【正文】 總之，近年來觸頭材料無論在元素配合還是在制造工藝方面都做了許多深入的研究工作，并取得了很有益的成果。前者截止電流小、抗熔焊性能力好、分斷能力大 。其中真空斷路器用的觸頭材料有適用于大中容量產(chǎn)品的 銅鉍銀合金 、適用于中小容量產(chǎn)品的 銅鉍鈰合金 和適用于作觸頭跑弧面的真空銅。四、真空開關(guān)電器觸頭材料 真空開關(guān)電器用的觸頭材料是采用真空冶煉方法制造的。由于其抗氧化性好，接觸電阻穩(wěn)定。此合金的缺點是分斷過程中表面會生成三氧化鎢或鎢酸銀薄膜，它們是不導(dǎo)電的，故接觸電阻將隨分斷次數(shù)增加而劇增。它常用于小容量電器。n (3) 銀氧化鋅粉末合金 它抗熔焊、抗電侵蝕好，而且電導(dǎo)率高，常用于各種低壓開關(guān)電器。銀氧化錫的缺點是弧斑移動較少，易使電弧運動停滯。原因在于氧化鎘在電弧高溫作用下分解、同時鎘蒸氣又將擴散到周圍空間，使氧化鎘含量隨分斷次數(shù)增加而逐漸減少，而觸頭電侵蝕日漸嚴重。 近年來，此合金中還添加少許其他元素 (硅、鋁、鈣等 )以細化晶粒，提高抗侵蝕性能。四是鎘蒸氣有部分會與氧重新結(jié)合，生成固態(tài)氧化鎘沉積在觸頭表面，加強抗熔焊能力。二是其分解要吸收大量熱能，有助于冷卻及熄滅電弧 。含量過低，氧化鎘 (難熔相 )效用難以發(fā)揮；含量過高，不僅不能擴大效果，反而有損工藝性。因此，粉末合金既有較低的接觸電阻，又耐弧、耐侵蝕和抗熔焊。另一相是高電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的載流相，它主要起載流作用。三、粉末合金材料 粉末合金材料亦稱金屬陶瓷材料，它是兩相金屬的機械混合物，而每相金屬均保留其原有性能。因此，它不宜用于接觸壓力小的電器。(6)銀碳化鎢合金 碳化鎢的化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于鎢，耐腐蝕性也較高，故接觸電阻較穩(wěn)定，能耐受大電流，適用于低電壓大電流電器。此合金一般用于中小容量開關(guān)電器。鎳熔點較高，加入后可提高抗硫化及抗熔焊性能。因此，它尤適用于 大容量開關(guān)電器 。(3)銀鎢合金 其含鎢量為 30% ~80%。由于它在很大的沖擊電流作用下也不致發(fā)生熔焊，故也常用于大中容量開關(guān)電器。但因電阻率高，需要高接觸壓力，故主要用于 高壓及大電流斷路器 。 此外，繼電器和弱電電器還常用金、鉑等貴金屬及其合金作為觸頭材料二、合金材料(1)銅鎢合金 其含銅量在 20% ~80%。其電阻率高，機械強度低 ，但耐弧和耐熔焊。工程上不采用純鎢觸頭。(4))鎢 它具有高的熔點、沸點和硬度，故耐弧、耐電侵蝕和耐熔焊。鋁材極易氧化，其氧化膜的電阻率極大、并且非常穩(wěn)定，極難去除。目前僅動靜觸頭的接觸面之間有相對運動 (摩擦 )的電器才使用純銅質(zhì)觸頭。(2)銅 銅的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率均很高，僅次于銀。銀的工藝性一般也優(yōu)于其他材料。其硫化膜電阻率雖較高，仍易破除。一、純金屬材料(1)銀 在金屬材料中它具有最高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。具有適當(dāng)?shù)挠捕群土己玫墓に囆阅?。第十二?jié) 觸頭材料 對觸頭材料通常有下列要求 :具有低的電阻率和低的電阻溫度系數(shù) 。 涂敷導(dǎo)電膏的優(yōu)點除 直接體現(xiàn)在因接觸狀況明顯改善而收到減小接觸電阻和節(jié)能降溫的效果外 ，又因可 提高運行可靠性而減少維修次數(shù)和費用及降低停電檢修帶來的損失 。