ZnO含量对AgCuOIn_(2)O_(3)SnO_(2)ZnO材料电接触性能的影响

实验采用原位反应合成法制备了4种ZnO含量不同的AgCuO(10)In_(2)O_(3)(2)SnO_(2)(2)ZnO(x),(x=0.5、1、1.5、1.8)电接触材料并制成电触头铆钉,通过XRD、SEM、JR04C触点测试机等测试手段,分析了ZnO含量对材料电接触性能的影响。结果表明:电流电压的同时增大,材料电弧侵蚀现象更为明显;ZnO含量对接触电阻、熔焊力、阳极损耗及材料转移有着不同规律的影响,ZnO含量为1.8%(质量分数)的触头具有相对稳定且较低的接触电阻,当ZnO含量为1.0%(质量分数)时平均熔焊力最低,随着ZnO含量的增大,阳极损耗及质量转移质量呈现先减小后增大的趋势,但ZnO含量对于燃弧能量的影响不明显;电弧侵蚀后的阳极表面形成凹坑,阴极表面形成凸峰,ZnO含量的不同,阳极表面侵蚀面积及侵蚀形貌略有不同。对比发现,添加一定含量的ZnO对于AgCuO(10)In_(2)O_(3)(2)SnO_(2)(2)材料的电接触性能有所提升。

金属触头电接触性能研究进展

日常生活中,所有的电力传输和分配、大部分控制系统和大多数信息交换,都依赖于通过电接触实现电流传输。触头承担这种接通、承载和分断电流的作用,其电接触性能影响甚至决定着整个电路系统的质量、性能、使用寿命与技术水平。触头一旦失效将导致严重的后果,小到家电开关如电灯无法点亮,大到电力系统无法正常供电,使一个大都市的交通、生活等瘫痪。基于电接触性能的重要性,自20世纪50年代电接触形成一门独立的学科以来,该领域一直是相关学者研究的重点。电接触的产生、持续和消除是一个复杂的物理、化学过程,是力、热、电、磁及材料冶金效应互相作用的结果,其复杂性使得人们对很多电接触现象、过程的本质和作用机理认识不够深入和透彻,需要进一步的研究探索。同时,随着时代发展和科技进步,不断涌现的新材料(例如针对碳纳米管和石墨烯材料接触电阻的研究)、新的使用要求(例如在特高压输电领域进一步提高动态接触电阻测量模型的精度和有效性)以及新的服役条件和应用环境(例如针对我国高速铁路轮轨的接触电阻研究),对电接触性能的研究提出了新的挑战,促使相关研究亟需在深度上进一步深化,同时在广度上进一步拓展。近年来,电接触性能在不同方面都取得了不少研究进展。在接触电阻方面,引入了一些新的计算方法,使数学模型得到不断的改进和优化。在中高压电领域,学者不断改进高压断路器动态接触电阻的测量方法和计算模型,获得了更为精准的动态接触电阻,对各种影响因素的研究也更加深入,利用动态接触电阻对设备状态的评估和预测进行了初步的探索。材料转移方面,伴随微机电系统的发展,在微观及更小尺度上,研究者利用一些异于传统的新方法、新设备和新模型,发现了与宏观尺度不同的材料转移机理。低压电器领域以替代“万能触头”银氧化隔为目标,高压和真空电器领域以提高Cu基电接触材料性能为目标,学者们主要通过合金化和复合化研发了众多新材料,电侵蚀性能的研究主要围绕这些新材料展开。研究发现,不论对银基还是铜基电接触材料,新型可加工陶瓷材料MAX相是一种改善电弧侵蚀的潜在增强相。此外,增强相颗粒尺寸减小可以提升抗电侵蚀性能。本文对近年来金属触头电接触性能的研究进展进行了归纳总结,分别从普遍关注的接触电阻、材料转移、电侵蚀性能三个方面阐述了国内外对触头电接触性能的研究现状,最后,对电接触性能未来的研究趋势和热点进行了展望。

