Спеченные электрические контакты

В материалах электрических контактов должны сочетаться свойства: тугоплавкость и высокая твердость, высокие тепло- и электропроводность, высокая коррозионная стойкость, низкое сопротивление, высокие дугогасящие свойства, "срез тока" при выключении, отсутствие склонности к мостикообразованию, не должно быть сваривания должны быть антифрикционные свойства в случаях сухого трения. Выплавленные металлы не могут сочетать эти противоречивые свойства, поэтому электроконтактные материалы являются композитами порошковыми. К ним относятся псевдорастворы не растворяющихся друг в друге материалов (W - Cu, W - Ag, Mo - Cu, Mo - Ag, Ag - C, Ag - Ni, Ag - Cd, Ag - Co). В матричную среду иногда внедряют волокна, нитевидные кристаллы, пространственные решетки.

На работу контактов, их разрушение, изменение структуры действуют следующие факторы:

- сила тока и его вид, напряжение;

- мощность источника тока, характер нагрузки;

- количество и частота срабатывания;

- контактное давление;

- способ гашения дуги;

- состав и температура среды;

- геометрические размеры контактов.

Электрические контакты в режиме КЗ не должна свариваться и нагреваться, должны быть высоко электропроводными и теплопроводными, иметь низкое сопротивление, высокую температуру плавления и жаропрочность; контакты не должны свариваться, быть пластичными, прочными, упругими.

Выбор материалов контактов осуществляется по условиям работы: низко и высоковольтные; низко и высокоточные; воздушные, масляные, газонаполненные.

Материалами для скользящих слаботочных контактов служат обычно благородные металлы и их сплавы. Подбор материалов осуществляется по справочникам, ГОСТам, ТУ.

 

Сверхтвердые материалы инструментального назначения

К сверхтвердым относятся материалы, твердость и износостойкость которых превышает характеристики карбидо-вольфрамо-кобальтовых сплавов или карбидо-титановых на никель-молибденовой основе. Основой для их изготовления служат порошки карбидов, нитридов, боридов и оксидов тугоплавких металлов, природных и искусственных алмазов, BN. Кубический нитрид бора имеет твердость близкую (95%) к алмазу, более теплоустойчив (1200-1400^о С), химически инертен, поэтому выделен как особо хороший материал. В промышленности применяются сверхтвердые материалы в виде естественного и искусственного алмаза, нитрида бора (кубическая решетка), Al₂ О₃, SiN в монокристальной форме, виде порошков, лезвийного инструмента, шлифкругов, суспензий, паст и др. Они используются для доводки инструмента из быстрорежущих сталей и твердых сплавов, шлифовки валков, штампов; правки шлифкругов; изготовления алмазных фильер, твердомеров, бурового инструмента, волок – для волочения и многих других деталей.

Нитрид бора (BN) по износостойкости превосходит все твердосплавные и металлокерамические изделия при повышенной твердости обрабатываемого материала; однако, чем ниже твердость обрабатываемого материала, тем ниже стойкость эльбора (BN). Он незаменим при непрерывном точении, шлифовании закаленных сталей, белых чугунов; хонииговании. Применяется металлокерамика инструментальная на основе Аl₂O₃ с добавлением TiC, TaC, WC и т.д.; на основе SiN (нитрид кремния) c добавлением в ней TiN.

Алмазные пасты и суспензии применяются в доводочных операциях.

 

Твердые сплавы из инструментальной стали

Высокая твердость, износостойкость в сочетании с хорошими физико-механико-химическими свойствами обеспечивает широкое применение порошков нитридов, карбидов, боридов, оксидов, силицидов для изготовления инструментов для резания, бурения пород. В качестве металлосвязки (матрицы) используется Cо, Ni иногда железо и его сплавы.

Технология состоит из следующих операций:

1) изготовление порошков и приготовление из них смесей;

2) сушка и грануляция смесей, их окончательное восстановление;

3) формование смесей;

4) спекание смесей в среде водорода при избытке C, N.B;

5) горячее прессование (иногда совместно со спеканием);

6) горячая допрессовка в газостате;

7) механическая и электроэрозионная обработка;

8) нанесение износостойких покрытий.

 

Методом порошковой металлургии изготавливают:

а) быстрорежущие стали, иногда с вводом TiC, NbC, TiCN с закалкой от 880^оС и тройным отпуском;

б) TiC - сталь, WC - TiC - Co, WC - TiC - TaC - Co;

в) безвольфрамовые твердые сплавы TiC, TiC - TiN, TiCN.

