Порошкові електротехнічні матеріали використовуються в електромашинобудуванні, радіотехніці та інших галузях промисловості завдяки своїм спеціальним властивостям. Найбільш широке використання вони знайшли для виготовлення електричних контактів і магнітних виробів.
Матеріали електротехнічних контактів
В даний час є велика кількість розроблених матеріалів для електричних контактів різного призначення. Однак, проблема створення високонадійних контактів повністю не вирішена, так як вимоги, що пред'являються до матеріалу контактів, безперервно зростають і змінюються.
Матеріали повинні бути термічно, хімічно і механічно стійки, мати мале електроопір, володіти високими теплопровідністю і ерозійної стійкістю при впливі електричної дуги і опірністю зварюваності або мостікообразованію при замиканні і розмиканні контактів.
Існують різні способи виробництва електричних контактів методом порошкової металургії, що забезпечують можливість отримання виробів не тільки заданого хімічного складу, але і з заданою структурою, яка визначає оптимальне поєднання властивостей.
Схема виробництва контактів полягає в приготуванні сумішей в потрібних пропорціях, пресуванні заготовок виробів і високотемпературному спіканні їх в відновлювальної або окислювальному середовищі або у вакуумі.
Для досягнення необхідних властивостей матеріалу часто в цю схему вводять різні способи регулювання розподілу складових, в тому числі в заданих напрямках, що забезпечує деякий зміцнення і анізотропію властивостей.
У електротехнічної промисловості застосовуються в основному два типи контактів:
розривні електроконтакти
Розривні електроконтакти використовуються для замикання електроланок в різних електрокоммутірующіх апаратах і приладах. Найбільш відповідними матеріалами для них є вольфрам, молібден, тантал, реній. Вони мають високу температуру плавлення і електроерозійн стійкість, підвищені характеристики міцності, відсутність схильності до мостікообразованію.
Цінними властивостями як складові контактних матеріалів володіють срібло, мідь, золото, платина. Вони мають високу електро- і теплопровідність, корозійну стійкість, низька контактний опір.
Склад і властивості деяких контактних матеріалів наведені в таблиці 1.
На властивості матеріалів впливає дисперсність структури, яка в свою чергу визначається дисперсністю вихідних матеріалів. Регулювання дисперсності вихідних складових здійснюють шляхом змішування шихти в вибромельнице або застосуванням хімічної змішування компонентів. Для цього з водних розчинів спільно беруть в облогу гідрати, карбонати або оксалати срібла, міді, або нікелю. Осад фільтрують, промивають, сушать і прожарюють в відновлювальної атмосфері при температурі, що забезпечує формування суміші необхідної дисперсності і хімічного складу.
Таблиця 1 - Склад і властивості деяких контактних матеріалів
Виготовлення контактів з матеріалів каркасного будови здійснюють методом капілярної інфільтрації пористого каркаса з тугоплавкого компонента легкоплавку складової. Інфільтрація може проводиться за методом накладення або методу занурення.
При проведенні інфільтрації за методом накладення спечений пористий каркас з тугоплавкого компонента разом із розташованим на ньому твердим інфільтруемим матеріалом завантажують в піч із захисною атмосферою і відповідною температурою.
При інфільтрації методом занурення пористий каркас вводять в попередньо розплавлений легкоплавкий компонент. Отриманий матеріал практично не містить пір.
Підвищення механічних властивостей можна забезпечити, якщо каркас під інфільтрацію готувати не зі спеціального порошку, а з волокон або ниток тугоплавкого металу. При цьому підвищується не тільки міцність, але і ерозійна стійкість, що проводить до підвищення зносостійкості контактів.
Для поліпшення антіфрікционності і забезпечення співвідношення твердостей до складу матеріалу вводять тверді мастила у вигляді дисульфіду молібдену, сульфіду цинку, графіту та інших добавок. Іноді вводять легкоплавкие метали, які стають рідкими при роботі контактної пари.
В якості основи матеріалу ковзаючого контакту найчастіше використовують мідь або срібло.
ковзаючі контакти
Ковзаючі контакти на основі міді надійні в експлуатації і застосовуються для виготовлення пантографів, токос'емник. Представниками цього виду контактів є бронзографітових контакти, які містять 70 - 80% міді, олова, заліза, нікелю і 2 - 5% графіту. Їх використовують для виготовлення колекторних пластин для електродвигунів, пантографів електропоїздів.
Для поліпшення властивостей міднографітові матеріалів застосовують графіт, плакованих міддю. Це призводить до підвищення твердості, межі міцності, електропровідності, зниження коефіцієнта тертя.
Іноді при виготовленні міднографітові ковзають контактів необхідно створити мідний каркас, що надає матеріалу максимальну електропровідність. Для цього в пористий графіт інфільтрацією вводять розплавлену мідь.
Ковзаючі контакти на основі срібла готують із суміші порошків відповідних компонентів. Як легуючі добавок можуть використовуватися олово, нікель, кадмій, кобальт і інші елементи. Крім того, для підвищення антифрикційних властивостей можуть вводиться присадки у вигляді дисульфіду молібдену (MoS2) сульфідів вольфраму (WS) і цинку (ZnS).
Контакти на основі срібла можуть працювати при значних струмів від мікроампер до одиниць ампер в різних кліматичних умовах.
В даний час в якості матеріалів ковзають електроконтактів запропонований ряд матеріалів на основі заліза і нікелю. Так, контактні пластини струмоприймачів і пластини колекторів виготовляють із сплавів на основі заліза, що містять (у відсотках):
- нікель - 1 - 10;
- мідь - 5 - 10;
- олово - 1 - 5;
- свинець - 8 - 20;
- нітрид вольфраму - 1 - 10.
Заготовки після спікання просочують сплавом олова і свинцю. Для токос'емник високошвидкісного електротранспорту в сплав заліза вводять 0,5 - 5,0% Ni; 0,1 - 0,2% С; 0,5 - 5,0% Cu і просочують свинцем.