新型触点电接触性能测试系统的研制

介绍了新研制的触点电接触性能测试系统。该系统采用虚拟仪器技术 ,具有较大的机械参数和电参数调节范围和较高的测量准确度 ,并能同时模拟两路开关触头动作 ,便于对各种触头进行比较研究。

两种CuCr(75/25)触头材料的力学性能和断裂特性对触头电接触性能的影响

使用标准的拉伸试验与冲击试验测量了两种真空开关管用CuCr(75/25)触头材料的力学性能,并用光学显微镜和配有X射线能谱仪的扫描电子显微镜分析了两种触头材料的断裂特性。结果表明,真空熔铸Cu_25Cr合金触头材料的抗拉强度、塑性、冲击强度都明显高于混粉压制烧结的CuCr25粉末冶金触头材料。两种触头材料的断口金相显示了不同的断裂机理,即Cu_25Cr合金材料是以典型的韧窝状断裂为主,而CuCr25粉末冶金触头材料则以Cr颗粒本身的解理断裂和Cr颗粒与Cu基体间的界面断裂为主。同时,讨论了强度、塑性以及Cu/Cr两相的界面结合强度对触头材料接触性能的影响,这些结果将有助于进一步理解为什么Cu_Cr合金触头材料在中国已经成为广泛接受和采用的并将成为全世界范围内中压真空断路器的真空开关管首选的触头材料。

改善碳纳米管电接触性能的研究进展

以基于CNT的微纳电子器件为基础,综述了近年来改善CNT与金属电极间电接触性能的研究进展,阐述了各种改善CNT与金属电极间电接触性能方法的原理和优缺点。通过超声波焊接处理、金属颗粒黏结、碳纤维辅助组装、包覆CNT等处理工艺,可以获得阈值电压低、发射电流密度高和稳定性好的CNT场发射器;采用原子层沉积法、溶液处理法、超声波焊接法、高温退火法等可以很好地改善CNT与金属电极间的电接触性能,进而提高CNT晶体管的迁移率、跨导率和通断电流比;化学机械抛光、电子束诱导沉积等处理工艺可以增加CNT和金属电极的接触面积,降低两者间的接触电阻,从而实现高承载电流的CNT互连线。

Ti_(3)SiC_(2)材料的制备及电接触性能研究

采用熔盐保护合成法制备Ti_(3)SiC_(2)粉末材料,并将该粉末进行热压烧结,制备出Ti_(3)SiC_(2)块状样品。在加载电压10 kV下,对Ti_(3)SiC_(2)块状材料进行电弧烧蚀性能研究。电弧烧蚀后,Ti_(3)SiC_(2)块状材料表面出现烧蚀痕迹,电弧熄灭后,裂纹和显微孔洞显现。结合拉曼光谱和X射线能谱结果,高能高热的电弧使得Ti_(3)SiC_(2)块状材料表面有Ti和Si的氧化物生成。

Te含量对Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)电接触材料组织及电接触性能的影响

采用合金内氧化法制备了不同Te含量的Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)电接触材料,利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和光学显微镜(OM)分析了Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)微观组织,利用JF04C触点测试系统测试了铆钉型触点的电接触性能,分析了Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)电接触材料的转移损耗情况,并利用扫描电镜(SEM)对电接触材料动静触点电弧侵蚀形貌进行了分析,分析Te的添加对材料性能和燃弧机制的影响。结果表明:Te的添加有助于细化晶粒,并且随着Te含量增加,Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)材料形成了波浪状组织,Te的加入未对Ag、SnO_(2)和In_(2)O_(3)的存在形式造成影响,材料的相组成包括Ag、SnO_(2)、In_(2)O_(3)、TeO_(2)和单质Te。随着Te含量增加,材料的接触电阻呈现先上升后下降再上升的趋势,当Te的添加量为0.75%时,接触电阻最低且最稳定,熔焊力平均值为26.6 cN,低于常规模拟继电器30.6 cN的分断力。Te的添加改变了材料转移模式,减少了电弧侵蚀表面喷溅状侵蚀形貌的出现,当Te的添加量为0.75%时,电弧侵蚀表面产生的“猪网油”状的网状结构和“桑葚”状结构,对Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)材料在持续高频直流场合抗材料定向转移及抗熔焊性能方面改善显著,过量添加则会恶化触点性能。

