Untersuchung der Lichtbogenerosionsleistung von Ag-Ta₂AlC, einem neuen elektrischen Kontaktmaterial

Relais werden häufig in Beschleunigern, Satelliten, Raketen und verschiedenen High-Tech-Bereichen eingesetzt. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Signalübertragung, der Implementierung von Fernsteuerungen und Schutzschaltungen und wirken sich direkt auf die Sicherheit von Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsausrüstungssystemen aus. Die Wahl des elektrischen Kontaktmaterials in einem Relais ist entscheidend für seine Leistung.

Lichtbogenentladungen, die durch hohe Temperatur, Wärme und Energie gekennzeichnet sind, kommen im Betrieb häufig vor. Infolgedessen erodiert der Lichtbogen das elektrische Kontaktmaterial, was zu Kratern, Partikelspritzern, Zusammensetzungsänderungen und einer verminderten Leistung führt. Traditionell verwendete elektrische Kontaktmaterialien auf Silberbasis, wie AgCdO und AgSnO₂leiden unter Chromtoxizität oder schlechter Benetzbarkeit und einem starken Temperaturanstieg. Daher ist es notwendig, ein neues Verstärkungsphasenmaterial zu finden, das CdO und SnO ersetzt₂ Materialien.

MAX-Phasenmaterialien sind Keramikmaterialien, die für ihre gute elektrische Leitfähigkeit bekannt sind, und die Lichtbogenerosionsleistung von MAX-Phasenverstärkten elektrischen Kontaktmaterialien auf Silberbasis wurde kürzlich untersucht.

Kürzlich berichtete ein Team von Materialwissenschaftlern unter der Leitung von Xiaochen Huang von der Bengbu-Universität in China erstmals über die Synthese, die Mikrostruktur, die physikalischen Eigenschaften (relative Dichte, Härte und elektrische Leitfähigkeit) und die Leistung der Lichtbogenerosion von Ag-Ta.₂AlC-Verbundmaterial. Eine vergleichende Analyse der Lichtbogenerosionseigenschaften wurde an Ag-Ta durchgeführt₂AlC-Verbundwerkstoffe verschiedener Zusammensetzung. Darüber hinaus gibt es mikrostrukturelle und chemische Veränderungen in Ag-Ta₂AlC-Verbundwerkstoffe wurden experimentell beobachtet und aufgezeichnet. Der Mechanismus der Lichtbogenerosion und die Morphologiebildung wurden systematisch erklärt.

Das Team veröffentlichte seine Arbeit in Zeitschrift für Hochleistungskeramik.

„In diesem Bericht, Ag-Ta₂AlC-Verbundwerkstoffe mit Volumenanteilen von 10 %, 20 %, 30 % und 40 % wurden durch Heißpresssintern hergestellt. Die relative Dichte von Ag beträgt 10 Vol.-% Ta₂Der AlC-Verbundwerkstoff betrug 98,2 %.

„Wie der Ta₂Der AlC-Gehalt erhöhte sich, die relative Dichte von Ag-Ta₂Das AlC-Verbundmaterial nahm allmählich ab. Die Härte nahm zunächst zu und dann ab. Der Gehalt an Ag beträgt 30 Vol.-% Ta₂„Der AlC-Verbundwerkstoff wies mit 97,4 HV die höchste Härte auf“, sagte Xiaochen Huang, außerordentlicher Professor an der Bengbu-Universität (China), ein Forscher, dessen Forschungsinteressen sich auf das Gebiet der Materialien für elektrische Kontakte auf Ag-Basis konzentrieren.

“Ag- 30 Vol.% Ta₂Das AlC-Verbundmaterial wies die niedrigste Lichtbogenenergie (3,395 kJ) und die kürzeste Lichtbogenzeit (33,26 ms) auf. Zusätzlich wurde der Lichtbogen auf der Oberfläche von Ag-30 Vol.-% Ta gestreut₂„AlC-Verbundwerkstoff verhindert konzentrierte Lichtbogenerosion und weist eine höhere Lichtbogenerosionsbeständigkeit unter den vier Komponenten auf“, sagte Huang.

„Die Oberflächenatome von Ag-Ta₂Der AlC-Verbundstoff absorbierte Energie und übertraf damit die Austrittsarbeit von Ag und Ta₂AlC, was zu ihrer Ionisierung führt. Ionisierte Sauerstoffatome verbinden sich mit Ta- und Al-Ionen zu Ag₂O, AgO, Ta₂Ö₅et al₂Ö₃“, sagte Huang.

Es wurde jedoch festgestellt, dass die Übergangsgrenze von der Metallphase zur Gasphase eng mit der Lichtbogenspannung, dem Luftdruck, den Gasarten und den Materialien zusammenhängt. Angesichts der Komplexität der Faktoren, die den Übergang des Lichtbogens von der Metallphase in die Gasphase beeinflussen, war es notwendig, den Übergang des Ag-Ta-Lichtbogens detaillierter zu untersuchen₂AlC in Luftbedingungen.

Weitere Mitwirkende sind Xiaochen Huang, Liang Li, Jinlong Ge von der School of Chemical and Materials Engineering der Bengbu University in Bengbu, China; Hao Zhao von der School of Chemical and Materials Engineering der Anhui University of Science and Technology in Bengbu, China; Zijue Zhou von der School of Chemistry and Materials Engineering der Huainan Normal University in Huainan, China.