n (3)隧道效應(yīng)導(dǎo)電作用 涂敷導(dǎo)電膏后，一則破除 a斑點上的各種膜層，并防止了其重新氧化，使僅有的微小的金屬接觸面得到充分利用 。接觸導(dǎo)電膏的作用機理是 :n (1)除膜作用 導(dǎo)電填料為金屬粉末，它不僅能導(dǎo)電，更重要的是在涂敷過程和以螺栓緊固時自 a斑點被擠出的過程中，通過機械研磨作用在甚大程度上破碎并清除金屬表面的各種膜層，使 a斑點基本上呈純金屬接觸狀態(tài)。三、接觸導(dǎo)電膏及其作用機理和效果 接觸導(dǎo)電膏是含導(dǎo)電填料和膠粘劑的具有流動性的糊狀導(dǎo)電涂料。或?qū)瘜W(xué)和電化學(xué)腐蝕的防護性差等等。搪錫還有助于降低化學(xué)及電化學(xué)腐蝕，并避免母線在帶有導(dǎo)電性極差的氧化膜的情況下接觸。二、母線搭接區(qū)的處理 為改善母線搭接區(qū)的接觸狀況，防止金屬材料發(fā)生化學(xué)及電化學(xué)腐蝕，可采取接觸面壓花，間隙填銅屑、包封搭接區(qū)、接觸面搪錫等措施， 但用得最多的還是掩錫 。結(jié)果在搭接區(qū)可能發(fā)生電弧放電，燒壞接觸面。高溫搭接段在緊固螺栓壓力作用下將因蠕變極限銳減發(fā)生金屬流動，使母線變薄，栓接松弛。抵抗蠕變的強度稱為 蠕變極限 ，它會隨溫度上升而銳減。 栓接母線緊固后，其內(nèi)部將產(chǎn)生機械應(yīng)力。當(dāng)兩種不同金屬導(dǎo)體相接觸或含雜質(zhì)金屬的同一種金屬導(dǎo)體相接觸時只要被酸性電解液所浸濕，就將形成 原電池，使橋準(zhǔn)電位低的金屬遭到腐蝕 。電化學(xué)腐蝕對母線搭接面也很有害。 銅鋁母線的氧化還會因其氧化膜層的破碎和脫落造成材料損失、即化學(xué)腐蝕。更嚴重的是這類氧化膜很難以電或熱的方式破除，只能借機械摩擦破除，而母線搭接卻是相對靜止的。和純銅比較，銅的氧化膜的電阻率大了十幾個數(shù)量級 (，即使膜層再薄，電阻也高達 I0ΩM以上。鋁材以其經(jīng)濟電導(dǎo)率 (電導(dǎo)率與質(zhì)量之比 )為銅材的二倍，兼之資源豐富，且在大多數(shù)場合對大氣和化學(xué)作用頗為穩(wěn)定，應(yīng)用尤為廣泛。這類連接觸頭雖不乏以焊、鉚方式連釘或螺栓連接的可卸式連接觸頭 (栓接觸頭 )。發(fā)電廠和變電所的高低壓屏柜、工礦企業(yè)中的各種生產(chǎn)設(shè)備的控制屏，均普遍應(yīng)用母線連接電源和電器。當(dāng)然，超程值的選取最終還要視具體運行或試驗情況而定。銅質(zhì)觸頭常取超程值為一個觸頭的厚度。 為保證觸頭在其規(guī)定使用期限內(nèi)能正常運行，必須設(shè)有能夠補償其電侵蝕的超程。 這 時，即可認為觸頭的使用期限已告終結(jié)，而不必待到觸頭材料耗損殆盡。影響電侵蝕量的因素很多，現(xiàn)象和規(guī)律又十分復(fù)雜，涉及到的學(xué)科也非常多，所以迄今尚未能就此建立能夠令人滿意的數(shù)學(xué)模型。因為在強磁場中會出現(xiàn)液態(tài)金屬從觸頭向外噴濺的現(xiàn)象，而當(dāng)磁場較弱時，液態(tài)金屬還能重新凝固并殘留在觸頭表面上。當(dāng)磁吹磁場的磁感應(yīng)強度 B值較小時，電弧在觸頭表面移動的速度是隨它一起增大的，故侵蝕量會減小，并在某一 B值時達到最小。在電流較大而操作頻率不高時，觸頭的電侵蝕量與分斷次數(shù)通常呈線性關(guān)系。三、大電流下的觸頭電侵蝕 大電流時，觸頭材料的電侵蝕主要表現(xiàn)為弧蝕。