银金属氧化物触头材料具有优良的开关运行特性,是低压电器中广泛应用的触头材料之一。电触头是开关电器中直接承担接通和分断电路的元件,对开关电器的安全运行起着决定性的作用。随着当今继电器、接触器等低压电器向大功率、小型化、高可靠性方向发展,对与之配套的触头材料也提出了更高的性能要求,因此研究和发展触头材料受到广泛的重视。由于目前正在使用的AgCdO材料中的Cd具有毒性,在制造和使用过程中对人体及环境构成危害,所以迫切要求研制新的无毒材料以取代AgCdO。

AgSnO2触头材料以其本身所具有的极好的抗电侵蚀性和优于AgCdO触头材料的抗直流转移性能而在新型汽车电器、航天电器、高品质家用电器等方面成为首选。特别是在部分出口到欧美发达国家的产品中,AgSnO2触头材料是唯一可选择的、能在大电流下使用的环保材料。

电触头的工作状态及对触头材料的基本要求。

一、触头的工作状态

1.闭合过程

在闭合过程中,动触头以一定的速度向静触头运动闭合。由于触头及其构件具有弹性,当动触头与静触头碰撞后,触头系统的动能大部分转变成变形能,当触头变形恢复时变形能就转变成动能,使动触头反弹运动。若触头弹跳幅度超过了它的变形能,则动、静触头相互分离产生电弧(短弧),电弧的高温使触头表面熔化、气化和喷溅,造成触头的“关合侵蚀”。触头在弹跳过程中由于摩擦和塑性变形等消耗部分能量,弹跳幅度逐渐减小,最后弹跳停止从而进入闭合工作状态。触头弹跳停止后电弧熄灭,触头表面的熔化金属迅速冷却凝固,容易使触头产生熔焊,一般称为“动熔焊”。如果触头的焊接强度超过了开关机构的分断力,则触头将造成永久性熔焊而使开关失去工作职能。

2.闭合导电过程

由于触头接触处有一定的接触电阻,当电流通过触头时,接触电阻产生的焦耳损失使触头发热,温升增高。如果触头的温升过高,接触表面便迅速生长较厚的氧化膜,使导电斑点的数目减少,尺寸缩小,接触电阻变大。接触电阻一旦变大,温升进一步增高,接触电阻更加变大,如此恶性循环,最后导致接触面熔化而焊接,或者接触电阻变为无限大使导电失效。这种因接触电阻发热而导致的熔焊称为触头的“静熔焊”。另外,触头多次通电操作后,由于接触电阻和电弧的热作用,使接触表面侵蚀变形,氧化物聚集,也将导致接触电阻增大,温度升高。

3.分断过程

在分断过程中,动触头以一定的速度与静触头分离断开,触头一旦分离即引燃电弧。低压电器常采用磁吹线圈使电弧迅速运动进入灭弧室而熄灭。然而,触头起始分离时电弧不能被磁场驱动,它要在触头上停留一段时间,故使触头表面侵蚀。只有当触头分离超过一定距离后,磁场才能驱动电弧运动。电弧离开触头进入灭弧室后熄灭。电弧熄灭后,触头间隙起着隔离线路电压的作用。

二、对触头材料的基本要求

由于上述触头的工作状态以及当今低压电器向大功率、小型化、高可靠性方向的发展,故对触头材料提出了更高的性能要求:

1.良好的导电性。这是对触头材料的基本要求,材料本身要具有低而稳定的电阻,同时在工作一段时间后,要保证接触电阻不会急剧增大。

2.耐电磨损。小型化的大功率电器无疑会使触头材料在大电流、高电压下工作,而且由于触头尺寸较小,承受的电流密度较大,触头材料必须要能经受强电弧的侵蚀,保证有足够的使用寿命。

3.抗熔焊能力强。小型大功率电器在使用中往往还存在着大的浪涌电流,极易造成触头熔焊或剧烈烧损,触头材料在选择材料成分和结构时要充分考虑到这一点。