低压电器中的常用材料

低压断路器常用材料

主要包括以下材料：

1、热双金属材料

2、电阻合金材料

3、触头材料

4、绝缘压塑料

5、磁性材料

6、弹性材料

热双金属材料

热双金属是由两层不同膨胀系数的金属（或合金）组元彼此牢固结合而成的复合材料。其中热膨胀系数较高的一层，称为主动层，热膨胀系数较低的一层，称为被动层。有时为了获得特殊性能，还可以复合第三层（中间层）。由主动层产生的力和由被动层所产生的拉力组成的合力矩使热双金属的弯曲受到限制时，将产生推力，热能转变为机械能。

热双金属材料可分为：高灵敏度型、通用型、低温型、高温型、特殊型和电阻系列等类别。热双金属材料的主要性能有：电阻率、比弯曲、弹性模量E、线性温度围、允许使用温度围和密度等。

比弯曲：单位厚度的平直热双金属试样每变化单位温度时纵向中心线的曲率变化之半。单位名称为每摄氏度，单位符号为/10-6℃-1。

目前最常用的双金属材料有：5J4140、5J20110（5J11）、5J1480（5J18）、5J1578（5J16）、R5、R10、R15（R12）、R25、R30、R50等。其中，5J4140、5J20110（5J11）、5J1480（5J18）、5J1455（R50）、5J1430（R33）等用于电流规格较小的直热式（由双金属元件直接通电发热）断路器。

5J表示双金属，5J20110中的20为比弯曲K值，110为20℃时的电阻率（μΩ·cm）。

一些中等规格电流如40、50、63A断路器等，它的旁热式或直热式大量使用R15（R12）、R25、R30、R50等。它们使用3Ni24Cr2（镍鉻钢）为主动层，Ni36为被动层，加上中间层如锆铜Cu－Zr（多用于R15、R12）和镍层（用于R30、R50）。改变中间层的厚度，可以调节电阻率的大小。

R后面的数值越小，适用的电流等级越大，反之，适用的电流等级越小。同时还表示该材料20℃时的电阻率（μΩ·cm）。

大电流等级的塑壳式断路器不再采用旁热式或直热式的双金属元件作为过载延时的保护。主要是如此大的热量会使断路器的温升大大超过标准要求，而能满足各项性能的小电阻率的金属材料也很难找到。就采用其他方式，如电流互感器型。

电阻合金材料

电阻合金材料广泛应用于低压断路器，热过载继电器等低压电器产品中，用于调节和控制电流。

这类材料的主要技术要电阻率、机械强度、耐腐蚀性能、耐热性能等。常用的有铜镍、镍鉻铁、铁鉻铝和低电阻的（紫）铜板（带）等。

铜镍系列种类最多，如NC103、NC105、NC110、NC112、NC115、NC120、NC125、NC130、NC132、NC135、NC140、NC145、NC148、NC150。他们的镍含量依次为1％～45％，其余为铜，还有少量的锰。有的厂家也用下面的表示方法，如CuNi1, CuNi2, CuNi6, CuNi8, CuNi10, CuNi14, CuNi19 CuNi23, CuNi30, CuNi44等，主要标识出镍的含量。