典型环境应力与电连接器间歇性接触失效关联关系分析

电连接器的电接触性能易随温度、振动、腐蚀等环境因素变化,导致电连接器发生各种间歇性接触失效,该类失效具有自行恢复、随机性强、事后难以复现等特点,给装备可用度和任务成功性带来严峻挑战。本文针对温度、振动/冲击、盐雾等典型的环境应力导致电连接器间歇性失效问题开展研究,定性分析间歇性接触失效的环境因素。在此基础上,开展典型环境应力与电连接器间歇性接触失效关联关系的实验研究。结果表明:温变率、振动量级、冲击强度对电连接器间歇性接触失效影响最为明显,是工程中预防电连接器出现间歇性接触失效需要重点关注的环境应力参数。

SnO_(2)含量对AgCuOSnO_(2)电接触性能的影响

采用反应合成法制备了不同SnO_(2)含量的AgCuOSnO_(2)电接触材料。采用FQR-7501型涡流电导率仪测量抛光AgCuOSnO_(2)的电导率。用扫描电镜(SEM)观察和研究了AgCuOSnO_(2)电接触表面的侵蚀形貌。JF04C直流数字电阻测试仪用于进行10000点测试。结果表明,AgCuO(10)SnO_(2)(5)和AgCuO(10)SnO_(2)(8)电触头材料在U=12 V和I=15 A时的接触电阻小于1.3 mΩ,波动最小;当I=10 A时,AgCuO(10)SnO_(2)(x)(x=2,5,8)的熔焊力小于8 cN,AgCuO(10)SnO_(2)(5)电触头的熔焊力较小,当电流增大时熔焊力较为稳定;当AgCuOSnO_(2)电触头材料发生电弧侵蚀时,材料从阳极向阴极转移。随着SnO_(2)含量的增加,材料传输过程中的损耗得到抑制和降低。所转移的电触头表面有少量的气孔和微裂纹,表面形貌较为平坦。

合金内氧化AgCuO电接触材料的组织和性能研究

采用内氧化法生产不同成分的AgCuO(10)电接触材料,研究添加微量Ni、稀土和Sn对AgCuO(10)组织形貌、机械物理性能和电接触性能的影响,结果表明,添加元素均能起到细化氧化物颗粒的作用,其中Sn的作用最为明显;不同成分的AgCuO(10)材料均具备良好的冷加工性;Sn的添加能极大程度的提高AgCuO(10)的抗熔焊性能。

电磁轨道发射器连续发射的滑动电接触

从滑动电接触电阻大小的角度,详细分析了在时序放电条件下,两颗重约为5g的电枢,以速度为1 000m/s,166Hz连续发射试验。通过近似计算电流所流经轨道电阻及电枢体电阻所产生的温升,对滑动电接触电阻的影响。结果表明:连续发射运行模式下,受轨道表面温度上升的影响,第二发电枢的滑动接触电阻略高于第一发电枢的滑动接触电阻,表面滑动电接触性能受到温升的影响,在两连发的发射情况下,其影响虽不是很大,但多发高频连续发射就必须考虑热管理问题。

CP-Nb-Cr/Cu-Cd电触头材料的组织结构与使用性能研究

通过粉末冶金方法制备了一种新型的铜基电触头材料--CP-Nb-Cr/Cu-Cd--并对该材料在中等强度电流条件下的使用性能进行了研究.结果表明,该电触头材料基本满足63～250A电流范围内交流接触器对电接触性能的综合要求.试后组织结构的观察表明,在电弧作用条件下,CP-Nb-Cr/Cu-Cd电触头表面存在大量的裂纹并且形成了一层和基体结构不同的工作层.裂纹在电触头表面和连通、扩展和向材料内部侵入的过程对电触头的使用状态起到决定作用.