Из них изготавливают режущий инструмент, инструмент для обработки металлов давлением (вырубные штампы, обрезные ножи, бойки, пластины для долотчатых коронок, буровые коронки, зубки шарошечных долот, пунсоны и т.д.

 

Высокопористые материалы

Высокопористые материалы изготавливаются для фильтров очистки воздуха, газов, жидкостей, масел, топлив, жидких газов, пластмасс, каучука, агрессивных жидкостей, лекарств, расплавов металлов, улавливания ценных продуктов производства; для работы в качестве демпферов, пламегасителей и т.д.

Для их изготовления используется различные порошки в зависимости от назначения, а также металлические волокна, сетки из различных материалов.

В отличие от стандартных (сетчатых, стеклянных, бумажных, тканевых) фильтров пористые порошковые материалы более прочные, выдерживают большие температуры (до 2000^оС), не загрязняют фильтрующее вещество. Они обладают высокой тепло-, электропроводностью, пластичностью, коррозионно-оконностойкостью и т.д. Используются для изготовления пористых желобов, труб, капиллярного транспорта жидких сред, отвода тепла, замораживания в медицине и т.д. Широко регулируется тонкость очистки от микрона до нескольких мм.

Для образования пор добавляют порообразователи: двууглекислый аммоний, парафин, хлорную медь, хлорное железо, спирты, фториды La, Jt, бромистый калий. Пористые изделия изготавливаются в виде дисков, цилиндров, чашечек, конусов, пластин, листов, втулок. Возможно получение пористости до 98,0 %. Фильтры могут быть однослойными и многослойными. Их получают прессованием, прокаткой, шликерным литьем вязкой жидкости с центрофугированием для удаления жидкости.

Технология производства:

1) подготовка порошка (восстановление, рассев, прокатка;

2) подготовка сетки;

3) подготовка порообразователей;

4) смешивание шихты (по 1-3);

5) формование различными способами (прессование, прокатка, шликерное литье, выдавливание и т.д.);

6) спекание при различных температурах в зависимости от материала матрицы (850 - 1250^о С);

7) дополнительная обработка пористых изделий (калибрование, допрессовка, прокатка, мех. обработка и др.);

8) контроль на пористость, проницаемость, размер пор, тонкость фильтрации, прочность по соответствующим ТУ и ГОСТам.

Высокопористые материалы применяют для изготовления пористых электродов электрохимических источников тока, щелочных аккумуляторов, катодов, анодов, электроконденсаторов, подложки катализаторов и т.п., в энергетике, космической технике, радиоэлектронной технике, машиностроении, металлургии, химпромышленности, медицине, быту и т.д.

Их можно применять для звуковиброгашения, проведения реакций в кипящем слое, в авиации и космической технике для термостабилизации, регулирования температуры космонавтов при работе в открытом космосе, в строительстве - теплоизоляторы и т.д.

Фильтры могут работать от-272^о С до 2000^о С. Фильтры можно регенерировать: продувать, обжигать, протравливать, промывать.

 

Тугоплавкие металлы

К ним относятся элементы IV - VIII групп Периодической системы элементов, представленные в таблице 12.

Эти металлы в чистом виде получают методом восстановления оксидов водородом, карбидами однородного металла, Mg, электролизом. Их порошки получают механическим путем, разложением карбонилов, вакуумной сублемацией, осаждением из растворов, электроэрозионной обработкой металлов. Далее порошки смешивают, формуют, прессуют, довосстанавливают, дегазируют, предварительно спекают, допрессовывают, окончательно спекают; далее прессуют, куют, волочат, мехобрабатывают, прокатывают.

 

 

Таблица 12 – Тугоплавкие материалы

 

Элемент

V

Cr

Zr

Nb

Mo

Ru

Ro

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

T плавления, ^0С

 

 

Из этих металлов изготавливают:

- W – нити для ламп, катоды рентгеновских труб, электроды для плазмотронов; электроконтакты, электроды контактной сварки. Входит в состав сплавов Nb, Ta, Mo, Re;

- Mo – используется в электроламповой и радиопромышленности, изготавливают термопары, аноды, кенотроны, им легируют стали; производят мешалки при стекловарении и т.д.;

- Ta – используется в электровакуумной технике, изготавливают нагреватели, фильеры для продавления стекловолокна;

- Nb – применяется в атомной энергетике, в жаропрочных сплавах, устраняет межкристаллитную коррозию, готовят соединения со сверхпроводимостью;

- Re – катализатор, используется в электровакуумных приборах, в силовых – контакты, нити накала, сетки радиоламп, для высокотемпературных термопар (до 2500 ^оС); резисторы и т.д.