Analyse van de huidige ontwikkelingsstatus en sleuteltechnologieën van relaiscontactmaterialen

In industriële automatisering, energiecontrole, spoorvervoer, nieuwe energie en elektronische apparatuur blijven relais een van de meest fundamentele en kritische elektrische besturingscomponenten. Onder hen bepaalt het relaiscontact, als de kernstructuur die het "aan" en "uit" van een circuit realiseert, rechtstreeks de betrouwbaarheid, levensduur en toepasselijke bedrijfsomstandigheden van het relais door zijn materiaalkeuze.

 

Vanuit technisch toepassingsperspectief is het relaiscontact in wezen een gecontroleerde schakelinterface. Tijdens het schakelproces tussen normaal open en normaal gesloten toestanden moet het contact niet alleen een stabiele geleiding behouden, maar ook elektrische bogen, hoge temperaturen en mechanische schokken weerstaan ​​op het moment van ontkoppeling. Daarom zijn contactmaterialen altijd een van de belangrijkste onderzoeksrichtingen geweest bij het ontwerpen en vervaardigen van relais.

 

 

Relaiscontacten bestaan ​​doorgaans uit bewegende en stationaire contacten, die worden aangedreven door een elektromagnetisch systeem om het in- en uitschakelen te voltooien. De contactprestaties worden beïnvloed door verschillende factoren, waaronder materiaalsamenstelling, contactdruk, belastingsstroom, spanningsniveau, schakelfrequentie en gebruiksomgeving. Zodra een parameter het ontwerpbereik overschrijdt, kan dit problemen veroorzaken zoals contacterosie, lassen, verhoogde contactweerstand of zelfs falen.

 

Op het moment dat de contacten opengaan en de belastingsstroom of de spanning tussen de contacten een kritische waarde overschrijdt, breekt de lucht af en vormt een elektrische boog. De hoge temperatuur die door de boog wordt gegenereerd, erodeert snel het contactoppervlak, waardoor de materiaalslijtage wordt versneld. Daarom zijn het op de juiste manier selecteren van contactmaterialen en het strikt controleren van de nominale spanning en stroom van de contacten van cruciaal belang om de stabiele werking van het relais op lange termijn te garanderen.

 

 

Vanuit structureel perspectief omvatten relaiscontactvormen voornamelijk puntcontact, lijncontact en oppervlaktecontact. Hiervan is puntcontact het meest gebruikelijk bij elektromagnetische relais. Deze structuur is voordelig voor het bereiken van een hogere contactdruk binnen een beperkte ruimte, waardoor de contactweerstand wordt verminderd.

 

Bij het ontwerpen van contactstructuren zijn bladveerstructuren en elastische structuren ook gebruikelijk. In sommige toepassingen worden bijvoorbeeld elektrische contacten met bladveren of contactstructuren met elastische compensatiemogelijkheden geïntroduceerd om de impact van contactstuiteren op de geleidingsstabiliteit te verminderen. Dit type ontwerp is vooral belangrijk bij hoogfrequente schakeling of kleine signaalbesturingsscenario's.

 

 

Vanuit materiaalsysteemperspectief worden relaiscontacten momenteel hoofdzakelijk onderverdeeld in drie categorieën: materialen van puur metaal, materialen van metaallegeringen en metaal-keramische composietmaterialen (poedermetallurgische materialen).

 

Onder lage-kosten en algemene belastingsomstandigheden wordt puur koper of verzilverd-verzilverd koper nog steeds veel gebruikt. Omdat toepassingsscenario's echter een hogere levensduur en betrouwbaarheid vereisen, zijn materialen met één-metaal onvoldoende om te voldoen aan de behoeften van complexe bedrijfsomstandigheden, en worden legerings- en composietmaterialen geleidelijk de mainstream-aanpak.

 

 

Van de vele contactmaterialen nemen zilver en zijn legeringssystemen een cruciale plaats in. Zilver bezit een extreem hoge elektrische geleidbaarheid en een goede thermische geleidbaarheid, waardoor het een ideaal basismateriaal is voor de vervaardiging van elektrische zilvercontacten. In praktische toepassingen wordt puur zilver doorgaans gelegeerd om de weerstand tegen lassen en slijtage te verbeteren, waardoor verschillende elektrische contacten van zilverlegeringen worden gevormd.