双工位电触头电性能测试装置的开发

介绍了新研制的触头电性能测试装置。该装置基于工业计算机和数据采集卡,并能同时模拟2路开关触头动作,便于对各种触头进行比较研究,具有较大的机械参数和电参数调节范围与较高的测量准确度。

高性能滑动电接触实验机的设计分析

近年来,我国在大型电子机械的制造工作中,设计理念和制造工艺都已经有了较大的发展和进步,逐渐实现了与世界先进机械设计和制造理念的接轨,并且呈现出了良好的发展势头和进步空间。目前,我国已经基本实现了高性能滑动电接触实验机的自主设计和研发,设计人员的技术水平和专业技能都得到了大幅的提升。为了深入研究高性能滑动电接触实验机设计中经常遇到的关键性问题,进而实现我国自行研究和制造高性能滑动电接触实验机的远大目标,本文仅就高性能滑动电接触实验机的设计进行分析。

银金属氧化物触点材料电接触退化参数比较试验研究

为了更准确地评价银金属氧化物触点材料的电接触性能,完善触点材料的优选,采用电接触模拟的试验方法对触点材料的退化参数进行分析,设计一种能方便更换动、静触点材料的新型电接触模拟试验系统.通过试验研究获得AgSnO2、AgCdO、AgNi触点材料在同一负载条件下的接触电阻、静压力和回跳能量退化参数,以及AgSnO2在不同负载等级下的接触电阻和燃弧能量退化参数.结果表明,电接触模拟方法得出的数据更加直观与精确,结合实例波形的比较与分析,得出AgCdO的综合电性能最好,AgSnO2电寿命模拟试验过程中熔焊程度随着负载等级的增加而上升.

SnO2粒度对AgSnO2触头材料性能的影响

采用粉末冶金法制备了6种SnO2粒度的无掺杂AgSnO2和AgSnO2/La2O3两种触头材料,研究了SnO2粒度对两种AgSnO2触头材料物理性能和电接触性能的影响。结果表明,当SnO2粒度分别为1 000 nm和500 nm时,无掺杂AgSnO2和AgSnO2/La2O3两种触头材料的硬度适中,导电率较大,接触电阻和燃弧能量均较小且较稳定。通过选择合适的SnO2粒度,可改善AgSnO2触头材料的性能。

银基金刚石复合镀层的性能研究

对不同含量、不同粒径金刚石超细颗粒增强Ａｇ基复合镀层的电接触性能进行了研究。结果表明，复合镀层中金刚石粒径越小，含量越高，其强化效果越好，电磨损率越小，而对接触电阻影响不大。

钛管材电接触式退火工艺研究

本文就电接触式快速加热、保温法对纯钛管材实施大气退火的可行性及工艺进行了尝试.实验证明,采用该方式在1-2 min内将管坯加热至700-800℃、保温1 min,可获得良好的再结晶组织与力学性能,与常规真空退火相当且满足纯钛管材国标力学性能要求.在所选的合理热处理参数下,快速退火后管材表面氧化轻微,对酸洗及刮修难度无影响,管材可进行较大加工量的后续加工,达到了中间及成品退火的目的.该方式可行,工艺参数合理可靠.

一种新型铜基电触头材料退火行为的研究

对一种新型铜基电触头材料的退火行为进行了研究。结果表明,合金经1050℃×20 h退火处理,组织发生明显变化,粗大的枝晶明显消除,晶粒变得细小,合金显微硬度下降至139.7 HV,有利于触头的加工成型;基体相为Cu-Ni相,第二相为Ni-Ti相;合金的接触电阻相对较小,电气寿命升高,具有良好的电接触性能。

热加工对CuNi合金触头材料组织和性能的影响

采用金相显微镜、显微硬度计和电寿命实验机等试验手段研究了热轧和热挤压工艺对新型CuNi合金触头材料组织和性能的影响。结果表明,经热加工处理后,该新型合金材料的组织有明显改善,晶粒得到细化,显微硬度值略有增大,电接触性能有所提高。