NC1后面的数字表示该材料20℃时的电阻率。如NC150的电阻率为50μΩ·cm

镍鉻铁、铁鉻铝合金为高阻发热电阻材料，主要有NCF072、NCF104、NCF113和FCA126、FCA137、 FCA142、FCA153等。

NCF和 FCA后面的数字表示该材料20℃时的电阻率。如NCF072的电阻率为72μΩ·cm，FCA137的电阻率为137μΩ·cm。

紫铜T2Y2或T2 （1/4硬）20℃时的电阻率为1.72μΩ·cm。

另外，不锈钢（1Cr18Ni9）也可作为发热电阻合金材料，20℃时的电阻率为75μΩ·cm。

触头材料

触头材料的基本要求：

1）良好的导电性和导热性；

2）抗熔焊性好；

3）良好的耐电磨损性能；

4）良好的机械性能和焊接性能；

5）化学稳定性；

6）低的气体含量。

断路器中常用的触头材料：

1、银氧化镉合金（AgCdO）

氧化镉含量5％～15％。银氧化镉合金的抗熔焊性仅次于银石墨。导电性高，接触电阻低而稳定，耐电腐蚀性是所有含银大于85%的银基材料中最好的。

主要有AgCdO12、AgCdO13应用较多。

2、银氧化锡合金（AgSnO2＋In2O3）

合金中含有少量的铟。比银氧化镉有更高的热稳定性，其他性能已与银氧化镉相当。

3、银氧化锌合金（AgZnO）

氧化锌含量为8％～10％。有较好的抗熔焊性和抗电弧烧损性。主要用于中小容量断路器，一般63A以下。

4、银氧化铜合金（AgCuO）

氧化铜含量高达10％。有很好的抗熔焊性和抗电磨损性。主要用于中容量断路器。

5、银镍合金（AgNi）

银镍合金中，含镍10％～40％。镍的含量增加，材料的的电导率下降，但硬度增加，可提高机械耐磨损性能。银镍合金在中小电流时的抗熔焊性优于银和硬银合金，但比银氧化镉差。在大电流时银镍很容易熔焊，此时必须与银石墨配对才能使用。

镍含量20％以下的合金可用于10A的辅助触头，镍含量30％以上的合金可用于几百安培的断路器。

6、银石墨合金（AgC）

石墨的含量一般为3％～5％。银石墨是完全不熔焊的。但必须与其他触头材料配对使用。银石墨与银镍30或银镍40配对用于断路器可达到很好的效果。

7、银钨（AgW）

含钨20％～80％，还有少量的镍。随着钨含量的增加，硬度和电阻率增加。银钨的特点是对大电流电弧的承受能力强，含70％～80％的合金抗电弧烧损性能在所有触头材料中是最高的。抗熔焊性与银镍差不多，可设计与银石墨配对来提高抗熔焊性。

银钨合金的电导率较低，容易生成氧化钨和钨酸银表面膜，在使用中会发生接触电阻增大和温升过高的问题，并且还是短路时触头熔焊的原因之一。

银钨合金主要用于较大电流的断路器。

8、银碳化钨（AgWC）

碳化钨含量20％～80％，硬度很高。由于银碳化钨在很大程度上能够阻止生成不导电的表面膜，所以能改善接触电阻和使用中温升逐渐提高的问题。

碳化钨含量60％及以上的合金用作弧触头，碳化钨含量40％及以下的合金用作主触头。在高分断能力的断路器中，为了提高触头材料的抗熔焊性，可采用银碳化钨12石墨3的合金与银碳化钨配对的方式。

国外断路器采用的触头材料

小型断路器、塑壳断路器：AgW、多元AgCdO、Cu镀Ag与AgC3配对；

Cu镀Ag与AgCdO、多元AgCdO13、多元AgSnO2配对；

AgNi30与AgC5、AgWC10C5、AgWC40C、AgWC40、AgW50等配

对。

万能式断路器： AgW50、AgZnO2做主触头，弧触头用 AgW65、AgW73和Cu。

绝缘压塑料

二十世纪五十年代初，聚酯模塑料逐渐取代酚醛、脲醛等模塑料。后在英国被正式称之为聚酯料团DMC即Dough Moulding Compound的简称。DMC具有易成型、成本低、可着色，电性能好等优点。在电器领域中能制造结构复杂的零部件，从而得到广泛应用。但人们也发现DMC制品表面平滑度差，易产生裂纹，不致密，机械性能不高，加料操作处理比较困难，为了解决这些问题，人们又通过使用低收缩，低波纹度添加剂来改善制品外观及制品尺寸精度；加入增稠剂以控制粘度；调整GF(玻璃纤维)含量和长度以获得较好的机械性能。在70年代国际上称这种经改进的DMC为块（散）状聚酯模塑料—BMC（英文Bulk Moulding Compound的缩写）。在DMC发源地的欧洲，这种模塑料也普遍地称之为BMC。但仍有少数和国家或公司仍称之为DMC。按美国塑料工业协会（SPI）的定义“低收缩并经化学增稠了的DMC，则称为BMC”。BMC又称为PMC（Premix Moulding Compound）－预先混合的模塑混合物。

二十世纪六十年代初，德国拜尔公司在BMC/DMC技术的基础上，研制成功SMC工艺，其原材料配方与BMC基本相同，就是生产工艺不一样，使用连续生产的SMC机组，生产效率大为提高，GF(玻璃纤维)的长度和含量也得以增加，从而大幅度提高了产品强度，开拓了大面积结构复杂的产品应用市场，使FRP的模压工艺上了一个新的台阶。

