1引 言
電觸頭是儀器儀表,電器開關中非常重要的接觸元件.高壓輸變電間大容量超高壓發展,低壓配電系統與控制系統對自動化水平,靈敏程度要求的提高以及電子工業產品的更新換代,都對觸頭材料提出了新的要求|_1].電觸頭在開閉過程中產生的現象極其復雜,影響因素較多,理想的電觸頭材料必須具備良好的物理性能,力學性能,電接觸性能,化學性能,加工制造性能等l2]. 國外對電接觸元件和材料的研究已有六七十年的歷史.早期的觸頭材料多采用純鎢,純鉬,純銅及貴金屬銀,以后開始研制復合觸頭,目前研究比較多的是低壓電器銀基觸頭材料,雙層或多層復層觸頭材料,真空開關及其它封閉開關用觸頭材料等.我國從1956年開始研究和生產觸頭材料,經過4O多a的發展,目前可生產銀基觸頭材料,鎢基觸頭材料,銅基觸頭材料,貴金屬基弱電接點材料等

2常用觸頭材料
2.1銅基觸頭材料
2.1.1銅鎢系觸頭材料
銅鎢系觸頭材料具有良好的耐電弧侵蝕性,抗熔焊性,強度高等優點.但由于其開斷能力不大,只適用于小容量的真空斷路器和真空接觸器.近幾年隨著觸頭結構和滅弧介質的改進,銅鎢憷頭的開斷容量有了很大提高,如在少油斷路器中達到了1 200MVA.在銅鎢合金中添加鎳可使其抗電弧腐蝕性能得到進一步提高|_5].
2.1.2銅鉍合金觸頭材料
銅鉍合金具有良好的抗熔焊性,較低的截流值,一定的開斷能力.但因強度低,電弧侵蝕大,故觸頭壽命較短,可用于20kV以下的真空斷路器中.為滿足更高電壓等級及分斷更大電流的要求,美國研究了CuBiAI(12 9/6 A1,1 9/6 Bi,質量分數)合金|_6],這種合金耐電壓能力是銅鉍(0.5 Bi)合金的3倍,抗熔焊能力也很強.為提高分斷容量,日本又研究了CuTeSe觸頭材料,這種觸頭開斷能力大,損蝕率小.
2.1.3銅鉻材料
銅鉻材料的特點是耐電壓水平高,分斷容量大, 維普資訊http://www.cqvip.com錢寶光.等:電觸頭材料的研究進展與應用有很強的吸氣能力,耐損蝕特性好,截流值不太高. 但就某單一方面的性能,銅鉻觸頭還存在明顯不足, 如耐壓不如銅鎢合金,抗熔焊性略遜于銅鉍合金.截流值則高于銀鎢合金,而且,由于銅與鉻的互溶性差,通過燒結收縮致密化有一定困難.目前各國公認它是最佳的中高壓真空斷路器觸頭材料之一,多用于12kV以上的真空斷路器,許多使用銅鉍的場合已由銅鉻代替. 作者的研究表明,對Cu-Cr-Fe合金進行表面熔凝處理,鉻晶粒尺寸由原來的5～250pm細化到2.5~25pm,明顯提高了材料的耐磨性能[ ,使耐壓強度升高,電截流值降低.
2.2銀基觸頭材料
2.2.1銀鎢系觸頭材料
銀鎢系觸頭材料具有良好的熱,電傳導性,耐損蝕性,抗熔焊性,主要缺點是接觸電阻不穩定.為解決這一問題,可在銀鎢觸頭材料中添加鎘,鋅,鎂及鐵等金屬元素.添加鎳對減輕磨損有利,在鎳含量低于13 9/6時,可使硬度增加,耐電弧腐蝕性也增加.
2.2.2銀金屬氧化物電觸頭材料
在銀金屬氧化物中,有代表性的是銀氧化鎘和銀氧化錫[8].銀氧化鎘電觸頭材料具有耐電磨損, 抗熔焊,接觸電阻低而且穩定的特點,廣泛應用于多種低壓電器.Rieder等及作者的研究表明,決定銀金屬氧化物觸頭材料性能的主要因素不是所選用氧化物的種類[9 ..,而是材料在電弧作用下形成的表層結構和材料的制造工藝以及添加物.作者主要研究了添加合金元素對銀氧化鎘合金形態結構和性能的影響,找到了改善合金導電率,硬度,電弧侵蝕速率的一些添加元素.在中低電流范圍內,可用銀氧化錫取代銀氧化鎘觸頭材料,目前,已應用于各種接觸器,電動機起動器和保護開關,低功率斷路器,儀器儀表等方面.2O世紀8O年代中期,上海電器科
學研究所等單位就完成了內氧化法銀氧化錫材料的試制.目前,國內主要生產廠都已具有生產ASn02材料的能力,產量逐年遞增.

