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第一章 电触头的理化效应 1

1.1 静接触 1

1.1.1 基本定义 1

目录 1

1.1.2 无表面膜的触头 3

1.1.2.1 引言 3

1.1.2.2 接触面 5

1.1.2.2.1 定性描述 5

1.1.2.2.2 模型理论与外形测量理论 8

1.1.2.3 接触电阻 13

1.1.2.3.1 微观面分布的收缩电阻 13

1.1.2.3.2 收缩电阻与接触力的关系 15

1.1.2.3.3 接触点的R-U特性曲线 19

1.1.2.3.4 接触电压和收缩电阻与温度的关系 21

1.1.2.4.1 无负载电流时的粘附与熔焊 24

1.1.2.4 粘附与熔焊 24

1.1.2.4.2 电触头熔焊性的基本概念 25

1.1.2.4.3 有负载电流时静触头的熔焊性 27

1.1.3 有表面膜的触头 34

1.1.3.1 表面膜的形成 34

1.1.3.2 表面电阻 35

1.1.3.3 有表面膜触头的接触电阻与接触力 39

1.1.3.4 表面膜的熔化接触 41

1.1.3.5 快速形成表面膜的实验方法 45

1.2 转换接触 52

1.2.1 引言 52

1.2.2 直流电路中的转换过程 53

1.2.2.1 熔桥与电弧临界曲线 53

1.2.3.1 合闸相角及上冲因数 55

1.2.2.2 在实际条件下通信技术中的转换过程 55

1.2.3 交流电路中的转换过程 55

1.2.3.2 动力工程中的转换过程 57

1.2.4 关于气体放电的基本概念 58

1.2.4.1 气隙中载流子的形成 58

1.2.4.2 自持无光放电（Townsend-效应） 59

1.2.4.3 辉光放电 60

1.2.4.4 电晕放电 61

1.2.4.5 电弧的特征 61

1.2.4.6 金属电子逸出 62

1.2.4.6.1 热发射 62

1.2.4.6.2 场致发射 63

1.2.4.7.1 阳极机理 64

1.2.4.7 电弧压降区 64

1.2.4.6.5 光子引起的电子发射（光电效应） 64

1.2.4.6.4 碰撞产生的电子发射 64

1.2.4.6.3 热场致发射（T-F） 64

1.2.4.7.2 阴极机理 65

1.2.4.8 电弧特性曲线 65

1.2.4.9 不稳定状态 67

1.2.4.10 等离子束 67

1.2.4.10.1 形成与特性 67

1.2.4.10.2 电极材料的影响 70

1.2.4.10.3 等离子束对触头的作用 71

1.2.4.11 “短弧” 72

1.2.5 气体放电引起的触头表面应力 74

1.2.5.1 直流电流时的材料转移 75

1.2.5.1.1 从阳极向阴极的材料转移（“细转移”） 75

1.2.5.1.2 从阴极向阳极的材料转移（“粗转移”） 79

1.2.5.1.3 大电流范围内的材料转移 80

1.2.5.1.4 交流电时的材料转移 81

1.2.5.2 电弧烧损 81

1.2.5.2.1 评定烧损特性的试验方法 84

1.2.5.2.2 烧损量的试验判据 84

1.2.5.2.3 在不同应用领域触头材料的烧损 86

1.2.5.3 闭合触头的熔焊 97

1.2.5.3.1 弹跳 98

1.2.5.3.2 无弹跳闭合的触头 99

1.2.5.3.3 弹跳闭合的触头 100

1.2.5.3.4 评定熔焊特性的试验方法 102

1.2.5.3.5 静止的触头与闭合的触头熔焊特性的比较 108

1.2.5.4 电弧运动特性 108

1.2.5.4.1 电弧运动现象 109

1.2.5.4.2 描述电弧运动的模型 110

1.2.5.4.3 电弧滞留时间 111

1.2.5.4.4 影响电弧迁移的最重要因素 114

1.2.5.5 开关操作后触头接触电阻的变化 115

1.2.6 开关装置的寿命 123

1.2.6.1 触头保护（“消弧”）与灭弧 124

1.2.6.1.1 在电信技术中采取的措施 124

1.2.6.1.2 在动力工程中采取的措施 129

1.3 滑动接触 139

1.3.1 金属滑动接触 139

1.3.1.1 干摩擦 139

1.3.1.1.1 运动摩擦AmontonCoulomb定律 139

1.3.1.1.2 静摩擦向动摩擦过渡的Amonton-Coulomb 141

定律 141

1.3.1.1.3 摩擦磨损机理 143

1.3.1.1.4 接插件电镀层的性能 147

1.3.1.2 滑动触头的润滑 149

1.3.2 在碳刷和受电弓上效应 153

1.3.2.1 引言 153

1.3.2.2 铜绿 153

1.3.2.3 电流传输 154

1.3.2.4 摩擦系数 155

1.3.2.5 换向 156

1.3.2.6 电气及机械干扰因素 157

1.3.2.7 磨损与寿命 159

1.4 触头上的特殊现象 161

1.4.1 金属须的形成 162

1.4.1.1 锡表面的金属须 162

1.4.1.2 银表面的金属须 163

1.4.1.3 电弧中金属须的生成 164

1.4.2.2 气体放电后其接触面上的特殊化学反应 165

1.4.2.1 电弧等离子体中的化学反应 165

1.4.2 受电弧作用时的化学反应 165

1.4.2.3 赋形 167

1.4.3 与塑料的化学反应 168

1.4.3.1 含钨有机金属化合物的形成 168

1.4.3.2 “褐色粉末”效应 168