 

Hiervan worden zilver-nikkel-, zilver-koper- en AgNi-systemen veel gebruikt in relais met gemiddelde- belasting; deze materialen worden vaak gezamenlijk zilverlegeringscontacten genoemd. Voor hogere belastingen of frequente schakeltoepassingen worden zilveroxidesystemen, zoals zilvercadmiumoxidecontacten of zilvercadmiumoxide elektrische contacten, gebruikt om de weerstand tegen boogerosie te verbeteren. De technische beschrijvingen van zilvercadmiumcontact of agcdo-contact worden ook vaak aangetroffen in de traditionele literatuur.

 

Bovendien biedt het AgNi-systeem voordelen bij het balanceren van milieuvriendelijkheid en prestaties, en wordt het in sommige normen agni-contact genoemd. Het wordt voornamelijk gebruikt in toepassingen die stabiele geleiding en matige boogweerstand vereisen.

 

 

Bij toepassingen die hoge stroomsterkte, hoge spanning of hoge mechanische sterkte vereisen, heeft het uitsluitend vertrouwen op legeringen op basis van zilver- beperkingen. In deze gevallen worden wolfraam- en zilver-wolfraamcomposieten gebruikt vanwege hun extreem hoge smeltpunt en uitstekende ablatieweerstand. Deze materialen worden vaak aangetroffen in vermogensrelais, contactors en andere apparaten, maar hun contactweerstand is relatief hoog, waardoor ze over het algemeen ongeschikt zijn voor zwakke signaalcircuits.

 

Structureel worden deze materialen vaak gecombineerd met het substraat in de vorm van elektrische contactklinknagels, bevestigd aan de contactsteun door middel van klinknagels of lassen, om de mechanische sterkte en geleidbaarheid in evenwicht te brengen.

 

 

Voor kleine signaalbesturingscircuits, vooral bij toepassingen met lage- spanning en lage- stroom, heeft de toestand van het contactoppervlak een aanzienlijke invloed op de signaalintegriteit. Bij deze toepassingen wordt doorgaans vergulding toegepast op substraten van koper of koperlegeringen om de contactweerstand te verminderen en oxidatie te voorkomen.

 

Deze ontwerpen worden vaak gecombineerd met elastische structuren om een ​​werkmodus te vormen die lijkt op elektrische veercontacten of elektrische veercontacten, waardoor een stabiele signaaloverdracht op lange termijn wordt gegarandeerd.

 

In sommige systemen met hoge{0}}betrouwbaarheid worden ook veer-geladen elektrische contactstructuren geïntroduceerd om prestatievermindering veroorzaakt door contactslijtage door voortdurende elastische druk te compenseren.

 

 

Met de snelle ontwikkeling van nieuwe energie, elektrische voertuigen, slimme netwerken en industriële automatisering neigen de bedrijfsomstandigheden van relais naar hogere stromen, hogere schakelfrequenties en strengere milieueisen. Deze trend stimuleert de voortdurende evolutie van contactmaterialen van traditionele enkelvoudige metalen naar hoogwaardige legeringen en composieten.

 

Tegelijkertijd zetten strengere milieuregels de industrie ertoe aan om geleidelijk het gebruik van cadmium-bevattende materialen te verminderen, waardoor de ontwikkeling van nieuwe, op zilver-gebaseerde legeringssystemen wordt bevorderd. Tegen deze achtergrond zullen verschillende typen elektrische contacten gedifferentieerde ontwikkelingspaden blijven vertonen op basis van toepassingsscenario's.

 

 

Hoewel relaiscontacten klein van formaat zijn, spelen ze een uiterst cruciale rol in het gehele elektrische regelsysteem. De keuze van contactmaterialen heeft niet alleen invloed op de geleidbaarheid, maar heeft ook rechtstreeks invloed op de levensduur, de veiligheid en de systeembetrouwbaarheid van het relais. In de toekomst, naarmate de eisen aan toepassingen blijven stijgen,relaiscontactmaterialen blijven een belangrijk aandachtsgebied en technologische innovatie op het gebied van elektrotechniek.