第二部分 接触电阻的基本概念

所有的开关制造商都普遍使用银镍合金，基于考虑到银镍合金的在以下各方面优良的 性能表现：
机表械面耐的电力；特性； 抵抗金属微粒从一个接触点传到对应的另一接触点的能力； 抗熔接（静态和动态）的能力； 在抵电抗路慢通性断侵下蚀抗的电能弧力侵；蚀的能力； 较强的后电弧介电能力，它能缩短电弧的平均维持时间； 电弧在接触点上的迁移率。
在真空，氖气或者氟化硫密封的情况下，铜的氧化可以完全被消除。而且在密封情况 下它的性能可以跟在空气中的银合金相当。然而，这种密封要求对于插头和插座是不可能。 在空气中，铜以及铜合金由于会生成电阻性的表面层，因而在开关行业中，铜以及铜合金 在没有电镀的情况下从未作为接触材料使用。即使对于低成本的MCB（小型断路器）也没 有采用铜作为两边的接触材料，为了防止熔接，在铜材料上的接触材料通常采用碳化银 （AgC）。
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铜被氧化以后，黄铜就完全没有用了。另外，黄铜不能耐电弧，而且很容易在磨檫下磨损。
4．铜
铜比黄铜要贵，也比黄铜难加工。但是，当需要高导电率的材料时，会考虑选择铜。 跟黄铜一样，铜也容易在环境温度下氧化，而这会使接触电阻大大地增加。当将铜暴露于 常见的污染物质，如氧化硫、氧化氮、酸性物质（即使浓度较低）， 或者卤素物质时，将 铜会在斑将铜被的进表一面生步成氧一化层而具变有得高不电能阻使性用的。而氧化且，亚本铜质（上Cu来2O讲）。，在铜电不弧利作于用快下速，熄表灭面电的弧氧，化而亚且 它不同于其他材料，它的阴极点会停留在一个稳定的位置，从而禁止它的电压增大，这种 “稳定”会大大地增加铜斑的生成。
例如，作用在公车上的非电镀铁条固定焊接处的力矩需要得到精确监控，这个力矩要 高到能够达到气密性接触，但是又要必须低于材料的回弹力系数。为了防止侵蚀，这些焊 接处的外围也需要一些保护。
新铜的电阻很低，但随着时间的推移，当铜开始被氧化后，它的电阻就会大大地增加。氧 化（亚Cu铜2O（）C就u2会O）转是化一生种成较氧差化的铜接（触Cu材O）料，。这因时为接温触度点达就到不10能0-用12了0℃/210-250℉后，氧化亚铜
图11：插针套筒式插头插座插拔力和作用到接触点上的力的方向
（作用在接触面上的力） （插入力） Forces applied to the contact
Insertion force
Withdrawal force
（拔出力）
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驳克码（MARECHAL）点接触式工业插座技术资料之二：
第二部分 接触电阻的基本概念 所应有该的等电于气导工线程的师横截都面知面道积，电。流越大，必须使用越粗大的电缆。有些人自然认为接触的面积 实际上，两个表面真正直接相接触的面是由一些点构成的，由于材料表面的不平整性，真正 的接触面积要比宏观上看到的接触表面要小。 唯一容易测量的值是整体作用在接触面上的力。这个力会被分解到三个（保持稳定位置需要 的最小的斑点数）或更多个的接触斑点上。 无论怎样努力去扩大接触面积，但电子磁力线只通过两个接触导体之间有限的几个斑点上， 这些斑点的总面积实际上比宏观上的接触面要小。电子通过“欧姆系统”( Ohmic （“清 system) 洁体”采接用触哪种，传金输属方对式金由属受）、材隧料道的效氧应化或和热污电染子产效生应的（表fr面itti绝ng缘v层olt的ag厚e 烧度结来电决压定）。进行传输 ,具 世界上所有开关设备的制造商都使用银合金的接触点，通常是半球形的，而且把重点放在施 加的力上而不是放在假定的接触面积上。而且这种方法理念在接触器以及断路器制造业中得 到广泛采用。从这个方面讲，插头和插座是一个例外。
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2） 3）
这被些氧化磨的损微微粒粒在从表临面近的的微小观孔小中孔冲里出氧，化并积累，
4）
形成一层薄的碎片，这层碎片然后转化为粉末，这种粉末起到润滑剂的作用，减少磨 损的效率。
§2.5 材料的影响
接触材料的选择当然是最重要的。当施加的力为一常量时，以下的表格给出了最通用 的材料在两种不同情况下所测得的接触电阻：
到的接触面积）
约束电阻
约束电阻是由于当电流线穿过一些“元素接触点“处产生偏移而造成的。（图 9）
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图9 薄膜电阻 薄膜电阻是由于接触表面上的污染或氧化层造成的。
由接触此点我的们几得出何结形论状，（接几触何电形阻状的决总定值了由接以触下点几的点可因见素接触决面定积：）， 施加的力， 材料的电阻率， 材料的硬度和粗糙度， 表面层的导电系数，尤其是在表面被侵蚀的状态下。
） O2
§2.6 接接触触压压力力是的另控外制一个能够决定接触点质量的主要参数。当插头插入插座时需要施加一 个最小的力。在用滑动的插针与套管式的接触点的情况下，这个施加力通常由分裂套管的 回弹力产生的，也可能是由工作于拉伸状态下并且围绕在套管上的弹簧来产生的。考虑到 容差，这样的弹簧无法用比较经济的方法来标定其弹力系数，而且尤其是当你将来自某一 制造商的插头插入来自另一制造商的插座时，想要精确地控制所需施加力的最小值是不可 能。同时接触压力能够长期保持稳定也是非常关键的。
Layer resulting from inter-action with the material