具有優良、穩定的抗熔焊性能及良好的抗電弧侵蝕能力，在500~3000A的電流范圍內，AgSnO2有比AgCdO更好的 抗電弧侵蝕能力，在燈及容性負載下，AgSnO2比AgCdO、AgNi明顯表現出更優良的抗熔焊性能，在交流主性負載下，AgSnO2比AgCdO具有稍高的接觸電阻（由于有微量的特殊金屬氧化物作添加劑，從而保證了它的接觸電阻處于允許的范圍內），但在直流電路13.5A的燈/電機負載（如汽車繼電器）應用場合下，卻表現出低而穩定的電阻值。直流條件下，與AgCdO相比，AgSnO2具有更低的材料轉移。AgSnO2現已被廣泛適用于中大容量交流接觸器（如CJ20 、CJ40 、3TF系列等）、大功率交流開關

50KW以上）、直流接觸器、交（直）流功率繼電器、汽車電器、及中小容量低壓斷路器上。

銀氧化錫(AgSnO2)電觸頭材料不含有毒金屬鎘，其中的金屬氧化物熱穩定性高，具有良好的導電導熱性，在通斷過程中具有很高的耐熱，耐電弧侵蝕及抗熔焊性，從而保證電器運行的可靠性，提高使用壽命。已在較大應用領域替代傳統的AgCdO電觸頭材料。

應用于繼電器，接觸器，空氣開關，限流開關，電機保護器，微型開關，儀器儀表，家用電器，汽車電器，漏電保護開關等。與銀氧化鎘相比，銀氧化錫

2.2.3銀鎳,銀石墨電觸頭材料銀鎳觸頭材料具有良好的導電,導熱性,接觸電阻低且穩定,電弧侵蝕小而均勻,在直流下開閉時的材料轉移比純銀小.但是,這種觸頭在大電流下抗熔焊性能差,通常和銀石墨觸頭配對使用. 為了進一步提高銀鎳觸頭性能,可向銀中加入少量銅,錫或鋅制成合金粉并進行內氧化,然后與R20 的鎳粉及1 以下的石墨粉混合,燒結,擠壓, 所得產品的耐電弧腐蝕性,抗熔焊性與銀氧化鎘相同;向高鎳含量的銀鎳合金中添加一種或多種難熔金屬(鎢,鉬,鉻)或難熔金屬的碳化物,可提高抗熔焊性能;向銀鎳合金中加入其它金屬氧化物(CuO, ZnO,SnOz)還可降低銀含量,而觸頭性能相當或優于銀氧化鎘材料,抗熔焊性亦得到提高;向銀鎳中添加高熔點,耐腐蝕的金屬鈦,能提高銀鎳觸頭的硬度和耐電弧腐蝕性能. 銀石墨觸頭材料的特點是導電性能好,接觸電
阻低,抗熔焊性好,即使在短路電流下也不會熔焊. 但是電弧侵蝕較高,電磨損大,滅弧能力差[ ].銀 石墨類材料的接觸特性與生產過程中石墨顆粒在銀基體中的分布狀態有很大關系.
2.3節銀代銀觸頭材料
世界上銀的儲藏量很少,我國更是一個銀資源缺乏的國家.采用加入價格相對便宜的元素或化合物[1 ,研究新型銀氧化物觸頭材料,研究非傳統組分的銀基材料等方法,可大大節省銀的用量.但節銀只能延長銀資源使用的時間,不能從根本上解決銀資源被消耗的問題.這就對無銀材料的研究提出迫切要求.普遍認為代替銀的最合適的元素是銅, 因為它在導熱,導電性上與銀最相近[1引,而且銅的價格便宜,儲量較多.
作者根據中低電壓觸頭性能要求,以銅為基體, 添加了多種微量元素和改性媒質,研究了一種新型銅基電觸頭復合材料,由表1可見,該材料具有較高的導電率,較低的接觸電阻以及優良的綜合性能,有待于在低壓電器中得到應用.
 

