1tom092

5. MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE 186

5.2.13. Materiały stykowe

Dowolne połączenie w torze prądowym nazywa się zestykiem. Część zestyku należąca do jednego toru nazywa się stykiem.

Ze względu na sposób pracy rozróżnia się następujące zestyki:

—    nierozłączne nieruchome, w których miejsca styczności obu styków nie zmieniają wzajemnego położenia w czasie pracy; zapewnione jest to np. przez skręcenie śrubami, zespawanie lub sprasowanie;

- nierozłączne ruchome (ślizgowe), w których miejsca styczności obu styków mogą zmieniać wzajemne położenie bez ograniczenia wartości przewodzonego prądu;

—    rozłączne bczłukowe, które przewodzą prąd w stanie zamknięcia oraz mogą być rozłączane w czasie, kiedy prąd nic płynie, a więc kiedy nie występuje łuk elektryczny;

—    rozłączne łukowe, które przewodzą prąd w stanic zamknięcia oraz mogą być rozłączane w czasie przepływu prądu, a więc kiedy występuje łuk elektryczny.

Warunki mechaniczne pracy zestyków rozłącznych powinny zapewniać poprawny stan styków przy pracy urządzenia w ciągu co najmniej 10-=-25 lat. Okres trwałości urządzeń elektronicznych przyjmuje się 12-?-15 lat, przv czasie efektywnej pracy urządzenia do 10000 h.

Tablica 5.8. Charakterystyka niektórych materiałów stykowych, wg [5.2; 5.3; 5.18; 5.22 i 5.33]

Materiał	Właściwości	Przykłady zastosowania
Miedź	metal tani, skłonny do tworzenia warstwy tlenków i siarczków; wymagany silny docisk	łączniki wysokiego napięcia; wyłączniki olejowe
Srebro	metal szlachetny; wrażliwy na działanie siarki i siarczków; dość podatny na wędrówkę materiału; łatwy do spawania; niska temperatura topnienia; dość łatwy do obróbki	posrebrzanie styków do obwodów wielkiej częstotliwości; nie nadaje się na styki podlegające ścieraniu: teletechniczne styki dociskowe i wtykowe; nie nadaje się przy dużych prądach; styki przekaźnikowe
Złoto	chemicznie odporne, przede wszystkim na utlenianie i tworzenie siarczków, mała rezystancja przejścia; skłonne do upalania, zespawania styków i wędrówki materiału; niewielka twardość; duża ścieralność; duża stabilność rezystancji przejścia	pokrycia galwaniczne; pozłacanie wtyczek, wybieraków, styków nitowych w przekaźnikach teletechnicznych
Platyna	odporna na zużycie mechaniczne i elektryczne; mała przewodność elektryczna; podatna na wędrówkę materiału; odporna na upalanie i korozję; nie tworzy siarczków; bardzo droga	styki o dużej niezawodności działania; styki przekaźników teletechnicznych
Pallad	bardzo twardy i odporny na upalanie: podatny na formowanie (platerowanie): tańszy niż platyna	styki teletechniczne; przekaźniki, styki do migaczy; pokrycia galwaniczne
Nikiel	odporny na tworzenie się warstw nalotowych tlenkowych i siarczkowych	styki urządzeń niskonapięciowych i wysokonapięciowych
Wolfram	bardzo wysoka temperatura topnienia; największa odporność na upalanie styków i spawanie; duża trwałość; duże utlenianie przy łączeniach, ale dopiero po przekroczeniu temperatury 350’C; wymagana duża siła docisku	styki zapłonowe w silnikach spalinowych; styki impulsowe w wybierakach; styki opalnc w wyłącznikach; styczniki
Molibden	skłonny do utleniania bardziej niż. wolfram; skłonny do upalania mniej niż wolfram	wyłączniki wysokiego napięcia
Srcbro-micdź	materiał twardszy niż srebro; mniej skłonny do upala-	łączniki krzywkowe; pierścienic ślizgo-
(stop)	nia niż srebro, mniej łatwy do spawania; rezystancja przejścia większa niż srebra	we; styki przekaźników przy średnich obciążeniach; stosowane przy większych narażeniach mechanicznych niż. srebro w stycznikach
Srcbro-kadm	mniej skłonny do sczepiania niż srebro; sprzyja gaszę-	łączniki krzywkowe; styczniki silnie ob-
(spiek)	niu łuku; odporny na wędrówki materiału; wrażliwy na działanie siarki i związków siarki	ciążonc prądowo; przekaźniki prądu stałego
Srebro-pallad	materiał twardy, odporny na upalenie; powyżej za war-	przekaźniki, wybieraki, styki bimetali-
(spiek)	tości 30% Pd bardzo odporny na działanie siarki; mniej skłonny do wędrówki materiału niż srebro: tańszy niż Pt i Pd	czne, potencjometry precyzyjne; aparatura do pracy w wilgoci i atmosferach przemysłowych

