Контакт-детали на основе анизотропных графеновых структур

Контакт-детали используются в реле.

Реле являются элементной базой систем автоматики и телемеханики.

Реле автоматики подразделяют на реле I и II классов надежности.

К реле I класса надежности относятся реле, для которых не требуется дополнительный схемный контроль отпускания якоря или дублирование в электрических схемах. Требования к реле I класса надежности следующие: надежное отпускание якоря под действием массы якоря и связанных с ним подвижных частей при отключении напряжения от его обмоток; исключение сваривания замыкающих (фронтовых) контактов и др.

Реле I класса надежности

Реле, у которых отпускание якоря гарантируется в меньшей степени и осуществляется в основном под действием реакции контактных пружин, имеют II класс надежности. Защиту от сваривания контактов в этих реле не предусматривают. Реле II класса надежности применяют в аппаратуре, к которой не предъявляются повышенные требования по безопасности.

С конца пятидесятых годов прошлого века в реле I класса надежности применялись контакты типа «ВАР». Для их массового изготовления была приобретена лицензия в США и в городе Электроугли (Московская обл.) было построено специализированное предприятие, которое выпускало данные контакты почти полвека в объеме более 10 млн. контактов в год. Оборудование за 50 лет интенсивной эксплуатации состарилось настолько, что предприятие потеряло стабильность качества выпускаемых контактов. Возникла необходимость разработать новый контакт реле I класса надежности, разработать промышленную технологию его изготовления.

Поставленная задача была выполнена.

Для замены серебро-графитовых контактов типа «ВАР» проведена разработка анизотропного графитового контакта (АГ-контакт).

Суть технологии – расщеплении графита на элементарные графеновые чешуйки, их однонаправленная ориентация и послойное компактирование. Таким образом, рабочая область контакта образована торцами графеновых элементарных частиц графита, что придает общей структуре контакта новые анизотропные механические и электрические свойства.

АГ-контакт

По разработанной технологии были изготовлены АГ-контакты и были проведены их комплексные испытания.

По результатам испытаний сделаны следующие выводы относительно АГ-контакта:

– имеет стоимость не более существующего аналога – контакта «ВАР», выполненного из серебро-графитовой композиции (серебро 40 % масс);

– не содержит серебро;

– не свариваем в паре с серебряным контактом;

– имеет переходное сопротивление близкое к переходному сопротивлению контакта типа «ВАР»;

– сохраняет свои характеристики в диапазоне температур от минус 50 0С до +50 0С и влажности 98 %;

– имеет прогрессивную конструкцию – основание контакта «объемно» металлизировано медными скобами (металлизация «проникает» в тело контакта на 2…3 мм);

– имеет эрозионную стойкость в ЧЕТЫРЕ раза выше стойкости серебро-графитового контакта типа «ВАР»;

– имеет ресурс в ШЕСТЬ раз больше ресурса контакта типа «ВАР».

По результатам прямых испытаний ресурс составил 30,8 млн. коммутаций (при достаточной наработке 1,2 млн.).

Зависимость величины переходного сопротивления контактных пар от количества коммутаций

В связи с переходом автоматики и телемеханики на микропроцессорное управление и коммутацию малотоковых сигналов было повышено требование к переходному сопротивлению контакта реле – его требуемый уровень был снижен с 0,50 до 0,25 Ом.

Без использования в АГ-контакте серебра данную задачу решить нельзя.

Нашими техническими специалистами был разработан и запатентован способ формирования сквозных каналов серебряной проводимости контакта, разработан и произведен АГС-контакт – анизотропный графит-серебряный контакт.

1 – рабочая сторона контакта

2 – анизотропный графит

3 – сквозные каналы серебряной проводимости

4 – сторона токосъема

5 – пластины токосъема

Рабочая сторона контакта.

Каналы сквозной серебряной проводимости диаметром 0,1 мм регулярны в сетке с шагом 0,25х0,50 мм

Была разработана промышленная технология изготовления контактных узлов.

Контактный узел представляет собой пружинящую металлическую пластину и непосредственно закрепленный на ней контакт.

Переход от АГС-контакта к АГС-контактному узлу обусловлен комплексной технологией их изготовления.

АГС-контакт механически и электрически надежно встроены в АГС-контактный узел.

1 – пружинящая пластина

2 – АГС-контакт

3 – пружинящие лепестки пластины

4 – отверстие для затекания припоя

5 – припой

АГС-контакты крепятся к пружинящей пластине механически – зажимаются с двух сторон пружинящими лепестками, и далее подвергаются групповой пайке высоко температурной паяльной пастой.

Проведенные испытания АГС-контактных узлов дали удовлетворительные результаты.

Предлагается к производству и реализации два типа АГС-контактных узлов.

*Презентация НИОКР Анизотроп

В первом АГС-контактном узле в качестве пружинящего элемента используется пластина из бериллиевой бронзы размером 76,3х7х0,5 мм

с закрепленным на ней АГС-контактом размером 7х5х5 мм

Во втором АГС-контактном узле в качестве пружинящего элемента используется пластина из нейзильбера размером 51,5х5х0,4 мм

с закреплённым на ней АГС-контактом размером 5х5х5 мм

АГС-контактные узлы соответствуют нормативному документу –

«Технические условия (групповые)

Контакты электрические графитовые с пластиной БАМП.273313.001 ТУ».

АГС-контактные узлы.

По желанию Заказчика размеры АГС-контактных узлов –
пластин и АГС-контактов – могут быть изменены