电接触材料研究进展调查报告

电接触调研报告——以AgSnO2电接触料为例摘要：本文首先简要介绍了电接触的基本概念和运行要求以及电接触材料的分类，之后以AgSnO2为例综述了电接触材料的研究进展，具体包括AgSnO2电接触材料的优缺点、制造方法及加工工业、列举了AgSnO2电接触材料的相关研究成果,最后总结了以AgSnO2为代表的电接触材料的当前研究方向和发展趋势。

关键词：电接触；材料；AgSnO2；氧化

Electrical Contact Investigation Report —— Using AgSnO2Electrical Abstract:Firstly, this paper introduce the electrical contact about the basic concepts and operational requirements and electrical contact materials classification briefly, latter the paperset AgSnO2as a case to provide a review on the research progress of electrical contact materials, including the advantages and disadvantages of AgSnO2 electrical contact material, manufacturing method and processing industry, and lists the research achievements related to the AgSnO2 electrical contact material. Finally the paper summarized the research direction and development trend by using the AgSnO2as a representative model.

Keywords: electrical contact; material; AgSnO2;oxidation

引言

电接触材料通常应用于开关、继电器、接触器等链接器件中，是制造电接触导体的材料。随着电工技术的发展，在涉及电力、电工电子、通信技术、自动控制技术的各个领域中，电接触既是保证电能和信号顺利传输的关键，又是整个系统最容易发生故障的部分，其可靠性极为重要。但实践中往往只是在出现了电接触失效问题而导致重大乃至灾难事故时方才引起人们的重视。另一方面某些似乎早已解决的电接触失效问题还时而发生[1]。由于载荷类型、大小不同，接触形式多样，环境状态各异、材料种类繁多，因此电接触还存在极为复杂的物理、化学过程。人们对电弧效应、力效应、环境效应等引发的电接触材料服役过程中的电接触表面物理、化学等现象的认识还不够系统深入，目前我们仍需加大对电接触材料研究领域深入研究。

1 电接触的基本概念与运行要求

1.1 电接触的基本概念

电流从一个导体传向另一个导体，导体间的接触处称为电接触。在工程实际应用中，“电接触”常指的是接触导体的具体结构或接触导体本身，称为“电触头”，简称触头或触点。

工程应用中根据操作过程中接触处是否存在相对运动，电接触可分为三类[2]：

（1）固定接触：（强电中有母线的连接或铆接、输电线连接器、电缆头等，在弱电中有电子设备和仪器中的插接件、连接器、塞子和插头）工作中出现的主要现象和问题是；接触电阻、接触温升和接触熔焊

（2）滑动接触：（开关的滑动触头、变阻器的滑动头、电机的电刷与滑环、电车的馈电弓与馈电线等）除上述问题外，还有接触元件之间的摩擦、润滑和磨损。

（3）可分合的接触：（各种开关电器和继电器的触头）在工作期间常出现电弧，是工作可靠性要求最高，工作任务最重的电接触类型。

1.2 电接触运行要求

电接触材料对不同类型的接触方式要求不同,如对滑动接触,主要要求材料的抗摩擦和

磨损能力；对分离接触,由于电弧对触头的严重烧蚀及分断接通操作过程中的机械磨损,要求非常苛刻,概括地讲,理想的银基电接触材料需满足以下几方面要求[3]：

（1）要求具备低的电阻率和蒸汽压,高的热导率、熔点、沸点、熔化热和升华热,并且热稳定性好，电接触在长期通过额定电流时，温升不超过国家规定的数值，而且温升长期保持稳定，接触电阻要求稳定。

（2）电接触在短时通过短路电流或脉冲电流时，电接触不发生熔焊或触头材料的喷溅等。

（3）可分、合接触在开断过程中，触头材料损失应尽量小。

（4）可分、合接触在闭合过程中，要求触头能关合短路电流，且触头表面不应有严重损伤。

除上述要求外[4], 电接触材料应尽可能地易于加工,具有较高的性价比出。于绿色环保考虑, 要求不要污染环境。

2 电接触材料的分类

常见的电接触材料有三大类：纯金属电接触材料、合金电接触材料、复合电接触材料。主要电接触材料和相关特性如表1-3所示。目前电接触所用材料一般不是单一的贵金属，主要应用的以及研究的重点都是他们的合金及复合材料[5]。

由图表1-3可知，目前使用最多的电触头材料是银和银基复合材料，如银-氧化物、银-镍、银-铜、银-镉、银-碳、银-钨等合金。这类材料用银量大；在开断时易生成氧化银、氧化钨等氧化物，造成温升高；易硫化、易磨损，作为电触头材料其寿命波动大。近年来各类开关所用的银基触头材料猛增，造成对银的大量需求[6]。

表1 纯金属电接触材料

种类材料优点缺点主要应用领域

纯金属电接触材料

Ag

电阻率低、热导率高

不易氧化，加工性能好

硬度小、耐磨与耐弧

性能不好，价格高

应用广泛如：继电

器、电器开关等Au、Pt、Pd 大气中不易氧化价格昂贵多用于弱电触头W、Mo

熔化、气化温度高；耐热、

耐磨、抗熔焊性能好

导电和导热性能差、

电弧作用容易形成颗

粒氧化物

多用于小电流和

接触力大的触头Cu

应用最广大的导电材料，

导电和导热性能仅次于

银

空气中易氧化成绝缘

氧化膜

导线、各种电接触

材料

表2 合金电接触材料

材料材质优点缺点主要应用领域

合金电Ag

基

合

金

Ag-Cu

导电、导热性能好，机

械强度高，耐磨性好，

廉价

耐氧化性和耐

腐蚀性能差

接触压力交大的开关

触头；接触压力较小的

滑动触头Ag-Cu-

Ni

强度高，转移损耗小，

接触特性叫稳定，价廉

导电性能比Ag

差

开关频繁的触头和接

触压力小稍带滑动的