Materiał)’ stykowe mogą być: jednorodne, dwuwarstwowe (bimetale oraz z warstwą zewnętrzną nakładaną galwanicznie lub natryskiwaną) i wielowarstwowe. Materiały stykowe jednorodne wykonuje się w kształcie prętów, drutów, płytek, nakładek stykowych lub blach. Bimetale stykowe wytwarza się jako blachy, taśmy, pręty lub rurki. Trwałość styków bimetalowych jest na ogół nieco mniejsza niż styków' jednorodnych, są one jednak tańsze i łatwiej obrabialne. Warstwy nanoszone galwanicznie i metodą natryskową wykonuje się przede wszystkim z materiałów szlachetnych. Wielowarstwowa struktura styku — w której Zarówno twardość, jak i gęstość materiału zmniejsza się stopniowo od warstwy do warstwy wówczas, gdy konduktywność się zwiększa — poprawia warunki pracy zestyku oraz ułatwia montaż, styku dzięki łatwiejszemu lutowaniu.

Materiałami stykowymi są: metale czyste, stopy i spieki. Do najlepiej nadających się metali czystych należą metale szlachetne, takie jak srebro, złoto, platyna i pallad. Do często stosowanych metali nieszlachetnych należy miedź, wolfram i molibden. Zaletami miedzi są: duża konduktywność i dobre przewodnictwo cieplne, łatwość obróbki i lutowania, niska cena; wadami zaś: łatwość tworzenia warstw nalotowych z półprzewodzących tlenków i siarczków, niska granica plastyczności i dość niska temperatura topnienia. Wolfram i molibden wykazują dużą odporność na opalanie (wysoka temperatura topnienia) oraz dobre właściwości mechaniczne. Oba te materiały jednak łatwo ulegają utlenianiu.

O doborze stopów i spieków decydują zarówno względy ekonomiczne (niska certa materiału), jak i możliwość sterowania właściwościami materiału przez odpowiedni dobór składników.

Materiały stykowe z metali czystych wykonuje się metodą odlewania i obróbki plastycznej (łącznie z wyżarzaniem). Materiały ze spieków wytwarza się albo typową metodą metalurgii proszków (mieszanie, prasowanie i spiekanie), albo metodą nasycania, polegającą na tym, że porowaty, spieczony szkielet utworzony z jednego składnika, np. wolframu o dużej liczbie połączonych ze sobą porów, wypełnia się roztopionym metalem, np. miedzią. Warunkiem nasycenia jest to, że temperatura topnienia materiału stanowiącego szkielet jest wyższa niż metalu przesycającego ten szkielet. Porowatość szkieletu może być zmienna w obszarze kształtki stykowej, co pociąga za sobą zmienny stopień nasycenia. W ten sposób uzyskuje się żądany rozkład właściwości mechanicznych i cieplno-elektrycznych w zestyku, podobnie jak w przypadku struktury wielowarstwowej.

Charakterystykę materiałów stykowych i zakres ich zastosowań podano w tabl. 5.8.

Materiały na styki zestyków' ślizgowych, zwane potocznie materiałami szczotkowymi dzieli się na:

—    elektrografitowe (surowce: sadza, koks naftowy, koks pakowy, koksy specjalne, grafit

naturalny i sztuczny, tzw. clektrografit);

—    metalografitowe (mieszanina metali i grafitu);

—    węglowo-grafitowe i węglowe (mieszanina grafitu i surowców węglowych);

—    grafitowe (grafit naturalny lub sztuczny i niewielka ilość dodatków).

Do podstawowych właściwości materiałów szczotkowych zalicza się: masę właściwą, rezystywność, twardość i wytrzymałość mechaniczną, ścieralność, dopuszczalną prędkość obwodową, dopuszczalną gęstość prądu, spadek napięcia na rezystancji przejścia, współczynnik tarcia.

5.2.14. Materiały na ogniwa termoelektryczne

Materiały na ogniwa termoelektryczne (termoelementy), nazywane także materiałami termo-elektrodowymi, odznaczają się stałością charakterystyki temperaturowej, niezbędną wytrzymałością mechaniczną oraz odpornością na utlenianie. Do tych materiałów' należą zarówno metale szlachetne z grupy platynowców i ich stopy, a także złoto, jak i metale nieszlachetne z rodziny chromowców (chrom, wolfram, molibden), żclaz.owców (żelazo, nikiel) oraz aluminium, miedź i mangan. Wpływ na charakterystykę termoelementu ma nie tylko rodzaj stykających się metali, lecz także ich czystość i jednorodność struktury. Konieczna jest zatem stabilizacja właściwości metali tworzących termoelement przez ich uprzednie wyżarzenie.

W tablicy 5.9 podano rodzaje materiałów stosowanych najczęściej do wyrobu ogniw