn)高,在高溫和沖擊作用下不變形,在電弧作用下不熔化,因此這相金屬在材料中起骨架作用。這類金屬有鎢、鉬、金屬氧化物等。另一相金屬為載流相,它主要起導(dǎo)電和導(dǎo)熱作用。這類金屬銀、銅等。載流相金屬熔點(diǎn)都比較低,在電弧高溫作用下熔成液體,保留在難熔相金屬骨架構(gòu)成的空隙中,防止了熔化金屬的大量噴濺,使觸頭電磨損大大減小。以下介紹幾種常用的金屬陶瓷材料:
(1)銀-氧化鎘 這種材料具有良好的耐電磨損、抗熔焊和接觸電阻低而穩(wěn)定的特點(diǎn)。它被廣泛應(yīng)用于中等功率的電器中。這種材料具有這些優(yōu)良性能的原因是:
1)在電弧作用下氧化鎘分解,從固態(tài)升華成氣態(tài)(分解溫度約900℃),產(chǎn)生劇烈蒸發(fā),起著吹弧作用,并清潔觸頭表面;
2)氧化鎘分解時(shí)吸收大量的熱,有利于電弧的冷卻與熄滅;
3)彌散的氧化鎘微粒能增加熔融材料的粘度,減少金屬的飛濺損耗;
4)鎘蒸汽一部分重新與氧結(jié)合形成固態(tài)氧化鎘,沉積在觸頭表面,組織觸頭的焊接。
氧化鎘含量在12%~15%時(shí)可以得到zui佳性能。如果在銀-氧化鎘中添加一些微量元素,例如硅、鋁、鈣等能進(jìn)一步細(xì)化晶粒,提高耐電磨損性能。
(2)銀-鎢 這種材料具有銀、鎢各自的優(yōu)點(diǎn)。隨著鎢含量的增加,耐電弧磨損和抗熔焊性能提高,但導(dǎo)電性下降。低壓開關(guān)常用含鎢30%~40%的材料,高壓開關(guān)用含鎢60%~80%的材料。
銀-鎢的缺點(diǎn)是接觸電阻隨觸頭開閉次數(shù)的增加而增大,嚴(yán)重者可達(dá)到初始值的十倍以上,因在分?jǐn)噙^程中,觸頭表面會(huì)產(chǎn)生三氧化鎢(WO3)或鎢酸銀(Ag2WO4)膜,這種膜不導(dǎo)電,使接觸電阻劇增。
(3)銅-鎢 這種材料性能與銀-鎢相似,但比銀-鎢更容易氧化,形成鎢酸銅(CuWO4)膜,使接觸電阻劇增。它不宜作空氣開關(guān)觸頭,但可以作油開關(guān)觸頭。
(4)銀-石墨 它的導(dǎo)電性好,接觸電阻小,抗熔焊性能很好,缺點(diǎn)是電磨損大。一般石墨含量不超過5%。
(5)銀-鐵 有好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐電磨損等性能,用于中、小電流接觸器中比純銀觸頭的電壽命成倍提高。主要缺點(diǎn)是在大氣中易生銹斑。