3幾種新的制造工藝
電觸頭材料的制造工藝可分為兩類.一類是傳統工藝,大致歸納為兩種,即一般粉末冶金法等:電觸頭材料的研究進展與應用燒結法)和熔滲法(浸漬法);另一類是有利于提高觸頭材料性能的新工藝,如燒結擠壓法,等靜壓法,離子注入,電弧熔煉,電火花成型燒結法和合金內氧化法Mj.傳統工藝目前應用比較廣泛,作者在研制新
型代銀銅基合金就是采用混粉燒結法.有關傳統工藝的文獻報導較多,不再贅述.
(1)合金內氧化法 將金屬氧化物通過一種或多種組分合金,在均勻的熔融合金內部進行選擇性氧化.此法制成的觸頭具有較高的密度和較好的抗電弧腐蝕性.合金內氧化法大多用于制造銀金屬氧化物觸頭.
(2)超聲波場中壓制一浸漬法 將混合好的合金粉末裝入模具中,并使模具中的粉末處于超聲波場中,在超聲波的作用下,使合金粉末組織均勻,致密,最后燒結成型,可比常規壓制獲得較高的密度.
(3)燒結擠壓(軋制)工藝 將粉末裝入特制的模具中,通人直流與中頻疊加電流,粉末粒子間隙產生微放電現象,不僅將電阻加熱的熱能用于燒結擴散,還利用中頻電場作用助長金屬擴散,并且利用交變磁場的作用,在短時間內高效率地制取組織均勻,高強度,高密度的燒結制品.該工藝是提高材料致密性和加工性的有效方法.
(4)離子注入 在強電場作用下,把某些金屬離子注入到觸頭材料表面,可大大改善觸頭的耐電弧腐蝕性等.
(5)電弧熔煉法 先用粉末冶金法(一般是混粉燒結)將所要求的觸頭合金(如銅鎢,銅鉻)做成電極,再在自耗電弧爐內進行熔化,從而制得晶粒細小,密度偏析小,致密度高以及抗電弧腐蝕性好的觸頭材料,采用該工藝克服了用傳統的粉末冶金法制取的電工合金不致密這一固有缺陷.
4展 望
隨著電器工業的發展,強電觸頭材料在電器開關中地位非常重要,有向高電壓,大電流方向發展的趨勢,研究重點是它的抗熔焊性,耐損蝕性,接觸電阻的穩定性及采用的制備技術,添加元素及粉末原材料對觸頭性能的影響等.中等電負荷的觸頭有向小型化發展的趨勢,在材質方面,仍以銀基合金及銀金屬氧化物為主[¨].對于弱電觸頭材料,也有向小型化,高壽命和高靈敏度方向發展的趨勢,為節約貴金屬,將大量利用多種復層技術,擠壓成型技術,以提高材料的利用率.材料的多層技術和復合材料將成為現代小功率觸頭材料研究的主要方向.
今后一段時期內,調整觸頭產品結構,改善其生產工藝,提高觸頭的性能指標,開發新型的觸頭材料,特別是節銀代銀材料的研究及推廣使用,將成為觸頭行業的發展方向