用形成的层） （物理化学结构） （粗糙度） 宏观形状 Physico-cheห้องสมุดไป่ตู้ical structure
Roughness
Macroscopic shape(
)
一个它表的面粗的糙粗度糙度也是复杂的，表面的粗糙度由所采用的生产加工技术所决定，而且通常 具有随机性。它引入了材料挤压压力这个概念。
接触表面的状态 所施加力的作用
§2.2 接触表面的状态
接触它表面的的物状理态化由学以结下构三个参数决定了：（图7） 从微观角度来看，一个表面的物理化学结构是非常复杂的，周围环境中的外来元素与材料 发生反应形成一个表面层，通常称为“侵蚀层”。
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图 ： （外来物质层） （与材料相互作 7 Layer made of foreign elements
全新 生锈或氧化后
材料 银金铜黄银铜镍85/15合金
全新 接触电阻 Ω 6 u Ω 31 u Ω 29 u
Ω 370 u Ω 23 u 表2：不同材料的接触电阻
生锈或氧化后 Ω 25 u Ω 31 u Ω 400 u
Ω 1400 u Ω 60 u
1． 银 从所有可以从市场上购买到的金属来看，银金属具有最低的接触电阻。由于氧化银 A强失g点去2O，光也但泽是它后一并都种不能好稳保的定持导。优体良硫，化的因银电而会特银在性金。属3在0不0低摄受温氏湿情度气况（或下5者7产0干华生燥氏的空度硫气）化的下银影消（响失A,，而g2S它且黑在甚银电至）弧在电作高阻用温性下或稍很者微 容易除去。银金属由于具有非常低的接触电阻，在高电流情况下尤其受欢迎。但另一方面， 由于银是软金属，容易磨损。银金属不能承受重复的电弧，因为重复的电弧会将银汽化挥 发掉，而且银需要在相对低的压力和温度下进行焊接。因而，银金属不适合用于“开关“设 备。 2．金 金具有很低的接触电阻，而且它的接触电阻不会随时间变化，并且在通常情况下金不 会一被样氧的化弊端。除。了采用固态金金属的经济效益不可行以外，从机械的观点来看，金具有同银 3．黄铜 据具黄体应铜（用铜将与零锌件按加不工同成要比例求合的成形的状金。属但是）是，相黄对铜也比较是便以宜上所的材列料材料，这中种最材次料的确。实由于适合其根中 的锌是一种导电率较弱的材料，因而全新的黄铜就已有很大的接触电阻，但是当黄铜中的
颗粒抵在电抗金弧属室微内粒的积从一累个，并接防触点止会传损到坏对介应电的能另力一的接导触电点的层的特生性成能。够这防种止特已性被对侵于蚀小的尺金寸属的 产品尤其有利，因为在小尺寸的产品中空气和漏电处的距离非常小。
考虑到其他一些特殊的性能，目前在开关制造业中也会使用以下材料：
碳化银（AgC）
银锡氧化物（AgSn 银钨合金（AgW）
温度
厚度（10-10M）
1 000小时后 100 000小时后
20
． 21 7
37
55
35
170
60
39
210
85
87
690
100
150
1300
表3：铜表面上的氧化亚铜厚度随时间和温 度的变化
5. 铜铍合金
优点铜是具铍有合更金大有的时用回来弹做力和接更触膜好片的插磨头檫，系这数种，插从头而被减放少在磨接损触并导使管引内脚。上铜的铍电合镀金层跟使铜用相更比久的。 然而，它的电阻率可以跟黄铜的电阻率相当。这种膜片插头的缺点是需要两对接触点：一对 是在引脚与膜片插头之间，另一对是在膜片插头及与夹住它的接触导管之间。
从宏它观的角几度何来形看状，一个接触表面的几何形状是比较容易确定的。这个形状将决定在两个表 面之间可见的接触面积。
触电 值 §2.3 接 阻的求
由于材料的粗糙度，实际的机械接触不是发生在整个可见的接触面上。机械接触只发生在一 定数目的小点上，称为“元素接触点”(elementary 。 contacts)
图 10 §2.4 接触腐蚀
接触腐蚀是接触点质量的一种恶化，这是由于在两个接触面之间摩擦及微观运动造成磨 损和在材料表面的微孔里积累的氧化微粒所造成的。
这些微观的移动是由于振动，冲击，或者在不考虑外界因素情况下由于材料的热膨胀 而产生的。
这些氧化颗粒构成了一种“第三者“材料。 接触腐蚀机理有以下四个主要步骤： 1） 在黏附力作用下，产生磨损微粒，
接触电阻由两部分组成： 约束电阻(constriction resistance) 薄膜电阻(thin film resistance)
图8
图 ： （电接触点） （实际机械接触点） （视觉看 8 Electric contact spots
Actual mechanical contacts
Visible contact area
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6. 银镍合金85/15
银镍合金AgNi85/15（银占85%，镍占15%）将银金属突出的接触性能和镍金属优良的 机械特性相结合。银镍合金只有在极高的压力和温度下才熔接，因而耐电弧性非常好。在 重复的电弧作用下，银镍合金也会逐渐磨损，而这种磨损可以看做是接触点的正常损耗。 因而，银镍合金AgNi85/15就是我们为大多数接触点制造商选用的材料。
§2.1 物理概念
无论使用哪一种接触，接触导体的不连续性会产生一个附加的电阻（称为“接触电阻“）。 在没有接触的情况下,这个电阻比接触的两方中的一个的电阻要大。 这个电阻的阻值将决定接触的质量，因为：接触电阻阻值越高，则接触电阻上的压降越大， 因而接触点释放的热量将越多。如果温度上升到一定的极限，接触点就会损坏。因为温度越 高，损坏的速度就越快，这种现象会很快蔓延。 一个接触点的状态（它的阻值）主要由以下两个参数决定：