SMC是英文片状模塑料“sheet moulding compound”的缩写。这是一种夹芯的模压用原材料，芯材是短切无捻粗纱，浸渍聚酯树脂糊（含树脂，低收缩添加剂，脱模剂，增稠剂，色浆等）上下两面用聚乙烯簿膜复盖的片状材料。厚度3mm—6mm，宽度600mm—1200mm，成卷供应。使用时，经裁剪、称重、揭去薄膜，迭层加入到已升温的模具中，加高压并保持一段时间，即可脱模获得产品。

SMC工艺的特点是：

(1)操作方便。整个生产过程易实现机械化、自动化，生产效率高，改善了湿法成型的作业环境和劳动条件。

(2)产品的可没计性强。可通过改变组份的种类和配方，改变成型工艺来满足不同产品的不同要求。如耐腐蚀、绝缘、绝热、零收缩、柔性、低密度、高强、A级表面、抗静电等等。

(3)成型流动性好。可成型结构复杂的产品，特别适合制作大型薄壳异形制品。能实现制品变厚度，带嵌件、孔洞、凸台、加强筋、螺纹等功能。

(4)产品外光洁，尺寸准确，适合制作汽车外围件，电气零部件，机械部件，防腐容器等产品。适合大规模生产，成本较低。

(5)增强材料在生产与成型过程中均无损伤，长度均匀，制品强度较高，可进行轻型结构化设计，色彩艳丽。

任何事物都是一分为二的，SMC工艺也有其不足之处，主要是SMC机组、压机、模具要求高投入，同时，生产技术要求较高。

模压法有很多种。这是指的是金属对模热压成型，此工艺是一定量的模压料放入金属对模中，在一定的温度压力下成型制品的一种方法，模具在模压料充满模腔之前处于非闭合状态。

模压成型工艺具有生产效率高，可机械化、自动化生产，制品尺寸精确，外表面光洁，价格低廉，多数结构复杂的制品可一次成型，不需要辅助加工（如车、铣、刨、磨、钻等），不足之处是一次性投资较高，主要是压机和模具都较昂贵，适合大批量生产。

磁性材料

1、电工纯铁

常见的型号有DT3、DT4、DT3A、DT4A、DT4E、DT4C.

DT3、DT3A用于一般电磁元件，其他牌号用作要求无磁时效的电磁元件（指电工纯铁制作的零件必须经过退火处理）。

2、低碳钢

主要品种有08、10、15号钢等，如断路器的瞬动电磁铁，某些分励脱扣器的铁心等。

3、硅钢片

低压断路器中的欠压脱扣器铁心、衔铁、剩余电流动作断路器的零序电流互感器（ZCT）铁心等，大量采用硅钢片。

主要牌号有D11、D21、D22、D23、D31、D41为热轧硅钢片， D330为冷轧硅钢片等。

目前还有DR510－50、DR440－50、DR360－50、DR280－50等热轧硅钢片和DQ230－35、DQ166－35、DQ151－35、DQ122G－35等冷轧硅钢片。

4、铁镍合金

又称坡莫合金。主要用于高灵敏度的一些电磁系统。如高灵敏度的剩余电流动作断路器的零序电流互感器，要求体积小的欠压脱扣器铁心等。

常用品种有1J46、1J50、1J48DF、1J79、1J85、1J86、1J851等。

因为铁镍合金价格较高，因此出现了性能满足要求而价格相对低的非晶（态）与超微晶软磁合金。主要型号有SFC101、SFC102、SFC201、SFC301等。

5、永磁材料

较多用于剩余电流动作断路器（电磁式和电子式－电磁混合式）的漏电脱扣器，以及万能式断路器的电子脱扣器，智能控制器的磁通变换器中作磁动势源之用。

主要有铝镍钴系列：LNG13、LNG37、LNG40、LNG44、LNG52、LNGT28、LNGT388、LNGT60等；稀土钴系列：XGS80/36、XGS96/40、XGS112/96、XGS128/120、XGS144/120等；铷铁硼系列：N30、N35、N38、N40、N30H、N35H、N27SH、N30SH、N28UH等。

弹性材料

常用弹性材料有碳素弹簧钢丝、琴钢丝、不锈钢丝、锡青铜、硅青铜、铝青铜、铍青