電觸頭

電觸頭材料性能的優劣是影響真空開關設備工作特性及電壽命的關鍵因素之一。早期的真空開關幾乎全部採用W、Mo等難熔純金屬作觸頭材料。這類觸頭材料由於有一系列優點，如有適當的分斷能力、良好的耐壓強度和抗熔焊性、適當的熱傳導係數和導電率、燃弧時燒蝕速度小、觸頭使用壽命長等，被廣泛地用於分斷小電流的真空開關中。但高熔點純金屬觸頭材料存在諸多缺點，如分斷電流、截流水平高等，從而限制了真空開關的使用範圍。

空開關設備是利用真空環境的金屬蒸氣電弧來實現導體與絕緣體快速轉變的。為滿足真空開關的電器性能，對觸頭材料有一系列要求，其中包括開斷能力、絕緣性能、截流水平、耐壓強度、抗熔焊性能和抗電侵蝕性能等。不同種類的真空開關應用不同場合時，對觸頭的要求也不盡相同 ^[1]  。

電弧和電接觸理論指出，具有高開斷能力的真空開關一般應具有：

1.斷大電流時不發生電弧集聚，且擴散分佈於整個觸頭表面；

2.開斷大電流後觸頭表面無局部過熱區，以利於介質強度迅速恢復；

3.具有較高的分斷速度，特別是起始分斷速度，避免電弧起始停滯時間過長。

單一純金屬難以滿足觸頭的全部要求。隨着真空開關設備向大容量化發展，觸頭材料經歷了由單一金屬向二元再到多元複合材料的開發過程。在不同的使用場合，對觸頭材料的要求也有不同程度的側重。觸頭電特性對材料物理性質的要求存在着諸多相互矛盾之處；

1.低截流水平要求材料具有低的導電、導熱性能和低的熔點。而高的開斷能力、抗熔焊性和抗電磨損性能要求與其相反的性質。這也是研製觸頭材料最大的難點之一。

2.具有抗熔焊能力的材料一般脆性較大，強度較差，這與要求觸頭較高的機械強度和抗變形、電磨損性能具有矛盾的方面。為解決或減小上述矛盾，多數材料工作者認為合金化是唯一選擇。在合金元素的選擇方面，根據不同要求，存在下述趨向。

由於真空觸頭所採用的材料均為二元及以上的合金材料，且主元素間要求具有假合金特性，故在生產製造工藝方面採用了粉末冶金和真空（可控氣氛）熔鍊。

熔滲法是生產難熔金屬與低熔點金屬假合金常用的方法。以高熔點金屬粉末壓制預燒結（或粉末燒結）成多孔體骨架，再將低熔點的金屬置於骨架的上面或下面，在高於該金屬熔點温度下，使其熔融滲入到多孔骨架金屬中填充空隙，從而得到緻密性產品。

混粉燒結法是一種常規的粉末冶金生產工藝，即混粉/壓制/燒結工藝。它被廣泛用於陶瓷、硬質合金等生產，是一種發展得較為完善的冶金方法。根據燒結温度的不同，分為固相燒結和液相燒結2種制度。

在無渣和低氣壓環境或惰性氣氛下，自耗電極在直流電弧的高温作用下迅速熔化，並在冷結晶器內進行再凝固，使得合金在這一高温熔化過程中得到精練，從而達到淨化、改善結構、提高性能的目的。

用作真空開關的觸頭材料，由於其不同於常規材料的特殊性能要求，使得對其服役過程，失效形式，性能指標等均已超出材料學一般概念範疇。就已獲得大範圍應用的諸多系列合金材料來説，並不能完全滿足所有性能指標。這涉及到電弧過程與電接觸、熱過程等基礎試驗理論和方法的突破，以改變當前依靠研發人員的經驗和大量型式試驗對材料的篩選 ^[2]  。