1.4.3.2.1 摩擦聚合物 170

1.4.3.2.2 静态聚合物 171

1.4.3.3 有机物质的焦化 172

1.4.3.4 “活化” 173

1.4.4 开关电弧引起的机械形变 175

1.4.5 电弧、外壳壁与触头间的相互作用 176

1.4.5.1 外壳壁金属化 176

1.4.5.2 开关电弧对绝缘件的热作用 176

1.4.6.1 支承体材料上的应力裂纹腐蚀 177

1.4.6 应力裂纹腐蚀 177

1.4.7 手汗引起腐蚀的机理 178

1.4.8 硫化银的转移 178

1.4.6.2 塑料件上的应力裂纹腐蚀 178

1.4.9 “银迁移” 180

1.4.10 硅酮的作用 180

1.4.11 极端环境条件 181

1.4.11.1 低温 181

1.4.11.2 高压力 182

第1章参考文献 183

2.1.1 银（Ag） 196

2.1.1.1 纯银 196

2.1.1.1.1 物理性能值和工艺特性值 196

2.1 熔炼法制造的触头材料 196

第二章 触头材料 196

2.1.1.1.2 化学性能 197

2.1.1.1.3 工艺性能 198

2.1.1.1.4 应用 198

2.4.1.2 银合 199

2.1.1.2.1 添加少量金、钯或铂的影响 199

2.1.1.2.2 含非贵金属的银合金 200

2.1.1.2.3 钯含量较高的银-钯合金 202

2.1.1.2.4 发展趋势 203

2.1.1.2.5 银-镉合金 203

2.1.2 金（Au） 204

2.1.2.1 纯金 204

2.1.2.1.1 物理性能值和工艺特性值 204

2.1.2.2.1 含银和铜组分的二元合金和多元合金 205

2.1.2.2 金的合金 205

2.1.2.1.3 工艺性能和应用 205

2.1.2.1.2 化学性能 205

2.1.2.2.2 抗氧化性好的低含金量合金 208

2.1.2.2.3 含镍和钴的金合金 208

2.1.3 钯（Pd） 210

2.1.3.1 纯钯 210

2.1.3.1.1 物理性能值和工艺特性值 210

2.1.3.1.2 化学性能 211

2.1.3.1.3 工艺性能和应用 211

2.1.3.2 钯合金 212

2.1.3.2.1 PdAg40和钯多元合金 212

2.1.3.2.2 钯-铜合金 212

2.1.3.2.3 含镍、钨、钌和铱的钯合金 213

2.1.4.1.1 物理性能值和工艺特性值 214

2.1.4.1 纯铂 214

2.1.4 铂（Pt） 214

2.1.4.1.2 化学性能 215

2.1.4.1.3 工艺性能和应用 215

2.1.4.2 铂合金 215

2.1.5 其它铂族金属 216

2.1.6 水银（Hg） 216

2.1.6.1 物理性能 216

2.1.6.2 化学性能 217

2.1.6.3 应用 217

2.2 电镀法制造的触头材料 218

2.2.1 引论 218

2.2.2 金属电镀方法 218

2.2.2.1 镀银 218

2.2.2.2 镀金 219

2.2.4.7 电导率 221

2.2.2.3 铂族金属的电镀沉析 221

2.2.2.4 镀铜 221

2.2.3 无电流金属沉析法 222

2.2.2.5 镀镍 222

2.2.2.6 镀锡 222

2.2.3.2 还原法 223

2.2.3.1 离子交换法 223

2.2.3.2.1 无电流镀铜 224

2.2.3.2.2 无电流镀镍 224

2.2.4 电镀层的性能及其检验 224

2.2.4.1 镀层厚度 224

2.2.4.2 孔隙率 224

2.2.4.3 粘附强度 225

2.2.4.4 硬度 225

2.2.4.5 延展性 226

2.2.4.8 可钎焊性 227

2.2.4.6 受摩擦应力作用的磨损现象 227

2.2.4.9 镀层的扩散特性 229

2.3 烧结法制造的触头材料 230

2.3.1 引论 230

2.3.2 烧结法制造的金属 231

2.3.2.1 钨（W） 231

2.3.2.2 钼（Mo） 234

2.3.2.3 铼（Re） 235

2.3.3 烧结法制造的复合材料 236

2.3.3.1 烧结法 236

2.3.3.2 金属-金属氧化物复合材料 238

2.3.3.2.1 用粉末冶金法制造银氧化镉 238

2.3.3.2.2 其它银-金属氧化物材料 240

2.3.3.3.1 银-镍 242

2.3.3.3 金属-金属复含材料 242

2.3.3.3.2 银-钨，银-钼 245

2.3.3.3.3 铜-钨，铜-钼 247

2.3.3.4 金属-石墨复合材料 247

2.3.3.4.1 银-石墨 247

2.3.3.4.2 铜-石墨 250

2.3.3.5 金属-金属碳化物 250

2.3.3.5.1 银-碳化钨、银-碳化钼、铜-碳化钨 ？碳 250

化钼 250

2.3.3.6 三组分或多组分复合材料 251

2.3.3.6.1 银-镍-石墨 252

2.3.3.6.2 银-氧化铜-石墨 252

2.3.3.6.3 钨-铜-镍 252

2.3.4.1 内氧化法 253

2.3.4 其它方法制造的复合材料 253

2.3.4.2 内氧化法制造的银-氧化镉 254

2.3.4.2.1 具有特殊金相组织形态的银氧化镉…………25？2.3.4.3 银-氧化物、银-氧化铟等………………… ……25？2.3.4.4 银-氧化镁-氧化镍 259

