触头材料选择

电触头材料的选择

一、触头材料的基本要求：

（1）、具有足够的开断能力；

（2）、小的节流电流；

（3）、高的耐电压强度；

（4）、具有高的抗熔焊能力；

（5）、含气量要低；

（6）、高的导电率、导热系数和机械强度，小的接触电阻；

（7）、电侵蚀率低；

（8）、热电子发射能力低。

二、触头在操作过程中的物理现象包括：

1、接触电阻：当两个触头相接触表面不可能非常平整光滑，总会有突出的部分，因而实际上只有这些突

出点才是真正接触的，这样电流线将收缩到几个有限的点上，这种现象形成了收缩电阻。另一方面由于各导体的接触表面有尘埃、气体或水分子的吸附，金属表面的氧化或硫化等会形成一层表面薄膜，它的导电性很差，由此引起的接触电阻称为表面膜电阻。由上述两种电阻构成了接触电阻；

2、机械磨损：触头在开闭过程中会受到机械力的冲击，造成触头变形，裂开或剥落，因而会影响触头

的寿命；

3、电弧腐蚀：触头在开闭过程中有电弧产生，电弧会使触头表面金属熔融、飞溅而散失，这种现象称

为电弧腐蚀，它决定了触头色使用寿命；

4、触头的发热和熔焊

5、剩余电流：当触头将一交流大电流断开时，电弧虽在电流自然过零点时熄灭，但在触头间还留着一

个暂态微小的剩余电流，它铜触头材料的灭弧能力有关。

6、电击穿：当触头间的开距小而电场强度较大时，那么虽然触头处在断开状态，但触头表面的一些来

联系较弱的颗粒可能在强的场强作用下被拉出吸引至对面触头，导致触头间的电击穿。

7、材料转移：在直流情况下触头动作时，会出现触头材料从触头的一方转移到另一方的现象，称为材

料转移。

三、触头的工作可分为四种工作情况：分断状态、闭合状态、闭合过程和分断过程。

触头闭合工作时，接触力应根据出头工作的要求来选择。如果触头间可能流过短路电流，那么流过短路电流时触头不应被推斥开或发生熔焊。

开关电器触头闭合时发生的碰撞使接触部分发生弹性和塑性变形，一部分动能转化为热能，而另一部分动能则由于弹性变形的复原而发生反方向的反弹。在闭合力的作用下，反弹后再次发生碰撞，经过多次弹跳后触头最后终止于闭合位置。电压较高的电路，触头闭合过程中触头间隙小雨击穿强度时，会发生预击穿而提前产生电弧。触头接通电流后，触头收到电动斥力的作用。触头间隙产生电弧后，触头材料蒸发时产生的压力等都会给触头的弹跳产生影响。

载流情况下触头分断时，若电路的电压与电流值小雨生弧最小值（见表1），将不产生电弧，在一定条件下会产生辉光放电。除少数的继电器外，对于一般的开关电器，电路的电压与电流均大于生弧电压与电流值，因此触头分断时要产生电弧。

触头材料的电导率与热导率要高。电导率高的材料，触头固有电阻小。热导率高时能迅速降低弧根的温度，减小触头金属的熔化面积，减少金属蒸气，提高触头间隙的介质恢复强度。另外，触头材料的金属再结晶温度、熔化温度与沸点要高，熔化与蒸发潜热也要高。这些参数高了，触头不易熔焊，金属的熔化与蒸发量少。同时，也希望触头间隙中介质的游离电位值和触头材料的游离电位值要高。介质游离电位值的提高，可降低间隙中的电导，改善灭弧条件。触头材料的游离电位高了，电子逸出功就大，减少间隙放电时从触头

表面发射的电子。

设计触头时，应以负载电路的电压、电流、功率因素或时间常数、分断与闭合能力、负载工作制、电路的固有参数（固有振荡频率与振幅系数）、要求的电寿命与机械寿命等作为设计的依据，以满足不同工作情况下的不同要求。

材料逸出功

W/eV

游离电位

φ/eV

生弧最小值

电压

U/V

电流

I/A

铂

金

铱

钯

银

钨

铜石墨

镉

镍

锡

锌

铑

钼水银氧化镉6.3

4.9

5.3

4.8

4.74

7.49

4.4

4.81

4.1

4.5

4.38

4.24

4.57

4.63

4.52

3.58

8.96

9.22

9.2

8.33

7.57

7.98

7.72

11.22

9.0

7.63

7.33

9.39

7.7

7.9

10.4

14.8

17.5

15

—

8

12

15

13

20

11

15

—

10.5

13

14

—

—

0.9

0.38

—

0.45

0.4

1.1

0.43

0.03

0.1

0.45

—

0.1

0.35

0.45

—

—

四、触头材料可分为三类：纯金属、合金和金属陶瓷。常用触头材料的性能见表2所列。

（一）、强电用触头材料是以银、铜为主的合金材料，它的要求为：

（1）、低的接触电阻，保证长期通过额定电流而不会过热，因而要求没有高电阻的表面膜。

（2）、电弧腐蚀和机械磨损要小，可使使用寿命提高。

（3）、抗熔焊性能好，要求材料熔点高，在发生故障情况下也能顺利切断电路。

（4）、剩余电流小，灭弧能力强。

（二）、对弱电用触头材料的基本要求同强电触头材料，但由于这种触头的闭合力小，故机械磨损不是主要问题。直流下要求材料转移小。

（三）、真空开关用触头材料一般采用铜铋铈合金、铜铋银合金、铜碲硒合金、钨-铜铋锆合金及铜铁镍钴铋合金。

各种典型开关常用触头材料如表3所列。