Контактные соединения (контакты) являются одними из наиболее уязвимых элементов в электрических коммутационных аппаратах. Их надежность и стабильность напрямую влияют на длительность безотказной работы аппарата.
Силовые коммутационные контакты испытывают большие нагрузки и подвержены износу в процессе работы. Поэтому важно обеспечить достаточную долговечность и надежность контактов, чтобы избежать сбоев и проблем с электрическими аппаратами.
Улучшение и оптимизация контактов и контактных соединений являются приоритетными задачами в разработке коммутационных электрических аппаратов. Одним из способов улучшения является использование композиционных металлокерамических контактов.
Если контакты коммутационного аппарата должны выполнять функции одновременно и главных и дугогасительных контактов, то к их материалу предъявляются особенно серьезные требования. Требуется, чтобы этот материал обладал малым переходным сопротивлением, большой стойкостью к воздействию электрической дуги, достаточной устойчивостью к коррозии как при низкой, так и при высокой температуре.
Ни один из металлов в чистом виде не удовлетворяет в полной мере всем этим требованиям. Простые сплавы металлов обычно не сохраняют всех качеств, присущих компонентам, входящим в эти сплавы. Поэтому для создания контактных материалов с требуемыми свойствами используются так называемые гетерогенные сплавы, изготавливаемые методом металлокерамики.
Этот вид сплавов позволяет сохранить индивидуальные свойства отдельных контактных материалов, входящих в такой сплав. Подбором количественного соотношения отдельных составных частей сплава можно в широких пределах изменять характеристики контактов, добиваясь сочетания требуемых свойств.
Композиционные металлокерамические контакты являются важным компонентом коммутационных электрических аппаратов. Их уникальная структура и свойства обеспечивают высокую производительность, долговечность и надежность в различных устройствах, где требуется эффективная коммутация электрических цепей.
В конструкции коммутационных электрических аппаратов широко применяются разнообразные металлокерамические контакты сделанные их металлов, обладающих различными свойствами.
Серебро является наилучшим материалом для контактов, работающих в длительном режиме. Теплопроводность и электропроводность серебра выше, чем у всех других контактных материалов. Серебро очень медленно окисляется, да и окислы серебра обладают хорошей проводимостью. Переходное сопротивление серебряных контактов очень стабильно и весьма мало зависит от температуры контактов.
По механической прочности вольфрам превосходит большинство других металлов и сохраняет свою прочность при высоких температурах. Вольфрам стоек к воздействию электрической дуги.
Из всех контактных материалов графит обладает самым высоким удельным сопротивлением и самой высокой допустимой температурой. Переходное сопротивление графитовых контактов велико, но зато очень стабильно во времени.
Медь обладает высокой электропроводностью, достаточной твердостью и тугоплавкостью, значительной электрической износоустойчивостью.
При создании металлокерамических контактов их свойства объединяются.
Наибольшее распространение получили следующие типы металлокерамических контактов:
- серебро — окись кадмия,
- серебро — вольфрам,
- серебро — молибден,
- серебро — графит,
- серебро — никель,
- медь—графит.
Наиболее простые двухкомпонентпые металлокерамические контакты составляются обычно из металла, обладающего хорошей проводимостью (серебро, медь), но имеющего низкую температуру плавления, и тугоплавкого металла (вольфрам, молибден).
Композиционные металлокерамические контакты обладают высокой термостойкостью и механической прочностью, что делает их надежными в условиях высоких температур и больших нагрузок.
Оба материала измельчают в порошок с размером частиц менее 40 мк, перемешивают и из этой смеси методом прессования в прессформе изготавливают контактные пластинки нужной формы. Затем контакты запекают при температуре 800—900°.
Существуют и другие способы изготовления металлокерамических контактов, обеспечивающие получение монолитного, механически прочного материала с тугоплавким скелетом и легкоплавким заполнителем хорошей проводимости.
В результате такой контактный материал, обладая низким переходным сопротивлением, вместе с тем мало изнашивается при отключении больших токов.
Под действием дуги легкоплавкий металл на поверхности такого контакта расплавляется, но не разбрызгивается, так как расплавленные капли этого металла удерживаются в порах тугоплавкого металла силами смачивания.
Для деформируемых материалов, таких как вольфрам, могут применяться методы штампования из металлокерамического проката. Также существует метод прессования пористых заготовок из порошка тугоплавкого компонента с последующим пропитыванием их более легкоплавким металлом для создания композиций.
Также существуют композиционные металлокерамические контакты, которые состоят из несплавляющихся металлов или металлов в сочетании с неметаллами.
Эти контакты обладают повышенной прочностью при высоких температурах и высоким сопротивлением механическому износу. Они способны сохранять свою форму и состав при нагреве, что обеспечивает их долговечность в условиях эксплуатации.
Для достижения требуемых свойств или экономии дефицитных металлов, некоторые металлокерамические контакты изготавливаются в нескольких слоях с различным химическим составом.
Например, двухслойные контакты имеют рабочий и нерабочий слои, отличающиеся толщиной. Это позволяет достичь оптимального сочетания свойств и повысить эффективность контакта.
Чтобы облегчить прочное соединение металлокерамических пластин с контактными деталями, на нижней стороне пластин делают серебряный или медный подслой толщиной от 0,2 до 1 мм.
Поэтому при замене сгоревшей пластины новой пластиной следует обращать внимание на правильную установку ее — пластина должна быть обращена к контактной детали своим подслоем.
Надо также помнить, что нельзя заменять металлокерамические контакты одного типа такими же контактами других типов, не убедившись предварительно в тождестве их свойств.