2.4 少气触头材料 260

2.4.1 少气铜 260

2.4.2 含高熔点组分的复合材料 262

2.5 碳和石墨（C） 262

2.5.1 引论 262

2.5.2 晶格和滑动性能 262

2.5.3 制造方法和材料种类 263

2.5.3.1 硬碳、天然石墨和碳石墨 265

2.5.3.2 人造石墨 265

2.5.3.3 特种石墨 265

2.6.1 引论 266

2.6 接通用导电聚合物材料 266

2.5.3.4 金属石墨 266

2.5.3.5 制造时性能的变化 266

2.6.2 硅橡胶用作电接触材料的支承体材料 268

2.6.3 使用形态 269

2.6.3.1 各向导电薄膜 269

2.6.3.2 垂直表面导电的薄膜 270

2.7 支承体材料和导体材料 272

2.7.1 铝和铝合金 272

2.7.1.1 纯铝（Al） 272

2.7.1.2 铝合金 273

2.7.2 铜和铜合金 274

2.7.2.1 工业纯铜（Cu） 274

2.7.2.1.1 制造和性能 274

2.7.2.1.2 应用 277

2.7.2.2 自淬硬的铜合金 278

2.7.2.2.1 低合金化铜合金 279

2.7.2.2.2 铜-锌合金（黄铜） 282

2.7.2.2.3 铜-锡合金（锡青铜） 285

2.7.2.2.4 铜-镍-锌合金（德银） 287

2.7.2.2.5 铜-银-（镉）合金（银青铜） 287

2.7.2.2.6 其它自淬硬的铜合金 290

2.7.2.3 可时效硬化的铜合金 296

2.7.2.3.1 铜-铍合金（铍青铜） 297

2.7.2.3.2 其它可时效硬化的铜合金 303

2.7.3 镍和镍合金 310

2.7.3.1 工业纯镍（Ni） 310

2.7.3.2.1 镍-铜合金 312

2.7.3.2.2 镍-铍 312

2.7.3.2 镍合金 312

2.7.4 其它支承体材料 314

2.7.4.1 铁基材料（Fe） 314

2.7.4.1.1 钢 314

2.7.4.1.2 铬-镍钢 314

2.7.4.1.3 磁性材料 315

2.7.4.2 钴基材料（Co） 315

2.8 热双金属 315

2.8.1 引论 315

2.8.2 历史 316

2.8.3 概念 316

2.8.4 热挠度 317

2.8.5 内应力 319

2.8.6 成型体 320

2.8.7 元件的选择 324

2.8.8 电阻 326

2.8.9 腐蚀 327

2.9 钎料 327

2.9.1 引论 327

2.9.2 硬钎料 329

2.9.2.1 合金 329

2.9.2.2 用焊剂和不用焊剂的钎焊 330

2.9.3 软钎料 331

2.9.3.1 合金体系概述 331

2.9.3.2 含铅、镉、锡、锌成分的合金 332

2.9.3.3 含铋的合金 334

2.9.3.4 含铟的合金 334

2.9.3.5 机械性能 334

2.9.3.6 软钎焊用的焊剂 335

2.10.1 导电胶粘剂 336

2.10 导电胶粘剂和漆 336

2.10.2 导电漆 337

第2章参考文献 338

第三章 触头制造工艺 343

3.1 单个触头的制造 344

3.1.1 整体触头铆钉 344

3.1.2 双金属触头铆钉 344

3.1.3 硬钎焊覆层触头铆钉 346

3.1.4 球形触头 347

3.1.5 触头薄片 347

3.1.5.1 整体触头薄片 347

3.1.5.2 焊接触头 349

3.2 半成品的制造 349

3.2.2.1 热压焊接 350

3.2.2 贵金属覆层的半成品（触头双金属） 350

3.2.1 整体半成品 350

