Materiały stosowane do wykonywania styków elektrycznych
Żywotność i niezawodność styku w dużej mierze zależą od materiału styku.
Wymagania dotyczące materiałów kontaktowych:
1. Wysoka przewodność elektryczna i przewodność cieplna.
2. Odporny na korozję.
3. Odporność na tworzenie filmu o wysokim r.
4. Niska twardość materiału, aby zmniejszyć siłę nacisku.
5. Wysoka twardość zmniejsza zużycie mechaniczne podczas częstego włączania i wyłączania.
6. Niska erozja.
7. Wysoka odporność na łuk (temperatura topnienia).
8. Wysoki prąd i napięcie wymagane do wyładowania łukowego.
9. Łatwa obsługa i niski koszt.
Wymienione wymagania są sprzeczne i prawie niemożliwe jest znalezienie materiału, który spełnia wszystkie te wymagania.
Do połączeń stykowych stosuje się następujące materiały:
Med. Spełnia prawie wszystkie powyższe wymagania, z wyjątkiem odporności na korozję. Tlenki miedzi mają niską przewodność. Miedź jest najpopularniejszym materiałem styków i jest używana zarówno do styków odłączalnych, jak i przełączających.W złączach rozłączalnych na powierzchniach roboczych stosowane są powłoki antykorozyjne.
W stykach przełączających miedź jest używana przy naciskaniu powyżej 3 N dla wszystkich trybów pracy z wyjątkiem długotrwałego. Do ciągłej pracy nie zaleca się stosowania miedzi, ale w przypadku jej stosowania należy podjąć środki zapobiegające utlenianiu powierzchni roboczych. Miedź może być również używana do styków łukowych. Przy niskim nacisku styku (P < 3 N) nie zaleca się stosowania styków miedzianych.
Srebro. Bardzo dobry materiał stykowy spełniający wszystkie wymagania poza odpornością na łuk przy dużych prądach. Ma dobrą odporność na zużycie przy niskich prądach. Tlenki srebra mają prawie taką samą przewodność jak czyste srebro. Srebro stosuje się na styki główne w urządzeniach wysokoprądowych, na wszystkie styki o pracy ciągłej. W stykach dla małych prądów przy niskim ciśnieniu (styki przekaźnika, styki obwodów pomocniczych).
Srebro najczęściej stosuje się w postaci nakładek — cała część jest wykonana z miedzi lub innego materiału, na którym naspawana (lutowana) jest srebrna powłoka tworząca powierzchnię roboczą.
Aluminium. W porównaniu z miedzią ma znacznie niższą przewodność i wytrzymałość mechaniczną. Tworzy słabo przewodzący stały film tlenkowy, co znacznie ogranicza jego zastosowanie. Może być stosowany w składanych połączeniach stykowych (szyny zbiorcze, przewody polowe). W tym celu powierzchnie robocze styków są posrebrzane, miedziowane lub wzmacniane miedzią.
Należy jednak liczyć się z niską wytrzymałością mechaniczną aluminium, w wyniku której z czasem spoiny mogą ulec osłabieniu, a styk może ulec zerwaniu (nie należy przeceniać docisku styku).Aluminium nie nadaje się do styków przełączających.
Platyna, złoto, molibden. Służą do przełączania styków dla bardzo małych prądów przy niskim ciśnieniu. Platyna i złoto nie tworzą warstw tlenków. Styki wykonane z tych metali mają niską rezystancję przejściową.
Wolfram i stopy wolframu. Dzięki wysokiej twardości i wysokiej temperaturze topnienia mają wysoką odporność na zużycie elektryczne Wolfram i stopy wolframu z molibdenem, wolfram z platyną i inne są stosowane przy niskich prądach do styków o wysokiej częstotliwości przerywania. Przy średnich i wysokich prądach są one używane jako styki łukowe do przerywania prądów do 100 kA i więcej.
Temperatury topnienia różnych materiałów przewodzących
Spiekany metal — mechaniczna mieszanina dwóch praktycznie niestopowych metali otrzymywana przez spiekanie mieszaniny ich proszków lub impregnowanie jednego stopionym drugim. W tym przypadku jeden z metali ma dobrą przewodność, podczas gdy drugi ma wysoką wytrzymałość mechaniczną, jest ogniotrwały i odporny na łuk. W ten sposób metaloceramika łączy w sobie wysoką odporność na łuk elektryczny ze stosunkowo dobrą przewodnością.
Najczęstsze kompozycje metalowo-ceramiczne to: srebro – wolfram, srebro – molibden, srebro – nikiel, srebro – tlenek kadmu, srebro – grafit, srebro – grafit – nikiel, miedź – wolfram, miedź – molibden itp. Srebro, głównie do prądu przemiennego) do średnich i dużych prądów przerywanych, a także do styków głównych dla prądów znamionowych do 600 A.