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金属触头电接触性能研究进展

         
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cqvip:日常生活中,所有的电力传输和分配、大部分控制系统和大多数信息交换,都依赖于通过电接触实现电流传输。触头承担这种接通、承载和分断电流的作用,其电接触性能影响甚至决定着整个电路系统的质量、性能、使用寿命与技术水平。触头一旦失效将导致严重的后果,小到家电开关如电灯无法点亮,大到电力系统无法正常供电,使一个大都市的交通、生活等瘫痪。基于电接触性能的重要性,自20世纪50年代电接触形成一门独立的学科以来,该领域一直是相关学者研究的重点。电接触的产生、持续和消除是一个复杂的物理、化学过程,是力、热、电、磁及材料冶金效应互相作用的结果,其复杂性使得人们对很多电接触现象、过程的本质和作用机理认识不够深入和透彻,需要进一步的研究探索。同时,随着时代发展和科技进步,不断涌现的新材料(例如针对碳纳米管和石墨烯材料接触电阻的研究)、新的使用要求(例如在特高压输电领域进一步提高动态接触电阻测量模型的精度和有效性)以及新的服役条件和应用环境(例如针对我国高速铁路轮轨的接触电阻研究),对电接触性能的研究提出了新的挑战,促使相关研究亟需在深度上进一步深化,同时在广度上进一步拓展。近年来,电接触性能在不同方面都取得了不少研究进展。在接触电阻方面,引入了一些新的计算方法,使数学模型得到不断的改进和优化。在中高压电领域,学者不断改进高压断路器动态接触电阻的测量方法和计算模型,获得了更为精准的动态接触电阻,对各种影响因素的研究也更加深入,利用动态接触电阻对设备状态的评估和预测进行了初步的探索。材料转移方面,伴随微机电系统的发展,在微观及更小尺度上,研究者利用一些异于传统的新方法、新设备和新模型,发现了与宏观尺度不同的材料转移机理。低压电器领域以替代“万能触头”银氧化隔为目标,高压和真空电器领域以提高Cu基电接触材料性能为目标,学者们主要通过合金化和复合化研发了众多新材料,电侵蚀性能的研究主要围绕这些新材料展开。研究发现,不论对银基还是铜基电接触材料,新型可加工陶瓷材料MAX相是一种改善电弧侵蚀的潜在增强相。此外,增强相颗粒尺寸减小可以提升抗电侵蚀性能。本文对近年来金属触头电接触性能的研究进展进行了归纳总结,分别从普遍关注的接触电阻、材料转移、电侵蚀性能三个方面阐述了国内外对触头电接触性能的研究现状,最后,对电接触性能未来的研究趋势和热点进行了展望。

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