二、小電流下的觸頭電侵蝕 小電流下的觸頭電侵蝕主要表現(xiàn)為橋蝕和火花放電性質(zhì)的弧蝕，因為產(chǎn)生電弧需要一定的電壓和電流。與此同時，在電弧高溫作用下陰極和陽極表面的金屬均將局部熔化和蒸發(fā)，并在電場力作用下濺射和擴散到周圍空間，使材料遭受凈侵蝕。質(zhì)量較大的正離子為電場加速后轟擊陰極表面，使之凹陷，而相應(yīng)地陽極表面則出現(xiàn)凸起物。它是穩(wěn)定氣體放電過程的產(chǎn)物?；鸹ǚ烹姇r是陰極向陽極發(fā)射電子，故將有部分觸頭金屬材料自陰極轉(zhuǎn)移到陽極，也即陰極遭受電蝕。此后氣體又會因電壓上升再度被擊穿，重新發(fā)生火花放電。較高的電壓使觸頭間隙最薄弱處可能為強電場所擊穿，較小的功率則使間隙內(nèi)幾乎不可能發(fā)生熱電離，終于只能形成火花放電。n弧蝕 液態(tài)金屬橋斷裂并形成觸頭間隙后，若觸頭工作電流不大，間隙內(nèi)將發(fā)生火花放電。液態(tài)金屬橋斷裂以致材料自一極向另一極轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象稱為 橋蝕或橋轉(zhuǎn)移 。由于其溫度最高點偏于陽極一側(cè)，故斷裂亦發(fā)生在近陽極處。于是，該點及其附近的觸頭表面金屬材料將熔化，并在動觸頭繼續(xù)分離時形成液態(tài)金屬橋。 本節(jié)要討論的就是電侵蝕一、電侵蝕的類型 電侵蝕有兩種類型 :橋蝕 與 弧蝕 。機械侵蝕由觸頭在通斷過程中的機械摩擦引起，化學(xué)腐蝕由觸頭表面的氧化膜破碎所致，這些侵蝕量都不大，一般不作考慮。結(jié)果是觸頭和整個電器的使用期限都縮短了。第十節(jié) 觸頭分斷過程與其電侵蝕n 觸頭接通過程中雖伴隨著電火花或電弧的產(chǎn)生，但只要振動是無害的，而且是在非故障狀態(tài)下閉合，電弧對觸頭危害就很小。它一旦發(fā)生就很難處理，因為金屬間的內(nèi)聚力往往非微小的接觸壓力所能克服，況且弱電觸頭又暫密封于外殼內(nèi)，很難以其他手段使之分離。就動熔焊而論，不僅未必能提高抗熔焊能力，有時甚或會降低。粉末冶金材料的抗熔焊能力一般較強。但接觸面的氧化膜雖對導(dǎo)電不利，但其分解溫度高，對提高抗熔焊能力卻是有利的。觸頭閉合速度也對熔焊有影響，速度大，易發(fā)生振動，因而也易發(fā)生熔焊。接通 容性負載時，涌流的出現(xiàn)也易導(dǎo)致觸頭熔焊。接通電感性電路時，若負載無源，電感有抑制電流增長的作用 。線路電壓對靜熔焊的影響仍是電流的影響，對動熔焊則表現(xiàn)為電壓越高越易燃弧，且電弧能量越大。它與觸頭材料、接觸形式和壓力、通電時間等許多因素有關(guān)。影響熔焊的因素主要有 :(1)電參數(shù) 它包括流過觸頭的電流、電路電壓和觸頭的電流產(chǎn)生的熱量。若觸頭接通過程伴隨有機械振動，由于電弧和金屬橋的出現(xiàn)，發(fā)生動熔焊的可能性更大。 靜熔焊： 是連接觸頭或閉合狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換觸頭于通過大電流時、因熱效應(yīng)和正壓力的作用使 a斑點及其鄰域內(nèi)的金屬熔化并焊為一體的現(xiàn)象，其發(fā)生過程一般無電弧產(chǎn)生 。二、觸頭的熔焊 動靜觸頭因被加熱而熔化、以致焊在一起無法正常分開的現(xiàn)象稱為 觸頭的熔焊 。n 通過力學(xué)分析，得觸頭機械振動的最大幅度 第一次碰撞的反彈距離為： 適當(dāng)減小動觸頭的質(zhì)量和運動速度、增大觸頭初壓力，對減輕振動是有益的。由于每碰撞一次都要損失部分能量，故振動幅度將逐漸減小 (圖 231）。