3.2.2.2 辊轧覆层 352

3.2.2.3 带材钎焊 353

3.2.2.4 滚焊法 354

3.2.2.5 气相覆层法 354

3.2.2.5.1 高真空蒸镀法 355

3.2.2.5.2 阴极溅射法 355

3.2.2.5.3 化学蒸镀覆层法（CVD） 356

3.2.2.5.4 覆层性能 356

3.2.2.6 电镀 357

3.2.2.6.1 大批量生产零件的电镀 357

3.2.2.6.2 带材和线材的电镀 358

3.2.2.6.3 选择性电镀 358

3.2.2.7 对薄金覆层使用的一般说明 361

3.2.2.6.4 脉冲镀覆 361

3.2.2.8 覆贵金属层的特殊方法 362

3.2.2.9 精细型材 362

3.2.2.10 条状镀锡带材 363

3.2.2.11 铣削梯形带材 363

3.3 单个触头的组装方法 364

3.3.1 机械紧固 364

3.3.2 硬钎焊 365

3.3.2.1 火焰钎焊 366

3.3.2.2 电阻钎焊 366

3.3.2.3 高频钎焊 367

3.3.2.4 炉中钎焊 367

3.3.2.5 钎焊接头的检验 368

3.3.3.1 金属线材对焊 369

3.3.3 焊接 369

3.3.3.2 线段和型材段的焊接 370

3.3.3.3 薄片的焊接 371

3.3.3.3.1 凸焊 371

3.3.3.3.2 直接焊接 371

3.3.3.4 球的焊接 372

3.3.3.5 闪光对焊 372

3.3.3.6 电子束焊接 373

3.3.3.7 激光焊接 373

3.3.3.8 超声波焊接 374

3.3.3.9 焊接接头的检验 374

3.4 触头设计说明 375

3.4.1 接插件 375

3.4.2 继电器 375

3.4.3 辅助电流开关 378

3.4.4 电动机接触器 379

3.5 电刷 380

3.5.1 换向器和滑环的电流传输 380

3.5.2 电车受电器 382

第3章参考文献 383

第四章 电接触的应用实例 385

4.1 引言 385

4.2 导电接触 386

4.2.1 静态固定连接 386

4.2.1.1 电信技术中的固定连接 386

4.2.1.1.1 可拆螺钉连接 386

4.2.1.1.2 钎焊和熔焊的不可拆连接 387

4.2.1.1.3 不加热的不可拆连接 387

4.2.1.2 动力技术中的固定连接 389

4.2.1.2.1 钎焊和熔焊的不可拆连接 390

4.2.1.2.2 可拆螺钉连接 391

4.2.1.2.3 不可拆的挤压连接 393

4.2.2 接插件和压紧连接器 397

4.2.2.1 历史简述 397

4.2.2.2 接插的应用 398

4.2.2.3 对接插件的一般要求 400

4.2.2.4 印制电路板接插件 400

4.2.2.5 压紧接插件 402

4.2.2.5.1 金属压紧接插件 402

4.2.2.5.2 导电橡胶压紧接插件 403

4.2.2.0 印制电路板接插件的结构 404

4.2.2.6.1 弹簧的特性曲线和弹簧材料 405

4.2.2.6.2 插入力和拉出力 407

4.2.2.6.3 接触表面 409

4.2.2.6.4 连接表面 412

4.2.2.6.5 导电材料 413

4.2.2.6.6 绝缘体和绝缘材料 413

4.2.2.7 接插件的可靠性 414

4.2.3 金属滑动触头 415

4.2.3.1 引言 415

4.2.3.2 滑环变换器 416

4.2.3.3 电位器的滑动触头 418

4.2.3.4 旋转开关、滑动开关和编码开关的滑动触头 419

4.2.3.5 微电机用的滑动触头 421