一、接通過程中的機械振動 接通時動觸頭以一定速度朝靜觸頭運動，它們接觸時就發(fā)生了機械碰撞。第九節(jié) 觸頭接通過程及其熔焊 觸頭的接通過程常伴隨著機械振動，并因之在間隙內(nèi)產(chǎn)生電弧。電接觸區(qū)的互相作用極其復(fù)雜，采用一般解析的方法計算結(jié)果只能是近似的。 此電動力有二分量 :徑向分量 dFx和軸向分量 dFy。當(dāng)導(dǎo)體截面變化時，電力線會彎曲，而 電動力 dF是與電力線垂直的，故它恒指向截面變大的一側(cè) (圖 230)。近年來，在接觸面上已廣泛涂敷兼有隱降低接觸電阻和保護接觸面兩種作用的 導(dǎo)電膏 。 形成薄膜的主要原因是金屬在大氣中的腐蝕 氧化。倘者形成了夠堅固的薄膜， Rj將增大到不能容許的地步。及至它們增至一定值，薄膜就被破壞， Rj隨即驟降。觸點表面受腐蝕性氣體作用產(chǎn)生的薄膜，其厚度是與時俱增的，故 Ri也不斷增大。軟化電壓和熔化電壓均為觸點材料的特性參數(shù)。此后， Rj仍將隨 Uj而逐漸增大，并于 Uj增至 Um時再度猛降 ,因為此時接觸面積因溫度已達熔點而增大很多。 Rj由圖可見，當(dāng) Uj增大時， Rj開始是增大的，但當(dāng) Uj增大到 Us時 ,觸點溫度已高達能令觸點金屬材料機械性質(zhì)發(fā)生變化 軟化的地步，故 Us稱為 軟化電壓 。反之亦然。金屬材料的 λ值越大， ρ 值就越小。 I通過觸點的電流 。因此，觸點的溫度照例要比觸頭本體的高。一、 觸頭的發(fā)熱 觸頭的發(fā)熱與一般導(dǎo)體不同，它分本體發(fā)熱和觸點發(fā)熱兩部分。第八節(jié) 閉合狀態(tài)下的觸頭 觸頭閉合后，由于通過電流，其溫度將升高，并在動靜觸頭間產(chǎn)生電動斥力。(4)材料性能 影響 Rj值的材料性能主要是電阻率和屈服點。(3)表面狀況 接觸面越粗糙，越易污染和氧化， Rj也越大。但從黃銅質(zhì)球 平面接觸觸頭通過 20A電流時的試驗結(jié)果來看 (圖 227)，接觸壓力越小， Rj越大，且分散性很大，可是過分增大接觸壓力也并不佳。接觸面受壓后總有彈性及塑性形變，使接觸面積增大。表 24中關(guān)于銅觸頭的實驗數(shù)據(jù)便是實證。若接觸壓力不大，面接觸時 a斑點多，每個斑點上的壓力反而很小，以致接觸電阻增大很多。 m與接觸形式有關(guān)的指數(shù) (點接觸 m=、線接觸 m=~、面接觸 m= )。一般計算接觸電阻 Rj都采用以下經(jīng)驗公式：式中 Kc觸頭材料、接觸面加工情況以及表面狀況有關(guān)的系數(shù)（表 23）。膜層導(dǎo)致的電阻增量稱為膜層電阻。n 膜層電阻： 接觸面暴露在大氣中會導(dǎo)致表面膜層的產(chǎn)生。這種斑點的面積僅為視在接觸面的很小一部分。 接觸電阻 主要由 束流電阻 和 膜層電阻 兩部分。這樣，就基本上實現(xiàn)了無弧通斷。而在分斷過程中， KA比 KM后斷開，使晶閘管因被加上電源電壓而導(dǎo)通，并承擔(dān)全部負載。在運行時，又因 a、b兩點間的電壓是接觸器的主觸頭 KM的電壓降，它小于晶閘管導(dǎo)通電壓，雖有門極觸發(fā)信號，晶閘管仍截止。(二 )混合式開關(guān) 以混合式交流接觸器為例，它有電壓觸發(fā)式和電流觸發(fā)式兩類 (圖 224)。這就實現(xiàn)了無弧分斷。它與線圈電流互相作用，產(chǎn)生軸向電動斥力 F，使金屬盤連同動觸頭一起右移。于是，同步觸發(fā)裝置 TS給出觸發(fā)脈沖，令晶閘管導(dǎo)通，而電容器C經(jīng) VS對靜止線圈放電。當(dāng)一次電路 (即待分斷電路 )電流甚大時， TA鐵