4.3.1.1 高压和中压电网开关和用电器开关 423

4.3.1.1.1 开关的功能类别 423

4.3.1 开关 423

4.3 开关装置 423

4.3.1.1.2 灭弧方法和灭弧介质 436

4.3.1.1.3 在有流动灭弧介质的喷嘴触头装置中电弧特 440

性的评述 440

4.3.1.1.4 真空开关 443

4.3.1.2 低压保护开关 461

4.3.1.2.1 电动机保护开关 461

4.3.1.2.2 断路器 467

4.3.1.2.3 线路保护开关 477

4.3.1.2.4 故障电流保护开关 486

4.3.1.3 低压电器开关 492

4.3.1.3.1 空载开关和负荷开关 492

4.3.1.3.2 接触器 493

4.3.1.3.3 凸轮开关 501

4.3.1.3.4 照明开关 506

4.3.1.4 控制开关和辅助电流开关 507

4.3.1.3.5 家用电器开关 507

4.3.1.4.1 辅助接触器 508

4.3.1.4.2 继电器 509

4.3.1.4.3 微动开关（迅动开关） 538

4.3.1.4.4 感应式接近开关 543

4.3.1.4.5 键盘开关 544

4.3.1.4.6 电解质定时开关电池 553

4.4 熔断器 553

4.4.1 引言 553

4.4.2 熔断器的结构 556

4.4.2.1 高压熔断器 556

4.4.2.2 低压熔断器 556

4.4.2.2.1 工业用低压熔断器 556

（细熔丝） 557

4.4.2.2.4 保护半导体元件的熔断器 557

4.4.2.2.3 保护电器及电子设备用的电器保护熔断器 557

4.4.2.2.2 家庭用及类似用途的低压熔断器 557

4.4.2.2.5 电容器内部保护用的熔断器 558

4.4.3 熔断器的特性参数 558

4.4.3.1 熔断器的电流限制 559

4.4.3.2 时间-电流特性曲线与额定电流强度 560

4.4.3.3 断路特性曲线与Meyer常数 564

4.4.3.4 电弧时间与电弧能量 567

4.4.4 熔断器应用的几个问题 571

4.4.4.1 选择性动作并与其它开关系统组合为一体的熔 571

断器 571

4.4.4.2 温度和能耗 572

第4章参考文献 573

5.1.1 问题的提出 579

5.1 电接触的数理统计 579

第五章 附录 579

5.1.2 数学辅助方法 580

5.1.2.1 离散随机变量 581

5.1.2.1.1 二项式分布 583

5.1.2.1.2 泊松分布 583

5.1.2.2 连续随机变量 584

5.1.2.2.1 连续随机变量的经验分布 586

5.1.2.2.2 正态分布（高斯分布） 588

5.1.2.2.3 指数分布 592

5.1.2.2.4 威布尔分布 593

5.1.3 应用 594

5.1.3.1 接触电阻的统计描述 594

5.1.3.1.1 混合分布 594

5.1.3.2 可靠性和寿命 595

5.1.3.3 统计的质量保证 596

5.2 触头保养剂和清洁剂 598

5.2.1 严重污秽触头的清洗 598

5.2.2 防腐喷涂剂 599

5.2.3 绝缘件上水膜造成的短路 599

5.2.4 冷却喷涂剂 599

5.3 表格 599

5.3.1 接触部位的工艺设计 599

5.3.2 接触部位的组配 603

5.3.3 接触器试验规程 609

5.3.4 对AC-3电动机开关的使用类别试验规程的补充 612

5.3.5 热双金属的物理特征值 612

5.3.6 电刷和电刷受电器的特征数据和用途 614

5.3.7 有关钎焊的DIN标准 615

第5章参考文献 617